金斑蝶生物學(xué)特性研究

唐宇翀，陳曉鳴，周成理

（1.廣安職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川 廣安 638000；2.中國林業(yè)科學(xué)研究院資源昆蟲研究所，昆明 650000）

20世紀(jì)80年代我國蝴蝶產(chǎn)業(yè)開始起步，早期主要依靠自然界捕捉，導(dǎo)致野生蝴蝶數(shù)量急速下降，不僅對蝴蝶種群延續(xù)危害極大，而且還破壞了生物多樣性；加之生態(tài)環(huán)境破壞和殺蟲劑的使用也使得野生種群數(shù)量急劇下降[1-7]，因此開展蝴蝶規(guī)?；斯ゐB(yǎng)殖是解決蝴蝶產(chǎn)業(yè)發(fā)展，滿足供應(yīng)需求的必然趨勢。

金斑蝶DanauschrysippusL.隸屬于昆蟲綱Insecta鱗翅目Lepidoptera斑蝶科Danaidae斑蝶屬DanausKluk，國內(nèi)分布于海南、廣東、廣西、福建、臺灣、云南、四川、江西、湖北和陜西等地[8]。成蟲喜訪馬利筋A(yù)sclepiascurassavicaL.，性情溫和，飛行低緩，姿態(tài)優(yōu)雅，非常適應(yīng)人工繁殖園內(nèi)小生境。幼蟲寄主植物為蘿藦科Asclepiadaceae的馬利筋A(yù)sclepiascurassavicaL.和牛角瓜CalotropisgiganteanL.等，對經(jīng)濟和園林植物無害，是集工藝制作、生態(tài)觀賞和喜慶放飛三用蝶種，具較高的開發(fā)利用價值[6]。

在云南元江地區(qū)，金斑蝶1年可發(fā)生10代以上[6]。在江西燕山地區(qū)，一年可發(fā)生5～6代[9]，在海南尖峰嶺推測一年可發(fā)生15代[10]。蔡衛(wèi)京等[10]用牛角瓜飼養(yǎng)金斑蝶幼蟲，對其不同蟲態(tài)的形態(tài)特征做了描述，但并沒對其壽命、代生活史和年生活史作詳細(xì)記錄。在四川地區(qū)還未見對金斑蝶形態(tài)特征、年生活史、交配、壽命等生物學(xué)特性方面的報道。因此，為了更好地開發(fā)利用金斑蝶，為在四川地區(qū)開展金斑蝶人工養(yǎng)殖奠定基礎(chǔ)，本文對金斑蝶在四川地區(qū)的生物學(xué)特性進行研究報道如下。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

①供試蟲源：金斑蝶成蟲20對。

②寄主植物：云南野生馴化栽培馬利筋，已引種到四川栽培1年的馬利筋植株200株。

③成蟲補充營養(yǎng)物：10%洋槐蜂蜜水溶液，置于5℃冰箱保存。

④養(yǎng)蟲盒：透明塑料盒（28 cm長×21 cm寬×17 cm高）。

⑤養(yǎng)蟲網(wǎng)：60目的白色尼龍紗網(wǎng)（30 cm開口×60 cm高）。

⑥網(wǎng)室：光照均勻，采光、通風(fēng)良好的網(wǎng)室（3 m長×3 m寬×3 m高）。

⑦人工氣候箱：可智能調(diào)節(jié)編程人工氣候箱（RGX-400H）3臺。

1.2 實驗方法

1.2.1 金斑蝶不同蟲態(tài)的形態(tài)觀察

將金斑蝶成蟲釋放于網(wǎng)室中，網(wǎng)室中擺放金斑蝶寄主植物馬利筋。每日觀察成蟲是否有交配及產(chǎn)卵行為。待雌成蟲開始產(chǎn)卵后，置人工氣候箱內(nèi)飼養(yǎng)，人工氣候箱內(nèi)溫度設(shè)置為（25±1）℃，濕度為（70±5）%，光照周期 L∶D=12∶12。利用照相機記錄不同蟲態(tài)的形態(tài)，測定50粒卵和30只幼蟲其各齡期的頭殼寬度、齡初體長和齡末體長。

1.2.2 金斑蝶年生活史觀察

在室外網(wǎng)室內(nèi)釋放引種的越冬代成蟲100只，記錄其發(fā)育歷期。

1.2.3 金斑蝶成蟲壽命及繁殖行為觀察

參照 Li C.Z.等[11]對青斑蝶TirumalalimniaceCrame成蟲行為和周成理[12]對枯葉蛺蝶KallimainachusDoubleday成蟲習(xí)性的觀察方法，6月中旬于每天6:30—19:00在網(wǎng)室內(nèi)持續(xù)觀察金斑蝶成蟲的交配和產(chǎn)卵行為，并記載其羽化時間和死亡時間。

成蟲壽命：將臨近羽化的金斑蝶蛹放入網(wǎng)室內(nèi)，記錄成蟲的羽化時間，待新羽化成蟲翅膀硬化后，用油性記號筆進行編號標(biāo)記雌雄各20頭，排除非正常死亡的蝴蝶后，記錄金斑蝶雌雄蟲各10頭自然死亡時間。

交配：每日6:30—19:00跟蹤觀察4只雌標(biāo)記成蟲的交配起始時間及交配次數(shù)。

產(chǎn)卵：于網(wǎng)室中央集中擺放處于盛花期的馬利筋盆栽16盆供金斑蝶產(chǎn)卵，跟蹤觀察標(biāo)記成蟲的產(chǎn)卵行為、產(chǎn)卵量以及產(chǎn)卵地點和方式。

1.3 數(shù)據(jù)分析與處理

采用SPSS22.0統(tǒng)計分析軟件對數(shù)據(jù)進行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 金斑蝶形態(tài)特征

2.1.1 卵

彈頭形，殼表有縱脊16～17條。初產(chǎn)時為乳白色，臨近孵化時變?yōu)闇\黑褐色，卵殼柔嫩易破（圖1-A），直徑為（0.69±0.02）mm，高為（0.99±0.04）mm，n=50。

2.1.2 幼蟲

觀察30只幼蟲在5齡的外觀特征，測量記錄各齡期的頭殼寬度、齡初體長和齡末體長如下。

1齡初孵幼蟲淡黃白色，半透明，頭部黑色。體表有6個瘤狀突起，分別位于中胸、第2和第8腹節(jié)背面。隨著蟲體長大，蟲體表面變?yōu)榘咨?，出現(xiàn)黑色環(huán)紋，黑色環(huán)紋背中線兩側(cè)各有1個淡黃色斑（圖 1-B），齡初體長（2.59±0.29）mm，齡末體長（4.08±0.14）mm，頭殼寬度（0.97±0.06）mm。

2齡幼蟲，頭部出現(xiàn)白色條紋，體表呈淡青灰色，6個瘤狀突起長成肉刺（圖1-C），齡初體長（4.85±0.25）mm，齡末體長（8.59±0.30）mm，頭殼寬度（1.45±0.07）mm。

3齡幼蟲，蟲體淺棕黑色，有淺黃與黑色相間的環(huán)紋，6個瘤狀突起長成棕黑色肉刺（圖1-D），齡初體長（9.62±0.48）mm，齡末體長（11.99±0.53）mm，頭殼寬度（1.77±0.08）mm。

4齡幼蟲，比3齡幼蟲的黑色長刺更長，肉刺基部呈淡粉色（圖 1-E），齡初體長（12.72±1.20）mm，齡末體長（15.07±1.14）mm，頭殼寬度（2.02±0.10）mm。

5齡幼蟲體節(jié)黑色，有黃灰色環(huán)紋，背面黃斑極其明顯，6個肉刺基部紅色（圖1-F），齡初體長（16.79±0.83）mm，齡末體長（32.73±1.12）mm，頭殼寬度（2.98±0.10）mm。

圖1 金斑蝶不同蟲態(tài)形態(tài)特征Figure 1 The morphological characteristics of different development stage of Danaus chrysippus

隨著幼蟲齡期的增加，幼蟲的齡末體長和頭殼寬度均呈指數(shù)增長，幼蟲頭殼寬度與齡期的回歸方程為y=0.79e0.258x，R2=0.952（圖 2）；幼蟲齡末體長與齡期的回歸方程為y=2.799e0.473x，R2=0.955（圖3）。齡末體長、頭殼寬度均分別和齡期有極顯著相關(guān)性。

圖2 金斑蝶幼蟲各齡頭殼寬度與齡期的回歸曲線Figure 2 Regression curve of different instar of Danaus chrysippus larvae corresponding width of head capsule

圖3 金斑蝶幼蟲齡末體長與齡期的回歸曲線Figure 3 Regression curve of different instar of Danaus chrysippus larvae corresponding body length

2.1.3 蛹

化蛹前，5齡幼蟲突出絲線將身體倒掛，身體彎曲縮短成為前蛹（圖1-G）。懸蛹，圓柱形，綠色或淺粉紅色，背面和側(cè)面散布有金黃色小斑點。腹背有1條金黃色外凸顆粒組成的橫向細(xì)金帶，臀棘粗短，黑色（圖 1-H，I）。

2.1.4 成蟲

成蟲翅面紅褐色，前翅前緣及端部黑褐色，靠近頂角橫列4個大白斑，附近還有幾個小白斑，外緣有不規(guī)則的小白斑排成一列，后翅外緣有黑褐色帶，其中有白色小斑點分布，雌成蟲中室端部有3個黑褐色斑點（圖1-J）；雄蝶在中室下方多了一個黑褐色圓形斑（圖1-K），從反面看此斑邊緣黑色中間為白色（圖1-L），雌成蟲反面無此斑（圖1-M）。

2.2 金斑蝶年生活史

金斑蝶在四川東部一年可發(fā)生6～7代，5月中旬越冬代成蟲開始產(chǎn)卵，6—9月隨著溫度升高，幼蟲生長發(fā)育速度加快，世代重疊現(xiàn)象明顯（表1）。10月中旬起成蟲就不再產(chǎn)卵并死亡，之前由卵孵化而來的幼蟲，雖部分能正?；迹疾荒苷０l(fā)育，逐漸干癟死亡。由于該年四川7月雨水充沛，自然條件下的幼蟲死亡率也較高。部分移至人工氣候箱內(nèi)飼養(yǎng)的幼蟲10月中旬化蛹后能成功羽化，但釋放到室外網(wǎng)室后，受低溫影響，也很快死亡，無法在自然條件下越冬。

表1 金斑蝶年生活史Table 1 The annual life history of Danaus chrysippus

2.3 金斑蝶成蟲壽命及繁殖行為

2.3.1 成蟲壽命

觀察記錄的10對成蟲壽命見表2，金斑蝶雄成蟲壽命為168.65～384.66 h，平均壽命（283.77±67.72）h；雌成蟲壽命為288.43～624.67 h，平均（417.23±109.50）h。經(jīng)單因素方差分析，雌雄成蟲壽命差異顯著，雌成蟲壽命顯著長于雄成蟲（P＜0.05）（圖 4）。

圖4 金斑蝶雌雄成蟲壽命比較（mean±SD）Figure 4 The comparison of the life of female and male adults of Danaus chrysippus.

表2 金斑蝶成蟲壽命Table 2 The lifespan of the adult Danaus chrysippus

2.3.2 成蟲交配

金斑蝶雄成蟲在網(wǎng)室內(nèi)飛行主動尋找雌成蟲交配，若雌成蟲也有交配意愿，則雙雙一起在空中漫游，然后雌成蟲首先停落在網(wǎng)室壁、地面或植物枝葉上，緊接著雄成蟲停落在雌成蟲旁并將腹部彎曲至雌成蟲腹末開始交配。從求偶交配的行為表現(xiàn)看，金斑蝶雄成蟲屬于典型的巡游型。通過對標(biāo)記成蟲的跟蹤觀察發(fā)現(xiàn)，雌雄成蟲均可多次交配，標(biāo)記的4只雌蟲共交配17次，其中雌蟲最多交配了6次，雄蟲最多7次，通常一天僅交配一次，但16號雌蟲在6月22日連續(xù)交配兩次，當(dāng)天的第一次交配結(jié)束3 min后，再進行第二次交配。在記錄到交配起始時間的7次交配中，交配最短持續(xù)時間16 min，最長持續(xù)時間357 min，其平均交配時間（174.71±152.07）min（表 3）。

表3 金斑蝶成蟲交配時間及次數(shù)Table 3 The Mating time and frequency of adult Danaus chrysippus

2.3.3 成蟲產(chǎn)卵

金斑蝶雌成蟲的產(chǎn)卵方式為散產(chǎn)，卵主要產(chǎn)于寄主植物上，占總產(chǎn)卵量的88.76%，其中51.44%的卵產(chǎn)于寄主植物葉片背面，23.11%的卵產(chǎn)于寄主植物的莖稈上，8.36%的卵產(chǎn)于寄主植物花序，5.85%的卵產(chǎn)于寄主植物葉片正面；其余11.24%的卵產(chǎn)于寄主植物周邊的雜草（9.35%）和花盆（1.89%）上（圖5）。

圖5 金斑蝶卵的分布Figure 5 The eggs′distribution of Danaus chrysippus

4只雌蟲產(chǎn)卵總量分別為128、192、327和465粒，第一次交配后產(chǎn)卵量最高，分別為128、125、108和226粒，第二、三次交配后，產(chǎn)卵量減少，第四次交配后產(chǎn)卵量又增加，然后第五、六次交配后的產(chǎn)卵量又下降（圖6）。隨著交配次數(shù)的增多，單雌產(chǎn)卵量也隨之增加，但相關(guān)性不顯著（r=0.926，P=0.074）。將記錄到的金斑蝶雌蟲的交配時間和產(chǎn)卵量經(jīng)進行相關(guān)分析，發(fā)現(xiàn)交配時間與產(chǎn)卵量無顯著相關(guān)性（r=0.87，P=0.055）。經(jīng)相關(guān)分析發(fā)現(xiàn)，雌成蟲的交配次數(shù)與壽命無顯著相關(guān)性（r=0.869，P=0.131），雄成蟲的交配次數(shù)與壽命無顯著也無相關(guān)性（r=0.121，P=0.757）。

圖6 金斑蝶雌蟲每次交配后的產(chǎn)卵量Figure 6 The number of eggs laid by female adults of Danaus chrysippus after each mating

3 討論

3.1 溫度對世代數(shù)的影響

金斑蝶在熱帶的云南元江一年至少可發(fā)生10代[6]，在海南尖峰嶺，一年可發(fā)生15代[10]，但在四川地區(qū)發(fā)生代數(shù)僅為熱帶地區(qū)的一半。在海南尖峰嶺地區(qū)，金斑蝶在冬季1月份完成1個世代約29～37 d，夏季6月完成1個世代僅需14～18 d[10]。6月，金斑蝶在四川東部地區(qū)完成1個世代約13～30 d[13]，在江西燕山地區(qū)完成1個世代約20 d[9]。同樣在6月，金斑蝶在四川東部完成1個世代的平均時間就比在海南長1～12 d，夏季6月在海南尖峰嶺完成1個世代僅需14～18d，四川東部地區(qū)完成1個世代約13～30 d。江西燕山地區(qū)和四川東部均屬于亞熱帶季風(fēng)性氣候，四季較分明，1月平均氣溫普遍在0℃以上，夏季較熱，7月平均氣溫一般為25℃左右；海南和云南元江均為熱帶季風(fēng)氣候，全年氣溫較高，四季界限不明顯，海南年平均氣溫22～27℃，最冷的1月份溫度仍達17～24℃，元江年平均氣溫高達24℃，1月也有16.8℃[14]。大量關(guān)于蝴蝶生長發(fā)育的研究表明，蝴蝶的生長發(fā)育受環(huán)境因子影響，溫度對蝴蝶卵、幼蟲和蛹的發(fā)育速度影響較大，在18～30℃范圍內(nèi)，溫度越高，蝴蝶的生長發(fā)育速度越快，完成1個世代所需要的時間越短[15-22]。因此，溫度對金斑蝶生長發(fā)育速度的影響是導(dǎo)致金斑蝶在四川東部地區(qū)的世代數(shù)遠(yuǎn)少于元江和海南的一個主要原因。

3.2 實驗條件下的越冬情況

金斑蝶在四川有自然分布，以成蟲越冬[8，23]，但在江西燕山地區(qū)和四川東部地區(qū)成蟲在11月底時成蟲均已死亡。金斑蝶與君主斑蝶同屬斑蝶屬，親緣關(guān)系較近，君主斑蝶每年秋天都會從加拿大和美國北部遷徙到墨西哥過冬，第二年春天再沿著之前遷徙的路線飛回加拿大和美國北部[9，24-25]。在實驗條件下，金斑蝶成蟲在四川和江西都不能越冬，在11月之前就死亡，但其在四川和江西又均有自然分布，可能是金斑蝶也有遷徙習(xí)性，在冬季不適宜氣候來臨之前就飛到暖和地方過冬，翌年再遷徙回來[9]，但還有待進一步考證。

3.3 成蟲多次交配的意義

交配對蝴蝶繁衍后代和維持種群數(shù)量至關(guān)重要，但不同種類蝴蝶的交配繁殖策略卻不盡相同。前人研究表明，枯葉蛺蝶和大帛斑蝶IdealeuconoeErichson雌雄成蟲均可多次重復(fù)交配[12，27]。中華虎鳳蝶LuehdorfiachinensisLeech和四川絹蝶ParnassiidaszechenyiiFrivaldszk的雄蝶均能多次交配，雌蝶僅交配一次，且交配完成后會在腹部末端形成膜狀封瓣或“臀袋”[9，28-29]，防止再次交配[29]。本研究通過觀察發(fā)現(xiàn)金斑蝶雌雄成蟲均可多次交配。從生殖利益來看，多次交配后，雌成蟲的產(chǎn)卵量增加，在有助增加后代數(shù)量的同時，還有利于雄性增加個體延續(xù)自身基因的機會和雌性獲得選擇更好基因的機會[30-31]。此外，也有研究表明，通過1次交配行為，雄蝶有可能送出自身體重10%的精包作為交配的“彩禮”[32]，使雌蝶在交配過程中獲得“補充營養(yǎng)”[33]，以此維系雌蝶沒有取食但自身生命活動又所需的能量消耗。因此多次交配對成蟲而言，具有一定的物質(zhì)利益和基因利益[34]。但這種補充營養(yǎng)對雌蝶的壽命又無顯著影響，同時研究發(fā)現(xiàn)，印度谷螟[35]、松褐天牛[36]和海氏槳角蚜小蜂[37]也沒有因交配次數(shù)的增多而延長壽命，故從利益角度出發(fā)，推測金斑蝶雌成蟲的多次交配除有利于基因選擇和補充營養(yǎng)外，還可減少雌蟲由于外在的因素如捕食導(dǎo)致的死亡風(fēng)險[34]。多次交配行為在昆蟲中廣泛存在，但無論昆蟲選擇哪種交配策略，其目的都是延續(xù)優(yōu)質(zhì)基因，淘汰劣質(zhì)基因，使其后代可以盡可能地適應(yīng)環(huán)境改變，從而保證種群的延續(xù)[30]。

4 結(jié)論

金斑蝶在四川地區(qū)一年可發(fā)生6～7代，金斑蝶越冬代成蟲在5月中旬開始產(chǎn)卵，10月中旬起成蟲就不再產(chǎn)卵并死亡，當(dāng)年生成蟲主要見于6月中旬到10月上旬。溫度對其發(fā)生代數(shù)影響較大。雌雄成蟲均可多次交配，多次交配有利于提高雌成蟲的產(chǎn)卵量、雄性個體增加延續(xù)自身基因和雌性個體獲得選擇更好基因的機會。其卵主要產(chǎn)于寄主植物上，且主要集中在寄主植物葉片背面。掌握金斑蝶在四川地區(qū)的生物學(xué)特性，可為更好地在四川地區(qū)開展金斑蝶人工養(yǎng)殖和景觀營造奠定基礎(chǔ)，同時對于保護金斑蝶野外種群具有積極作用。下一步還可結(jié)合溫度、濕度和光周期等因子，研究出更詳細(xì)具體的人工養(yǎng)殖技術(shù)；找出成蟲無法在四川越冬的原因，進行養(yǎng)殖技術(shù)推廣，助力地方特色蝴蝶觀光產(chǎn)業(yè)發(fā)展，服務(wù)鄉(xiāng)村振興。