溫度和光周期對虎斑蝶幼期生長發(fā)育的影響

陳禎， 周成理， 陳曉鳴， 石雷

(1. 玉溪師范學(xué)院化學(xué)生物與環(huán)境學(xué)院，云南玉溪653100； 2. 中國林業(yè)科學(xué)研究院資源昆蟲研究所，昆明650224)

虎斑蝶Danausgenutia隸屬蛺蝶科Nymphalidae斑蝶亞科Danainae斑蝶屬Danaus，又名粗脈棕斑蝶、黑脈樺斑蝶、擬阿檀蝶、虎紋青斑蝶和青紅條紅斑蝶等。國內(nèi)分布于河南、四川、云南、西藏、江西、浙江、福建、廣東、廣西、臺灣和海南等地，國外分布于中南半島、西太平洋諸島和澳大利亞(周堯，1998)。成蟲中大體型，訪花，翅膀正面色彩鮮艷，飛行緩慢，姿態(tài)優(yōu)美，是生態(tài)觀賞、喜慶放飛和工藝制作的優(yōu)良蝶種，無危害經(jīng)濟(jì)和園林植物記錄。該種蝴蝶在國內(nèi)蝴蝶觀賞園及慶典蝴蝶放飛中被廣泛利用，但其主要生物學(xué)、生理生態(tài)學(xué)特征等鮮見報道。在國內(nèi)，陳曉鳴等(2008)首次對虎斑蝶的主要寄主、幼期形態(tài)特征及成蟲和幼蟲習(xí)性進(jìn)行了初步記述；陳禎等(2017)對云南元江虎斑蝶種群的全蟲期形態(tài)特征、幼期發(fā)育歷期、在云南昆明溫室中的代生活史和生殖力、寄主范圍、成蟲及幼蟲的行為習(xí)性進(jìn)行了詳細(xì)報道。在國外，Meyer(1995)簡略描述了澳大利亞虎斑蝶D.genutiaalexis的1齡、5齡幼蟲及蛹的形態(tài)，幼蟲期和蛹期在自然條件下的發(fā)育歷期；Bhuyan等(1999)研究了虎斑蝶成蟲對4種蜜源植物的選擇性；Atluri等(2010)報道了印度Visakhapatnam地區(qū)虎斑蝶的幼期形態(tài)、幼期發(fā)育歷期及幼蟲取食寄主植物Pergulariadaemia后的生長發(fā)育情況；此外，學(xué)者也對虎斑蝶的寄主植物進(jìn)行了報道(Meyer，1995；Igarashi & Fukuda，2000；Robinsonetal.，2001；Atlurietal.，2010)。

近10多年來，野生虎斑蝶因美麗的顏色斑紋及輕緩的飛行方式被大量采集，用于商業(yè)放飛和工藝品制作，野生種群數(shù)量急劇下降，野生資源在數(shù)量和質(zhì)量上都無法滿足國內(nèi)迅猛發(fā)展的市場需要，開展人工繁育勢在必行。為此，本文作者近年來對云南省元江縣虎斑蝶的主要生物學(xué)、生理生態(tài)學(xué)特征進(jìn)行了較為系統(tǒng)的持續(xù)研究，以期篩選出優(yōu)良寄主植物，找出最佳幼期發(fā)育條件和成蟲繁殖條件，研發(fā)出高效的規(guī)?；斯し庇夹g(shù)。本文報道溫度和光周期對虎斑蝶幼期生長發(fā)育的影響。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

虎斑蝶：成蟲種源采自云南省元江縣野外，將采回的野生雌雄成蟲置于云南省昆明市盤龍區(qū)中國林業(yè)科學(xué)研究院資源昆蟲研究所蝴蝶試驗大棚內(nèi)放養(yǎng)，建立實驗種群。采集新產(chǎn)的卵供實驗用。

飼養(yǎng)幼蟲的寄主植物：青羊參Cynanchumotophyllum(蘿藦科Asclepiadaceae)。

成蟲補(bǔ)充營養(yǎng)：10%蜂糖水。

1.2 實驗方法

1.2.1溫度和光周期對虎斑蝶幼期生長發(fā)育的影響在人工氣候箱(型號：SPX-400；上海博訊醫(yī)療設(shè)備廠)內(nèi)設(shè)置2個光照處理[長光照(LD=15∶9)和短光照(LD=9∶15)，依據(jù)Goehring和Oberhauser(2002)對虎斑蝶近緣種君主斑蝶Danausplexippus相關(guān)研究中的光周期，并結(jié)合元江冬、夏季最短和最長光照時數(shù)考慮]。長光照下設(shè)7個溫度梯度：17.5 ℃、20.0 ℃、22.5 ℃、25.0 ℃、27.5 ℃、30.0 ℃和35.0 ℃；短光照下設(shè)5個溫度梯度：17.5 ℃、20.0 ℃、25.0 ℃、30.0 ℃和35.0 ℃。以上處理組的濕度均恒定為70%。

由于卵的孵化率和初齡幼蟲成活率存在差異，各處理中使用不同初始卵量以保證每個處理中至少有60頭幼蟲存活至2齡初。故每個處理自80～150粒新產(chǎn)卵開始，幼蟲孵化后以保鮮枝葉單蟲飼養(yǎng)，直至化蛹、羽化。1～3齡期每2日更換1次食料，此后每日更換食料。每日記錄卵孵化數(shù)、幼蟲蛻皮數(shù)、化蛹數(shù)、羽化數(shù)，計算各蟲態(tài)發(fā)育歷期。

1.2.2幼期各蟲態(tài)發(fā)育起點溫度和有效積溫測定長光照下幼期各蟲態(tài)發(fā)育起點溫度(C)和有效積溫(K)，設(shè)置了17.5 ℃、20.0 ℃、22.5 ℃、25.0 ℃、27.5 ℃、30.0 ℃ 6個恒定溫度梯度，根據(jù)公式T=C+KV，式中，T為溫度，V為各溫度下的發(fā)育速率，采用“直線回歸法”計算虎斑蝶各個蟲態(tài)的發(fā)育起點溫度與有效積溫(張孝羲，2011)。

1.3 數(shù)據(jù)分析

利用SPSS 19.0對數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，平均數(shù)進(jìn)行Duncan’s檢驗，顯著性水平α=0.05；多元相關(guān)分析采用偏相關(guān)分析。

2 結(jié)果

2.1 溫度和光周期對卵發(fā)育歷期的影響

不同溫度條件下，長光照組虎斑蝶卵的發(fā)育歷期為2～11 d，短光照組為2～10 d(表1)。在相同光照和設(shè)定溫度范圍內(nèi)，隨著溫度上升，卵的發(fā)育加快，發(fā)育歷期縮短。無論是在長光照還是短光照條件下，同一溫度條件下實驗卵的發(fā)育均較為整齊。在長、短光照處理中，當(dāng)溫度設(shè)定為35 ℃時，卵均不能孵化。偏相關(guān)分析表明，在固定溫度條件下，光照與卵的發(fā)育歷期呈不顯著正相關(guān)(R2=0.376，P=0.406)；在固定光照條件下，溫度與卵的發(fā)育歷期呈極顯著負(fù)相關(guān)(R2=-0.950，P=0.005)。

2.2 溫度和光周期對幼蟲發(fā)育歷期的影響

不同溫度條件下，長光照組虎斑蝶幼蟲的發(fā)育歷期為9～50 d，短光照組為8～40 d(表2)。在相同光照和設(shè)定溫度范圍內(nèi)，隨著溫度上升，幼蟲的生長發(fā)育加快，發(fā)育歷期縮短。無論是在長光照還是短光照條件下，同一溫度下幼蟲不同齡期的發(fā)育歷期為：5齡>1齡>4齡>2齡和3齡。偏相關(guān)分析表明，在固定溫度條件下，光照與幼蟲的發(fā)育歷期呈不顯著負(fù)相關(guān)(R2=-0.110，P=0.814)；在固定光照條件下，溫度與幼蟲的發(fā)育歷期呈顯著負(fù)相關(guān)(R2=-0.847，P=0.016)。

表1 不同溫度和光周期下虎斑蝶卵的發(fā)育歷期Table 1 Developmental durations of the egg of Danaus genutia under different temperatures and photoperiods

注： 同列數(shù)據(jù)(平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)誤)后標(biāo)有不同字母表示差異有統(tǒng)計學(xué)意義； 下同

Notes： The different letters in the same column indicate there is a significant difference； the same below

2.3 溫度和光周期對蛹發(fā)育歷期的影響

不同溫度條件下，長光照組虎斑蝶蛹的發(fā)育歷期為6～28 d，短光照組為5～24 d(表3)。在相同光照和設(shè)定溫度范圍內(nèi)，隨著溫度上升，蛹的發(fā)育加快，發(fā)育歷期縮短。方差分析表明，無論是在長光照還是短光照條件下，不同溫度條件下蛹的發(fā)育歷期差異均有高度統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.01)。偏相關(guān)分析表明，在固定溫度條件下，光照與蛹的發(fā)育歷期呈不顯著負(fù)相關(guān)(R2=-0.005，P=0.991)；在固定光照條件下，溫度與蛹的發(fā)育歷期呈極顯著負(fù)相關(guān)(R2=-0.911，P=0.004)。

2.4 溫度和光周期對整個幼期發(fā)育歷期的影響

不同溫度條件下，長光照組虎斑蝶從卵到成蟲羽化整個幼期的發(fā)育歷期為18～82 d，短光照組為17～70 d(表4)。在相同光照和設(shè)定溫度范圍內(nèi)，隨著溫度上升，幼期的生長發(fā)育加快，發(fā)育歷期縮短。偏相關(guān)分析表明，在固定溫度條件下，光照與幼期的發(fā)育歷期呈不顯著負(fù)相關(guān)(R2=-0.018，P=0.969)；在固定光照條件下，溫度與幼期的發(fā)育歷期呈極顯著負(fù)相關(guān)(R2=-0.885，P=0.008)。

表2 不同溫度和光周期下虎斑蝶幼蟲的發(fā)育歷期Table 2 Developmental durations of the larvae of Danaus genutia under different temperatures and photoperiods

注Note： 括號內(nèi)數(shù)字為樣本量Number in the bracket is the sample size

表3 不同溫度和光周期下虎斑蝶蛹的發(fā)育歷期Table 3 Developmental durations of the pupae of Danaus genutia under different temperatures and photoperiods

2.5 幼期各蟲態(tài)發(fā)育起點溫度和有效積溫

虎斑蝶完成整個幼期發(fā)育需要的有效積溫為286.28 d·℃±33.62 d·℃。其中，卵的發(fā)育起點溫度和有效積溫最低，分別為11.10 ℃±1.56 ℃和55.15 d·℃±6.68 d·℃；其次是蛹，分別為13.46 ℃±1.01 ℃和98.95 d·℃±9.27 d·℃；幼蟲的最高，分別為14.06 ℃±1.58 ℃和131.62 d·℃±20.49 d·℃，其有效積溫約占幼期各蟲態(tài)積溫總和的45%。幼蟲不同齡期的發(fā)育起點溫度由大到小依次是：3齡>5齡>1齡>2齡>4齡；幼蟲在不同齡期的有效積溫由大到小依次是：5齡>1齡>4齡>2齡>3齡(表5)。

表4 不同溫度和光周期下虎斑蝶幼期的發(fā)育歷期Table 4 Developmental durations of the immature stages of Danaus genutia under different temperatures and photoperiods

表5 長光照下虎斑蝶幼期各蟲態(tài)發(fā)育起點溫度和有效積溫Table 5 Developmental threshold temperatures and effective accumulated temperatures of the immature stages of Danaus genutia under long-day treatment

3 討論

本研究初步探討了溫度和光周期對虎斑蝶幼期蟲態(tài)發(fā)育的影響，基本確定了其適宜溫度范圍，為該重要觀賞蝶種的人工繁育提供了重要參數(shù)。結(jié)果表明，在17.5～30.0 ℃內(nèi)，虎斑蝶卵、幼蟲和蛹均能正常發(fā)育；隨著溫度上升，各蟲態(tài)的生長發(fā)育加快，發(fā)育歷期顯著縮短；當(dāng)溫度為15 ℃和35 ℃時，卵均不能孵化；溫度是影響幼期發(fā)育速率的主導(dǎo)因素。溫度不僅影響發(fā)育速率，也影響幼蟲成活率。初步觀察表明，在17.5 ℃和30.0 ℃下，虎斑蝶幼蟲的存活率較20.0～27.5 ℃下明顯降低(陳禎，2010)。Goehring和Oberhauser(2002)認(rèn)為，30 ℃以上的高溫對君主斑蝶Danausplexippus幼蟲可能有亞致死作用，并大幅延長了其發(fā)育歷期。呂龍石等(2004)對麝鳳蝶Byasaalcinous的研究表明，30 ℃以上的溫度不利于幼蟲的生長與化蛹，34 ℃已經(jīng)超出卵孵化與越冬蛹羽化的上限溫度。

本研究中，光照與虎斑蝶幼期各蟲態(tài)的發(fā)育歷期相關(guān)性均不顯著。但Goehring和Oberhauser(2002)發(fā)現(xiàn)，較短及漸短的光照都能加快君主斑蝶幼期發(fā)育，并誘發(fā)其成蟲進(jìn)入生殖休眠。這種差異可能是2個物種間的光周期反應(yīng)性不同所致，也可能與本研究中光周期設(shè)置較少有關(guān)。在其他蝶類中，易傳輝等(2007)發(fā)現(xiàn)鳳蝶科Papilionidae美鳳蝶Papiliomemnon在12～15 h光照內(nèi)，幼蟲最長和最短發(fā)育歷期相差9.2 d，25 ℃時相差達(dá)10.6 d，差異十分顯著。與此類似，光周期對鳳蝶科柑橘鳳蝶Papilioxuthus幼期生長發(fā)育也有明顯影響，不同光周期下幼蟲發(fā)育歷期、幼蟲化蛹的發(fā)育歷期都存在明顯差異(易傳輝等，2009)。而Yoshio和Ishii(2004)的結(jié)果表明，光周期對馬來西亞沙巴美鳳蝶幼蟲發(fā)育歷期的影響并不明顯。這些差別可能是同一物種不同地理種群間的遺傳差異所致。

本研究還計算了幼期各蟲態(tài)的發(fā)育起點溫度和有效積溫。在虎斑蝶幼期蟲態(tài)中，卵的發(fā)育起點溫度最低(11.10 ℃±1.56 ℃)，這在我國絕大多數(shù)地方的晚春至初秋都能滿足。整個幼期發(fā)育需要的有效積溫為286.28 d·℃±33.62 d·℃，據(jù)此初步估算在我國南方低海拔地區(qū)可年養(yǎng)殖5代以上，而在熱帶和部分南亞熱河谷，年養(yǎng)殖更可高達(dá)10代以上。這種生物學(xué)特性賦予了虎斑蝶巨大的養(yǎng)殖利用潛力。在養(yǎng)殖生產(chǎn)上，建議將幼期養(yǎng)殖溫度控制在20.0～27.5 ℃，同時可調(diào)整養(yǎng)殖溫度以適時滿足市場對活體成蟲的需要。光照并非養(yǎng)殖生產(chǎn)中需要重點管理的條件，采用自然光照即可。

在蝴蝶的人工繁育中，溫度是關(guān)鍵的技術(shù)指標(biāo)之一，但相關(guān)研究并不多見，且主要集中在鳳蝶科和蛺蝶科蛺蝶亞科種類中(易傳輝等，2007，2009)。斑蝶亞科Nymphalinae的大多數(shù)種類色彩艷麗、飛行緩慢，是當(dāng)前國內(nèi)蝴蝶生態(tài)觀賞園中的主流蝶種。這類蝴蝶年世代數(shù)多、繁殖力強(qiáng)，極具開發(fā)利用潛力。有關(guān)這個重要蝴蝶類群的生理生態(tài)研究國外已有一些報道(Malcolmetal.，1987；Goehring & Oberhauser，2002)，國內(nèi)這方面的研究工作還需要進(jìn)一步加強(qiáng)。

致謝：西南林業(yè)大學(xué)保護(hù)生物學(xué)學(xué)院曹永同學(xué)和蔣創(chuàng)同學(xué)參與了部分實驗觀察，昆明中林觀賞昆蟲科技開發(fā)有限公司趙燦繁協(xié)助采集實驗虎斑蝶種源。在此一并致謝！