寄主密度、寄生蜂密度和寄生蜂性比對麥蛾繭蜂繁殖的影響

黃 寧,王秀琴,王 博,歐后丁,胡 勇,韋 蘭,楊茂發(fā),3*

(1.貴州省煙草公司貴陽市公司,貴陽 550002;2.貴州大學(xué)昆蟲研究所,貴州山地農(nóng)業(yè)病蟲害重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,貴陽 550025;3.貴州大學(xué)煙草學(xué)院,貴陽 550025)

麥蛾繭蜂Habrobraconhebetor(Say),又名麥蛾柔繭蜂,屬膜翅目Hymenoptera,繭蜂科Braconidae,全球均有分布[1]。它是一種群居性的卵育型抑性外寄生蜂(synovigenic idiobiont ectoparasitoid)[2-3],是田間和倉儲鱗翅目幼蟲的一種重要寄生性天敵,能寄生棉鈴蟲Helicoverpaarmigera(Hübner)、米蛾Corcyracephalonica(Stainton)、印度谷螟Plodiainterpunctella(Hübner)、大蠟螟Galleriamellonella(Linnaeus)、煙草粉螟Ephestiaelutella(Hübner) 等夜蛾科和螟蛾科40余種害蟲[4]。該蜂寄主范圍廣、世代周期短、繁殖力強(qiáng)、成蟲期長[5]和致死率高[5-6],已被視為倉儲鱗翅目害蟲最有潛力的生物防治作用物(biological control agents)。如在煙草粉螟幼蟲暴發(fā)期,麥蛾繭蜂對該害蟲的致死率高達(dá)72%[7],在溫度28℃、寄主50頭/盒的條件下,對煙草粉螟5齡幼蟲的日平均致死率達(dá)(74.00±2.67)%[4]。故麥蛾繭蜂對煙草粉螟防控潛力大,但尚未規(guī)?；瘧?yīng)用,原因可能是未形成有效的飼養(yǎng)方法,導(dǎo)致無法提供釋放所需的寄生蜂數(shù)量。因此,如何有效飼養(yǎng)麥蛾繭蜂是亟須解決的關(guān)鍵問題。

麥蛾繭蜂是一種單倍-二倍體(haplo-diploid)性別決定的寄生蜂[1],自然狀態(tài)下可營兩性生殖和孤雌產(chǎn)雄生殖,即受精卵(diploid)發(fā)育為雌蜂,未受精卵(haploid)發(fā)育為雄蜂。同時(shí),性別還由核基因中存在的性別決定位點(diǎn)(complementary sex determiner,CSD)和互補(bǔ)的等位基因類型共同決定,也即雌蜂由二倍體雜合子發(fā)育,雄蜂由二倍體純合子發(fā)育,但雄蜂通常不能存活或不育[1]。因此,CSD的存在可能引起麥蛾繭蜂雌性占比偏大。在上述的性別決定機(jī)制背景下,研究麥蛾繭蜂性比變化的影響因素已受到學(xué)術(shù)界的重點(diǎn)關(guān)注,如已證實(shí)寄主種類[8-9]、寄主密度[10]、寄主質(zhì)量[11-12]、寄主剝奪和雌蜂年齡[5]等因素可影響其性比變化。然而,在麥蛾繭蜂的規(guī)?；庇^程中,除了關(guān)注子代寄生蜂性比外,還應(yīng)考慮子代寄生蜂總數(shù)和寄主飼養(yǎng)成本與難易程度。本課題組通過多年的研究證實(shí)煙草粉螟能大量繁育該寄生蜂[4-6],且其容易飼養(yǎng)和成本較低[13]。鑒于目前尚缺乏麥蛾繭蜂最為理想的有效飼養(yǎng)方法,本文以煙草粉螟為寄主研究了寄主密度、寄生蜂密度和寄生蜂性比對子代出蜂數(shù)和性比的影響,旨在優(yōu)化最佳飼養(yǎng)方案,為大量飼養(yǎng)和應(yīng)用麥蛾繭蜂防控?zé)煵莘勖葌}儲害蟲提供技術(shù)參數(shù)。

1 材料與方法

1.1 供試?yán)ハx

煙草粉螟:初始蟲源于2016年5月采自貴州省煙草公司貴陽市公司煙葉生產(chǎn)經(jīng)營中心倉庫,于實(shí)驗(yàn)室用人工飼料繼代飼養(yǎng)至今,飼養(yǎng)方法參見歐后丁等[4]。

麥蛾繭蜂:初始蟲源于2016年10月在貴州大學(xué)昆蟲研究所利用煙草粉螟5齡(末齡)幼蟲誘集,并以5齡幼蟲為寄主繼代飼養(yǎng)至今。飼養(yǎng)方法參考?xì)W后丁等[4]并略有改進(jìn),即將一對(1雌和1雄)麥蛾繭蜂移入放有5～10頭5齡幼蟲的養(yǎng)蟲盒(直徑6.0 cm,高2.9 cm,盒身用昆蟲針扎孔以保持空氣流通,下同)中,然后將養(yǎng)蟲盒放入溫度為(28±1)℃、相對濕度(75±5)%和光周期L∥D=16 h∥8 h 的人工氣候箱(寧波江南儀器廠,型號:RXZ-380A-LED,下同)中飼養(yǎng),每天更換寄主。麥蛾繭蜂羽化24 h內(nèi)且健康的雌雄成蟲作為供試寄生蜂。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1煙草粉螟不同密度下麥蛾繭蜂出蜂數(shù)的測定

將羽化24 h內(nèi)、無交配經(jīng)歷且大小基本一致的麥蛾繭蜂隨機(jī)配對(1雌和1雄),分別移入含有5、10、20、40頭和50頭煙草粉螟5齡幼蟲和20%蜂蜜水棉球的養(yǎng)蟲盒中,再將養(yǎng)蟲盒放入人工氣候箱(條件同上)中,每日將寄生蜂轉(zhuǎn)移至含有相同密度煙草粉螟、蜂蜜水棉球的養(yǎng)蟲盒中,并將更換的養(yǎng)蟲盒置于上述條件的人工氣候箱繼續(xù)飼養(yǎng)。待所有處理的麥蛾繭蜂羽化后,分別記錄各處理雌、雄蜂數(shù)。每個(gè)處理重復(fù)8次,試驗(yàn)持續(xù)10 d。

1.2.2相同寄主密度不同麥蛾繭蜂密度下出蜂數(shù)的測定

挑取羽化24 h內(nèi)、無交配經(jīng)歷且大小基本一致的麥蛾繭蜂雌雄配對按照1、2、4對和8對的數(shù)量分別移入含有50頭煙草粉螟5齡幼蟲和20%蜂蜜水棉球的養(yǎng)蟲盒中,再將養(yǎng)蟲盒放入上述條件的人工氣候箱中。其余方法同1.2.1。每個(gè)處理重復(fù)10次,試驗(yàn)持續(xù)10 d。

1.2.3麥蛾繭蜂不同性比下出蜂數(shù)的測定

將當(dāng)日羽化、無交配經(jīng)歷且大小基本一致的麥蛾繭蜂按照雌雄比1∶1、1∶2、1∶3、2∶1和3∶1(總數(shù)分別為 2、3、4、3頭和4頭)組合配對,移入含有20頭煙草粉螟5齡幼蟲和20%蜂蜜水的養(yǎng)蟲盒中,再將養(yǎng)蟲盒放入上述條件的人工氣候箱中。其余方法同1.2.1。每個(gè)處理重復(fù)10次,試驗(yàn)持續(xù)10 d。

1.3 數(shù)據(jù)分析

為精確地評價(jià)處理間的差異,試驗(yàn)將各處理10 d合計(jì)的子代出蜂數(shù)(雌蜂數(shù)、雄蜂數(shù)、總蜂數(shù))和性比(雌蜂數(shù)/雄蜂數(shù))作為評價(jià)指標(biāo)。其平均值由TWOSEX-MSChart軟件[14-15]計(jì)算,而標(biāo)準(zhǔn)誤由嵌入在該軟件中的bootstrap技術(shù)估計(jì),重復(fù)100 000次[16]。使用Paired bootstrap test(TWOSEX-MSChart)比較各處理的差異性[5,17]。

2 結(jié)果與分析

2.1 煙草粉螟不同密度下麥蛾繭蜂的子代出蜂數(shù)

當(dāng)提供1對麥蛾繭蜂時(shí),煙草粉螟不同密度顯著影響麥蛾繭蜂子代出蜂數(shù)和性比(表1)。即子代出蜂數(shù)(雌蜂數(shù)、雄蜂數(shù)和總蜂數(shù))和雌雄性比隨寄主密度的增加而降低。當(dāng)寄主為5頭/盒時(shí),除子代雄蜂數(shù)、總蜂數(shù)與密度10頭/盒的處理差異不顯著和子代雄蜂數(shù)與密度20頭/盒的處理差異不顯著外,其余各指標(biāo)均顯著高于其他密度,且成蟲明顯雌性偏多(1.79±0.11)。寄主10頭/盒的各指標(biāo)與密度20頭/盒差異不顯著。當(dāng)寄主為30頭/盒時(shí),除子代雌雄性比外,子代出蜂數(shù)(雌蜂數(shù)、雄蜂數(shù)和總蜂數(shù))僅為密度20頭/盒的一半,但均顯著高于密度40頭/盒和50頭/盒。而在寄主密度40頭/盒和50頭/盒的條件下,麥蛾繭蜂子代出蜂數(shù)較低且偏雄性。以上結(jié)果說明僅有1對麥蛾繭蜂時(shí),每日提供5頭煙草粉螟幼蟲可獲得最大出蜂數(shù)和雌性占比最高的寄生蜂。

表1 不同寄主密度下1對麥蛾繭蜂所產(chǎn)子代指標(biāo)1)Table 1 Effects of host density on offspring performances of one pair of Habrobracon hebetor

2.2 相同寄主密度不同麥蛾繭蜂密度下的子代出蜂數(shù)

當(dāng)煙草粉螟為50頭/盒時(shí),麥蛾繭蜂子代出蜂數(shù)(雌蜂數(shù)、雄蜂數(shù)、總蜂數(shù))和子代雌雄性比隨寄生蜂密度的增加而增加且存在顯著差異;同樣,不同蜂蟲比也顯著影響平均單雌出蜂數(shù)(表2)。如蜂蟲比1∶6.25(蜂與寄主為8∶50)的雌蜂數(shù)顯著高于其他密度,但雄蜂數(shù)和總蜂數(shù)與蜂蟲比1∶12.5(蜂與寄主為4∶50)差異不顯著,且它們顯著高于蜂蟲比1∶25(蜂與寄主為2∶50)和1∶50(蜂與寄主為1∶50)。若考慮各處理平均單雌出蜂數(shù),蜂蟲比1∶6.25的平均單雌出蜂數(shù)顯著低于1∶12.5,而與1∶25差異不顯著,但均顯著高于1∶50。即不同蜂蟲比處理的平均單雌出蜂數(shù)大小順序?yàn)?∶12.5>1∶25>1∶6.25>1∶50。除蜂蟲比1∶1的雌雄性比小于1外,其他處理均大于2。以上結(jié)果說明蜂蟲比1∶12.5的平均單雌出蜂數(shù)最多,該蜂蟲比可用于指導(dǎo)麥蛾繭蜂的大量飼養(yǎng)。

表2 煙草粉螟密度為50頭/盒時(shí)不同麥蛾繭蜂密度下的子代蜂指標(biāo)1)Table 2 Effects of parasitoid density on offspring performances of Habrobracon hebetor at the 50 individuals per box of Ephestia elutella

2.3 麥蛾繭蜂不同性比下的子代出蜂數(shù)

當(dāng)煙草粉螟為20頭/盒時(shí),麥蛾繭蜂子代出蜂數(shù)(雌蜂數(shù)、雄蜂數(shù)和總蜂數(shù))隨雌蜂數(shù)的增加而顯著增加,但平均單雌出蜂數(shù)隨親代雌蜂的增加先增加后減少(表3)。從親代雌蜂(所有雌蜂)的出蜂數(shù)來看,性比3∶1的出蜂數(shù)顯著高于其他處理;若從平均單雌出蜂數(shù)來看,性比2∶1的雌蜂數(shù)、雄蜂數(shù)和總蜂數(shù)均顯著高于其他處理,但與性比3∶1的出蜂數(shù)差異不顯著。所有處理的子代雌雄性比隨雌蜂數(shù)的增加略有降低,但差異不顯著。當(dāng)1頭雌蜂與不同數(shù)量的雄蜂(1、2頭和3頭)配對時(shí),子代出蜂數(shù)和雌雄性比均差異不顯著,即雄蜂數(shù)不影響子代性比。上述結(jié)果說明性比2∶1的處理可獲得最優(yōu)的出蜂數(shù)。

表3 煙草粉螟密度為20頭/盒時(shí)麥蛾繭蜂不同性比下的子代指標(biāo)Table 3 Effects of different sex ratios on offspring performance of Habrobracon hebetor at the 20 individuals per box of Ephestia elutella

3 結(jié)論與討論

寄主密度、寄生蜂密度和性比是影響寄生蜂繁育的核心問題。麥蛾繭蜂是倉儲鱗翅目害蟲的一種重要寄生蜂,但尚未得到規(guī)?；瘧?yīng)用,因此優(yōu)化這些因素對麥蛾繭蜂的大量繁育具有重要意義。本研究表明,寄主密度和麥蛾繭蜂密度顯著影響該蜂子代出蜂數(shù)(雌蜂數(shù)、雄蜂數(shù)和總蜂數(shù)),但子代性比不受雄蜂密度的顯著影響(表1～3)。綜合考慮試驗(yàn)結(jié)果,本文推薦按照蜂蟲比1∶5～1∶12.5和寄生蜂雌雄性比為1∶1的方式接入該蜂,且可連續(xù)使用10 d。這將有利于麥蛾繭蜂的大量飼養(yǎng)。

麥蛾繭蜂數(shù)量恒定時(shí)(1對),寄主煙草粉螟密度顯著影響該蜂的子代出蜂數(shù),即寄主密度越高,子代出蜂數(shù)越低(表1)。該結(jié)果有別于Taylor等[18]報(bào)道的麥蛾繭蜂出蜂數(shù)不受寄主密度顯著影響,也不同于其在印度谷螟密度較高時(shí)出蜂數(shù)最多的報(bào)道[19]。這可能與寄生蜂種群、數(shù)量和試驗(yàn)環(huán)境不同有關(guān)。在本研究中,高密度的煙草粉螟導(dǎo)致子代出蜂數(shù)減少可能有以下兩點(diǎn)原因:一是麥蛾繭蜂屬于群居性外寄生蜂,為繁殖后代,其用產(chǎn)卵器向寄主體內(nèi)注入毒液麻痹致死寄主,而后在這些寄主上選擇產(chǎn)卵,因此寄主密度超過一定數(shù)量時(shí)(≥30頭),麥蛾繭蜂麻痹致死大量寄主可能會消耗較多的時(shí)間和精力,以至產(chǎn)卵量減少[6];二是在寄主密度較高時(shí),即使被麻痹的煙草粉螟較多,但由于寄生率基本穩(wěn)定[6],故飼養(yǎng)盒中還存在較多未被麻痹的寄主,其可能強(qiáng)烈地干擾寄主表面的蜂卵和初孵幼蟲,從而使該蜂幼期階段的死亡率較高,導(dǎo)致出蜂數(shù)降低[20]。因此,本文推薦每日提供5～10頭末齡煙草粉螟幼蟲供1對麥蛾繭蜂寄生，能提高其飼養(yǎng)效率。

煙草粉螟密度恒定時(shí)(50頭),麥蛾繭蜂子代出蜂數(shù)隨蜂蟲比的增加而顯著增加,但平均單雌出蜂數(shù)隨蜂蟲比的增加呈先增加后減少的趨勢(表2)。當(dāng)麥蛾繭蜂數(shù)量成倍增加時(shí),子代出蜂數(shù)并非成倍增加,這可能與種間干擾有關(guān)[4],也可能是該寄生蜂為保證后代個(gè)體在有限資源的單頭寄主上完成發(fā)育,避免多次產(chǎn)卵的結(jié)果。因此,控制寄生蜂密度對該蜂的繁育具有重要意義。雖然2對麥蛾繭蜂(蜂與寄主為1∶25)的平均單雌出蜂數(shù)與4對(1∶12.5)的差異不顯著,但從寄生蜂質(zhì)量來看,提供更多的寄生蜂是必要的,因其出蜂數(shù)較多,可避免近親繁殖帶來的不利影響[21],所以本試驗(yàn)推薦的最佳蜂蟲比是1∶12.5。

在寄生蜂的大量飼養(yǎng)過程中,通常將子代出蜂數(shù)和性比作為評價(jià)飼養(yǎng)效率的重要指標(biāo),即投入少量資源(寄主和寄生蜂)獲得最多的寄生蜂且雌蜂占比最大。在本研究中,當(dāng)寄主為5頭/盒時(shí),麥蛾繭蜂子代出蜂數(shù)最多,為(90.71±2.01)頭,且子代性比(1.79±0.11)，顯著高于其他處理(表1)。這與該蜂以印度谷螟、大蠟螟為寄主時(shí)其性比不受寄主密度、寄生蜂密度的影響不一致[19,22]。原因可能與寄主營養(yǎng)、寄生蜂種群和室內(nèi)飼養(yǎng)環(huán)境不同有關(guān),也可能是分析方法不同。本研究采用Paired bootstrap test方法分析不同處理的差異,即該方法是利用bootstrap(100 000次)重復(fù)取樣技術(shù)形成穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)誤(通常小于實(shí)際樣本的標(biāo)準(zhǔn)誤),再準(zhǔn)確比較不同處理間的差異,尤其適用于不服從正態(tài)分布的數(shù)據(jù)[23],也適用于重復(fù)次數(shù)較少的數(shù)據(jù)(如10次以下)[6]。此外,在煙草粉螟為50頭/盒時(shí),麥蛾繭蜂密度顯著影響子代性比(表2)。原因可能是隨寄生蜂密度的增大,雌雄蜂選擇交配的對象更多,從而提高交配成功率。此外,麥蛾繭蜂的雌蜂一般只交配1次,少數(shù)交配2～3次[24],這可能是寄生蜂密度大于2對時(shí)各處理差異不顯著的原因。當(dāng)麥蛾繭蜂性比不同時(shí),子代性比無顯著差異(表3),再次證明雌蜂一般只交配1次,少數(shù)交配2～3次的結(jié)論。根據(jù)局部配偶競爭(local mate competition,LMC)原理,在有限空間中存在近交習(xí)性的寄生蜂,經(jīng)常出現(xiàn)偏雌性現(xiàn)象,尤其群居性寄生蜂[20,25]。但許多研究表明,麥蛾繭蜂是一個(gè)非近交種群(outbreeding species),該寄生蜂的偏雌現(xiàn)象不能較好地用LMC原理解釋[20,26-29]。此外,雖然Antolin等[1]發(fā)現(xiàn)麥蛾繭蜂存在CSD性別決定機(jī)制,但該機(jī)制也不能很好地解釋偏雌性現(xiàn)象,因?yàn)樗麄儼l(fā)現(xiàn)即使該蜂發(fā)生輕微的近交,由于其核基因中存在10～16個(gè)性別決定的等位基因,故CSD基本不會發(fā)生。所以麥蛾繭蜂的性別決定仍然是單倍-二倍型決定機(jī)制,即受精卵發(fā)育為雌蜂,未受精卵發(fā)育為雄蜂,這在后來的研究中被多次證實(shí)。如麥蛾繭蜂連續(xù)寄生14 d大蠟螟,其每日出蜂數(shù)均偏雌蜂(因受精卵較多),而寄生14 d 后每日出蜂數(shù)逐漸偏雄蜂再完全偏雄蜂(精子被逐漸消耗,受精卵逐漸減少)[8]。同理,當(dāng)麥蛾繭蜂連續(xù)寄生10 d 煙草粉螟,第10天的出蜂數(shù)偏雌蜂,而連續(xù)寄生20 d時(shí),第20天的出蜂數(shù)嚴(yán)重偏雄蜂[5]。在本研究中,連續(xù)寄生10 d的麥蛾繭蜂,子代偏雌是雌蜂未將精子耗盡的緣故。由于麥蛾繭蜂是一個(gè)非近交物種且很少發(fā)生多次交配,在生產(chǎn)實(shí)踐中,確保該蜂的首次成功交配非常重要,故本文推薦按照蜂蟲比為1∶5～1∶12.5和雌雄蜂性比為1∶1的方式接入該蜂,且其可連續(xù)使用10 d,即能獲得偏雌性的寄生蜂種群。