煙蚜繭蜂的交配行為研究

柏天琦　楊碩媛　谷星慧　計(jì)思貴　張宏瑞　張立猛

摘要：[目的]明確煙蚜繭蜂的交配行為，探討雌蜂傳遞的線索對(duì)引發(fā)雄蜂交配行為的作用，為煙蚜繭蜂的規(guī)?；敝澈蛻?yīng)用提供理論基礎(chǔ)。[方法]在室內(nèi)顯微鏡下和溫室繁蜂棚內(nèi)直接觀察煙蚜繭蜂的交配行為，設(shè)死亡處女雌蜂（n=19）、碾碎的雌蜂腹部（n=15）、接觸過(guò)處女雌蜂的濾紙（n=15）、僅提供雌蜂視覺(jué)線索（n=20）和空白對(duì)照（n=20）5個(gè)不同的試驗(yàn)處理，觀察雌蜂傳遞的嗅覺(jué)和視覺(jué)線索對(duì)引發(fā)雄蜂求偶行為的作用。[結(jié)果]雄蜂交配行為包括接近、求偶、爬背、敲打觸角、交配試探、插入、交配、分離，處女雌蜂交配行為包括逃跑和拒絕交配或接受交配、交配、休息。雄蜂與處女雌蜂的交配過(guò)程可劃分為搜尋和求偶、交配前期、交配和交配后期4個(gè)階段，且試圖交配的雄蜂求偶成功后一般能夠與處女雌蜂完成整個(gè)交配過(guò)程。雄蜂會(huì)試圖與交配過(guò)的雌蜂、死亡的雌蜂發(fā)生交配行為，但僅出現(xiàn)交配前期。接觸過(guò)活體處女雌蜂的濾紙和壓碎的雌蜂腹部能夠引發(fā)雄蜂強(qiáng)烈的振翅反應(yīng)，而密閉在透明容器中的處女雌蜂不能引發(fā)雄蜂的振翅反應(yīng)。[結(jié)論]煙蚜繭蜂的交配行為由一系列固定行為組成，雌蜂傳遞的嗅覺(jué)線索是引發(fā)雄蜂求偶行為發(fā)生的關(guān)鍵因素，雌蜂腹部是短程雌性性信息素產(chǎn)生的來(lái)源。

關(guān)鍵詞：煙蚜繭蜂；求偶行為；交配行為；生物防治；規(guī)模化繁殖

0引言

[研究意義]煙蚜繭蜂（Aphidius gifuensis）屬膜翅目（Hymenoptera）蚜繭蜂科（Aphidiidae）蚜繭蜂屬（Aphidius），為煙蚜[Myzus persicae（Sulzer）]的優(yōu)勢(shì)寄生性天敵，主要分布于亞洲東部及夏威夷群島，在我國(guó)南北均有分布（Takada，1992）。該蜂在國(guó)內(nèi)已應(yīng)用于危害煙草、蔬菜等農(nóng)作物蚜蟲(chóng)的生物防治，并取得顯著防效，在生物防治中應(yīng)用前景廣闊，具有重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值（任廣偉等，2000；李明福等，2006；谷星慧，2015；張升等，2015；楊靜等，2017）。交配行為是物種繁殖對(duì)策的重要組成部分，其行為譜是深入開(kāi)展繁殖行為進(jìn)化和生態(tài)學(xué)研究的基礎(chǔ)（杜衛(wèi)國(guó)和姚智娟，2007）；寄生蜂性信息素通訊系統(tǒng)研究是預(yù)測(cè)其活動(dòng)范圍的關(guān)鍵，且有助于評(píng)估其種群大小和種群動(dòng)態(tài)（Shu and Jones，1993；Brodeur and McNeil，1994；Mcneil and Brodeur，1995）。因此，研究寄生蜂的交配行為并明確引發(fā)交配的關(guān)鍵因子，對(duì)完善寄生蜂的規(guī)?；敝臣夹g(shù)至關(guān)重要。[前人研究進(jìn)展]國(guó)內(nèi)外均報(bào)道過(guò)寄生蜂的交配行為。Cheng等（2004）觀察發(fā)現(xiàn)，紅跗頭甲腫腿蜂（Cephalonomia tarsalis）的交配行為由一系列行為組成，其交配過(guò)程可劃分為交配前期、爬背期、交配期和交配后期4個(gè)階段。陳福壽等（2010）利用數(shù)碼攝像機(jī)觀察拍攝了半閉彎尾姬蜂（Diadegma semiclausum）的交配行為，其交配過(guò)程分為準(zhǔn)備、交配和結(jié)束3個(gè)階段。Kant和Minor（2015）利用裝有攝像機(jī)的顯微鏡觀察菜蚜繭蜂（Diaeretiella rapae）的交配行為，發(fā)現(xiàn)90%的雄蜂會(huì)通過(guò)振動(dòng)翅膀追逐雌蜂進(jìn)行求偶。雌蜂傳遞的線索對(duì)激發(fā)雄蜂求偶行為作用在不同種類寄生蜂中存在差異。如寄生蜂（Psyttalia concolor）視覺(jué)和嗅覺(jué)的混合刺激是雄蜂配偶定位和求偶行為發(fā)生的基礎(chǔ)，而粗脊蚜繭蜂（Aphidius colemani）雌蜂傳遞出的視覺(jué)線索對(duì)雄蜂求偶行為的發(fā)生無(wú)明顯影響（Benelli et al.，2013a；Canale et al.，2013）。畢章寶和季正端（1994）對(duì)煙蚜繭蜂的交配行為進(jìn)行過(guò)簡(jiǎn)單描述，煙蚜繭蜂成蜂最快在羽化半小時(shí)后即可交配；雌蜂一生僅能交配一次，而雄蜂可進(jìn)行多次交配；未交配過(guò)的雌蜂后代基本為雄性，交配過(guò)的雌蜂可產(chǎn)生兩性后代。[本研究切人點(diǎn)]目前有關(guān)煙蚜繭蜂交配行為的研究?jī)H限于畢章寶和季正端（1994）的簡(jiǎn)單描述，缺乏系統(tǒng)研究，煙蚜繭蜂雌蜂傳遞的線索對(duì)引發(fā)雄蜂交配行為的相對(duì)作用尚未明確。[擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題]通過(guò)室內(nèi)用顯微鏡及在溫室繁蜂棚內(nèi)直接觀察，系統(tǒng)研究煙蚜繭蜂的交配行為和交配過(guò)程，觀察雌蜂傳遞的視覺(jué)和嗅覺(jué)線索對(duì)雄蜂求偶行為發(fā)生的影響，為煙蚜繭蜂的規(guī)?；敝澈蛻?yīng)用提供理論基礎(chǔ)。

1材料與方法

1.1蟲(chóng)源及試驗(yàn)條件

試驗(yàn)所用煙蚜和煙蚜繭蜂均采自云南省玉溪市煙草公司馬橋科研基地。從繁蜂煙株（云煙203）上挑取個(gè)體較大的煙蚜繭蜂僵蚜，單頭放于1.5 mL離心管中待其羽化得到未經(jīng)交配的成蜂，羽化后24 h內(nèi)的成蜂用2%蜂蜜水飼養(yǎng)備用。試驗(yàn)在9：30-16：30的時(shí)間段內(nèi)進(jìn)行。試驗(yàn)室溫度（25±1）℃、濕度60%-70%，光照為室內(nèi)日光燈。

1.2試驗(yàn)方法

1.2.1煙蚜繭蜂雄蜂與處女雌蜂交配行為觀察 將羽化后24 h內(nèi)未交配的煙蚜繭蜂雌、雄蜂各1頭配對(duì)后置于直徑9 cm的培養(yǎng)皿中，觀察50組，在顯微鏡下每組觀察20 min，記錄20 min內(nèi)成功交配的煙蚜繭蜂對(duì)數(shù)、交配行為特征及整個(gè)交配過(guò)程，并用秒表記錄主要行為的持續(xù)時(shí)間。

1.2.2煙蚜繭蜂雄蜂與雄蜂、死亡處女雌蜂及交配過(guò)的雌蜂交配行為觀察 從僵蚜羽化得到的部分成蜂，不補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)，讓離心管中處女雌蜂自然死亡。在溫室繁蜂小棚（棚內(nèi)有大量羽化出的煙蚜繭蜂）內(nèi)，將離心管管蓋打開(kāi)后取出死亡處女雌蜂蟲(chóng)體，并將死亡處女雌蜂蟲(chóng)體和裝過(guò)死亡處女雌蜂的離心管同時(shí)置于棚內(nèi)1片煙葉上，觀察棚內(nèi)被吸引到煙葉上的雄蜂與雄蜂及死亡處女雌蜂的交配行為；在室內(nèi)將1頭雄蜂、1頭交配過(guò)的雌蜂及1個(gè)裝過(guò)死亡處女雌蜂而帶有雌蜂性激素的離心管管蓋打開(kāi)后置于直徑為9 cm的培養(yǎng)皿中，觀察雄蜂與交配過(guò)的雌蜂的交配行為。繁蜂小棚內(nèi)和室內(nèi)試驗(yàn)分別重復(fù)10次，用秒表記錄雄蜂主要交配行為的持續(xù)時(shí)間。

1.2.3煙蚜繭蜂雌蜂產(chǎn)生的嗅覺(jué)和視覺(jué)線索對(duì)雄蜂求偶行為發(fā)生的影響 參照Benelli等（2013a）研究粗脊蚜繭蜂的方法，設(shè)5個(gè)試驗(yàn)處理，觀察煙蚜繭蜂雌蜂產(chǎn)生的嗅覺(jué)和視覺(jué)線索對(duì)雄蜂交配行為發(fā)生的影響。處理1：在鋪有濾紙的15 cm培養(yǎng)皿正中央放置1頭死亡處女雌蜂蟲(chóng)體（-20℃下冷藏10 min）；處理2：在鋪有直徑為5 cm濾紙的培養(yǎng)皿內(nèi)放入5頭處女雌蜂個(gè)體，5 b后將接觸過(guò)處女雌蜂的濾紙立即移人15 cm培養(yǎng)皿內(nèi)并放入1頭雄蜂進(jìn)行生物檢測(cè)；處理3：在5 cm濾紙上用玻棒將1頭處女雌蜂腹部碾碎，去除濾紙上的所有表皮（視覺(jué)刺激）；處理4：將5頭處女雌蜂放于5 cm培養(yǎng)皿內(nèi)，將其放于測(cè)試培養(yǎng)皿的上方正中央，雄蜂在測(cè)試培養(yǎng)皿中能接收到雌蜂的視覺(jué)線索而不能接收到雌蜂的嗅覺(jué)線索；處理5：以干凈的5 cm濾紙作為對(duì)照。

每處理均在底部鋪有干凈濾紙、直徑為15 cm的培養(yǎng)皿中進(jìn)行，將雄蜂放人培養(yǎng)皿邊緣。記錄10min內(nèi)雄蜂出現(xiàn)接近[雄蜂停在給定線索附近（<1.5cm）]、求偶和交配試探行為的雄蜂數(shù)量。記錄每頭雄蜂的到達(dá)時(shí)間。處理1～處理5分別用19、15、15、20和20頭雄蜂進(jìn)行檢測(cè)。為避免性引誘劑消散，處理2每隔6個(gè)重復(fù)更換一次接觸過(guò)雌蜂的濾紙。

1.4統(tǒng)計(jì)分析

利用SPSS 20.0進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，煙蚜繭蜂雄蜂與不同狀態(tài)個(gè)體交配前持續(xù)時(shí)間對(duì)比和暴露在雌蜂產(chǎn)生的不同線索中雄性煙蚜繭蜂對(duì)線索的接近時(shí)間采用單因素方差分析，不同處理問(wèn)采用Duncans新復(fù)極差法分析。

2結(jié)果與分析

2.1煙蚜繭蜂雄蜂與處女雌蜂的交配行為觀察結(jié)果

煙蚜繭蜂雄蜂與處女雌蜂的交配行為由表1所列行為組成。通過(guò)觀察發(fā)現(xiàn)煙蚜繭蜂雌雄交配主要過(guò)程可劃分為搜尋和求偶、交配前期、交尾及交配后期4個(gè)階段（圖1）。

2.1.1搜尋和求偶 室內(nèi)條件下，雄蜂發(fā)現(xiàn)雌蜂歷時(shí)14.29+5.32 s；當(dāng)雄蜂接近雌蜂后，振動(dòng)翅膀追逐雌蜂，一次求偶過(guò)程歷時(shí)6.25±1.97 s。

2.1.2交配前期 追上雌蜂后，雄蜂從雌蜂后面迅速爬到雌蜂背部，快速以前足抱握雌蜂的胸部，中足抱握雌蜂腹部，以后足支撐身體，同時(shí)用觸角不斷敲打雌蜂的觸角。雄蜂觸角敲打行為持續(xù)一段時(shí)間后，雌蜂尾部抬起打開(kāi)生殖孔。交配前期歷時(shí)17.00±2.04 s。

2.1.3交配期 雌蜂尾部抬起打開(kāi)生殖孔后，雄蜂后退，將交配器插入雌蜂的生殖孔。交尾成功后，雌蜂多靜止不動(dòng)，雄蜂兩觸角有節(jié)奏地自上而下猛烈擺動(dòng)片刻后也靜止不動(dòng)。交尾期歷時(shí)38.29±5.16 s。

2.1.4交配后期 交尾結(jié)束后，雄蜂將交配器抽出，從雌蜂背部爬離，雌蜂一般靜伏一段時(shí)間后即開(kāi)始尋找寄主產(chǎn)卵。交尾后期歷時(shí)104.00±3 1.84 s。

在50組雄蜂與處女雌蜂配對(duì)試驗(yàn)中，20 min內(nèi)有21組出現(xiàn)雄蜂對(duì)處女雌蜂的求偶行為，其中19組成功交配。煙蚜繭蜂雄蜂振動(dòng)翅膀追逐雌蜂進(jìn)行求偶時(shí)，雌蜂（15組）一般會(huì)出現(xiàn)逃跑行為，致使雄蜂求偶失敗。同一對(duì)雌雄蜂的雄蜂通常要經(jīng)歷多次搜尋和求偶才能配對(duì)成功。出現(xiàn)雄蜂求偶后配對(duì)失敗的2對(duì)煙蚜繭蜂為雄蜂在求偶過(guò)程中雌蜂一直出現(xiàn)逃跑行為，最終導(dǎo)致交配失敗。19組煙蚜繭蜂雄蜂爬背成功后皆一次性成功完成剩余全部交配過(guò)程，表明試圖交配的煙蚜繭蜂雄蜂求偶成功后一般能夠與處女雌蜂一次性完成整個(gè)交配過(guò)程。

2.2煙蚜繭蜂雄蜂與雄蜂、死亡處女雌蜂及已交配過(guò)雌蜂的交配行為觀察結(jié)果

繁蜂棚內(nèi)觀察到大量雄蜂被裝過(guò)死亡處女雌蜂的離心管和死亡處女雌蜂吸引到煙葉葉片上，并出現(xiàn)求偶行為。被吸引到煙葉上的雄蜂會(huì)試圖與雄蜂、死亡處女雌蜂蟲(chóng)體發(fā)生交配行為，但只會(huì)出現(xiàn)交配前期。煙葉上會(huì)出現(xiàn)多只雄蜂同時(shí)試圖與一頭死亡處女雌蜂或雄蜂交配的現(xiàn)象。煙蚜繭蜂雄蜂與死亡處女雌蜂試圖交配的交配前期持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，為260.00±45.39 s，與試圖交配的另一雄蜂交配前期持續(xù)時(shí)間為115.40±15.11 s。

室內(nèi)試驗(yàn)顯示，雄蜂會(huì)試圖與已交配過(guò)的雌蜂進(jìn)行交配，但在交配過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)拒絕交配行為，僅出現(xiàn)交配前期后交配失敗，交配前期持續(xù)時(shí)間為99.56±16.06 s。從2.1.2中得出，煙蚜繭蜂雄蜂與處女雌蜂的交配前期持續(xù)時(shí)間較短，為17.00±2.04 s。表明煙蚜繭蜂雄蜂交配成功的交配前期觸角敲打雌蜂觸角持續(xù)時(shí)間較短，交配失敗的則交配前期觸角敲打雌蜂觸角持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)。

2.3雌蜂產(chǎn)生的視覺(jué)和嗅覺(jué)線索對(duì)雄蜂求偶的影響

試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。煙蚜繭蜂雄蜂能在很短時(shí)間內(nèi)找到死亡雌蜂，對(duì)碾碎的處女雌蜂腹部和接觸過(guò)處女雌蜂的濾紙均能產(chǎn)生求偶行為，且3種處理引發(fā)雄蜂接近和振翅的比例無(wú)顯著差異（x5=0.252，P=0.882>0.05）。雄蜂接近碾碎的處女雌蜂腹部濾紙的時(shí)間最長(zhǎng)，接近死亡處女雌蜂的時(shí)間次之，接近接觸過(guò)處女雌蜂濾紙的時(shí)間最短，三者間存在顯著差異（F=4.957，P=0.017<0.05）。表明雌蜂產(chǎn)生的嗅覺(jué)線索對(duì)雄蜂求偶行為的發(fā)生具有較大影響，雌蜂腹部是短程雌性信息素產(chǎn)生的來(lái)源；雌蜂產(chǎn)生的視覺(jué)線索對(duì)雄蜂求偶行為的發(fā)生影響較小。

3討論

煙蚜繭蜂雄蜂在整個(gè)交配活動(dòng)中處于主動(dòng)地位，而雌蜂在整個(gè)交配活動(dòng)中處于相對(duì)被動(dòng)地位。煙蚜繭蜂的交配行為與其他種類蚜繭蜂的交配行為基本相似（Kant and Minor，2015）。煙蚜繭蜂的交配過(guò)程可劃分為搜尋和求偶、交配前期、交配期和交配后期4個(gè)階段。煙蚜繭蜂雄蜂在求偶過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)振翅行為，通常認(rèn)為雄蜂陜速上下振動(dòng)翅膀是其求偶行為的一個(gè)重要組成部分（Gordh and DeBach，1978）。研究發(fā)現(xiàn)寄生蜂中雄蜂翅膀快速上下振動(dòng)能夠產(chǎn)生一系列的加強(qiáng)雌性對(duì)雄性性接受的種間特異性脈沖，這在阿爾蚜繭蜂（Aphidius ervi）和米象金小蜂（Lariophagus distinguendus）等一些寄生蜂中已被觀察到（McClure et al.，2007；Villagra et al.，2011；Benelliand Canale，2012b）。因此，煙蚜繭蜂雄蜂振翅可能在其求偶過(guò)程中起到重要作用，翅膀振動(dòng)質(zhì)量可能會(huì)影響到雄性個(gè)體的交配成功率。

許多膜翅目寄生蜂的雄蜂觸角腺在交配行為過(guò)程中發(fā)揮關(guān)鍵性作用。雄蜂通過(guò)散布在觸角表面的分泌小孔釋放觸角腺分泌物，雌蜂通過(guò)接觸雄蜂觸角感受腺體的分泌物，從而識(shí)別和接受雄蜂，最終完成交配過(guò)程（Battaglia et al，2002；陸劍鋒等，2005；辛星等，2010）。煙蚜繭蜂交配前期時(shí)雄蜂對(duì)處女雌蜂短時(shí)間的觸角敲打行為可使處女雌蜂生殖孔打開(kāi)完成整個(gè)交配過(guò)程，而交配前期時(shí)雄蜂與試圖交配的雄蜂、已交配過(guò)的雌蜂、死亡處女雌蜂能夠發(fā)生較長(zhǎng)時(shí)間的觸角敲打行為，表明煙蚜繭蜂交配前期時(shí)的觸角敲打行為可能與雌蜂識(shí)別和接受雄蜂有關(guān)。

煙蚜繭蜂雄蜂對(duì)雄蜂能夠發(fā)生求偶和交配前期，表明煙蚜繭蜂雄蜂可能無(wú)法從形態(tài)上識(shí)別雌蜂。在許多寄生蜂中已發(fā)現(xiàn)雄性與雄性試圖交尾的現(xiàn)象，如菜蚜繭蜂（Diaeretiella rapae）和阿爾蚜繭蜂（A.ervi Haliday）等。有學(xué)者認(rèn)為在野外條件下雄性與雄性的求偶經(jīng)歷可能致使雄性改善其求偶行為，提高它們與之后相遇的雌蜂交配的成功率（Benelli and Canale，2012a，2012b）。Kant等（2012）通過(guò)對(duì)菜蚜繭蜂的研究認(rèn)為雄雄試圖交尾行為可能是為了阻斷雄性對(duì)配偶的競(jìng)爭(zhēng)行為。有關(guān)雄性與雄性煙蚜繭蜂試圖交尾是否有適應(yīng)意義，還有待于進(jìn)一步評(píng)估雄雄性行為的成本和利益。

本研究證實(shí)處女煙蚜繭蜂雌蜂可釋放信息素吸引同種雄蜂進(jìn)行交配，與前人對(duì)其他雌性寄生蜂的研究結(jié)果相似（McClure et al，2007；Benelli etal，2013b）。通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)和溫室繁蜂棚內(nèi)觀察到煙蚜繭蜂死亡的處女雌蜂個(gè)體可吸引雄蜂對(duì)其求偶和爬背，表明煙蚜繭蜂雄蜂可以不依賴雌蜂行為對(duì)其求偶和定位。粗脊蚜繭蜂雌蜂傳遞出的嗅覺(jué)線索對(duì)引發(fā)雄蜂求偶反應(yīng)起到重要作用，且傳遞出的視覺(jué)線索對(duì)雄蜂求偶行為的發(fā)生影響不明顯（Benelli et al，2013a）。而在寄生蜂嚙小蜂屬的嚙小蜂（Tetrastichus sp.）和椰心葉甲嚙小蜂（T.brontispae）中，視覺(jué)對(duì)兩種寄生蜂雄蜂的求偶行為發(fā)生影響較大，涂抹復(fù)眼的雄蜂完成交尾的數(shù)量明顯降低（陸劍鋒等，2005；辛星等，2010）。本研究中接觸雌蜂產(chǎn)生的視覺(jué)線索的密閉容器不能引發(fā)雄蜂的振翅反應(yīng)，表明雌蜂傳遞出的視覺(jué)線索不能引發(fā)雄蜂求偶行為，與Benelli等（2013a）對(duì)粗脊蚜繭蜂的研究結(jié)果相同。研究中發(fā)現(xiàn)接觸過(guò)煙蚜繭蜂雌蜂的濾紙能夠引發(fā)雄蜂強(qiáng)烈的振翅反應(yīng)，表明雌性傳遞出的嗅覺(jué)線索可引發(fā)雄性的求偶行為，與前人對(duì)粗脊蚜繭蜂和阿爾蚜繭蜂研究結(jié)果相同（McClure et al.，2007；Benelli et al.，2013a）。有許多研究表明在寄生蜂腹部的腺區(qū)（如杜氏腺）能產(chǎn)生性信息素和引誘劑（Buckingham and Sharkey，1988；Salerno et al.，2012）。碾碎的雌蜂腹部能夠引發(fā)雄蜂的振翅反應(yīng)，表明雌蜂腹部能夠產(chǎn)生短程雌性性信息素。有關(guān)煙蚜繭蜂性信息素的化學(xué)成分有待進(jìn)一步研究。

4結(jié)論

煙蚜繭蜂的交配行為由一系列固定行為組成，可劃分為搜尋和求偶、交配前期、交配和交配后期4個(gè)階段。雌蜂傳遞的嗅覺(jué)線索是引發(fā)雄蜂求偶行為的關(guān)鍵因素，雌蜂腹部是短程雌性性信息素產(chǎn)生的來(lái)源。