不同因子對臺灣甲腹繭蜂交配的影響

王錄超，林珠鳳，賈靜靜，余姿蓉，吉訓聰,*

（1.海南大學植物保護學院，海口 570228；2.海南省農(nóng)業(yè)科學院植物保護研究所/海南省農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)產(chǎn)品質量安全與標準研究中心/海南省植物病蟲害防控重點實驗室，海口 571100）

臺灣甲腹繭蜂ChelonusformosanusSonan 屬膜翅目Hymenoptera、繭蜂科 Braconidae、甲腹繭蜂屬ChelonusPanzer[1]。該蜂是一種卵-幼蟲跨期寄生蜂，是夜蛾科害蟲的主要寄生性天敵[2]，其寄主廣泛，包括甜菜夜蛾Spodopteraexigua(Hübner)、斜紋夜蛾Spodopteralitura(Fabricius)、棉鈴蟲Helicoverpaarmigera(Hübner)、勞氏黏蟲Mythimnaloreyi(Duponchel)、草地貪夜蛾Spodopterafrugiperda(J.E.Smith)等[3-6]。

草地貪夜蛾，別名秋黏蟲，屬于鱗翅目Lepidoptera 夜蛾科Noctuidae，源于美洲的熱帶和亞熱帶地區(qū)，是一種雜食性農(nóng)業(yè)害蟲[7]，具有擴散速度快、繁殖力強、寄主范圍廣、取食能力強等生物學特性。草地貪夜蛾自2019 年初入侵我國，對我國玉米和水稻等糧食作物的生產(chǎn)和發(fā)展構成嚴重威脅。

就玉米而言，由于我國尚未推廣種植轉基因玉米，目前對草地貪夜蛾防治主要依靠化學殺蟲劑[8]，但化學防治將造成農(nóng)藥殘留問題，威脅人體健康，導致害蟲產(chǎn)生抗藥性，并殺傷天敵，破壞田間生態(tài)平衡[9]。因此，以生物防治為主的綠色可持續(xù)防控是未來草地貪夜蛾防控的方向[10]。室內發(fā)現(xiàn)臺灣甲腹繭蜂對草地貪夜蛾卵具有很強的寄生能力，對草地貪夜蛾的生物防治具有較大的利用價值。

害蟲天敵的規(guī)?；a(chǎn)是生物防治田間實踐的重要保證[11]。在寄生蜂擴繁過程中，交配最為關鍵。寄生蜂屬膜翅目昆蟲，雄性由未受精的單倍體卵發(fā)育而來，雌性則由受精后的二倍體卵發(fā)育而來[12]。迄今為止，國內外對臺灣甲腹繭蜂的研究集中于其分布[13]、部分生物學特性[6]、線粒體[14]和染色體[15]基因組測定等方面，對影響該蜂交配因素的研究尚不清楚。自然條件下，臺灣甲腹繭蜂的雌性比僅為40%，明顯低于其他同樣以草地貪夜蛾為寄主的寄生蜂，如夜蛾黑卵蜂Telenomusremus、螟黃赤眼蜂Trichogramma chilonis、淡足側溝繭蜂Microplitispallidipes和霍氏嚙小蜂Tetrastichushowardi，其雌性比均超70%[16]。筆者在飼養(yǎng)臺灣甲腹繭蜂時發(fā)現(xiàn)，該蜂為單寄生型寄生蜂，同一寄主只育出一頭子代蜂，且交配或未交配的雌蜂均可寄生，表明其既能有性生殖又能孤雌生殖，交配的雌蜂產(chǎn)下的子代既有雌性又有雄性，子代保持偏雌特性，但室內多數(shù)雌蜂交配較少且不穩(wěn)定，未交配的雌蜂可進行孤雌產(chǎn)雄生殖，導致室內種群雄性比例極高，花費人工和影響田間釋放效果。為此通過研究不同因子對臺灣甲腹繭蜂交配的影響，旨在提高臺灣甲腹繭蜂交配率，優(yōu)化室內種群的雌性比，從而為該蜂的大規(guī)模擴繁提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試蟲源

臺灣甲腹繭蜂和草地貪夜蛾均為海南省農(nóng)業(yè)科學院植物保護研究所室內種群，臺灣甲腹繭蜂用草地貪夜蛾卵已飼養(yǎng)30 代以上。

飼養(yǎng)條件：溫度（26±2）℃，相對濕度（70±10）% 光周期12L:12D，臺灣甲腹繭蜂和草地貪夜蛾成蟲用10%蜂蜜水與自來水補充營養(yǎng)。

1.2 溫度對臺灣甲腹繭蜂交配的影響

將當天初羽化且未交配的臺灣甲腹繭蜂按1♀:3♂的比例裝入養(yǎng)蟲籠（長12 cm，寬4 cm，高8 cm），用脫脂棉沾取10%蜂蜜水貼于養(yǎng)蟲籠底部作為成蜂補充營養(yǎng)，然后將其分別放入溫度為20 ℃、24 ℃、28 ℃、32 ℃、36 ℃ 5 個梯度的人工氣候箱內，使其自由交配24 h。

1.3 營養(yǎng)條件對臺灣甲腹繭蜂交配的影響

將當天初羽化且未交配的臺灣甲腹繭蜂按1♀:3♂的比例裝入養(yǎng)蟲籠（長12 cm，寬4 cm，高8 cm），分別用脫脂棉沾取10%蜂蜜水、10%白糖水、10%蜂蜜混10%白糖水、清水貼于養(yǎng)蟲籠底部作為成蜂補充營養(yǎng)，然后將其放入溫度為28 ℃的人工氣候箱內，使其自由交配24 h。

1.4 雌雄比對臺灣甲腹繭蜂交配的影響

將當天初羽化且未交配的臺灣甲腹繭蜂分別按1♀:1♂、1♀:3♂、1♀:5♂、1♀:7♂、1♀:9♂的比例裝入養(yǎng)蟲籠（長12 cm，寬4 cm，高8 cm），用脫脂棉沾取10%蜂蜜水貼于養(yǎng)蟲籠底部作為成蜂補充營養(yǎng)，然后將其放入溫度為28 ℃的人工氣候箱內，使其自由交配24 h。

1.5 配對時間對臺灣甲腹繭蜂交配的影響

將當天初羽化且未交配的臺灣甲腹繭蜂按1♀:3♂的比例裝入養(yǎng)蟲籠（長12 cm，寬4 cm，高8 cm），用脫脂棉沾取10%蜂蜜水貼于養(yǎng)蟲籠底部作為成蜂補充營養(yǎng)，然后將其放入溫度為28 ℃的人工氣候箱內，使其自由交配1、2、3、4、5 d。

1.6 空間大小對臺灣甲腹繭蜂交配的影響

將當天初羽化且未交配的臺灣甲腹繭蜂按1♀:3♂的比例分別裝入裝置A（長12 cm，寬4 cm，高8 cm），裝置B（長12 cm，寬8 cm，高8 cm），裝置C（長12 cm，寬12 cm，高8 cm），裝置D（長12 cm，寬16 cm，高8 cm），裝置E（長12 cm，寬20 cm，高8 cm），用脫脂棉沾取10%蜂蜜水貼于養(yǎng)蟲籠底部作為成蜂補充營養(yǎng)，然后將其放入溫度為28 ℃的人工氣候箱內，使其自由交配24 h。

1.7 優(yōu)選因子對臺灣甲腹繭蜂交配的影響

將當天羽化且未交配的臺灣甲腹繭蜂按1♀:7♂的比例裝入養(yǎng)蟲籠（長12 cm，寬4 cm，高8 cm），用脫脂棉沾取10%蜂蜜混10%白糖水貼于養(yǎng)蟲籠底部作為成蜂補充營養(yǎng)，然后將其放入溫度為28 ℃的人工氣候箱內，使其自由交配2 d。

以上光周期均為12 L:12D、相對濕度均為（80±5）%，交配完成后，取出雌蜂放入指形管（管徑12 mm，長度88 mm），同時放入約100 粒草地貪夜蛾初產(chǎn)卵塊供雌蜂寄生，寄生24 h 后取出卵塊，放入養(yǎng)蟲盒（長30 cm，寬20 cm，高10 cm），待卵孵化后每日放入適量的新鮮玉米葉，待子代蜂繭羽化后，觀察是否有雌蜂，以此判斷是否交配成功。以10 頭雌蜂為一個重復，試驗重復4 次。

1.8 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

試驗數(shù)據(jù)均采用SPSS 21.0 統(tǒng)計軟件，Duncan 氏法比較差異顯著性，圖表制作在Excel 2021 版完成。

2 結果與分析

2.1 溫度對臺灣甲腹繭蜂交配的影響

溫度對臺灣甲腹繭蜂交配的影響極其顯著（F4,15＝14.012，P＝0.000＜0.001）。在20 ℃～32 ℃范圍內，交配率隨著溫度的升高而升高，32 ℃時交配率最高，為45.0%，顯著高于20 ℃（5.0%，P＜0.05）和24 ℃（22.5%，P＜0.05），而當溫度為36 ℃（32.5%）時交配率出現(xiàn)下降，但與24 ℃、28 ℃（37.5%）和32 ℃各處理間差異不顯著（P＞0.05）（圖1）。

圖1 不同溫度條件下的交配率Fig.1 Mating rate at different temperatures

2.2 不同營養(yǎng)對臺灣甲腹繭蜂交配的影響

用10%蜂蜜混10%白糖水補充營養(yǎng)飼養(yǎng)時交配率最高，為45.0%，其次為10%白糖水和10%蜂蜜水，分別為40.0%和37.5%，用清水作為補充營養(yǎng)時交配率最低，為32.5%，但各處理間無顯著差異（F3,12＝0.897，P＝0.471＞0.05）（圖2）。

圖2 不同營養(yǎng)條件下的交配率Fig.2 Mating rate at different nutrition

2.3 雌雄比對臺灣甲腹繭蜂交配的影響

雌雄比對臺灣甲腹繭蜂交配率的影響極其顯著（F4,15＝19.995，P＝0.000＜0.001）。在1♀:1♂～1♀:7♂范圍內，隨著雄蜂比例的增加，臺灣甲腹繭蜂的交配率也逐漸上升，當雌雄比為1♀:1♂時交配率最低，為7.5%且與其他處理差異顯著（P＜0.05），雌雄比為1♀:7♂時，交配率最高，為80%。當雌蜂比為1♀:9♂（77.5%）時，交配率低于1♀:7 ♂，但兩處理間無顯著差異（P＞0.05）。當雌雄比為1♀:3♂（37.5%）和1♀:5♂（55.0%）時，交配率差異不顯著（P＞0.05）（圖3）。

圖3 不同雌雄比例條件下的交配率Fig.3 Mating rate at different sex ratio

2.4 配對時間對臺灣甲腹繭蜂交配的影響

配對時間對臺灣甲腹繭蜂交配的影響顯著（F4,15＝3.672，P＝0.028＜0.05），隨著配對時間的延長，交配率呈上升趨勢，當配對時間為5 d 時交配率最高，為75.0%，顯著高于配對時間為1 d（37.5%，P＜0.05）和2 d（47.5%，P＜0.05）時的交配率。其中配對3 d 和4 d 的交配率分別為62.5%和65.0%，兩處理與配對5 d 時的交配率差異不顯著（P＞0.05），但顯著高于1 d 的（P＜0.05）（圖4）。

圖4 不同配對時間下的交配率Fig.4 Mating rate at different dating time

2.5 空間大小對臺灣甲腹繭蜂交配的影響

空間大小對臺灣甲腹繭蜂交配的影響顯著（F4,15＝6.040，P＝0.004＜0.05），隨著空間增大，其交配率逐漸下降，最低為裝置E（5.0%），最高為裝置A（37.5%），裝置A、裝置B（30.0%）各處理不存在顯著差異（P＞0.05），裝置C（15.0%）、裝置D（10.0%）、裝置E 同樣不存在顯著差異（P＞0.05），但和裝置A 差異顯著（P＜0.05）（圖5）。

圖5 不同空間大小下的交配率Fig.5 Mating rate at different space

2.6 優(yōu)選條件對臺灣甲腹繭蜂交配的影響

在溫度為28 ℃，營養(yǎng)為10%蜂蜜混10%白糖水，雌雄比為1♀:7♂，配對時間為2 d、空間大小為（長12 cm，寬4 cm，高8 cm）條件下，臺灣甲腹繭蜂交配率為97.5%。

3 討論

環(huán)境溫度對昆蟲生長發(fā)育和繁殖行為的影響最直接[17]，環(huán)境溫度可能通過影響昆蟲的求偶活動、生殖系統(tǒng)或其體內的微生物來影響交配率。本試驗研究表明，臺灣甲腹繭蜂交配率隨著溫度的升高而升高。20 ℃不利于該蜂交配，這很可能與活動能力減弱有關，相對較低的溫度會導致求偶活動減弱，從而造成雌雄的交配率降低。溫度為36 ℃時臺灣甲腹繭蜂交配率出現(xiàn)下降，說明溫度過高也會影響其交配，可能是因為過高的溫度可能會造成雄蜂精子活力下降及雌蜂受精能力下降，有研究表明，象蟲金小蜂Anisopteromaluscalandrae48 ℃處理后，雄蜂在交配過程中，精子的數(shù)量只有30 ℃處理時的一半，導致交配能力低下[18]。說明環(huán)境溫度只有接近最適溫度才有利于交配，環(huán)境溫度偏離最適溫度可能導致生殖期的成蟲難以尋找到異性，同時也減弱了生殖期的成蟲對異性的吸引力，昆蟲的生殖行為受到影響[19]。此外，溫度對昆蟲體內的微生物影響較大，已有研究表明，病原菌等微生物不僅可通過調控宿主信息素的合成和釋放，影響昆蟲的交配選擇行為[20]，也可以干擾宿主的生殖系統(tǒng)和發(fā)育，例如部分寄生蜂體內的沃爾巴克氏體Wolbachia可能會抑制卵子第一次有絲分裂過程中配子復制的過程[21,22]，隨著溫度的升高，因為熱量增加的影響，沃爾巴克氏體滴度的降低可以誘導雄性產(chǎn)量的增加，導致雌性產(chǎn)量降低，這一現(xiàn)象在松毛蟲赤眼蜂Trichogrammadendrolimi有體現(xiàn)[23-25]，不過是否存在于臺灣甲腹繭蜂有待進一步研究，本試驗中，臺灣甲腹繭蜂雖在32 ℃時交配率最高，但其在33 ℃時的平均壽命顯著低于27 ℃和30 ℃[6]，說明高溫會縮短其壽命，建議室內擴繁時溫度為28 ℃。

能量物質和能量供應在昆蟲繁殖行為和交配成功中起著至關重要的作用[26]。本研究發(fā)現(xiàn)，用10%白糖水、10%蜂蜜水和10%蜂蜜混10%白糖水喂養(yǎng)臺灣甲腹繭蜂，其交配率均高于清水，可以推斷營養(yǎng)物質對于臺灣甲腹繭蜂的交配潛能有一定的提升。白糖和蜂蜜是飼養(yǎng)寄生蜂過程常用的營養(yǎng)物質，白糖含有碳水化合物，這可能會誘導麥蛾柔繭蜂HabrobraconhebetorSay 卵子更好地受精，提高其交配成功率并促進產(chǎn)卵[27,28]，在生產(chǎn)上為提高蝶蛹金小蜂Pteromaluspuparum的生殖潛能，除需要碳水化合物外還需要補充足夠的蛋白質[29]。而蜂蜜水既含碳水化合物，又含大量的可溶性蛋白質和一些激素因子。本試驗中10%蜂蜜混10%白糖水最有利于臺灣甲腹繭蜂交配，原因之一可能是同時滿足了臺灣甲腹繭蜂對碳水化合物和蛋白質的雙重需求。另一個原因可能是10%蜂蜜混10%白糖水的氣味和雌蜂雄蜂各自釋放的性信息素氣味共同作用，相比其他的營養(yǎng)物質，更能促進交配，具體原因有待進一步研究。不過已經(jīng)有研究表明，食物氣味和性信息素氣味的作用下，有利于提升昆蟲的交配率，例如食物氣味會和雌蜂雄蜂各自產(chǎn)生的特異性揮發(fā)性信息素相互作用，引起黑腹果蠅Drosophilamelanogaster雄性的求偶行為，促進交配[30]。此外，也可能和寄生蜂體內的共生菌有關，沃爾巴克氏體在宿主體內的增殖極度依賴脂質及其他營養(yǎng)物質供給，如膽固醇和鐵等[31,32]，當營養(yǎng)補給充足時，寄生蜂體內的沃爾巴克氏體等微生物得以大量繁殖進而影響寄生蜂交配的成功率，從而產(chǎn)下更多的雌性子代，因為沃爾巴克氏體對宿主昆蟲具有雌性化或者殺雄作用等生殖調控作用[33]，不過也有待進一步研究。雌雄比例影響昆蟲交配。本研究表明，增加臺灣甲腹繭蜂的雄蜂比例，可以顯著提高交配率。沈順章等[34]研究表明，雄蜂比例增加，日本食蚧蚜小蜂C.japonicus的交配率隨之增加，當雌、雄比例為1♀:3♂時，交配率最高，為73.25%。Symmorphusallobrogus交配的成功率取決于雌雄雙方交配的意愿，在1♀:1♂配對過程中，交配率只有67%[35]。雌雄比對臺灣甲腹繭蜂交配影響的原因一方面可能是雌蜂對配偶的選擇具有一定的要求，當雄蜂比例過低時，雌蜂難以找到合適的雄蜂交配，當雄蜂比例提高時，雌蜂容易找到合適的雄蜂交配。一般情況下，昆蟲的交配很大程度和性信息素有關，雌蜂可能用雄蜂釋放的性信息素傳遞的信息來選擇自己的配偶，選擇更強壯、質量更好的雄性，雄蜂的性信息素可能反映了體型大小、年齡和健康水平等，在自然選擇的作用下，可能雌蜂會擇優(yōu)選擇配偶以進行交配，以獲得更好的子代。另一方面，由于膜翅目昆蟲中決定性別的主要模式是產(chǎn)雄孤雌生殖，在此模式中二倍體雌性由受精卵發(fā)育而來，單倍體雄性由未受精卵發(fā)育而來，但在近親繁殖條件下當有兩個或多個獨立的性位點上均為純合子時，受精卵發(fā)育為二倍體雄性，二倍體雄性通常情況下是不育或者不能存活的[36]，而增加雄蜂比例意味著雌蜂與非同胞蜂交配的比例可能增加，有可能規(guī)避了近親交配下互補性別決定（complimentary sex determiner）位點純合，降低了雙倍體雄蜂出現(xiàn)的概率，從而提高交配的成功率，不過這一推測有待進一步研究。根據(jù)研究結果表明，雌雄比例為1♀:7 ♂時，臺灣甲腹繭蜂的交配率最高，可提高該種群兩性生殖的潛力。配對時間對昆蟲交配的影響也有差異。本研究表明，臺灣甲腹繭蜂隨著配對時間的增加，交配率不斷提高，配對3 d 的交配率顯著高于配對1 d 的，這表明，該蜂不是羽化就具備交配的能力。Diachasmimorphatryoni配對5 d 后交配率達到100%，但在第2 d 時雌雄之間相互吸引及交配意愿達到峰值[37]。密林熊蜂BombuspatagiatusNylander 雄性成蜂在8～9 日齡時，其生殖系統(tǒng)的各指標趨于成熟穩(wěn)定，性腺長寬、精子數(shù)量和活動精子百分比達到穩(wěn)定值，這是雄性成蜂性成熟至適合交配的特征之一[38]。側溝繭蜂屬型紅腹小蜂MicroplitisrufiventrisKok 的精子數(shù)量從1 日齡的2500 個增加到了5 日齡的6700 個，交配能力和釋放的性信息素的量不斷提高[9]。配對天數(shù)為1 d 時，臺灣甲腹繭蜂交配率極低，可能是部分蜂的性腺還沒有完全成熟，需要時間來發(fā)育以獲得交配能力。不過不是配對時間越長越好，配對時間延長盡管提高了交配率，但可能會對雌雄蜂雙方造成不良影響，有關研究發(fā)現(xiàn)，D.tryoni延長配對時間后造成多次交配降低了雄性的存活率和雌性潛在的終生繁殖力[37]。筆者在飼養(yǎng)時發(fā)現(xiàn)，配對時間為3、4、5 d 時，雌蜂的活力不如配對時間1～2 d 的，會有部分雌蜂出現(xiàn)死亡，可能與雄蜂多次交配有關，可能會導致雌蜂寄生能力和壽命下降，死亡原因有待研究。本試驗中，配對3、4、5 d 時，交配率沒有顯著變化，可能和雌蜂釋放的性信息素達到峰值后，對雄蜂的吸引力下降有關，不過有待進一步研究。

性信息素及其同源嗅覺通道在進化過程中快速而獨立地進化，以保證有效的種內通信系統(tǒng)[39]，而特定的配偶交流和識別是繁殖和物種形成的基礎[30]?？臻g大小會對昆蟲的交配率產(chǎn)生影響，相對而言較高的密度有可能增加雌雄相遇的機會[40]，進而增加交配的概率。本研究表明，小的空間更有利于臺灣甲腹繭蜂的交配。在小的空間內，雄蜂可能會在視覺觀察和觸覺線索的幫助下找到配偶，這可能優(yōu)先于化學交流，隨著空間的變大，雄蜂不得不通過化學來交流，尋找配偶，而雌蜂釋放的性信息素含量相較于小空間減弱了，雄蜂通過氣味搜尋雌性配偶的難度增加，不利于雌雄蜂的通訊交流，導致交配率下降，但這種推測還需進一步研究。

綜上所述，溫度、營養(yǎng)、雌雄比、配對時間、空間大小等條件變化對臺灣甲腹繭蜂交配產(chǎn)生影響。因此，為了在大規(guī)模擴繁時提高交配率，建議在溫度為28℃，營養(yǎng)為10%蜂蜜混10%白糖水，雌雄比為1♀:7♂，配對時間為2 d、空間大小為（長12 cm，寬4 cm，高8 cm）的條件下飼養(yǎng)，在此條件下，臺灣甲腹繭蜂的交配率達到97.5%，提高了該蜂種群進行有性生殖的比例，達到室內擴繁目的。