斑翅果蠅和黑腹果蠅對醋酸耐受性的比較分析

高歡歡 王詠梅 蔣錫龍 呂召云 覃冬云 吳新穎 于毅

摘要：斑翅果蠅和黑腹果蠅是重要的果實(shí)害蟲，但兩者的取食偏好性差異明顯。為了明確在醋酸脅迫條件下斑翅果蠅和黑腹果蠅的耐受性差異，設(shè)置兩種果蠅成蟲取食不同醋酸含量的人工飼料，不同時間后觀察其死亡率的變化，并計(jì)算特定時間下的LC50。結(jié)果表明，隨著醋酸含量增加和處理時間延長，黑腹果蠅和斑翅果蠅的死亡率逐漸增加，但相同醋酸含量、相同處理時間內(nèi)，斑翅果蠅的死亡率高于黑腹果蠅；隨著處理時間的延長，兩種果蠅的LC50逐漸降低，且在相同處理時間下，黑腹果蠅的LC50明顯高于斑翅果蠅。因此，黑腹果蠅對醋酸的耐受性明顯高于斑翅果蠅。

關(guān)鍵詞：斑翅果蠅；黑腹果蠅；醋酸；死亡率

中圖分類號：S433文獻(xiàn)標(biāo)識號：A文章編號：1001-4942（2018）03-0083-04

Abstract Drosophila suzukii and D. melanogaster are important pests with different feeding preference. In order to make clear the discrepancy in tolerance to environmental acetic acid， we assessed mortality of D. suzukii and D. melanogaster after feeding artificial diet with different contents of acetic acid. The LC50 was also calculated at specific exposing time. The results showed that the mortality of the two Drosophila species was ever-increasing with the increase of acetic acid content and exposing time. However， the mortality of D. melanogaster was higher than that of D. suzukii under the same content of acetic acid and exposing time. The LC50 of D. melanogaster and D. suzukii adults decreased gradually with the increase of exposing time.Moreover， the LC50 of D. melanogaster was higher than that of D. suzukii under the same time. Therefore， D. melanogaster had higher tolerance to environmental acetic acid than D. suzukii.

Keywords Drosophila suzukii； Drosophila melanogaster； Acetic acid； Mortality

黑腹果蠅和斑翅果蠅是漿果類果實(shí)中較為重要的害蟲，隸屬于雙翅目（Diptera）果蠅科（Drosophilidae），在世界各地均有分布，可為害櫻桃、草莓、葡萄等60多種植物[1]。黑腹果蠅喜愛在腐爛的水果上產(chǎn)卵，而斑翅果蠅具有鋸齒狀產(chǎn)卵器，可在新鮮果實(shí)上產(chǎn)卵，孵化為幼蟲后取食果肉為害[2，3]，因此，兩種果蠅的產(chǎn)卵和取食習(xí)性有明顯差異。

腐爛果實(shí)中會滋生大量的微生物，通過其代謝為果蠅幼蟲的發(fā)育提供營養(yǎng)[4]。已有研究證明腐爛水果中的糖類等碳水化合物可分解為甲醇、乙醇、丙醇、丁醇等短碳鏈醇，吸引果蠅產(chǎn)卵。例如，在黑腹果蠅取食過的果實(shí)中，乙醇含量可達(dá)到總質(zhì)量的6%[5，6]。但黑腹果蠅可以形成自身機(jī)制來適應(yīng)富含酒精的生長環(huán)境[7，8]。并且乙醇可在乙醇脫氫酶的作用下生成乙醛，進(jìn)而由乙醛脫氫酶分解為乙酸[9]。而斑翅果蠅喜愛的新鮮水果中糖類、維生素和其他碳水化合物較多，蛋白質(zhì)和氨基酸相對缺乏[10]，乙醇、乙醛以及乙酸的含量均不高。因此是否為酸性環(huán)境是兩種果蠅產(chǎn)卵和取食生態(tài)位的特點(diǎn)之一，黑腹果蠅和斑翅果蠅是否對乙酸具有耐受性并未見報(bào)道。探索兩種果蠅耐受乙酸的差異性，是解釋兩種果蠅具有不同取食偏好的關(guān)鍵所在。

因此，本研究以醋酸作為酸性環(huán)境的指示劑，將不同含量醋酸加入人工飼料，分別處理黑腹果蠅和斑翅果蠅成蟲，統(tǒng)計(jì)不同醋酸含量、不同處理時間下，兩種果蠅的死亡率變化及相同時間處理的LC50，比較兩種果蠅對醋酸的耐受性差異，進(jìn)而為解釋兩種果蠅具有不同取食偏好的特性提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試蟲材料

黑腹果蠅和斑翅果蠅于2016年采集于山東煙臺牟平的葡萄園中（北緯N37°24′，東經(jīng)E121°43′）。飼養(yǎng)于溫度為（25±0.5）℃、濕度為 （70±0.5）%、光周期為 L∶D=16 h∶8 h人工氣候箱中，用人工飼料[11]飼養(yǎng) 5～6 代后取羽化 3 d 的成蟲用于本試驗(yàn)。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 醋酸對黑腹果蠅成蟲死亡率的影響 分別量取2.5、3.0、4.0 mL 醋酸加入未凝固的人工飼料中，使其最終體積為100 mL，以不加醋酸為對照，即醋酸含量為0、2.5%、3.0%、4.0%。將不同醋酸含量的人工飼料倒入直徑5.5 cm、高7 cm的組織培養(yǎng)瓶中，蓋緊瓶蓋以避免醋酸揮發(fā)。待人工飼料凝固后，吸取羽化后3 d的50頭黑腹果蠅成蟲（雌雄比為1∶1），分別放入不同醋酸含量的培養(yǎng)瓶中，每處理重復(fù)5次。分別于1.5、3、6、12、24 h后進(jìn)行觀察，并記錄黑腹果蠅死亡數(shù)量，統(tǒng)計(jì)死亡率。

1.2.2 醋酸對斑翅果蠅成蟲死亡率的影響 根據(jù)前期預(yù)試驗(yàn)，醋酸含量為3.0%時，斑翅果蠅成蟲全部死亡，因此，醋酸含量的設(shè)定不同于黑腹果蠅。稱量1.5、2.0、3.0 mL 醋酸加入未凝固的人工飼料中，使其最終體積為100 mL，以不加醋酸為對照，即醋酸的含量為0、1.5%、2.0%、3.0%。對斑翅果蠅的其他處理方法同1.2.1。

1.3 數(shù)據(jù)分析

以醋酸含量和處理時間為因素，利用SPSS 18.0對斑翅果蠅和黑腹果蠅的死亡率進(jìn)行雙因素方差分析。并對其死亡率進(jìn)行Probit回歸分析，計(jì)算醋酸對兩種果蠅的致死中含量（LC50），顯著水平為0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 黑腹果蠅和斑翅果蠅在醋酸脅迫下死亡率的動態(tài)變化

隨著處理時間的延長和醋酸含量的增加，黑腹果蠅和斑翅果蠅的死亡率均逐漸增加（圖1，圖2）。由圖1可知，醋酸含量為2.5%時，黑腹果蠅并沒有受到顯著影響，其死亡率未達(dá)到20%；當(dāng)醋酸含量超過2.5%時，死亡率急劇增加，3.0%醋酸處理黑腹果蠅6 h以上，死亡率穩(wěn)定在（84.00±2.01）%；4.0%醋酸處理黑腹果蠅3 h，其死亡率達(dá)到（97.00±3.76）%。由圖2可知，斑翅果蠅成蟲在2.0%醋酸處理1.5 h后，死亡率為（59.20±5.45）%；處理3 h后，其死亡率已達(dá)到（89.80±4.90）%，處理6 h后全部死亡；斑翅果蠅在3.0%醋酸條件下死亡率為100%，其耐受醋酸的能力明顯低于黑腹果蠅。

2.2 醋酸脅迫下黑腹果蠅和斑翅果蠅死亡率影響因素分析

由黑腹果蠅和斑翅果蠅死亡率的雙因素方差分析結(jié)果（表1）可知，醋酸含量、處理時間以及兩種因素的交互作用對兩種果蠅的死亡率均有極顯著影響。

2.3 醋酸對黑腹果蠅和斑翅果蠅的致死中含量

由表2可知，隨著處理時間的延長，黑腹果蠅和斑翅果蠅的LC50逐漸降低，但在相同處理時間下，黑腹果蠅的 LC50 明顯高于斑翅果蠅。醋酸處理1.5 h 后，斑翅果蠅的 LC50 為 1.9%，而黑腹果蠅的LC50 為3.3%。 處理6 h后，斑翅果蠅和黑腹果蠅的 LC50均趨于穩(wěn)定，分別為1.5%和2.6%。

3 討論與結(jié)論

本研究發(fā)現(xiàn)，黑腹果蠅對醋酸的耐受能力高于斑翅果蠅，表現(xiàn)為黑腹果蠅的LC50明顯高于斑翅果蠅，且在相同醋酸含量、相同處理時間內(nèi)，斑翅果蠅的死亡率高于黑腹果蠅，這與黑腹果蠅偏愛于酸腐環(huán)境的生物學(xué)特性相吻合。

長期進(jìn)化以來，黑腹果蠅在一定程度上形成了適應(yīng)酸腐環(huán)境的機(jī)制，其中，與共生菌的相互作用是昆蟲用于平衡營養(yǎng)和適應(yīng)環(huán)境的重要途徑[12，13]。腐爛水果中會滋生大量微生物，F(xiàn)ischer等[14]證明黑腹果蠅趨向于在醋酸菌存在的微生物環(huán)境中產(chǎn)卵，因?yàn)榇姿峋梢詤⑴c果蠅體內(nèi)乙醇、乙酸的代謝，減少乙醇和乙酸對果蠅造成的危害，產(chǎn)生的次級代謝產(chǎn)物也有利于果蠅的生長發(fā)育。高歡歡等[15]也發(fā)現(xiàn)在兩種果蠅取食過的葡萄中，微生物多樣性明顯增加，且在黑腹果蠅取食過的葡萄中發(fā)現(xiàn)了三種醋酸菌，但斑翅果蠅取食過的葡萄中卻沒有發(fā)現(xiàn)，這可能是斑翅果蠅對醋酸耐受性差的原因之一。黑腹果蠅成蟲腸道中微生物群落比較穩(wěn)定的有十余種，以醋酸菌和乳酸菌為主[16]，是腸道和外界環(huán)境共生的細(xì)菌，對于黑腹果蠅的共生菌協(xié)同進(jìn)化提供重要依據(jù)。但新鮮水果富含糖類和碳水化合物，沒有豐富的蛋白質(zhì)和微生物[10]，斑翅果蠅如何適應(yīng)營養(yǎng)缺乏的環(huán)境，腸道內(nèi)的微生物是否可以參與其生長發(fā)育、增加適應(yīng)性，需要做進(jìn)一步研究。

參 考 文 獻(xiàn)：

[1] 孫鵬，廖太林，袁克，等. 水果害蟲——斑翅果蠅 [J]. 植物檢疫， 2011， 25（6）： 45-47.

[2] Atallah J， Teixeira， L， Salazar R，et al. The making of a pest： the evolution of a fruit-penetrating ovipositor in Drosophila suzukii and related species [J]. Proceedings of the Royal Society of London Series B， Biological Sciences， 2014， 281：20132840.doi：10.1098/rspb.2013.2840.

[3] Mitsui H， Takahashi H K， Kimura M T. Spatial distributions and clutch sizes of Drosophila species ovipositing on cherry fruits of different stages [J]. Population Ecology， 2006， 48： 233-237.

[4] Becher P G， Flick G， Rozpedowska E. Yeast， not fruit volatiles mediate Drosophila melanogaster attraction， oviposition and development [J]. Functional Ecology， 2012，26：822-828.

[5] Gibson J B， May T W， Wilks A V. Genetic variation at the alcohol dehydrogenase locus in Drosophila melanogaster in relation to environmental variation： ethanol levels in breeding sites and allozyme frequencies [J]. Oecologia， 1981， 51： 191-198.

[6] Mckechnie S W， Morgan P. Alcohol dehydrogenase polymorphism of Drosophila melanogaster： aspects of alcohol and temperature variation in the larval environment [J]. Australian Journal of Biological Science， 1982， 35： 85-93.

[7] Milan N F， Kacsoh B Z， Schlenke T A. Alcohol consumption as self-medication against blood-borne parasites in the fruit fly [J]. Curr. Biol.， 2012， 22： 488-493.

[8] Devineni A V， Heberlein U. The evolution of Drosophila melanogaster as a model for alcohol research [J]. Annual Review of Neuroscience， 2013， 36： 121-138.

[9] Deitrich R A. Acetaldehyde： déjà vu du jour [J]. Journal of Studies on Alcohol and Drugs， 2004， 65： 557-572.

[10]Begon M. Yeasts and Drosophila[C]//The genetics and biology of Drosophila.London：Academic Press， 1983： 345-384.

[11]翟一凡，于毅，周仙紅，等. 一種供試鈴木氏果蠅的人工飼養(yǎng)方法，中國，201410163572.1[P].2014-04-22.

[12]Bourtzis K， Miller T A. Insect symbiosis， contemporary topics in entomology [M]. FL： CRC Press， 2009.

[13]Douglas A E. The microbial dimension in insect nutritional ecology [J]. Functional Ecology，2009， 23： 38-47.

[14]Fischer C， Trautman E P， Crawford J M. Metabolite exchange between microbiome members produces compounds that influence Drosophila behavior [J]. Elife， 2017， 6：e18855. doi： 10.7554/eLife.18855.

[15]高歡歡， 翟一凡， 陳浩， 等. 斑翅果蠅和黑腹果蠅侵害的葡萄微生物多樣性的動態(tài)變化[J]. 應(yīng)用昆蟲學(xué)報(bào)， 2017， 54（2）： 309-316.

[16]Ryu J H， Kim S H， Lee H Y. Innate immune homeostasis by the homeobox gene caudal and commensal-gut mutualism in Drosophila [J]. Science， 2008， 319： 777-782.