低溫對蝶蛹金小蜂卵成熟及其數(shù)量動態(tài)的影響

夏詩洋，孟 玲，李保平

(南京農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護學(xué)院，農(nóng)作物生物災(zāi)害綜合治理教育部重點實驗室，南京 210095)

寄生蜂產(chǎn)卵于寄主體內(nèi)或體外，子代幼蟲依賴于寄主營養(yǎng)完成發(fā)育并最終致使寄主死亡。雌蜂終生實現(xiàn)的產(chǎn)卵量主要取決于3個因素的互作:遇到的適宜寄主數(shù)量、終生成熟的卵數(shù)量和產(chǎn)卵速率的行為調(diào)節(jié)［1］。由于環(huán)境因素的不確定性，每當(dāng)遇到適宜的寄主時總有足夠的成熟卵可產(chǎn)的完全吻合情況是難以實現(xiàn)的。但有證據(jù)表明，自然選擇會調(diào)整卵發(fā)育特征以吻合遇到適宜寄主的預(yù)期［2－3］。

寄生蜂中不同類群間的卵成熟特征存在很大差異。由于卵成熟特征與寄生蜂的生殖策略密切相關(guān)，因此，探究卵成熟動態(tài)就成為理解寄生蜂產(chǎn)卵策略以及生活史策略的重要途徑［1，4－8］。1950年Flanders首先提出了卵預(yù)熟和卵漸熟等兩類卵成熟模式，前者指成蟲羽化時所有卵均已成熟，后者指成蟲羽化后卵陸續(xù)成熟。這一劃分也成為后來建立寄生蜂生活史策略模型［7，9］和寄主－寄生蜂種群動態(tài)模型的基本屬性［10］。但這一分類方法的依據(jù)是定性特征，難以涵蓋復(fù)雜多樣的卵成熟方式。對此，2001年Jervis等提出定量指標(biāo)—卵熟指數(shù)(成蟲羽化時成熟卵占一生總產(chǎn)卵量的比例)［1］，用于認(rèn)識寄生蜂的卵成熟規(guī)律，并發(fā)現(xiàn)該特征與其他生活史策略存在必然的聯(lián)系。后來該指標(biāo)也被用于認(rèn)識其他植食性昆蟲的卵成熟規(guī)律［8］。

對于卵漸熟類寄生蜂而言，根據(jù)進化原理預(yù)測，自然選擇理應(yīng)偏好那些能夠協(xié)調(diào)好卵成熟進程以滿足遭遇適宜寄主時的產(chǎn)卵之需的寄生蜂，從而演化出具有最優(yōu)抱卵量的雌蜂［11］。但根據(jù)生態(tài)學(xué)原理預(yù)測，自身生理因素和外界生態(tài)因素的復(fù)雜多變一定會影響寄生蜂的能量分配(生存抑或生殖)，從而演化出動態(tài)的產(chǎn)卵決策行為。如何綜合考慮進化和生態(tài)學(xué)原理解釋寄生蜂的產(chǎn)卵策略，就成為寄生蜂進化生態(tài)學(xué)研究的主要挑戰(zhàn)之一。最優(yōu)搜尋理論綜合運用進化和生態(tài)學(xué)原理來解釋生物對資源的獲取規(guī)律［12］，不但是迄今最常用的解釋寄生蜂產(chǎn)卵策略(即最優(yōu)產(chǎn)卵策略)的原理，而且成為寄生蜂行為生態(tài)學(xué)研究的基本原理［13］，并用于指導(dǎo)生物防治實踐［14］。但用經(jīng)典的最優(yōu)搜尋原理解釋寄生蜂的產(chǎn)卵策略時，通常不考慮生理或其他生態(tài)因素的影響，實際上生理和生態(tài)因子可能通過影響雌蜂的卵成熟動態(tài)而影響雌蜂的產(chǎn)卵決策。

本研究以蝶蛹金小蜂(Pteromalus puparum)－菜粉蝶(Pieris rapae)為模式生物，該寄生蜂營群集性寄生方式，雌蜂在1頭寄主蛹(蝶類)內(nèi)產(chǎn)若干卵，并發(fā)育成熟若干子代蜂［15－16］。其卵成熟方式屬于漸熟類，在遭遇缺乏適宜寄主時可臨時吸回卵營養(yǎng)［17］。蝶蛹金小蜂以老熟幼蟲或蛹在寄主菜粉蝶蛹內(nèi)越冬，其生長和發(fā)育經(jīng)歷冬季低溫［15－16］，但迄今不清楚冬季低溫是否影響早春羽化雌蜂的成熟卵數(shù)量動態(tài)。由于蝶蛹金小蜂成蟲在寄主體內(nèi)羽化后再爬出寄主，而且雄蜂先于雌蜂爬出，故需要掌握雌蜂的準(zhǔn)確羽化時間才可及時解剖寄主，以獲得剛羽化的雌蜂進行解剖計數(shù)成熟卵數(shù)量，因此本研究首先詳細(xì)觀察了子代蜂幼期形態(tài)變化及其寄主蛹的形態(tài);為探究冬季低溫對越冬雌蜂來年早春羽化后卵巢發(fā)育和成熟動態(tài)的影響，本研究模擬冬季低溫(5℃)處理了含有寄生蜂老熟幼蟲的寄主蛹，于雌蜂羽化后解剖觀察卵巢形態(tài)，并連續(xù)觀察了成熟卵數(shù)量的時間動態(tài)變化。該研究可為深入闡釋群集性寄生蜂的產(chǎn)卵策略提供生理依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

蝶蛹金小蜂和菜粉蝶均采自南京市東郊甘藍菜地。將采回的被寄生蛹放入智能人工氣候箱((25±1)℃，RH(60±10)%，L∶D=16∶8)待成蟲羽化;為成蟲提供新鮮蝶蛹供其寄生并繁育多代后供試。采回的菜粉蝶幼蟲用“京豐1號”甘藍葉片飼喂直至化蛹，取化蛹后24—48 h的蝶蛹供試。

1.2 幼期發(fā)育的形態(tài)觀察

給1頭雌蜂提供1頭寄主蛹寄生，然后每隔24 h解剖被寄生蛹，并在體視顯微鏡(Olympus SZ－CTV;麥克奧迪SMZ 171)下測量和拍照(寄主和子代蜂)，測量蜂卵和幼蟲的體長和寬(最寬處)，測量蛹體長;自第9天開始，解剖并取出蜂蛹保留，待羽化后確定性別。測量觀察個體數(shù)為20—30頭。

1.3 低溫處理試驗

設(shè)2個溫度處理:(25±1)℃(適宜溫度，對照)和(5±1)℃(低溫)，該低溫為越冬期間持續(xù)時間最長的溫度。在低溫處理中，取寄生后發(fā)育到第9天(蜂處于老熟幼蟲或蛹階段)的寄主蛹放入人工氣候箱中(L∶D=16∶8)中低溫處理30 d，然后取出放入適宜溫度下，于4 d后逐日8:00檢查出蜂情況;從開始出蜂起連續(xù)7 d解剖雌蜂，觀察卵巢管、計數(shù)成熟卵量，并測量雌蜂后足脛節(jié)長度。對照則一直在適宜溫度下，于第13天開始逐日檢查出蜂情況，出蜂后按照上述方法解剖并測量雌蜂。觀察個體數(shù)量大于30頭。

1.4 數(shù)據(jù)分析

為揭示寄生蜂形態(tài)特征隨時間的變化規(guī)律，采用非參數(shù)平滑方法擬合變化趨勢。用基于quasipoissson分布型的對數(shù)線性模型擬合溫度處理對卵成熟數(shù)量的影響，把雌蜂體型大小(后足脛節(jié)長度)和日齡作為協(xié)變量放入模型。分析用R統(tǒng)計分析軟件［18－19］。

2 結(jié)果與分析

2.1 蝶蛹金小蜂胚后發(fā)育的形態(tài)及其寄主形態(tài)變化

蝶蛹金小蜂雌蜂一般喜好產(chǎn)卵于寄主菜粉蝶蛹的翅外側(cè)(圖1A)與內(nèi)側(cè)(圖1B)之間，侵染寄主的一般順序為翅外側(cè)—翅內(nèi)側(cè)—空腔—頭部與尾部(圖1)。子代蜂各發(fā)育期的體色及其寄主的體色存在差異(圖2，表1)。經(jīng)歷2—3 d的暴食期后，幼蟲體長在孵化后第4天達到最大值，但體寬直到第7天達到最大;蛹體長變化不大，雌性明顯長于雄性(圖3)。

圖1 健康菜粉蝶蛹外部形態(tài)Fig.1 Exomorphology of healthy P.rapae pupae

2.2 低溫對蝶蛹金小蜂成熟卵數(shù)量動態(tài)的影響

適宜溫度條件下，羽化當(dāng)天卵室形成并開始有卵黃沉積(圖4:0a);1天后在卵巢管底部出現(xiàn)成熟卵(圖4:1a);第2—3天，成熟卵大量形成，并逐漸往卵巢管端部堆積，接近底部的卵巢管略有增粗，頂部出現(xiàn)大量未成熟卵(圖4:2a—3a);第4天后在卵巢管底部出現(xiàn)明顯的卵吸收現(xiàn)象，卵巢管進一步增粗，卵量接近飽和(圖4:4a);第5—6天，成熟卵數(shù)量增加緩慢，甚至略有下降，并與卵吸收速度達到動態(tài)平衡，卵量飽和，卵巢管最粗(圖4:5a—6a)。而在低溫處理下，卵巢管較常溫下略細(xì)，成熟卵量較少(圖4:0b—6b)。

圖2 寄主菜粉蝶蛹外部形態(tài)隨蝶蛹金小蜂發(fā)育的日變化Fig.2 Daily exomorphology of parasitized P.rapae pupae along with P.puparum progeny

圖3 蝶蛹金小蜂幼蟲和蛹形態(tài)測量值的日變化Fig.3 Variation in morphological measures of P.puparum larva and pupa with time after parasitism

圖4 適溫與低溫處理下蝶蛹金小蜂成蟲卵巢管發(fā)育的變化Fig.4 Morphology of P.puparum ovary during adult stage under optimal and low temperature treatments

對數(shù)線性回歸模型分析表明，溫度和母蜂日齡不僅單獨、而且互作影響成熟卵的數(shù)量;母蜂體型大小顯著影響成熟卵的數(shù)量(表2)。與適溫處理相比，低溫處理明顯減緩卵成熟速率，各日齡期成熟卵數(shù)量均明顯減少;適溫與低溫處理下成熟卵數(shù)量的變化格局存在差異，適溫下前2d成熟卵量直線增加，此后2d放緩，然后(第4天起)不再增加;低溫下成熟卵量以較緩慢的速度直線增加至第4天，然后略放緩(圖5)。成熟卵量在不同溫度處理下均隨雌蜂體型增大而顯著增加，但在適溫下增加的幅度略小于低溫處理下(圖6)。

表1 蝶蛹金小蜂幼期發(fā)育各階段及其寄主菜粉蝶蛹的外部形態(tài)變化Table 1 Exomorphological changes of larval stages of P.puparum and its host P.rapae pupae

表2 溫度處理和其他協(xié)變量影響蝶蛹金小蜂成熟卵數(shù)量的對數(shù)線性模型參數(shù)估計值Table 2 Coefficient estimates of log-linear model for effects of temperature and other covariates on number of mature eggs in P.puparium

圖5 蝶蛹金小蜂成熟卵數(shù)量隨成蟲羽化后天數(shù)的變化Fig.5 Variation in number of mature eggs with time after adult emergence in P.puparum under optimal and low temperature treatments

3 討論

從寄主外部形態(tài)變化推測其體內(nèi)寄生蜂幼期發(fā)育進程，不僅對于野外調(diào)查寄生蜂種群數(shù)量動態(tài)具有參考價值，而且可為及時解剖在寄主體內(nèi)羽化的雌蜂、檢查卵成熟動態(tài)提供依據(jù)。龍心林和陳惠英［20］曾對蝶蛹金小蜂蛹的體色變化進行過簡單的文字描述，但在參考中由于沒有圖片而難以把握。對此，本研究對幼期發(fā)育的各階段及其寄主菜粉蝶蛹的形態(tài)進行了更為詳細(xì)的文字描述和拍照;逐日解剖觀察發(fā)現(xiàn)，蝶蛹金小蜂從卵孵化開始?xì)v時約2周化蛹，在寄生后第2—4天可將寄主取食殆盡。這一特性的適應(yīng)意義可能在于，被寄生的寄主在早期易于受到病原微生物的侵染，加速取食可以降低寄主染病的機會。這一特性與蒼白寬口姬小蜂(Hyssopus pallidus)相似［21］。本研究對被寄生的寄主蛹外部形態(tài)(主要是體色)隨體內(nèi)蝶蛹金小蜂發(fā)育而發(fā)生的變化進行了描述，該結(jié)果在田間調(diào)查菜粉蝶與蝶蛹金小蜂種群動態(tài)中為推測寄生進程提供參考依據(jù)。

圖6 不同溫度處理蝶蛹金小蜂成熟卵量隨體型大小的變化Fig.6 Variation in number of mature eggs with body size under optimal and low temperature treatments

許多研究表明，生殖器官易于受到低溫脅迫的不良［22］。本研究發(fā)現(xiàn)，對被寄生的寄主蛹(蝶蛹金小蜂成蟲羽化前)進行低溫處理(模擬越冬溫度)后，卵巢管萎縮，卵成熟速度減緩，抱卵量降低。同樣的現(xiàn)象在其他寄生蜂中也有報道，例如，對卡氏小蜂(Euchalcidia caryobori(Hanna))的研究表明，低溫能延遲卵成熟，甚至引起雌、雄蜂生殖器官畸形［23］;低溫處理達到一定強度和持續(xù)時間后，還可能降低寄生蜂的生殖力［24－26］。但也有報道未發(fā)現(xiàn)低溫對寄生蜂生殖力造成不良影響［27］，可能是低溫處理尚未達到脅迫程度的原因。

卵的成熟和再吸收在卵漸成熟型寄生蜂中維持著動態(tài)平衡，是寄生蜂協(xié)調(diào)產(chǎn)卵策略的重要表現(xiàn)［13］。本研究表明，成熟卵數(shù)量的時間變化格局不僅受低溫處理、而且受雌蜂體型大小的影響，低溫處理明顯減緩卵成熟速率，推遲達到最大成熟卵數(shù)量的時間和卵吸收時間。該結(jié)果說明，越冬會明顯延緩蝶蛹金小蜂的卵成熟動態(tài)，進而可能影響春季羽化雌蜂的產(chǎn)卵決策行為。

致謝:感謝南京農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護學(xué)院劉潔在試驗中給予的幫助。

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