不同突變體異色瓢蟲取食人工飼料的適合度研究

李明凌，王森山，郝亞楠，秦亞龍，陳明娟，孫元星

(1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 植物保護學(xué)院，蘭州 730070；2.甘肅省農(nóng)作物病蟲害生物防治工程實驗室，蘭州 730070)

基因多效性是生物體中普遍存在的一種現(xiàn)象，具體是指生物體某一基因發(fā)生突變往往會導(dǎo)致其他性狀的改變[1]。近年來，有關(guān)昆蟲體色基因的多效性已成為研究熱點。大量試驗表明昆蟲體色的突變往往會在行為、生理和生活史等方面表現(xiàn)出多效性作用，并具有穩(wěn)定的種群遺傳特征[2-5]。例如，與正常型果蠅Drosophilasimulans相比，黃化型果蠅的抗紫外能力和交配成功率均顯著下降[6-7]；而海灰翅夜蛾Spodopteralittoralis的黑化幼蟲較正常型對白僵菌的抗性明顯增強[8]。此外，研究表明體色相關(guān)基因發(fā)生突變還會影響昆蟲對食物的利用效率，進而影響生長發(fā)育，如黑化型天幕毛蟲Malacosomadisstria幼蟲較正常型在取食相同食物后雄蟲體型較小[9]。目前，有關(guān)昆蟲體色相關(guān)基因多效性的研究主要集中于鱗翅目及膜翅目，而在鞘翅目中的研究相對較少。

異色瓢蟲Harmoniaaxyridis屬鞘翅目(Coleoptera)、瓢蟲科(Coccinellidae)，是一種重要的捕食性天敵，在生物防治中應(yīng)用廣泛[10]。該瓢蟲成蟲鞘翅斑型多樣，不同色型之間的生物學(xué)特性存在明顯差異，是研究體色與環(huán)境適應(yīng)機理的理想模式材料[11]。研究表明，異色瓢蟲蛹及成蟲的黑化程度與環(huán)境適應(yīng)(主要為溫度)密切相關(guān)[12-13]。近年來，部分研究還發(fā)現(xiàn)異色瓢蟲黑化相關(guān)基因具有明顯的多效性，如一種異色瓢蟲淺色突變體gr與野生型相比，其幼蟲的取食量和抗紫外能力均顯著降低[14]；在3齡幼蟲期沉默黑化相關(guān)基因可顯著降低成蟲的產(chǎn)卵量及卵孵化率[15]。

人工飼料在捕食性天敵的規(guī)?；a(chǎn)中具有十分重要的作用。應(yīng)用高效人工飼料飼養(yǎng)天敵不僅可以降低生產(chǎn)成本，而且可以長時間維持天敵種群數(shù)量的穩(wěn)定[16-18]。目前，異色瓢蟲的非昆蟲源人工飼料主要以脊椎動物蛋白為主，其中以基于豬肝的飼料居多[19]。研究表明，相關(guān)飼料基本可以滿足異色瓢蟲生長發(fā)育的營養(yǎng)需求，但仍存在存活率較低、發(fā)育歷期延長等諸多不利影響[20]。基于體色相關(guān)基因具有多效性的理論基礎(chǔ)，篩選合適的表型個體對提高人工飼料的飼養(yǎng)效率具有重要意義。目前尚不明確不同黑化程度異色瓢蟲個體取食人工飼料后的適合度是否存在差異。

甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護學(xué)院害蟲生物防治實驗室在前期試驗中發(fā)現(xiàn)了兩個體色黑化程度截然相反的異色瓢蟲個體，黑化型(ML)與淺色型(GR)。黑化型自二齡起，幼蟲蟲體各部分黑化程度明顯加深，成蟲鞘翅黑色斑點的黑化程度及斑點面積較野生型(WT)均增大(待發(fā)表)；淺色個體幼蟲蟲體呈金麒麟色，成蟲鞘翅黑色斑點的黑化程度及斑點面積均較野生型減小，且與野生型相比其生物學(xué)特性具有明顯差異[21]。同時，經(jīng)一系列自交、回交及側(cè)交試驗證實，上述兩個體色異常個體為具有穩(wěn)定遺傳特性的突變體。本試驗基于上述兩個突變體，通過人工飼料飼喂并測定其生長發(fā)育相關(guān)參數(shù)及成蟲繁殖力，并與野生型進行比較，旨在明確二者取食人工飼料后的適合度差異。本研究結(jié)果對探究黑化相關(guān)基因的多效性及篩選更具規(guī)模化生產(chǎn)潛力的天敵具有指導(dǎo)意義。

1 材料與方法

1.1 供試昆蟲

異色瓢蟲黑化(ML)和淺色突變體(GR)均來自實驗室長期飼養(yǎng)的種群，分別將兩對成蟲飼養(yǎng)于直徑為5 cm的塑料培養(yǎng)皿內(nèi)，每天提供充足的桃蚜并收集卵。將卵孵育在直徑為3 cm的培養(yǎng)皿內(nèi)并提供浸透水的棉球用以保濕，待卵孵化后，收集1齡幼蟲用于后續(xù)試驗。桃蚜種群飼養(yǎng)在室內(nèi)盆栽的辣椒苗上。以上供試昆蟲均飼養(yǎng)在人工氣候箱內(nèi)(上海躍進醫(yī)療器械有限公司，RQX-250；溫度(25 ± 1)℃，光周期 L∶D=16∶8，相對濕度60 %)，并在相同條件下飼養(yǎng)黃底野生型異色瓢蟲(WT)作為對照。兩個突變體及野生型異色瓢蟲各發(fā)育階段的典型形態(tài)特征如圖1 所示。

1.2 人工飼料配制

按照 Sun 等[22]所述配方及方法(稍有優(yōu)化，成分見表1)配制人工飼料，且將所得人工飼料分裝到1.5 mL離心管中并保存于-20 ℃ 冰箱，用于后期飼喂試驗。

表1 異色瓢蟲基礎(chǔ)人工飼料配方

1.3 人工飼料飼喂

將黑化、淺色和野生型初孵幼蟲單頭飼養(yǎng)在3 cm的培養(yǎng)皿內(nèi)(黑化與淺色型分別飼養(yǎng)60頭幼蟲，野生型飼養(yǎng)40頭)，提供新鮮的人工飼料和浸透水的棉球用以保濕。每天觀察和統(tǒng)計幼蟲的發(fā)育和存活情況直到化蛹及羽化，飼料每兩天更換1次。待成蟲羽化后，收集成蟲(羽化后24～36 h)并稱量(SY204電子天平，上海佑科儀器儀表有限公司，精確至0.1 mg)。分別計算1齡發(fā)育至后續(xù)各階段的存活率，并計算蛹-成蟲的羽化率。在蛹期，收集未能正常羽化的蛹(5 d后仍未羽化)及鞘翅畸形的新羽化成蟲，于相同光照條件下用松下DMC-GH5數(shù)碼相機進行拍照。

1.4 繁殖力測定

篩選體型正常的個體，并進行配對，因淺色型新羽化成蟲畸形個體比例較大，每種表型分別飼養(yǎng)6對。上述配對成蟲分別飼養(yǎng)于直徑為9 cm的培養(yǎng)皿內(nèi)，每天提供充足的桃蚜并及時清理培養(yǎng)皿以保證適宜的飼養(yǎng)環(huán)境。待到雌蟲開始產(chǎn)卵時，每天收集卵并統(tǒng)計產(chǎn)卵量，隨后將卵轉(zhuǎn)移至直徑為3 cm的培養(yǎng)皿內(nèi)，內(nèi)加浸透水的棉球用以保濕，并統(tǒng)計孵化的幼蟲數(shù)。共統(tǒng)計10 d。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

采用SPSS 26軟件進行數(shù)據(jù)分析。其中，存活率及羽化率采用2×2聯(lián)表法進行分析。發(fā)育歷期、新羽化成蟲體質(zhì)量、產(chǎn)卵量及卵孵化率采用單因素方差分析進行比較，并用Tukey HSD 法進行多重比較(P<0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 存活率與羽化率

發(fā)育至2齡，黑化型的存活率為100%，顯著高于淺色型(83.30%)及野生型(91.90%)，而淺色型與野生型間無顯著差異。發(fā)育至3、4齡的存活率在3種表型間均無顯著差異。發(fā)育至蛹期，淺色型的存活率(70.00%)顯著小于野生型(89.20%)，而黑化型與野生型及淺色型均無顯著差異。發(fā)育至成蟲，黑化型的存活率(74.07%)顯著高于淺色型，但與野生型(86.50%)差異不顯著(圖2-A)。

3種表型異色瓢蟲的蛹-成蟲羽化率存在顯著差異。其中黑化型的羽化率為100.00%，顯著高于野生型(67.00%)和淺色型(43.00%)，淺色型與野生型的羽化率無顯著差異(圖2-B)。此外，黑化型羽化成蟲表型全部正常，畸形率(0)顯著低于淺色型(21.4%)與野生型(12.1%)(圖 2-B)。野生型與淺色型畸形個體的典型表型如圖2-C所示。

2.2 發(fā)育歷期

在1齡發(fā)育過程中，淺色型的平均發(fā)育歷期(2.8 d)顯著長于野生型(2.3 d)與黑化型(2.6 d)。3齡時，黑化型的平均發(fā)育歷期(5.5 d)顯著高于淺色型(4.8 d)和野生型(4.9 d)。4齡時，黑化型和淺色型發(fā)育歷期均顯著長于野生型。黑化型幼蟲-成蟲的總發(fā)育歷期為27.15 d，顯著長于野生型(24.50 d)，但二者均與淺色型(25.9 d)無顯著差異。此外，2齡及蛹期的發(fā)育時間在3種表型間均無顯著性差異(表2)。

2.3 新羽化成蟲體質(zhì)量

3種表型異色瓢蟲新羽化雌雄成蟲體質(zhì)量均存在顯著性差異。其中，黑化型雌成蟲的平均體質(zhì)量(0.018 9 g)顯著高于淺色型(0.014 6 g)，但與野生型(0.016 3 g)無顯著差異(圖3-A)。黑化型雄成蟲平均體質(zhì)量(0.016 6 g)也顯著高于淺色型(0.013 5 g)，且高于野生型(0.013 3 g)，而淺色型與野生型間無顯著性差異(圖3-B)。

2.4 繁殖力

黑化、淺色和野生型異色瓢蟲在10 d內(nèi)的日平均產(chǎn)卵量分別為30.4、21.8和25.3粒，黑化型相對較高但無顯著性差異；卵孵化率分別為 34.4%、30.5%和46.1%，雖野生型相對較高，但與其他二者均無顯著差異(表3)。

表3 不同表型異色瓢蟲成蟲的繁殖力

3 討 論

本研究測定了異色瓢蟲兩個體色突變體取食人工飼料后的適合度。結(jié)果表明，黑化型對人工飼料表現(xiàn)出良好的適應(yīng)性，其1齡幼蟲存活率及蛹-成蟲羽化率均高達100%，顯著高于淺色和野生型，幼蟲發(fā)育至成蟲的存活率也顯著高于淺色型，且與野生型無顯著差異。此外，本試驗還發(fā)現(xiàn)黑化型的新羽化成蟲均正常，而野生型及淺色型羽化成蟲中均有部分畸形個體。上述結(jié)果可能是由以下幾方面的原因造成的。首先，蛹能否正常羽化主要取決于蛹體的營養(yǎng)水平。研究表明，異色瓢蟲幼蟲期取食蚜蟲較取食花粉具有更高的羽化率，這主要是因為花粉所含營養(yǎng)不及蚜蟲造成的[23]。由此推定黑化型的蛹體可能具有更多的營養(yǎng)積累。已有研究表明，黑化相關(guān)基因在異色瓢蟲各個發(fā)育階段均有組成型表達，其發(fā)生突變可能會影響整個發(fā)育階段的食物利用效率，從而影響低齡幼蟲存活和成蟲羽化[24]。其次，瓢蟲取食人工飼料后體內(nèi)可能產(chǎn)生某些有害成分，并隨生長發(fā)育不斷積累，而黑色素具有免疫防御功能，能降低這些物質(zhì)對生長發(fā)育的不利影響[25]。研究表明，黑色素在異色瓢蟲蛹期時含量最高[24]。因此，黑化型體內(nèi)積累的黑色素可在蛹期為變態(tài)發(fā)育提供良好環(huán)境。

此外，本研究發(fā)現(xiàn)取食同種人工飼料后，黑化型新羽化雌雄成蟲體質(zhì)量均顯著高于淺色型，且雄蟲體質(zhì)量顯著高于野生型。這進一步表明，黑化個體的取食量或食物利用效率較其他兩種表型有明顯提高。已有研究表明，淺色突變體對桃蚜的捕食量及新羽化成蟲體質(zhì)量均顯著低于野生型[21]，該研究結(jié)果可進一步證實上述結(jié)論。另外，黑化型1齡-成蟲的發(fā)育歷期(27.2 d)顯著長于淺色(25.9 d)和野生型(24.5 d)。上述發(fā)育歷期延長也是黑化途徑異常所表現(xiàn)出的一種多效性影響。張道偉等[26]發(fā)現(xiàn)，異色瓢蟲體內(nèi)黑色素缺乏會導(dǎo)致4齡幼蟲發(fā)育歷期縮短，提前化蛹。成蟲體質(zhì)量與體內(nèi)資源分配密切相關(guān)，從而在很大程度上決定其繁殖力[27-28]。在本試驗中，黑化型取食桃蚜后的日平均產(chǎn)卵量最高(30.4粒)，淺色型最低(24.8粒)，野生型居中(25.3粒)。上述結(jié)果表明，應(yīng)用人工飼料飼養(yǎng)黑化型異色瓢蟲，所得成蟲在田間取食蚜蟲后將具有相對較高的繁殖力，可快速擴大種群，具有良好的應(yīng)用潛能。

綜上所述，3種表型異色瓢蟲取食人工飼料后，黑化突變體的適合度最高，而淺色突變體的適合度最低，表明黑化程度對異色瓢蟲的人工飼料利用效率具有明顯影響。本研究結(jié)果將為進一步揭示異色瓢蟲黑化相關(guān)基因的多效性作用及其機理奠定基礎(chǔ)，同時也為后續(xù)篩選適于室內(nèi)規(guī)?；曫B(yǎng)的天敵昆蟲提供參考。