夏詩(shī)洋，孟 玲，李保平

(南京農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院，農(nóng)作物生物災(zāi)害綜合治理教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京 210095)

寄生蜂產(chǎn)卵于寄主體內(nèi)或體外，子代幼蟲(chóng)依賴于寄主營(yíng)養(yǎng)完成發(fā)育并最終致使寄主死亡。雌蜂終生實(shí)現(xiàn)的產(chǎn)卵量主要取決于3個(gè)因素的互作:遇到的適宜寄主數(shù)量、終生成熟的卵數(shù)量和產(chǎn)卵速率的行為調(diào)節(jié)［1］。由于環(huán)境因素的不確定性，每當(dāng)遇到適宜的寄主時(shí)總有足夠的成熟卵可產(chǎn)的完全吻合情況是難以實(shí)現(xiàn)的。但有證據(jù)表明，自然選擇會(huì)調(diào)整卵發(fā)育特征以吻合遇到適宜寄主的預(yù)期［2－3］。

寄生蜂中不同類群間的卵成熟特征存在很大差異。由于卵成熟特征與寄生蜂的生殖策略密切相關(guān)，因此，探究卵成熟動(dòng)態(tài)就成為理解寄生蜂產(chǎn)卵策略以及生活史策略的重要途徑［1，4－8］。1950年Flanders首先提出了卵預(yù)熟和卵漸熟等兩類卵成熟模式，前者指成蟲(chóng)羽化時(shí)所有卵均已成熟，后者指成蟲(chóng)羽化后卵陸續(xù)成熟。這一劃分也成為后來(lái)建立寄生蜂生活史策略模型［7，9］和寄主－寄生蜂種群動(dòng)態(tài)模型的基本屬性［10］。但這一分類方法的依據(jù)是定性特征，難以涵蓋復(fù)雜多樣的卵成熟方式。對(duì)此，2001年Jervis等提出定量指標(biāo)—卵熟指數(shù)(成蟲(chóng)羽化時(shí)成熟卵占一生總產(chǎn)卵量的比例)［1］，用于認(rèn)識(shí)寄生蜂的卵成熟規(guī)律，并發(fā)現(xiàn)該特征與其他生活史策略存在必然的聯(lián)系。后來(lái)該指標(biāo)也被用于認(rèn)識(shí)其他植食性昆蟲(chóng)的卵成熟規(guī)律［8］。

對(duì)于卵漸熟類寄生蜂而言，根據(jù)進(jìn)化原理預(yù)測(cè)，自然選擇理應(yīng)偏好那些能夠協(xié)調(diào)好卵成熟進(jìn)程以滿足遭遇適宜寄主時(shí)的產(chǎn)卵之需的寄生蜂，從而演化出具有最優(yōu)抱卵量的雌蜂［11］。但根據(jù)生態(tài)學(xué)原理預(yù)測(cè)，自身生理因素和外界生態(tài)因素的復(fù)雜多變一定會(huì)影響寄生蜂的能量分配(生存抑或生殖)，從而演化出動(dòng)態(tài)的產(chǎn)卵決策行為。如何綜合考慮進(jìn)化和生態(tài)學(xué)原理解釋寄生蜂的產(chǎn)卵策略，就成為寄生蜂進(jìn)化生態(tài)學(xué)研究的主要挑戰(zhàn)之一。最優(yōu)搜尋理論綜合運(yùn)用進(jìn)化和生態(tài)學(xué)原理來(lái)解釋生物對(duì)資源的獲取規(guī)律［12］，不但是迄今最常用的解釋寄生蜂產(chǎn)卵策略(即最優(yōu)產(chǎn)卵策略)的原理，而且成為寄生蜂行為生態(tài)學(xué)研究的基本原理［13］，并用于指導(dǎo)生物防治實(shí)踐［14］。但用經(jīng)典的最優(yōu)搜尋原理解釋寄生蜂的產(chǎn)卵策略時(shí)，通常不考慮生理或其他生態(tài)因素的影響，實(shí)際上生理和生態(tài)因子可能通過(guò)影響雌蜂的卵成熟動(dòng)態(tài)而影響雌蜂的產(chǎn)卵決策。

本研究以蝶蛹金小蜂(Pteromalus puparum)－菜粉蝶(Pieris rapae)為模式生物，該寄生蜂營(yíng)群集性寄生方式，雌蜂在1頭寄主蛹(蝶類)內(nèi)產(chǎn)若干卵，并發(fā)育成熟若干子代蜂［15－16］。其卵成熟方式屬于漸熟類，在遭遇缺乏適宜寄主時(shí)可臨時(shí)吸回卵營(yíng)養(yǎng)［17］。蝶蛹金小蜂以老熟幼蟲(chóng)或蛹在寄主菜粉蝶蛹內(nèi)越冬，其生長(zhǎng)和發(fā)育經(jīng)歷冬季低溫［15－16］，但迄今不清楚冬季低溫是否影響早春羽化雌蜂的成熟卵數(shù)量動(dòng)態(tài)。由于蝶蛹金小蜂成蟲(chóng)在寄主體內(nèi)羽化后再爬出寄主，而且雄蜂先于雌蜂爬出，故需要掌握雌蜂的準(zhǔn)確羽化時(shí)間才可及時(shí)解剖寄主，以獲得剛羽化的雌蜂進(jìn)行解剖計(jì)數(shù)成熟卵數(shù)量，因此本研究首先詳細(xì)觀察了子代蜂幼期形態(tài)變化及其寄主蛹的形態(tài);為探究冬季低溫對(duì)越冬雌蜂來(lái)年早春羽化后卵巢發(fā)育和成熟動(dòng)態(tài)的影響，本研究模擬冬季低溫(5℃)處理了含有寄生蜂老熟幼蟲(chóng)的寄主蛹，于雌蜂羽化后解剖觀察卵巢形態(tài)，并連續(xù)觀察了成熟卵數(shù)量的時(shí)間動(dòng)態(tài)變化。該研究可為深入闡釋群集性寄生蜂的產(chǎn)卵策略提供生理依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

蝶蛹金小蜂和菜粉蝶均采自南京市東郊甘藍(lán)菜地。將采回的被寄生蛹放入智能人工氣候箱((25±1)℃，RH(60±10)%，L∶D=16∶8)待成蟲(chóng)羽化;為成蟲(chóng)提供新鮮蝶蛹供其寄生并繁育多代后供試。采回的菜粉蝶幼蟲(chóng)用“京豐1號(hào)”甘藍(lán)葉片飼喂直至化蛹，取化蛹后24—48 h的蝶蛹供試。

1.2 幼期發(fā)育的形態(tài)觀察

給1頭雌蜂提供1頭寄主蛹寄生，然后每隔24 h解剖被寄生蛹，并在體視顯微鏡(Olympus SZ－CTV;麥克奧迪SMZ 171)下測(cè)量和拍照(寄主和子代蜂)，測(cè)量蜂卵和幼蟲(chóng)的體長(zhǎng)和寬(最寬處)，測(cè)量蛹體長(zhǎng);自第9天開(kāi)始，解剖并取出蜂蛹保留，待羽化后確定性別。測(cè)量觀察個(gè)體數(shù)為20—30頭。

1.3 低溫處理試驗(yàn)

設(shè)2個(gè)溫度處理:(25±1)℃(適宜溫度，對(duì)照)和(5±1)℃(低溫)，該低溫為越冬期間持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)的溫度。在低溫處理中，取寄生后發(fā)育到第9天(蜂處于老熟幼蟲(chóng)或蛹階段)的寄主蛹放入人工氣候箱中(L∶D=16∶8)中低溫處理30 d，然后取出放入適宜溫度下，于4 d后逐日8:00檢查出蜂情況;從開(kāi)始出蜂起連續(xù)7 d解剖雌蜂，觀察卵巢管、計(jì)數(shù)成熟卵量，并測(cè)量雌蜂后足脛節(jié)長(zhǎng)度。對(duì)照則一直在適宜溫度下，于第13天開(kāi)始逐日檢查出蜂情況，出蜂后按照上述方法解剖并測(cè)量雌蜂。觀察個(gè)體數(shù)量大于30頭。

1.4 數(shù)據(jù)分析

為揭示寄生蜂形態(tài)特征隨時(shí)間的變化規(guī)律，采用非參數(shù)平滑方法擬合變化趨勢(shì)。用基于quasipoissson分布型的對(duì)數(shù)線性模型擬合溫度處理對(duì)卵成熟數(shù)量的影響，把雌蜂體型大小(后足脛節(jié)長(zhǎng)度)和日齡作為協(xié)變量放入模型。分析用R統(tǒng)計(jì)分析軟件［18－19］。

2 結(jié)果與分析

2.1 蝶蛹金小蜂胚后發(fā)育的形態(tài)及其寄主形態(tài)變化

蝶蛹金小蜂雌蜂一般喜好產(chǎn)卵于寄主菜粉蝶蛹的翅外側(cè)(圖1A)與內(nèi)側(cè)(圖1B)之間，侵染寄主的一般順序?yàn)槌嵬鈧?cè)—翅內(nèi)側(cè)—空腔—頭部與尾部(圖1)。子代蜂各發(fā)育期的體色及其寄主的體色存在差異(圖2，表1)。經(jīng)歷2—3 d的暴食期后，幼蟲(chóng)體長(zhǎng)在孵化后第4天達(dá)到最大值，但體寬直到第7天達(dá)到最大;蛹體長(zhǎng)變化不大，雌性明顯長(zhǎng)于雄性(圖3)。

圖1 健康菜粉蝶蛹外部形態(tài)Fig.1 Exomorphology of healthy P.rapae pupae

2.2 低溫對(duì)蝶蛹金小蜂成熟卵數(shù)量動(dòng)態(tài)的影響

適宜溫度條件下，羽化當(dāng)天卵室形成并開(kāi)始有卵黃沉積(圖4:0a);1天后在卵巢管底部出現(xiàn)成熟卵(圖4:1a);第2—3天，成熟卵大量形成，并逐漸往卵巢管端部堆積，接近底部的卵巢管略有增粗，頂部出現(xiàn)大量未成熟卵(圖4:2a—3a);第4天后在卵巢管底部出現(xiàn)明顯的卵吸收現(xiàn)象，卵巢管進(jìn)一步增粗，卵量接近飽和(圖4:4a);第5—6天，成熟卵數(shù)量增加緩慢，甚至略有下降，并與卵吸收速度達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，卵量飽和，卵巢管最粗(圖4:5a—6a)。而在低溫處理下，卵巢管較常溫下略細(xì)，成熟卵量較少(圖4:0b—6b)。

圖2 寄主菜粉蝶蛹外部形態(tài)隨蝶蛹金小蜂發(fā)育的日變化Fig.2 Daily exomorphology of parasitized P.rapae pupae along with P.puparum progeny

圖3 蝶蛹金小蜂幼蟲(chóng)和蛹形態(tài)測(cè)量值的日變化Fig.3 Variation in morphological measures of P.puparum larva and pupa with time after parasitism

圖4 適溫與低溫處理下蝶蛹金小蜂成蟲(chóng)卵巢管發(fā)育的變化Fig.4 Morphology of P.puparum ovary during adult stage under optimal and low temperature treatments

對(duì)數(shù)線性回歸模型分析表明，溫度和母蜂日齡不僅單獨(dú)、而且互作影響成熟卵的數(shù)量;母蜂體型大小顯著影響成熟卵的數(shù)量(表2)。與適溫處理相比，低溫處理明顯減緩卵成熟速率，各日齡期成熟卵數(shù)量均明顯減少;適溫與低溫處理下成熟卵數(shù)量的變化格局存在差異，適溫下前2d成熟卵量直線增加，此后2d放緩，然后(第4天起)不再增加;低溫下成熟卵量以較緩慢的速度直線增加至第4天，然后略放緩(圖5)。成熟卵量在不同溫度處理下均隨雌蜂體型增大而顯著增加，但在適溫下增加的幅度略小于低溫處理下(圖6)。

表1 蝶蛹金小蜂幼期發(fā)育各階段及其寄主菜粉蝶蛹的外部形態(tài)變化Table 1 Exomorphological changes of larval stages of P.puparum and its host P.rapae pupae

表2 溫度處理和其他協(xié)變量影響蝶蛹金小蜂成熟卵數(shù)量的對(duì)數(shù)線性模型參數(shù)估計(jì)值Table 2 Coefficient estimates of log-linear model for effects of temperature and other covariates on number of mature eggs in P.puparium

圖5 蝶蛹金小蜂成熟卵數(shù)量隨成蟲(chóng)羽化后天數(shù)的變化Fig.5 Variation in number of mature eggs with time after adult emergence in P.puparum under optimal and low temperature treatments

3 討論

從寄主外部形態(tài)變化推測(cè)其體內(nèi)寄生蜂幼期發(fā)育進(jìn)程，不僅對(duì)于野外調(diào)查寄生蜂種群數(shù)量動(dòng)態(tài)具有參考價(jià)值，而且可為及時(shí)解剖在寄主體內(nèi)羽化的雌蜂、檢查卵成熟動(dòng)態(tài)提供依據(jù)。龍心林和陳惠英［20］曾對(duì)蝶蛹金小蜂蛹的體色變化進(jìn)行過(guò)簡(jiǎn)單的文字描述，但在參考中由于沒(méi)有圖片而難以把握。對(duì)此，本研究對(duì)幼期發(fā)育的各階段及其寄主菜粉蝶蛹的形態(tài)進(jìn)行了更為詳細(xì)的文字描述和拍照;逐日解剖觀察發(fā)現(xiàn)，蝶蛹金小蜂從卵孵化開(kāi)始?xì)v時(shí)約2周化蛹，在寄生后第2—4天可將寄主取食殆盡。這一特性的適應(yīng)意義可能在于，被寄生的寄主在早期易于受到病原微生物的侵染，加速取食可以降低寄主染病的機(jī)會(huì)。這一特性與蒼白寬口姬小蜂(Hyssopus pallidus)相似［21］。本研究對(duì)被寄生的寄主蛹外部形態(tài)(主要是體色)隨體內(nèi)蝶蛹金小蜂發(fā)育而發(fā)生的變化進(jìn)行了描述，該結(jié)果在田間調(diào)查菜粉蝶與蝶蛹金小蜂種群動(dòng)態(tài)中為推測(cè)寄生進(jìn)程提供參考依據(jù)。

圖6 不同溫度處理蝶蛹金小蜂成熟卵量隨體型大小的變化Fig.6 Variation in number of mature eggs with body size under optimal and low temperature treatments

許多研究表明，生殖器官易于受到低溫脅迫的不良［22］。本研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)被寄生的寄主蛹(蝶蛹金小蜂成蟲(chóng)羽化前)進(jìn)行低溫處理(模擬越冬溫度)后，卵巢管萎縮，卵成熟速度減緩，抱卵量降低。同樣的現(xiàn)象在其他寄生蜂中也有報(bào)道，例如，對(duì)卡氏小蜂(Euchalcidia caryobori(Hanna))的研究表明，低溫能延遲卵成熟，甚至引起雌、雄蜂生殖器官畸形［23］;低溫處理達(dá)到一定強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間后，還可能降低寄生蜂的生殖力［24－26］。但也有報(bào)道未發(fā)現(xiàn)低溫對(duì)寄生蜂生殖力造成不良影響［27］，可能是低溫處理尚未達(dá)到脅迫程度的原因。

卵的成熟和再吸收在卵漸成熟型寄生蜂中維持著動(dòng)態(tài)平衡，是寄生蜂協(xié)調(diào)產(chǎn)卵策略的重要表現(xiàn)［13］。本研究表明，成熟卵數(shù)量的時(shí)間變化格局不僅受低溫處理、而且受雌蜂體型大小的影響，低溫處理明顯減緩卵成熟速率，推遲達(dá)到最大成熟卵數(shù)量的時(shí)間和卵吸收時(shí)間。該結(jié)果說(shuō)明，越冬會(huì)明顯延緩蝶蛹金小蜂的卵成熟動(dòng)態(tài)，進(jìn)而可能影響春季羽化雌蜂的產(chǎn)卵決策行為。

致謝:感謝南京農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院劉潔在試驗(yàn)中給予的幫助。

［1］ Jervis M A，Heimpel G E，F(xiàn)erns P N，Harvey J A，Kidd N A C.Life－h(huán)istory strategies in parasitoid wasps:a comparative analysis of‘ovigeny’.Journal of Animal Ecology，2001，70(3):442－458.

［2］ Rosenheim J A.An evolutionary argument for egg limitation.Evolution，1996，50(5):2089－2094.

［3］ Heimpel G E，Rosenheim J A.Egg limitation in parasitoids:a review of the evidence and a case study.Biological Control，1998，11(2):160－168.

［4］ Flanders S E.Regulation of ovulation and egg disposal in the parasitic hymenoptera.The Canadian Entomologist，1950，82(6):134－140.

［5］ Price P W.Niche breadth and dominance of parasitic insects sharing the same host species.Ecology，1971，52(4):587－596.

［6］ Jervis M A，Kidd N A C.Host－feeding strategies in hymenopteran parasitoids.Biological Reviews，1986，61(4):395－434.

［7］ Ellers J，Sevenster J G，Driessen G.Egg load evolution in parasitoids.American Naturalist，2000，156(6):650－665.

［8］ Jervis M A，F(xiàn)erns P N.The timing of egg maturation in insects:ovigeny index and initial egg load as measures of fitness and of resource allocation.Oikos，2004，107(3):449－461.

［9］ Rosenheim J A，Heimpel G E，Mangel M.Egg maturation，egg resorption，and the costliness of transient egg limitation in insects.Proceedings of the Royal Society B:Biological Sciences，2000，267(1452):1565－1573.

［10］ Shea K，Nisbet R M，Murdoch W W ＆ Yoo H J S.The effect of egg limitation on stability in insect host－parasitoid population models.Journal of Animal Ecology，1996，65(6):743－755.

［11］Jervis M A，Vilhelmsen L B.Mouthpart evolution in adults of the basal，‘symphytan’，hymenopteran lineages.Biological Journal of Linnean Society，2000，70(1):121－146.

［12］ Stephens D W，Krebs J R.Foraging Theory.Princeton:Princeton University Press，1986.

［13］ Godfray H C J.Parasitoids:Behavioural and Evolutionary Ecology.Princeton:Princeton University Press，1994:99－125.

［14］ Mills N J，Wajnberg é.Optimal foraging behavior and efficient biological control methods//Wajnberg é，Bernstein C，van Alphen J，eds.Behavioral Ecology of Insect Parasitoids:from Theoretical Approaches to Field Applications.Oxford:Blackwell，2008:3－30.

［15］ Hu C.Life history and occurrence of Pteromalus puparum L.in Hangzhou.Acta Entomologica Sinica，1984，27(3):302－307.

［16］ Ho C L.A study on the hymneopterous parasites of cabbage butterfly(Pieris rapae L.)in Nanking.Acta Entomologica Sinica，1962，11(1):45－58.

［17］ Guo J Y，Dong S Z，Ye G Y，Li K，Zhu J Y，F(xiàn)ang Q，Hu C.O?sorption in the endoparasitoid，Pteromalus puparum.Journal of Insect Science，2011，11:90.

［18］ R Development Core Team.R:A language and environment for statistical computing.R Foundation for Statistical Computing，Vienna，Austria，2007.ISBN 3－900051－07－0，URL.［2009－5－31］.http://www.R－project.org.

［19］ Crawley M J.The R Book.London:John Wiley＆ Sons Ltd，2007.

［20］ Long X L，Chen H Y.Summer and autumn generations and pupal colour changes of Pteromalus puparum.Natural Enemies of Insects，1988，10(2):122－122.

［21］ Tschudi－Rein K，Dorn S.Reproduction and immature development of Hyssopus pallidus(Hymenoptera:Eulophidae)，an ectoparasitoid of the codling moth.European Journal of Entomology，2001，98:41－45.

［22］ Denlinger D L，Lee R E Jr.Physiology of cold sensitivity//Hallman G J，Denlinger D L，eds.Temperature Sensitivity in Insects and Application in Integrated Pest Management.Boulder:Westview Press，1998:55－96.

［23］ Hanna A D.Fertility and toleration of low temperature in Euchalcidia carybori Hanna(Hymenoptera:Chalcidinae).Bulletin of Entomological Research，1935，26(3):315－322.

［24］ Foerster L A，Nakama P A.Efeito da estocagem em baixa temperatura na capacidade reprodutiva e longevidade de Trissolcus basalis(Wollaston)e Telenomus podisi Ashmead(Hymenoptera:Scelionidae).Neotropical Entomology，2002，31(1):115－120.

［25］ ?zder N.Effect of different cold storage periods on parasitization performance of Trichogramma cacoeciae(Hymenoptera，Trichogrammatidae)on eggs of Ephestia kuehniella(Lepidoptera，Pyralidae).Biocontrol Science and Technology，2004，14(5):441－447.

［26］ Al－Tememi N K，Ashfaq M.Effect of low temperature storage on the fecundity and parasitizing efficacy of Bracon hebetor(Say).Journal of Agricultural Research，2005，43:155－160.

［27］ Ismail M，Vernon P，Hance T，van Baaren J.Physiological costs of cold exposure on the parasitoid Aphidius ervi，without selection pressure and under constant or fluctuating temperatures.BioControl，2010，55(6):729－740.

參考文獻(xiàn):

［15］ 胡翠.蝶蛹金小蜂在杭州的年生活史.昆蟲(chóng)學(xué)報(bào)，1984，27(3):302－307.

［16］ 何繼龍.南京地區(qū)菜粉蝶Pieris rapae Linné寄生蜂考查.昆蟲(chóng)學(xué)報(bào)，1962，11(1):45－57.

［20］ 龍心林，陳惠英.蝶蛹金小蜂夏秋世代及蛹色變化.昆蟲(chóng)天敵，1988，10(2):122－122.