發(fā)育高溫對煙粉虱及其優(yōu)勢寄生蜂適合度和同步性的影響

馮雪瑩， 王路寬， 黃玉翠， 楊春萍， 徐海云

（河北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，河北 保定 071002）

昆蟲作為變溫動物，對環(huán)境中溫度的變化格外敏感。研究表明，溫度的升高會對昆蟲的生長發(fā)育、繁殖力、生理生化代謝、生態(tài)適應(yīng)性產(chǎn)生直接或間接的影響[1-4]，如高溫會改變昆蟲的發(fā)育歷期、存活率及種群參數(shù)[5-6]，改變昆蟲體內(nèi)含水量[7]，破壞細胞穩(wěn)態(tài)及細胞骨架結(jié)構(gòu)[8]，抑制昆蟲的交配產(chǎn)卵行為[9]，降低繁殖力[10-11]等。然而也有研究表明，昆蟲可依賴其自身完備的響應(yīng)機制來抵御一定程度的高溫脅迫[12-14]。因此，研究高溫對昆蟲的影響，有利于揭示昆蟲對高溫脅迫的適應(yīng)性機制。

寄生蜂作為寄主植物-昆蟲-天敵系統(tǒng)中的最高營養(yǎng)級，具有高水平的營養(yǎng)?；?，它們對溫度變化的響應(yīng)受寄主對溫度變化響應(yīng)的約束[15]，這使得它們對溫度變化的響應(yīng)更為敏感[16]。因此，高溫對寄生蜂的負(fù)面影響要強于對其寄主昆蟲的影響[17]。寄主昆蟲和寄生性天敵對溫度變化的敏感性不同，可能導(dǎo)致二者之間的同步性發(fā)生改變[17-22]，最終導(dǎo)致在氣候變暖下害蟲暴發(fā)的強度和頻率的增加[23]。因此，比較不同營養(yǎng)級之間對溫度響應(yīng)的差異，不僅可以更好地了解高溫對昆蟲與天敵的種間互作的影響，還可以在群落水平預(yù)測害蟲及天敵的種群變化動態(tài)[24]。

煙粉虱（Bemisia tabaciGennadius）屬半翅目、粉虱科、小粉虱屬，是一種危害十分嚴(yán)重的世界性入侵害蟲，已在全球范圍內(nèi)造成了嚴(yán)重的經(jīng)濟損失[25]。煙粉虱對寄主植物的為害方式除直接吸食植物汁液和分泌蜜露誘發(fā)霉污病外，其攜帶的多種植物病毒還可導(dǎo)致植物代謝紊亂[26]。麗蚜小蜂（Encarsia formosaGahan）屬膜翅目、恩蚜小蜂屬，是煙粉虱的主要寄生性天敵之一，可通過寄生和取食2種方式控制煙粉虱的為害。已有研究表明，麗蚜小蜂對煙粉虱的寄生率可高達70.0%～94.6%[27]。近年來，麗蚜小蜂在我國已實現(xiàn)商品化生產(chǎn)，并在設(shè)施蔬菜生產(chǎn)中大面積推廣應(yīng)用[28]。

目前，有關(guān)高溫對煙粉虱及其寄生蜂生長發(fā)育影響的研究，多數(shù)只關(guān)注寄主或寄生蜂單一物種在恒定高溫或短時高溫下的適應(yīng)性及耐藥性[29-34]，對于變溫條件下煙粉虱與其寄生蜂的溫度響應(yīng)差異及復(fù)雜的種間互作關(guān)系鮮有報道。因此，本研究以煙粉虱及其優(yōu)勢寄生蜂麗蚜小蜂組成的系統(tǒng)為研究對象，將不同營養(yǎng)級的2種昆蟲成蟲前期分別暴露于恒定適溫和高/適溫交替條件下，明確二者對溫度變化的響應(yīng)差異及同步性改變，以期在群落水平揭示氣候變暖對農(nóng)業(yè)害蟲-天敵系統(tǒng)的作用規(guī)律，為制定高效的害蟲防控體系提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

煙粉虱MED于2015年8月采自白洋淀地區(qū)露天蔬菜上，經(jīng)線粒體DNA細胞色素氧化酶Ⅰ基因序列鑒定明確其生物型。以棉花為寄主植物飼養(yǎng)于河北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院溫室中［溫度（26±2） ℃、相對濕度65%±5%、光周期晝14 h/夜 10 h］的養(yǎng)蟲籠（60 cm×60 cm×60 cm）內(nèi)，每籠6～8盆棉花植株，無用藥史，飼養(yǎng)約30代后用于本試驗。

麗蚜小蜂于2015年9月采自保定地區(qū)露天蔬菜上，并已經(jīng)過形態(tài)學(xué)和分子生物學(xué)鑒定，以棉花為寄主植物飼養(yǎng)于河北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院溫室中［溫度（26±2） ℃、相對濕度65%±5%、光周期晝14 h/夜10 h］，無用藥史。

寄主植物棉花（Gossypiumhirsutum），品種為‘新科8號’，由河北可利爾種業(yè)有限公司選育。

1.2 溫度設(shè)置

本研究共設(shè)置4個溫度梯度和2種溫度變化模式，分別為恒定適溫（26 ℃）和高/適溫交替（30/26、34/26和38/26 ℃），每日具體溫度設(shè)置見表1。所需溫度由人工氣候箱（型號：PRX-4500-30，中國寧波海曙賽福實驗儀器廠，相對濕度均為65%±5%、光周期為晝14 h/夜 10 h）控制，試驗溫度波動范圍為±1 ℃。

表1 每日溫度設(shè)置Table 1 Daily temperature setting

1.3 煙粉虱適合度指標(biāo)的測定

將播種后的棉花分別置于適溫（26 ℃）和高/適溫交替（30/26、34/26和38/26 ℃）條件的人工氣候箱內(nèi)培養(yǎng)，待棉花植株長至4～5片真葉時，選取健康無蟲的棉花植株，采用活體植株葉片微蟲籠接蟲法，每株棉花固定1只微蟲籠，每籠接入15對煙粉虱，產(chǎn)卵寄生24 h后移除微蟲籠及煙粉虱成蟲，以獲得同期煙粉虱卵。每個溫度處理至少設(shè)置4個微蟲籠，每只微蟲籠內(nèi)子代煙粉虱數(shù)量13～41頭，共計509頭。為每籠內(nèi)每頭煙粉虱編號，并逐日觀察統(tǒng)計每頭煙粉虱成蟲前期各階段的發(fā)育時間和存活率，測量初羽化雌蟲后足脛節(jié)長度。

1.4 麗蚜小蜂適合度指標(biāo)的測定

按照上述試驗方法獲得不同溫度下培育的棉花植株及煙粉虱2齡若蟲，采用活體植株葉片微蟲籠接蜂法，每籠接入2～3頭麗蚜小蜂，產(chǎn)卵寄生24 h后移除微蟲籠及寄生蜂，以獲得同期被寄生蜂寄生的寄主。隨后，將上述植株分別置于適溫（26 ℃）和高/適溫交替（30/26、34/26和38/26 ℃）條件的人工氣候箱內(nèi)繼續(xù)培養(yǎng)，每個溫度處理至少設(shè)置5個微蟲籠，每只微蟲籠內(nèi)子代寄生蜂數(shù)量8～42頭，共計697頭。為每籠內(nèi)每頭子代寄生蜂編號，逐日觀察統(tǒng)計每頭寄生蜂成蟲前期各階段的發(fā)育時間和存活率，并測量、統(tǒng)計初羽化雌蜂后足脛節(jié)長度、抱卵量及卵大小。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

采用單因素方差分析（one-way ANOVA）比較煙粉虱及麗蚜小蜂的發(fā)育歷期、存活率和個體大小等參數(shù)的差異，并采用Tukey HSD方法進行多重比較。以上數(shù)據(jù)分析均采用SPSS 19.0統(tǒng)計軟件進行，顯著性水平為P＜0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 發(fā)育高溫對煙粉虱適合度的影響

2.1.1 發(fā)育歷期 不同發(fā)育溫度下煙粉虱成蟲前期各階段發(fā)育歷期見表2，除4齡若蟲（F3,22=0.82，P=0.497）外，煙粉虱卵-1齡若蟲、2齡若蟲和3齡若蟲各階段的發(fā)育歷期隨著溫度的升高而逐漸縮短（F3,22=5.58～50.07，P＜0.01）。與適溫（26 ℃）條件下相比，34/26和38/26 ℃高/適溫交替條件下煙粉虱整個成蟲前期（卵-成蟲）的發(fā)育歷期明顯縮短（F3,22=23.04，P＜0.01），其中，以38/26 ℃變溫條件下最短，僅為13.6 d。

表2 不同溫度下煙粉虱成蟲前期各階段發(fā)育歷期Table 2 Development duration of each stage of Bemisia tabaci pre-adult under different temperatures

2.1.2 存活率 不同發(fā)育溫度條件下煙粉虱1齡、2齡和3齡若蟲存活率如表3所示，各高/適溫交替（30/26、34/26、38/26 ℃）處理與適溫（26 ℃）處理相比，煙粉虱1齡、2齡和3齡若蟲各齡期存活率和累計存活率差異均不顯著（F3,22=1.20～1.96，P=0.155～0.336）。

表3 不同溫度下煙粉虱1～3齡期若蟲存活率Table 3 Survival rates of Bemisia tabaci 1st to 3rd nymph under different temperature

2.1.3 個體大小 由圖1可知，隨著發(fā)育溫度的升高，煙粉虱初羽化雌成蟲后足脛節(jié)長度顯著降低（F3,199=44.66，P＜0.01）。26、30/26、34/26和38/26 ℃條件下發(fā)育獲得的煙粉虱雌成蟲后足脛節(jié)長度分別為378.7、376.3、368.4和347.0 μm，34/26和38/26 ℃下發(fā)育獲得的初羽化雌成蟲后足脛節(jié)長度顯著低于26和30/26 ℃下發(fā)育獲得的雌蟲。

圖1 不同發(fā)育溫度下煙粉虱雌蟲后足脛節(jié)長度Fig. 1 Hind tibia length of Bemisia tabaci female under different development temperatures

2.2 發(fā)育高溫對麗蚜小蜂適合度的影響

2.2.1 發(fā)育歷期 比較分析不同發(fā)育溫度條件下麗蚜小蜂成蟲前期各階段發(fā)育歷期的結(jié)果（表4）可知，與適溫（26 ℃）相比，高/適溫交替（30/26、34/26和38/26 ℃）條件下發(fā)育的麗蚜小蜂卵-幼蟲期、蛹期和整個成蟲前期（卵-成蟲）發(fā)育歷期均顯著縮短（F3,21=56.80～156.31，P＜0.01）。麗蚜小蜂卵-幼蟲期由適溫（26 ℃）條件下的8.1 d縮短到高/適溫交替（38/26 ℃）條件下的7.0 d，蛹期由26 ℃條件下的7.7 d縮短到變溫38/26 ℃條件下的5.8 d，整個成蟲前期（卵-成蟲）由26 ℃條件下的15.8 d縮短到變溫38/26 ℃條件下的12.8 d。

表4 不同溫度下麗蚜小蜂成蟲前期各階段發(fā)育歷期Table 4 Development duration of each stage of Encarsia formosa pre-adult under different temperatures

2.2.2 化蛹率 由表5可知，在適溫（26 ℃）和高/適溫交替（30/26、34/26和38/26 ℃）條件下發(fā)育的麗蚜小蜂幼蟲的平均化蛹率分別為84.4%、84.6%、90.1%和95.2%，各溫度處理間差異不顯著（F3,24=1.46，P=0.255）。

表5 不同溫度下麗蚜小蜂的平均化蛹率Table 5 Average pupation rate of Encarsia formosa under different temperatures

2.2.3 個體大小 由圖2可知，隨著發(fā)育溫度的升高，麗蚜小蜂初羽化雌蜂后足脛節(jié)長度顯著降低（F3,199=154.30，P＜0.01）。高/適溫（38/26 ℃）條件下發(fā)育的麗蚜小蜂初羽化雌蜂的后足脛節(jié)長度僅為182.6 μm，顯著低于26、30/26和34/26 ℃條件下發(fā)育的麗蚜小蜂初羽化雌蜂的后足脛節(jié)長度（218.8、206.3和202.8 μm）。

圖2 不同發(fā)育溫度下麗蚜小蜂后足脛節(jié)長度Fig. 2 Hind tibia length of Encarsia formosa under different development temperatures

2.2.4 抱卵量和卵子大小 解剖不同發(fā)育溫度條件下麗蚜小蜂初羽化雌蜂的卵巢后發(fā)現(xiàn)（圖3），隨著溫度的升高，麗蚜小蜂初羽化雌蜂卵巢內(nèi)卵子數(shù)量顯著下降，由適溫（26 ℃）下的7.1粒降低到38/26 ℃下的3.8粒（F3,59=8.23，P＜0.01）。

圖3 不同發(fā)育溫度下麗蚜小蜂抱卵量Fig. 3 Egg load of Encarsia formosa under different development temperatures

測量不同發(fā)育溫度條件下麗蚜小蜂初羽化雌蜂卵巢內(nèi)卵子長度后發(fā)現(xiàn)（圖4），38/26 ℃條件下發(fā)育的麗蚜小蜂卵巢內(nèi)卵子長度顯著高于其他溫度條件下發(fā)育的麗蚜小蜂的卵子長度（F3,59=3.22，P=0.029）。

圖4 不同發(fā)育溫度下麗蚜小蜂雌蜂卵巢內(nèi)卵子長度Fig. 4 Egg length of Encarsia formosa females under different development temperatures

3 討論

已有研究表明，溫度的升高會加快昆蟲幼蟲和蛹的發(fā)育速率，縮短其發(fā)育歷期[35]。本文通過研究發(fā)育高溫對煙粉虱的適合度的影響發(fā)現(xiàn)，除煙粉虱4齡若蟲外，煙粉虱其他齡期若蟲的發(fā)育歷期均呈縮短的趨勢；高/適溫交替條件下發(fā)育的煙粉虱成蟲前期顯著短于適溫條件下發(fā)育的煙粉虱，該結(jié)果與對煙粉虱MEAM1北京種群的研究一致[36]。與適溫26 ℃相比，高/適溫交替條件下麗蚜小蜂卵-幼蟲期、蛹期和整個成蟲前期（卵-成蟲）發(fā)育歷期也均明顯縮短。周淑香等[37]研究了持續(xù)高溫（31 ℃恒溫）和高適溫交替（晝31 ℃/夜25 ℃）對麗蚜小蜂發(fā)育的影響，發(fā)現(xiàn)高溫條件下麗蚜小蜂從卵到羽化的發(fā)育歷期與25 ℃恒溫相比明顯縮短，但高溫條件下麗蚜小蜂從卵到蛹的發(fā)育歷期均長于25 ℃恒溫，這與本研究中麗蚜小蜂在高溫條件下卵-幼蟲期和蛹期發(fā)育歷期均縮短的結(jié)果不同，原因可能與麗蚜小蜂品系、粉虱種類（隱種類型）和寄主植物不同有關(guān)。

昆蟲的適合度與其羽化時的個體大小密切相關(guān)[38-40]。Sagarra等[41]對寄生蜂Anagyrus kamali的研究發(fā)現(xiàn)，體型較大的成蜂不僅壽命顯著長于體型較小的成蜂，前者的繁殖力也顯著高于后者。同時有研究表明，昆蟲的個體大小又與環(huán)境溫度密切相關(guān)，一般情況下較高的發(fā)育溫度可導(dǎo)致昆蟲的個體變小，即“溫度-個體大小定律（Temperature-Size Rule）”[42]。自然界中，多數(shù)昆蟲遵循這一定律，如Bochdanovits等[43]對Drosophila melanogaster的研究、Colinet等[35]對科曼尼蚜繭蜂（Aphidius colemani）的研究和Lann等[44]對Aphidius rhopalosiphi的研究等均得到了相似的結(jié)論。本研究中，無論是煙粉虱還是麗蚜小蜂，其個體大小均與發(fā)育溫度呈負(fù)相關(guān)，即遵循“溫度-個體大小定律”。

對寄生蜂而言，成蜂初羽化時的抱卵量是衡量其繁殖力和適合度的重要指標(biāo)[45-46]。本研究中，相對于適溫（26 ℃），高/適溫交替條件下發(fā)育的麗蚜小蜂初羽化雌蜂的抱卵量明顯降低，特別是38/26 ℃下發(fā)育的麗蚜小蜂的抱卵量僅為適溫（26 ℃）下發(fā)育的麗蚜小蜂的抱卵量的一半左右，說明發(fā)育高溫可顯著影響麗蚜小蜂的繁殖力。對不同發(fā)育溫度下麗蚜小蜂初羽化雌蜂卵巢內(nèi)卵子長度的測量結(jié)果顯示，38/26 ℃下發(fā)育的麗蚜小蜂的卵子明顯長于其他溫度下的，也就是說38/26 ℃下雖然麗蚜小蜂的抱卵量減少，但是卵子個體增大。一般認(rèn)為，較大的卵子可以為寄生蜂后代發(fā)育提供較多的營養(yǎng)物質(zhì)，從而孵化出更大的寄生蜂個體，增加其適生性。本研究中38/26 ℃下發(fā)育的麗蚜小蜂可能通過生產(chǎn)較大個體的卵子，在一定程度上彌補高溫對其繁殖力的影響。

環(huán)境溫度的升高還可能會影響“寄生蜂-寄主”的同步性，進而影響寄生蜂對寄主的控制效果[22,47]。本研究中，煙粉虱成蟲前期的發(fā)育歷期在30/26、34/26和38/26 ℃高/適溫交替條件下比26 ℃適溫下分別縮短1.6、1.9和4.4 d，而麗蚜小蜂成蟲前期的發(fā)育歷期在30/26、34/26和38/26 ℃高/適溫交替條件下比26 ℃適溫下分別縮短2.2、2.0和3.0 d，說明在本研究的高溫條件下二者的同步性發(fā)生改變。

綜合來看，在本研究中的高/適溫交替條件下，煙粉虱及其優(yōu)勢寄生蜂麗蚜小蜂的適合度均受到影響，且二者對溫度變化的響應(yīng)存在差異。在夏季溫室中應(yīng)用麗蚜小蜂防治煙粉虱時應(yīng)充分考慮環(huán)境溫度變化可能帶來的影響，及時采取有效的應(yīng)對措施，如適時調(diào)節(jié)環(huán)境溫度或補充釋放寄生蜂等。