雞嗉子榕小蜂繁殖資源的空間結構與食性關系

張 敏，謝 華，楊 培，李成星，李宗波*

(1. 西南林業(yè)大學生物多樣性保護學院/云南省森林災害預警與控制重點實驗室，昆明 650224；2. 云南中醫(yī)藥大學，昆明 650500)

榕-蜂繁殖共生體是榕小蜂Hymenoptera: Chalcidoidea與榕樹Ficusspp.因營養(yǎng)級聯(lián)而形成的多功能群落(Kerdelhuéetal., 2000; Cook and Rasplus, 2003; Segaretal., 2013; Gharaetal., 2014)，其群落物種豐富度因寄主榕樹、繁殖系統(tǒng)和地理分布的不同存在明顯的差別，如雌雄同株的小葉榕F.macrocarpaLinnaeus f.在自然分布區(qū)和人為引種區(qū)的榕果內分別有小蜂32種和22種(Comptonetal., 2018)，而雌雄異株的無花果F.caricaLinnaeus僅有2種(Vovlas and Larizza, 1996)。但是，無論這些榕小蜂組成如何變化，它們均可分為傳粉榕小蜂Agaonidae和非傳粉榕小蜂兩大功能類群，并且傳粉榕小蜂是每種榕樹繁殖所必不可少的。一般情況下，一種榕樹有一種傳粉榕小蜂，傳粉榕小蜂已與榕樹經(jīng)歷約7 500萬年的協(xié)同進化，在發(fā)育、生理、形態(tài)等方面與榕果物候期高度匹配，一方面能夠進入雌花期榕果內部為榕樹傳粉，是傳粉者；另一方面又利用部分雌花資源用于自我繁殖，是造癭者，雙方彼此依賴，互惠共生，是形成榕蜂繁殖共生體的前提條件。非傳粉榕小蜂種類眾多，一種榕樹通常有1～42種不等，分屬于金小蜂科Pteromalidae、刻腹小蜂科Ormyridae、廣肩小蜂科Eurytomidae、長尾小蜂科Torymidae，以及榕小蜂科的長鞘榕小蜂亞科Sycophaginae，能夠利用雌花前期、雌花期、間花期的榕果，且多數(shù)在果外產(chǎn)卵，根據(jù)其后代發(fā)育所需資源類型被稱為造癭者、寄居者和寄生者，對互惠共生體有“負向”影響(Rasplusetal., 1998; Cook and Rasplus, 2003; Cruaudetal., 2010; Comptonetal., 2018)。無論這些榕小蜂種類如何，何時產(chǎn)卵，均會在榕果發(fā)育至雄花期時發(fā)育完成。根據(jù)物種競爭排斥原理(Competitive exclusion principle)，考慮到榕果物理結構和雌性小花分層的特征，不同榕小蜂在時間、空間、食性等維度對繁殖資源的占用，出現(xiàn)了生態(tài)位分化，每個物種都占據(jù)了相應的繁殖資源，種間的競爭關系保持低水平狀態(tài)，這應被視作物種共存與群落穩(wěn)定的物質基礎(Kerdelhué and Rasplus, 1996; Kerdelhuéetal., 2000; Pekasetal., 2016)。當前，雖有很多研究針對榕蜂群落的結構與營養(yǎng)關系，但多數(shù)集中在雌雄同株榕樹中，且涵蓋了非洲、亞洲、美洲、澳洲等地區(qū)的幾十種榕樹(Compton and van Noort, 1992; Kerdelhuéetal., 2000; 張光明等, 2003; Al-Beidhetal., 2012; Segaretal., 2013; Gharaetal., 2014; Comptonetal., 2018)，而雌雄異株僅見到3種(Zavodnaetal., 2005; Yanetal., 2012; Yu and Compton, 2012)。由于全世界榕樹已記述850多種，雌雄同株和雌雄異株榕樹各占一半，前期關于榕蜂群落的研究主要集中于雌雄同株榕樹，顯示出雌雄異株榕樹及其榕小蜂群落方面的研究存在諸多缺失與不足。因此，在前期研究的基礎上，本研究采用路徑分析和混合線性模型的方法，詳細分析了雌雄異株榕樹——雞嗉子榕F.semicordata果內寄生的5種榕小蜂繁殖資源的空間利用與食性關系，以便深入理解雞嗉子榕小蜂的群落組成與功能分化。

1 材料與方法

1.1 雞嗉子榕及其榕小蜂

雞嗉子榕是一種廣泛分布于我國的云南、貴州、廣西、西藏以及國外的馬來西亞、越南、泰國、緬甸、印度等地的一種小喬木(張秀實等, 1998)，雌雄異株，雌樹榕果(雌果)產(chǎn)生種子，雄樹榕果(雄果)供養(yǎng)5種榕小蜂，且每種小蜂均有雌雄二型性(圖1)，即雌蜂形態(tài)正常，具翅和復眼，主要是在環(huán)境中搜尋合適的榕果來繁殖后代；雄蜂的翅和復眼明顯退化，終生生活在果腔內，其功能是識別雌蜂并與之交配。在產(chǎn)卵時序上，窩榕小蜂CeratosolengravelyiGrandi作為雞嗉子榕唯一的傳粉者，第一個到達榕果，從苞片口進入榕果內部產(chǎn)卵，同時行使造癭功能；在果外產(chǎn)卵的4種非傳粉榕小蜂隨后到達榕果并開始產(chǎn)卵，寄居者妃延腹榕小蜂PhilotrypesisduniaJoseph幾乎與窩榕小蜂同時抵達，或延后1 d，著陸后即用觸角橫掃榕果苞片，以此來判斷是否有傳粉者進入，若有即會在果外合適的位點產(chǎn)卵，且僅發(fā)生在雌花期(即B期，約4 d)；寄居者拉長鞘榕小蜂SycophagacuniaJoseph、寄生者縮腹榕小蜂Apocryptasp.和偽鞘榕小蜂SycoscaptertrifemmensisJoseph會在榕果進入間花期(C期，35～46 d)9 d后陸續(xù)到達，且三者產(chǎn)卵期有明顯的重疊，尤其是縮腹榕小蜂和偽鞘榕小蜂(Yanetal., 2012; 張媛等, 2016; 劉志祥等, 2021)。隨后，雄果繼續(xù)發(fā)育至雄花期(大約5 d)，待榕小蜂交配完成后，一部分窩榕小蜂雄蜂會挖掘出蜂口，允許雌蜂從果內飛出，開始新生命循環(huán)。

圖1 5種雞嗉子榕小蜂的雌雄蜂形態(tài)(上雌下雄)Fig.1 Morphological profiles of five female(top)and male chalcidod wasps(bottom)associated with the Ficus semicordata注：A, 窩榕小蜂；B, 妃延腹榕小蜂；C, 拉長鞘榕小蜂；D, 縮腹榕小蜂；E, 偽鞘榕小蜂。Note: A,Ceratosolen gravelyi; B, Philotrypesis dunia; C, Sycophaga cunia; D, Apocrypta sp.; E, Sycoscapter trifemmensis.

1.2 雄果的收集與保存

在中國科學院西雙版納熱帶植物園及其周邊地區(qū)(21.92～22.06°N，101.16～101.29°E)，尋找發(fā)育期恰在雄花期的雄樹(13棵)，接著從每棵樹上采集榕果，經(jīng)測量榕果縱向直徑和橫向直徑后，將其縱向切為兩半，觀察果腔內是否有羽化的小蜂(圖2-A)。若沒有，則將榕果閉合、編號，收集30～35個。接著，將其帶回實驗室，并置于-20℃冰箱內冷凍保存，以殺死尚在癭花內的所有榕小蜂。

1.3 榕小蜂繁殖癭花的層次性與大小

待榕果解凍后，沿苞片中心位置再將其均勻分為兩部分。根據(jù)5種榕小蜂體型體色、雌蜂產(chǎn)卵期長短、雄蟲頭形及其上顎發(fā)達程度(圖1)，可輕松將各個榕小蜂及其雌雄兩性的繁殖癭花區(qū)分開(圖2-B，C)，接著統(tǒng)計每個榕果內各個榕小蜂、空癭花、敗育癭花的數(shù)量。同時，隨機挑選10朵含有各個榕小蜂及其兩性的癭花，并將其排列在培養(yǎng)皿中，借助蔡司體視鏡(SteREO Discovery.V20)拍照后，再用ImageJ軟件(Version 1.52n，https://imagej.nih.gov)測量其癭花花梗長度、子房的長與寬等指標。如果稀有種(張媛等, 2016)，如妃延腹榕小蜂和縮腹榕小蜂的數(shù)量不足，則此果不在統(tǒng)計范圍之內。

圖2 雞嗉子榕榕果及其榕小蜂癭花的形態(tài)測定方法Fig. 2 Measuring method of galls contained the female and male chalcidoid wasps in the male figs of Ficus semicordata注：A，雄花期雄果的內部癭花狀況；B-C，傳粉榕小蜂和妃延腹榕小蜂雌、雄蜂的癭花特征。Note: A, Internal characteristics of different galls of F. semicordata at the male phase; B-C, External morphology of galls contained the female and male pollinator C. gravelyi and non-pollinator P. dunia, respectively.

1.4 數(shù)據(jù)分析

所有數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析均使用R軟件(Version 4.0.2, https://cran.r-project.org/)，制圖用GraphPad Prism(Version 8.0.2)。由于癭花近似橢球體，先用公式V=4πabc/3(a、b、c分別為球體縱向、橫向水平半徑和極半徑)計算球體體積，接著用自然對數(shù)法進行數(shù)據(jù)轉換，隨后和花梗數(shù)據(jù)一起，分別用非參數(shù)檢驗(如Kruskal-Wallis, Mann-Wgutney U)和混合線性模型(lmerTest, Version 3.1)對比各榕小蜂或功能類群繁殖癭花間的差異性。對于榕小蜂及其榕果間的營養(yǎng)級聯(lián)，以樣樹和榕果作為隨機嵌套因子，采用分斷結構方程模型(Structural equation modeling)進行路徑分析(piecewiseSEM, Version 2.1)(Lefcheck, 2016)。

2 結果與分析

2.1 榕小蜂群落的組成

在收集的396個榕果中，共發(fā)現(xiàn)174 776頭榕小蜂。其中，窩榕小蜂數(shù)量最多，占整個群落的68.78%，其次為偽鞘榕小蜂，占比22.67%，而妃延腹榕小蜂、拉長鞘榕小蜂和縮腹榕小蜂分別占2.00%、3.98%和2.91%。在單個榕果內，群落僅有窩榕小蜂的有2個榕果，占比0.51%；多數(shù)由3～4種組成(圖3)，占比分別為37.06%和35.53%，以窩榕小蜂、偽鞘榕小蜂、拉長鞘榕小蜂最為常見。另外，單果內各榕小蜂種群數(shù)量變化極大(圖4)，如窩榕小蜂最少的僅有10頭，最多達1 161頭。

圖3 5種雞嗉子榕小蜂在單個榕果中同時出現(xiàn)的比例Fig.3 Co-occurrence offive chalcidoid wasps inside a male fig of Ficus semicordata注：數(shù)字1～5分別表示單個榕果內同時出現(xiàn)榕小蜂種類數(shù)量。Note: Numbers 1～5 indicated the total amounts of species of fig was present simultaneously in a single fig, respectively.

圖4 5種雞嗉子榕小蜂在單個榕果內的種群數(shù)量Fig.4 Total numbers of five chalcidoid wasps inside a male fig of Ficus semicordata

2.2 榕小蜂及其榕樹間的互作關系

表1和圖5給出了雞嗉子榕小蜂群落內各物種與寄主間強健、可信賴的互作關系(C=2.854，P=0.585)。隨著榕果直徑的增加，其孕育的傳粉榕小蜂數(shù)量亦顯著增加，而與非傳粉榕小蜂的關系不明顯。妃延腹榕小蜂、拉長鞘榕小蜂、偽鞘榕小蜂直接作用于傳粉者窩榕小蜂，有正相關性；拉長鞘榕小蜂與妃延腹榕小蜂間有較強的級聯(lián)效應，為負相關，兩者可能相互競爭營養(yǎng)物質；縮腹榕小蜂則寄生于妃延腹榕小蜂，呈正相關關系。另外，非傳粉榕小蜂在果外產(chǎn)卵時通常會破壞一部分癭花的發(fā)育，但路徑分析僅發(fā)現(xiàn)偽鞘榕小蜂與敗育癭花間有極顯著的正向關系(表1)。

表1 5種雞嗉子榕小蜂的路徑分析結果

圖5 5種雞嗉子榕小蜂與榕果間的路徑關系Fig.5 Path diagrams of five chalcidoid wasps in the male fig of Ficus semicordata

2.3 榕小蜂繁殖癭花的空間利用

5種雞嗉子榕小蜂及其雌雄兩性所在癭花的花梗長度有顯著差異，且同種雄蜂的花梗明顯長于同種雌蜂的花梗(P<0.001)(圖2；圖6)。其中，傳粉榕小蜂占據(jù)榕果的中心位置，雄蜂的花梗長度最長，為2.88±1.1 mm，雌蜂的花梗長度為2.34±1.03 mm，而非傳粉榕小蜂占據(jù)中下層，花梗長度依次為偽鞘榕小蜂(雄蜂2.24±0.83 mm，雌蜂2.02±0.77 mm)、妃延腹榕小蜂(雄蜂1.96±0.69 mm，雌蜂1.71±0.68 mm)、拉長鞘榕小蜂(雄蜂1.81±0.64 mm，雌蜂1.58±0.63 mm)和縮腹榕小蜂(雄蜂1.62±0.57 mm，雌蜂1.45±0.57 mm)，且不同非傳粉榕小蜂或功能類群間有著明顯層次差別(P<0.0001)。

圖6 5種雞嗉子榕小蜂及其雌雄兩性繁殖癭花的花梗長度Fig.6 Pedicel length of galls contained female and male chalcidoid wasps in the male fig of Ficus semicordata

2.4 榕小蜂繁殖癭花的大小

在5種雞嗉子榕小蜂中，傳粉者窩榕小蜂擁有最大的癭花體積，為0.91±0.31 mm3，其次是偽鞘榕小蜂(0.84±0.28 mm3)，妃延腹榕小蜂和縮腹榕小蜂次之，二者的體積分別為0.74±0.24 mm3和0.74±0.28 mm3，而拉長鞘榕小蜂癭花最小(0.72±0.26 mm3)(圖7)，但所有榕小蜂及其雌雄兩性，或者功能類群間的癭花體積間均沒有顯著的差異(P>0.05)。

圖7 5種雞嗉子榕小蜂及其雌雄兩性繁殖癭花的體積Fig.7 Volumes of galls contained the female and male chalcidoid wasps in the male fig of Ficus semicordata

3 結論與討論

在榕小蜂群落中，不同功能類群的榕小蜂通過產(chǎn)卵行為、產(chǎn)卵時序、生態(tài)位分化等利用不同的癭花資源，一方面可以降低物種對同一繁殖資源的激烈競爭，另一方面又有益于降低雄蜂的死亡率，利于雌雄蜂交尾、性比調整以及傳粉榕小蜂挖掘出蜂口，維持榕蜂互惠共生體的長期共存(Kerdelhué and Rasplus, 1996; 張光明等, 2003; Zavodnaetal., 2005; Wangetal., 2009; Yu and Compton, 2012; Yanetal., 2012; Segaretal., 2013; Gharaetal., 2014; Pengetal., 2014; 張媛等, 2016; Comptonetal., 2018)。在雞嗉子榕中，果內癭花可分為4層，其中最外層的癭花，即位于果腔中心者，是長花梗癭花，被傳粉者窩榕小蜂所占據(jù)，而非傳粉榕小蜂則位于中下層，且同種的雄蜂比雌蜂靠近果腔，這可能與傳粉榕小蜂壽命短、護雄策略、榕樹繁殖功能分化以及同種個體和同步產(chǎn)卵的非傳粉榕小蜂的干擾有關，且所有雄蜂均占據(jù)靠近果腔中心位置，這與Kerdelhué and Rasplus(1996)、Yanetal.(2012)和Yuetal.(2012)的研究結果相一致。但另一方面，本文發(fā)現(xiàn)偽鞘榕小蜂的花梗最長，其次是妃延腹榕小蜂和拉長鞘榕小蜂，而縮腹榕小蜂的花梗最短，這與張媛等(2016)的觀察結果略微不同，原因可能在于非傳粉榕小蜂的食性關系。根據(jù)雞嗉子榕小蜂產(chǎn)卵時序、共同出現(xiàn)率以及營養(yǎng)級聯(lián)(圖7)(Yanetal., 2012; 張媛等, 2016)，并參照不同榕小蜂類群的寄居與寄生關系(Kerdelhué and Rasplus, 1996; Kerdelhuéetal., 2000; Segaretal., 2013; Krishnanetal., 2015; Comptonetal., 2018)，妃延腹榕小蜂和拉長鞘榕小蜂應被視作寄居者，而偽鞘榕小蜂和縮腹榕小蜂應為寄生者。作為寄居者，妃延腹榕小蜂依賴窩榕小蜂進行繁殖，但受限于自身較短的產(chǎn)卵器和較少的種群數(shù)量，使得其能利用的內層雌花資源有限，而更多的利用花梗較短的中間層雌花；而偽鞘榕小蜂是該群落中最主要的寄生蜂，寄生對象是窩榕小蜂，由于其擁有最長的產(chǎn)卵器，使其能夠利用內層雌花，但較長的產(chǎn)卵器也會在產(chǎn)卵過程中產(chǎn)生大量的敗育癭花(P<0.0001)；縮腹榕小蜂和妃延腹榕小蜂共同出現(xiàn)率為93.75%，路徑分析發(fā)現(xiàn)縮腹榕小蜂寄生于妃延腹榕小蜂，但考慮到縮腹榕小蜂產(chǎn)卵器較短，以及間花期榕果的果徑、果壁厚度增加，推測其主要利用外層癭花資源。另外，榕果果徑的大小反映其繁殖資源的多寡(Al-Beidhetal.2012)，榕果越大，越可以為榕小蜂，特別是優(yōu)勢種，提供更多的繁殖機會，加之產(chǎn)卵持續(xù)期長，使兩者之間呈現(xiàn)正向關系，而作為稀有種的妃延腹榕小蜂和縮腹榕小蜂，因產(chǎn)卵時間及其同步出現(xiàn)率低，容易使雙方呈現(xiàn)負向的、非顯著關系(Kerdelhué and Rasplus, 1996; Yu and Compton, 2012; Comptonetal., 2018)。

榕小蜂是一類單倍二倍體性決定的昆蟲，即只有受精的卵才能發(fā)育成雌蟲，而未受精的卵則發(fā)育成雄蟲。在局域配偶競爭下(Local mate competition)，榕小蜂的性比偏雌，尤其是傳粉榕小蜂，保護雄蜂顯得至關重要，而將雄蜂置于臨近果腔中心位置即是一個很好的例證(Zavodnaetal., 2005; Yu and Compton, 2012)。所帶來益處之一是有利于降低被非傳粉榕小蜂寄居、寄生的風險，提供了一個有效的無敵空間(Enemy-free space)，便于更多的雄蜂存活、交尾和挖掘出蜂口(Dunnetal., 2008; Al-Beidhetal., 2012)；益處之二在于配偶識別，位于果腔中心的雌蜂有更高的概率與雄蜂交配，且交配次數(shù)也會更多，有利于卵的受精發(fā)育(Pengetal., 2014; Liuetal., 2019)。通常情況下，繁殖雌蜂會優(yōu)先產(chǎn)下雄卵，后產(chǎn)下雌卵(Rajaetal., 2008)，而在產(chǎn)卵剛開始階段，由于有更多的可利用資源，雌蜂將優(yōu)先選擇更好的資源，隨著可利用資源的減少，會迫使雌蜂利用內層癭花，這也很好的解釋了各個榕小蜂繁殖資源分層的原因(Wangetal., 2009; Al-Beidhetal., 2012; Yanetal., 2012)。對于癭花大小，5種雞嗉子榕小蜂均產(chǎn)生了中性大小的癭花，且癭花體積上也沒有差別，這可能反映了寄生蜂所在的局域環(huán)境、產(chǎn)卵時序、食性及其毒腺內的蛋白成分與功能，而與其分類地位和親緣關系無關(Kerdelhué and Rasplus, 1996; Dunnetal., 2008; Yu and Compton, 2012; Segaretal., 2013; Eliasetal., 2018)。下一步，應用基質輔助雷射脫附游離-飛行時間質譜法(MALDI-TOF)解析5種雞嗉子榕小蜂的毒腺成分，將有助于闡明榕小蜂造癭與寄生間的深層次成因。