多寄主型寄生蜂蠅蛹俑小蜂對新寄主的選擇與適應性

李 磊, 韓冬銀, 張方平, 陳俊諭, 王建赟, 葉政培, 符悅冠

(中國熱帶農業(yè)科學院環(huán)境與植物保護研究所, 農業(yè)農村部熱帶作物有害生物綜合治理重點實驗室, ?？?571101)

蠅蛹俑小蜂Spalangiaendius，隸屬膜翅目(Hymenoptera)金小蜂科(Pteromalidae)俑小蜂屬Spalangia，是多種蠅類害蟲的蛹期寄生蜂。該寄生蜂于1839年首次在家蠅Muscadomestica上報道(Morganetal., 1976)，已在北美、阿根廷、哥倫比亞等地成功商品化，主要用于畜牧養(yǎng)殖場中的家蠅、廄螯蠅Stomoxyscalcitrans的防治(Zapateretal., 2009; 趙海燕, 2013; Machtinger and Geden, 2015)。近年來，蠅蛹俑小蜂在多種農業(yè)生態(tài)系統中被發(fā)現，其可寄生瓜實蠅Zeugodacuscucurbitae、南瓜實蠅Z.tau、桔小實蠅Bactroceradorsalis、黑腹果蠅Drosophilamelanogaster以及果蠅Zaprionusindianus等數十種果蔬的蠅類害蟲(Marchiori and Silva, 2003; 劉歡, 2015; 王雨等, 2017; Lietal., 2021; Zhangetal., 2021)，展現了其非凡的寄主拓展利用能力，其對新寄主資源的利用策略已成為一個研究熱點。

前期有研究發(fā)現蠅蛹俑小蜂在家蠅、桔小實蠅以及瓜實蠅等寄主上持續(xù)多代飼養(yǎng)后，其對飼養(yǎng)寄主的選擇率、寄生率更高，且在飼養(yǎng)寄主上發(fā)育歷期更短、產生的后代更多(趙海燕, 2013; 劉歡, 2015; Zhengetal., 2021)，這從側面說明通過在新寄主繼代飼養(yǎng)是提高蠅蛹俑小蜂對新寄主適合度的重要方式。但蠅蛹俑小蜂寄主種類較多，其適應不同寄主間的代價是否有差異并不明確，這不利于其后期轉寄主利用。劉歡(2015)研究發(fā)現以瓜實蠅為寄主多代飼養(yǎng)的蠅蛹俑小蜂對南瓜實蠅的寄生率顯著高于對桔小實蠅的，且在南瓜實蠅上的發(fā)育歷期顯著短于在桔小實蠅上的，這說明蠅蛹俑小蜂對不同新寄主表現出差異化的適合度。在自然界中，瓜實蠅和南瓜實蠅均偏好為害幼嫩果實，且寄主范圍相近，導致他們常常競爭取食同一種寄主食物，生態(tài)位存在重疊(Shenetal., 2014)；而桔小實蠅與瓜實蠅、南瓜實蠅寄主范圍幾乎不同，且其偏好為害成熟的果實(Dhillonetal., 2005; 黃素青和韓日疇, 2005)，生態(tài)位很難重疊?；诖?，我們推測新寄主與飼養(yǎng)寄主間生態(tài)位關系可能導致了蠅蛹俑小蜂在適應新寄主時更有優(yōu)勢。為驗證這一推測，本研究選擇家蠅、瓜實蠅以及南瓜實蠅為蠅蛹俑小蜂的飼養(yǎng)寄主，其中前者(家蠅)和后二者(實蠅)生態(tài)位完全不重疊，比較研究分別以3種蠅蛹為飼養(yǎng)寄主飼養(yǎng)的蠅蛹俑小蜂對非飼養(yǎng)寄主的選擇行為、選擇與非選擇試驗條件下的寄生選擇以及選擇后的繁殖能力等參數，在此基礎上探討其對不同新寄主的選擇和適應性差異，為后期蠅蛹俑小蜂新寄主的拓展以及高效利用提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 供試昆蟲

瓜實蠅、南瓜實蠅初始種群來源于?？谑行阌^(qū)儒吳村農家苦瓜地，無菌家蠅初始種群來源合肥大元生物科技有限公司，供試的3種蠅均為室內以人工飼料飼養(yǎng)30代以上的穩(wěn)定種群。其中瓜實蠅和南瓜實蠅成蟲飼料為酵母粉和白砂糖混合物(質量比為1∶1)，幼蟲飼料為苯甲酸鈉、對羥基苯甲酸鈉、啤酒酵母粉、蔗糖、南瓜、麥麩和水的混合物(質量比為1∶1∶25∶50∶100∶100∶125)(Lietal., 2021)；家蠅成蟲飼料為臨期奶粉和白砂糖的混合物(質量比為1∶1)，幼蟲飼料為奶粉、麥麩和水的混合物(質量比為1∶10∶70)。蠅蛹俑小蜂的初始種群來源于3種蠅蛹的田間收集羽化而來，并在3種蠅蛹上分別飼養(yǎng)20代以上作為供試寄生蜂。蠅和寄生蜂飼養(yǎng)條件為溫度26±1℃、相對濕度65%±5%、光周期14L∶10D。

1.2 蠅蛹俑小蜂對新寄主的選擇行為測試

試驗共分3組獨立進行，分別測定以瓜實蠅蛹為飼養(yǎng)寄主的蠅蛹俑小蜂成蜂對南瓜實蠅和家蠅蛹，以南瓜實蠅蛹為飼養(yǎng)寄主的蠅蛹俑小蜂成蜂對瓜實蠅和家蠅蛹以及以家蠅蛹為飼養(yǎng)寄主的蠅蛹俑小蜂成蜂對瓜實蠅和南瓜實蠅蛹的選擇性。試驗采用Y型嗅覺儀進行測定，Y管主臂長度20 cm，兩側臂長度15 cm，側臂夾角75°，管內徑1.4 cm。按設定的分組，收集兩種3日齡的蠅蛹各200頭分別放入兩個味源瓶中作為味源，選擇羽化48 h的雌蜂作為測試對象。將雌蜂用狼毫筆引入Y型嗅覺儀主臂，每次引入1頭，當該蜂爬行或停留至任一側臂二分之一處及以上20 s即視為做出反應，而當1頭蜂超過10 min未做出選擇即視為其無反應。每組共測試60頭蠅蛹俑小蜂，每頭蜂僅測試1次。每測試5頭蜂需調換兩側臂的位置以消除幾何位置對試蟲的行為影響；每測定10頭蜂，用95%酒精和蒸餾水清洗Y管，在烘箱120℃烘干后繼續(xù)進行下一次測試。

1.3 選擇試驗條件下蠅蛹俑小蜂對新寄主的寄生能力測定

同1.2節(jié)設置，試驗分3組獨立進行，測定以任意一種蠅蛹為飼養(yǎng)寄主的蠅蛹俑小蜂成蜂對其他兩種寄主同時存在的寄生能力，每組重復15次。試驗在直徑為15 cm的培養(yǎng)皿中進行，在其中心線位置放置一塊長條形的海綿(長×寬×高=14 cm×1 cm×0.5 cm)將培養(yǎng)皿一分為二，海綿提前浸入10%的蜂蜜水。按設定的分組，收集兩種3日齡的蠅蛹各100頭置于培養(yǎng)皿兩側，挑取10對健康活潑的2日齡蠅蛹俑小蜂放置在海綿條上，然后用120目紗網將培養(yǎng)皿封口放入培養(yǎng)箱，并設置與蠅和蜂飼養(yǎng)相同的條件。24 h后移除培養(yǎng)皿中的蠅蛹俑小蜂，分別收集培養(yǎng)皿兩側的蠅蛹繼續(xù)在培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，直至所有俑小蜂羽化，解剖既未出蠅又未出蜂的蠅蛹，分別記錄新羽化的和寄生但未完成羽化的寄生蜂數量，計算寄生率。

1.4 非選擇試驗條件下蠅蛹俑小蜂對新寄主的寄生能力測定

同1.2節(jié)設置，試驗分3組獨立進行，測定以任意一種蠅蛹為飼養(yǎng)寄主的蠅蛹俑小蜂成蜂對其他兩種寄主的非選擇性的寄生能力，每組重復15次。試驗在一個透明的正方體亞克箱(10 cm×10 cm×10 cm)進行，每組每個箱子里面僅放入一種蠅蛹(均為3日齡)，每種蠅蛹均為200頭，隨后引入10對2日齡的供試蠅蛹俑小蜂至箱子內，并放入一個含有10%飽和蜂蜜水的棉球。將上述箱子用120目紗網封口放入培養(yǎng)箱，并設置與蠅和蜂飼養(yǎng)相同的條件。24 h后移除亞克力箱子中的俑小蜂，分別收集箱子中的蠅蛹繼續(xù)在培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，直至所有蠅蛹俑小蜂羽化，解剖既未出蠅又未出蜂的蠅蛹，分別記錄新羽化的和寄生但未完成羽化的寄生蜂數量，計算寄生率。

1.5 蠅蛹俑小蜂轉入新寄主連續(xù)飼養(yǎng)后的子代繁殖力測定

同1.2節(jié)設置，試驗分3組獨立進行，以任意一種蠅蛹(X)為飼養(yǎng)寄主的蠅蛹俑小蜂轉入其他寄主(Y)上連續(xù)飼養(yǎng)10代，測定每代產生的后子數，以直接以Y寄主為飼養(yǎng)寄主的蠅蛹俑小蜂持續(xù)在Y上連續(xù)飼養(yǎng)10代為對照，每組每代中的處理和對照均重復10次。試驗在一個透明的正方體亞克箱內(10 cm×10 cm×10 cm)進行，每組每個箱子里面僅放入一種蠅蛹(均為3日齡)，每種蠅蛹均為200頭，隨后引入10對2日齡的供試蠅蛹俑小蜂成蜂入箱子內，并放入一個含有10%飽和蜂蜜水的棉球。將這些箱子用120目紗網封口放入培養(yǎng)箱，并設置與蠅和蜂飼養(yǎng)相同的條件。每隔24 h，移除每組亞克力箱中的蠅蛹，對應補充200頭未被寄生的3日齡蠅蛹，直至箱中所有雌蜂死亡。將每組每代移除的蠅蛹單獨培養(yǎng)，直至所有蠅蛹俑小蜂羽化，統計其數量。

1.6 數據分析

寄生蜂寄生率為寄生蜂寄生寄主后的出蜂量加上寄生蜂完成寄生但未出蜂的數量占總寄主數量的百分比(Tangetal., 2015)。蠅蛹俑小蜂對新寄主的選擇行為選用卡方檢驗(χ2test)評估數據間差異，選擇與非選擇試驗中蠅蛹俑小蜂對新寄主的寄生能力分別采用配對t檢驗和獨立樣本t檢驗評估數據間差異，寄主轉換對蠅蛹俑小蜂子代繁殖力的影響采用多元方差分析(MANOVA)結合獨立樣本t檢驗進行評估，所有數據均采用SPSS 20.0進行統計，P<0.05被認定為數據間有顯著性差異。 文中所有圖均采用Origin9.0進行繪制。

2 結果

2.1 蠅蛹俑小蜂對新寄主的選擇行為

由圖1可知，在無飼養(yǎng)寄主條件下，以瓜實蠅蛹為飼養(yǎng)寄主的蠅蛹俑小蜂成蜂更偏好選擇南瓜實蠅蛹(df=1, χ2=8.0667,P=0.0045)，以南瓜實蠅蛹為飼養(yǎng)寄主的蠅蛹俑小蜂成蜂轉寄主后更偏好選擇瓜實蠅蛹(df=1, χ2=4.2667,P=0.0389)，而以家蠅蛹為飼養(yǎng)寄主的蠅蛹俑小蜂成蜂轉寄主后對瓜實蠅蛹和南瓜實蠅蛹的選擇并無顯著性差異(df=1, χ2=0.2667,P=0.6056)。

2.2 選擇性試驗條件下蠅蛹俑小蜂對新寄主的寄生能力

研究發(fā)現，在南瓜實蠅蛹和家蠅蛹共存的條件下，以瓜實蠅蛹為飼養(yǎng)寄主的蠅蛹俑小蜂成蜂在南瓜實蠅蛹上的寄生率更高 (df=14,t=15.04,P<0.0001)(圖2)，產生的子代更多(df=14,t=27.42,P<0.0001)(圖3)。 在瓜實蠅蛹和家蠅蛹共存的條件下，以南瓜實蠅蛹為飼養(yǎng)寄主的蠅蛹俑小蜂成蜂在瓜實蠅蛹上的寄生率更高(df=14,t=13.76,P<0.0001)(圖2)，產生的后代更多(df=14,t=15.78,P<0.0001)(圖3)。 然而，在南瓜實蠅蛹和瓜蠅蛹共存的條件下，以家蠅蛹為飼養(yǎng)寄主的蠅蛹俑小蜂成蜂在瓜實蠅蛹和南瓜實蠅蛹上的寄生率(df=14,t=0.6,P=0.5559)和產生的后代數(df=14,t=0.93,P=0.3680)無顯著性差異(圖2和3)。

2.3 非選擇試驗條件下蠅蛹俑小蜂對新寄主的寄生能力

由圖4和圖5可知，以瓜實蠅蛹為飼養(yǎng)寄主的蠅蛹俑小蜂成蜂對南瓜實蠅蛹的寄生率顯著高于對家蠅蛹的(df=28,t=20.56,P<0.0001)，并且在南瓜實蠅蛹上產生更多的子代(df=28,t=9.13,P<0.0001)；而以南瓜實蠅蛹為飼養(yǎng)寄主的蠅蛹俑小蜂成蜂對瓜實蠅蛹的寄生率顯著高于對家蠅蛹的(df=28,t=16.04,P<0.0001)，且在瓜實蠅蛹上產生更多的后代(df=28,t=8.60,P<0.0001)。但當以家蠅蛹為飼養(yǎng)寄主轉入南瓜實蠅蛹和瓜實蠅蛹上時，其在兩種新寄主上的寄生率(df=28,t=-0.73,P=0.4712)和產生的后代數量 (df=28,t=-0.61,P=0.5440)無顯著性差異。

2.4 蠅蛹俑小蜂轉入新寄主繼代飼養(yǎng)后的子代繁殖力

由圖6可知，在6組不同的模式中，轉入寄主的類型以及轉入的代數顯著影響蠅蛹俑小蜂單雌產后代數量(P<0.05)。研究發(fā)現以任意一種蠅蛹為飼養(yǎng)寄主的蠅蛹俑小蜂繼代在該寄主上飼養(yǎng)10代(對照)，其每代的單雌產后代數并無顯著差異(P>0.05)。研究也發(fā)現以瓜實蠅和南瓜實蠅蛹為飼養(yǎng)寄主的蠅蛹俑小蜂相互轉入對方飼養(yǎng)寄主上，從第4代開始其子代單雌產后代數與對應的對照相比并無顯著性差異(P>0.05)(圖6: A, C)，而以瓜實蠅和南瓜實蠅蛹為飼養(yǎng)寄主的蠅蛹俑小蜂轉入家蠅蛹，或以家蠅蛹為飼養(yǎng)寄主的蠅蛹俑小蜂轉入瓜實蠅和南瓜實蠅蛹上時，其從第7代開始單雌產后代數才表現出與對照無顯著性差異(P>0.05)(圖6: B, D, E, F)。這說明以瓜實蠅和南瓜實蠅蛹為飼養(yǎng)寄主的蠅蛹俑小蜂轉寄主后分別更容易適應南瓜實蠅和瓜實蠅蛹。

3 討論

本研究發(fā)現在無飼養(yǎng)寄主的條件下，瓜實蠅蛹和南瓜實蠅蛹為飼養(yǎng)寄主的蠅蛹俑小蜂分別更偏好選擇和寄生南瓜實蠅蛹和瓜實蠅蛹(圖1, 2和4)，且分別在南瓜實蠅蛹和瓜實蠅蛹上產生更多的子代(圖3和5)。此外，以瓜實蠅和南瓜實蠅蛹為飼養(yǎng)寄主的蠅蛹俑小蜂轉寄主后分別更容易適應南瓜實蠅和瓜實蠅蛹(圖6)，以上結果證實蠅蛹俑小蜂偏好選擇和更容易適應與其飼養(yǎng)寄主生態(tài)位重疊的新寄主。眾多研究表明多寄主型寄生蜂對新寄主的棲境、健康或受損的寄主植物、繭、蛹殼或排泄物等的提前經歷或學習會提高其對新寄主的適合度 (Duttonetal., 2000; Ghimire and Phillips, 2008; Charlesetal., 2013; Lentz-Ronning and Kester, 2013; Weietal., 2013; Saadatetal., 2014; Bodinoetal., 2016)。趙海燕(2013)發(fā)現蠅蛹俑小蜂對實蠅取食過的寄主食物具有強烈的趨向行為，進一步分析發(fā)現蟲傷食物誘導的揮發(fā)物起著至關重要的作用。實蠅在從寄主食物中鉆出化蛹時，體表常常會沾染食物殘存物(如食物殘渣、殘汁等)，因此其體表的殘存物(或殘存物揮發(fā)物)可能是影響蠅蛹俑小蜂定位寄主的關鍵要素之一。瓜實蠅和南瓜實蠅化蛹習性極為接近，且試驗中提供的寄主食物相同，這相當于以這兩種蠅為飼養(yǎng)寄主的蠅蛹俑小蜂在轉入對方寄主前已對對方的化蛹環(huán)境以及化蛹時攜帶的寄主食物殘存物有過經歷，這種經歷可能導致以這兩種蠅為飼養(yǎng)寄主的蠅蛹俑小蜂對對方寄主的選擇、適應性較家蠅更加有優(yōu)勢，但具體的原因需進一步探索。“Mother knows best” 假說或“preference-performance”假說被廣泛應用于多寄主型寄生蜂研究中，其認為雌性的產卵偏好應當與寄主對子代發(fā)育的適合度成正比(Henryetal., 2005; Chesnaisetal., 2015)。然而，一些研究證實雌性寄生蜂所尋求的產卵對象并不一定都適合后代的發(fā)育，可能受到寄主發(fā)育情況和所研究系統的復雜性等多種因素的影響(Henryetal., 2005; Chesnaisetal., 2015)。本研究發(fā)現蠅蛹俑小蜂轉寄主后偏好選擇和寄生與其飼養(yǎng)寄主生態(tài)位相近的新寄主，且轉入后在此新寄主上產生更多的后代，從這一角度來說其符合“mother knows best” 假說或“preference-performance”假說的觀點。但我們研究發(fā)現當蠅蛹俑小蜂以家蠅蛹為飼養(yǎng)寄主轉入瓜實蠅蛹和南瓜實蠅蛹時，其對兩種新寄主的選擇數和寄生率并無顯著性差異，且在兩種新寄主上產生的后代數差異也不明顯，但這些結果并不能表明與兩種假說的觀點不一致，這可能是由于兩種寄主生態(tài)位重疊影響了蠅蛹俑小蜂對寄主的分辨和定位，或兩種蠅蛹提供的營養(yǎng)相當，具體原因有待進一步證實?；诒狙芯浚売假感》滢D寄主利用時可優(yōu)先選擇與其飼養(yǎng)寄主具有重疊的生態(tài)位的寄主。