草地貪夜蛾雄蛾交配狀態(tài)的判斷

馮行利 曹婷婷 楊鳳麗 吳慧明 饒瓊 鄭永利

摘要 草地貪夜蛾Spodoptera frugiperda是近年入侵我國的重大遷飛性害蟲。本研究通過解剖觀察不同日齡和交配狀態(tài)的草地貪夜蛾雄蛾內(nèi)生殖系統(tǒng)，確定其內(nèi)含物分級標準，并以此為依據(jù)分析性誘劑田間誘捕雄蛾的交配狀態(tài)。結果表明草地貪夜蛾精巢體積隨日齡增加而減小，發(fā)育后期已交配的精巢皺縮扁平，日齡對未交配雄蛾單射精管非角質化區(qū)（PS）末端內(nèi)含物無顯著影響。根據(jù)PS末端內(nèi)含物的顏色和緊密程度將雄蛾交配狀態(tài)分為5級（Ⅰ～Ⅴ級）。未交配雄蛾PS末端內(nèi)含物為褐色且均勻（Ⅴ級），交配后0 h呈透明（Ⅰ級），之后內(nèi)含物會逐漸回填（Ⅱ～Ⅳ）。田間誘捕雄蛾共921頭，其中647頭已交配（Ⅰ～Ⅳ級）。不同性誘劑誘捕雄蛾的交配狀態(tài)無顯著差異。本研究結果為草地貪夜蛾的預測預報和性誘劑防控實際控害效果評價提供參考。

關鍵詞 草地貪夜蛾;雄蛾;生殖結構;交配狀態(tài);精巢;性誘劑

中圖分類號： S436.3

文獻標識碼： A

DOI： 10.16688/j.zwbh.2021118

Abstract The fall armyworm， Spodoptera frugiperda is an important invasive migratory pest in China. The internal reproductive system of male moths at different day-age and mating status were observed by dissection， and the classification standard was established. Male moths trapped by sex pheromone in field was dissected to analyze the mated status according to the classification standard above. The results showed that testis volume was decreased with the increase of day-age， and the mated testis became shrank and flattened in the later stage of development. But there was no change in the genital contents in primary segment （PS） of single ductus ejaculatorius with the increase of day-age. According to color and compactness of the genital contents in the end of PS， mated status were classified into five grades （Ⅰ-Ⅴ）. The genital contents of unmated male adults were brown or dark brown （grade Ⅴ）， with high uniformity. The genital contents were completely excreted and became transparent after mating （grade Ⅰ）， and then it began to backfill （grade Ⅱ to grade Ⅳ）. There were 921 male moths were trapped in the field by sex pheromone traps， among which the number of mated males （grade Ⅰ to grade Ⅳ） was 647 individuals. There were no significant differences in mated status of the male moth traped by different sex pheromone traps. This study provides a reference for the prediction of S.frugiperda and evaluation of the actual control effect of sex pheromone traps.

Key words Spodoptera frugiperda;male moth;reproductive structure;copulation status;testis;sex pheromone

草地貪夜蛾Spodoptera frugiperda （J.E.Smith）， 又稱“秋黏蟲”（fall armyworm），屬鱗翅目夜蛾科，具有較強的遷飛性、暴食性與繁殖能力，是我國重要入侵性害蟲[1-3]。2020年全國各地加強了預警防控措施，但草地貪夜蛾發(fā)生量仍居高不下，給廣大玉米種植者帶來嚴重損失。目前草地貪夜蛾的防控主要依賴于化學防治，但化學藥劑的大量使用使得草地貪夜蛾種群抗性風險增高，同時給環(huán)境安全和人類健康帶來隱患。昆蟲性誘劑因其無污染，對環(huán)境友好等特點，在害蟲預測預報和防治中得到廣泛應用，可通過田間誘捕量來判斷其誘捕效果，此外性誘劑誘捕雄蛾的交配率也是評判其防治效果的重要參數(shù)[4]，田間誘集到未交配雄蛾，可有效降低雌蛾交配率，從而降低下一代發(fā)生蟲量[5-6]。

鱗翅目昆蟲精巢是精子發(fā)育和儲存的重要器官，在交配過程中，精子從精巢排出，附腺分泌的精液會保護精子通過單射精管進入雌蛾體內(nèi)，而單射精管非角質化區(qū)（primary segment， PS）的分泌物質主要參與精包的形成[7-8]，利用單射精管的填充情況和內(nèi)含物顏色、單射精管厚肌區(qū)的形態(tài)等可判定雄蛾的交配狀態(tài)[4， 9-10]。目前有關草地貪夜蛾交配狀態(tài)判斷的研究鮮有報道，亦無判斷交配狀態(tài)的相關標準。本研究通過解剖觀察草地貪夜蛾雄蛾內(nèi)生殖結構，探索其交配狀態(tài)的判斷方法，結合田間誘捕試驗調(diào)查雄蛾的交配率，為草地貪夜蛾性信息素田間誘捕效果的評判提供參考。

1 材料與方法

1. 1 試蟲

供試草地貪夜蛾2020年5月采集于杭州市余杭區(qū)余杭街道木橋村玉米種植區(qū)（120.27°E， 30.42°N）。將采集到的草地貪夜蛾5～6齡老熟幼蟲置于養(yǎng)蟲室飼養(yǎng)，溫度（28±1）℃，濕度（70±5）%，光周期L∥D=16 h∥8 h。幼蟲在3齡前喂食新鮮玉米嫩葉，3齡末期用六孔板單頭飼養(yǎng)，喂食人工飼料[11]。幼蟲化蛹后鑒別雌雄，分別放入養(yǎng)蟲盒內(nèi)，置于黑暗條件，待羽化。每日9：00收集羽化成蟲，鑒別雌雄后分別放入60 cm×60 cm×60 cm養(yǎng)蟲籠內(nèi)飼養(yǎng)，成蟲需每日傍晚喂食10%蜂蜜水[11-12]。

1.2 內(nèi)生殖器解剖方法

參考和偉等[13]對草地貪夜蛾的解剖方法。

雄蛾：將草地貪夜蛾雄蛾用解剖剪從胸腹部連接處剪斷，取腹部置于培養(yǎng)皿中，利用鑷子小心地將各節(jié)的背板和腹板全部去掉，用生理鹽水沖洗干凈并剔除消化系統(tǒng)和脂肪粒等，最終只保留干凈完整的雄蛾內(nèi)生殖結構進行拍照測量。

雄蛹：首先將雄蛹頭胸部剪除，再從腹部將蛹殼剪開，用生理鹽水配合解剖鑷子多次沖洗腹腔，完全清除腹腔內(nèi)多余的組織和脂肪粒，保留干凈完整的精巢進行拍照測量。

1.3 草地貪夜蛾雄蛾不同日齡和不同交配狀態(tài)內(nèi)生殖系統(tǒng)比較

分別收集0～6日齡未交配雄蛾，立即解剖觀察。將初羽化雌雄蛾單頭配對置于養(yǎng)蟲盒（15 cm×8 cm）中，使用攝像機SONY SF-32C4拍攝確定其交配時間，將交配后的雄蛾單獨飼養(yǎng)。收集已交配0、1、2、4、6 d的雄蛾解剖，方法同上。

1.4 草地貪夜蛾精巢體積與日齡相關性比較

蛹期選取并解剖化蛹當天至其羽化不同日齡體重體長相近的雄蛹;成蟲期選取并解剖1～6日齡且體態(tài)相近并具有較強活力的雄蛾;解剖方法同上;使用體式顯微鏡Nikon SMZ25對精巢進行測量和拍照;精巢體積的測量參考馮波等對二化螟精巢測量的方法[14]，分別測量精巢赤道半徑a，b（沿著x軸和y軸）和極半徑c的長度，按橢圓體積公式V=4πabc/3計算草地貪夜蛾精巢體積。

1.5 田間誘捕草地貪夜蛾雄蛾交配率調(diào)查

2020年10月在杭州市余杭玉米種植區(qū)利用性誘劑進行誘捕試驗，選擇生長正常、長勢均勻、兩周內(nèi)未使用殺蟲劑的田塊，選擇市面上常見的3種誘芯，每種誘芯設3個重復，每個重復設置1個誘捕器并配置1枚誘芯;每個誘捕器間隔30 m以上，距離地面1.5 m左右。3種誘芯生產(chǎn)單位分別為北京中捷四方生物科技股份有限公司（ZJSF）、廣州多宇多生物科技有限公司（DYD）及河南省濟源白云實業(yè)有限公司和中國科學院動物研究所聯(lián)合出品（JYBY）。本試驗所使用的桶形誘捕器為中捷四方生物科技股份有限公司生產(chǎn)，收集誘集到的草地貪夜蛾雄蛾，記錄誘集數(shù)量并帶回實驗室解剖檢查交配情況。

1.6 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS 25.0對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，應用Duncan氏新復極差法進行差異顯著性檢驗，兩組數(shù)據(jù)間的相關性分析采用Pearson相關系數(shù)進行相關性分析。

2 結果與分析

2.1 草地貪夜蛾雄性內(nèi)生殖系統(tǒng)組成

草地貪夜蛾雄性內(nèi)生殖結構主要包括一個精巢（testis，T）、一對貯精囊（vesiculae seminales，VS）、一對輸精管（vas deferens，VD）、一對附腺（accessory glands，AG）、一對雙射精管（ductus ejaculatorius duplex，DED）、一條單射精管（ductus ejaculatorius simplex）等，其中單射精管可以分為單射精管非角質化區(qū)（primary segment， PS）和角質化區(qū)（cuticular segment， CS）（圖1）。精巢近橢圓形，黃色不透明，外面包被著一層透明的被膜，主要是產(chǎn)生精子的部位;貯精囊與精巢相連接，通常是輸精管膨大形成，中間縊縮，分為兩段，尤其在生長發(fā)育后期明顯膨大;與貯精囊相連的是輸精管，輸精管是輸送精子的通道，成對出現(xiàn)，末端連接雙射精管;雙射精管1對，乳白色不透明;貯精囊和雙射精管是儲存精子的主要場所;雙射精管一端連接1對附腺，附腺相互獨立而又緊密貼合，是分泌精液的主要部位;另一端連接單射精管，精子會在精液的保護下進入單射精管，與單射精管內(nèi)分泌物質形成精包，通過單射精管到達陽莖，最終在交配時進入雌蟲體內(nèi)完成授精。單射精管PS區(qū)為連接雙射精管一端柔軟細長的管道，PS區(qū)末端略微膨大，內(nèi)含物比較特殊，是判別交配狀態(tài)的重要部位。未交配時PS末端充滿褐色內(nèi)含物，交配后為透明無色，而后內(nèi)含物回充。

2.2 草地貪夜蛾雄蛾PS末端內(nèi)含物分級標準及日齡和交配狀態(tài)對內(nèi)含物的影響

通過對草地貪夜蛾雄蛾內(nèi)生殖系統(tǒng)的解剖觀察，根據(jù)PS區(qū)末端內(nèi)含物顏色和形態(tài)變化將PS區(qū)末端分為5個級別：Ⅰ級，透明狀態(tài);Ⅱ級，白色或黃色半充滿狀態(tài);Ⅲ級，黃色或淺褐色充滿狀態(tài)，質地均勻但無緊致結構;Ⅳ級，褐色未充滿狀態(tài)，內(nèi)含物質地不均勻、部分出現(xiàn)斷裂結塊現(xiàn)象;Ⅴ級，褐色或深褐色充滿狀態(tài)，內(nèi)含物質地均勻、結構緊致（圖2a）。

通過對不同日齡和交配狀態(tài)的雄蛾解剖觀察，日齡對未交配雄蛾PS區(qū)內(nèi)含物等級無顯著影響，不同日齡內(nèi)含物均呈現(xiàn)為褐色或深褐色、不透明、結構緊密的狀態(tài)，分級為Ⅴ級（圖2b）。交配之后PS末端內(nèi)含物等級發(fā)生明顯變化（圖2c）：交配后 PS末端褐色內(nèi)含物排空呈透明狀態(tài)，分級為Ⅰ級;交配1 d 后，內(nèi)含物回充呈白色或淡黃色未充滿狀態(tài)，分級為Ⅱ級;交配2 d后，內(nèi)含物繼續(xù)回充呈黃色充滿狀態(tài)，分級為Ⅲ級;交配3～4 d，內(nèi)含物逐漸充滿，分級為Ⅴ級;隨著時間推移，交配6 d內(nèi)含物會發(fā)生堆積、斷層，分布不均勻等特征，分級為Ⅳ級。

2.3 草地貪夜蛾雄蛾精巢體積與日齡的相關性

根據(jù)對草地貪夜蛾蛹期-成蟲期精巢體積與日齡進行Pearson相關性分析，得到Pearson相關系數(shù)為-0.595，草地貪夜蛾精巢體積與日齡之間存在顯著線性相關性（P <0.05）（圖3）。精巢體積在化蛹當天和羽化當天會有兩次峰值，即在蛹期1日齡精巢體積達到（17.88±2.40）mm3，隨后減小;蛹期10日齡（羽化當日）出現(xiàn)第二次峰值（11.31±1.02）mm3，顯著低于1日齡蛹的精巢體積（P < 0.05），顯著高于1日齡成蟲（圖3，11日齡）精巢體積（4.10±0.39）mm3（P < 0.001），6日齡成蟲（圖3，16日齡）精巢體積減小至（1.23±0.38）mm3。

2.4 性誘草地貪夜蛾雄蛾田間交配率調(diào)查

根據(jù)對草地貪夜蛾雄蛾田間誘集數(shù)據(jù)分析，ZJSF誘芯誘集數(shù)量顯著高于其他兩種誘芯（P < 0.05），DYD和BYSY誘芯誘集效果無顯著差異（P > 0.05）（表1）。將誘集到的921頭雄蛾進行解剖觀察，其中647頭雄蛾屬于已交配狀態(tài)（Ⅰ～Ⅳ級），3種誘芯田間誘集的雄蛾屬于已交配狀態(tài)（Ⅰ～Ⅳ級）的比例無顯著差異（P > 0.05）（表1）。

3 討論

鱗翅目幼蟲期雄蟲精巢通常是左右對稱的腎形，但隨蟲體發(fā)育，兩個腎形精巢會逐漸靠近，然后內(nèi)膜和膜融合，兩個精巢便融合成單個精巢[15];本研究觀察到草地貪夜蛾雄蟲在預蛹期兩個腎形精巢就已經(jīng)相互靠攏融合，蛹期0日齡精巢已融合成一個完整的精巢結構，之后開始逐漸形成一個完整的內(nèi)生殖結構，蛹期歷期10 d左右。文靚等[16]研究表明，斜紋夜蛾雄蟲的精巢體積會隨著日齡的增加而變小。這與本研究結果一致。和偉等[13]根據(jù)精巢大小對草地貪夜蛾雄蛾制定的劃分日齡標準，達到預測雌蛾產(chǎn)卵和幼蟲孵化動態(tài)的目的，而結合草地貪夜蛾雄蛾的交配狀態(tài)，可以更準確地預測雌蛾交配時期，從而推測蟲量發(fā)生為害高峰期。

在自然界中，大多數(shù)的鱗翅目昆蟲雄蛾一生可進行多次交配[17]，而草地貪夜蛾雄蛾一生交配多達6次左右[18]。通過單射精管內(nèi)含物顏色變化和分布狀態(tài)可判斷亞洲玉米螟 Ostrinia furnacalis和二化螟 Chilo suppressalis雄蛾的交配狀態(tài)[19， 4]，本研究認為此方法也可用于草地貪夜蛾雄蛾交配狀態(tài)的判斷。不同鱗翅目種類雄蛾的單射精管內(nèi)含物顏色不同，如二化螟、玉米螟內(nèi)含物為乳白色，而草地貪夜蛾內(nèi)含物為褐色。不同鱗翅目種類雄蛾交配后內(nèi)含物恢復狀態(tài)不一致，如二化螟只能區(qū)別交配后12 h以內(nèi)的交配狀態(tài)[20]，亞洲玉米螟內(nèi)含物在交配60 h后恢復到未交配的狀態(tài)[19];薔薇斜條卷蛾Choristoneura rosaceana內(nèi)含物恢復時間達6 d[5];桃小食心蟲Carposina sasakii和梨小食心蟲Grapholitha molesta內(nèi)含物會在72 h后完全恢復[10]。本研究草地貪夜蛾內(nèi)含物可在2 d內(nèi)充滿，但恢復至未交尾狀態(tài)需要4 d，交配6 d后的內(nèi)含物與未交配的內(nèi)含物狀態(tài)有明顯區(qū)別。本試驗3種誘芯誘集的草地貪夜蛾雄蛾有69.02%表現(xiàn)出已交配Ⅰ～Ⅳ等級狀態(tài)，按本研究的分級標準分析，性誘劑田間誘捕到已交配的雄蛾實際比例更高。在草地貪夜蛾測報和防控中，可通過田間誘集雄蛾精巢大小判斷日齡[13]，結合本研究方法確定其交配狀態(tài)，可更準確預測草地貪夜蛾的發(fā)生時期，為田間防控提供參考。

性誘劑在害蟲預測預報和防治中廣泛應用，本試驗3種草地貪夜蛾性誘劑在田間的誘捕量有顯著差異，但誘捕到的已交配雄蛾比例無顯著差異，高達67.84%～70.96%，略低于二化螟比例85%[4]，顯著高于亞洲玉米螟比例39.1%[19]，表明草地貪夜蛾在交配后仍有較強活動能力，并具有多次交配的能力。因此，性信息素對草地貪夜蛾的實際控害效果有待進一步研究。

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（責任編輯：楊明麗）