低温对蝶蛹金小蜂卵成熟及其数量动态的影响

夏诗洋，孟 玲，李保平

(南京农业大学植物保护学院，农作物生物灾害综合治理教育部重点实验室，南京 210095)

寄生蜂产卵于寄主体内或体外，子代幼虫依赖于寄主营养完成发育并最终致使寄主死亡。雌蜂终生实现的产卵量主要取决于3个因素的互作:遇到的适宜寄主数量、终生成熟的卵数量和产卵速率的行为调节［1］。由于环境因素的不确定性，每当遇到适宜的寄主时总有足够的成熟卵可产的完全吻合情况是难以实现的。但有证据表明，自然选择会调整卵发育特征以吻合遇到适宜寄主的预期［2－3］。

寄生蜂中不同类群间的卵成熟特征存在很大差异。由于卵成熟特征与寄生蜂的生殖策略密切相关，因此，探究卵成熟动态就成为理解寄生蜂产卵策略以及生活史策略的重要途径［1，4－8］。1950年Flanders首先提出了卵预熟和卵渐熟等两类卵成熟模式，前者指成虫羽化时所有卵均已成熟，后者指成虫羽化后卵陆续成熟。这一划分也成为后来建立寄生蜂生活史策略模型［7，9］和寄主－寄生蜂种群动态模型的基本属性［10］。但这一分类方法的依据是定性特征，难以涵盖复杂多样的卵成熟方式。对此，2001年Jervis等提出定量指标—卵熟指数(成虫羽化时成熟卵占一生总产卵量的比例)［1］，用于认识寄生蜂的卵成熟规律，并发现该特征与其他生活史策略存在必然的联系。后来该指标也被用于认识其他植食性昆虫的卵成熟规律［8］。

对于卵渐熟类寄生蜂而言，根据进化原理预测，自然选择理应偏好那些能够协调好卵成熟进程以满足遭遇适宜寄主时的产卵之需的寄生蜂，从而演化出具有最优抱卵量的雌蜂［11］。但根据生态学原理预测，自身生理因素和外界生态因素的复杂多变一定会影响寄生蜂的能量分配(生存抑或生殖)，从而演化出动态的产卵决策行为。如何综合考虑进化和生态学原理解释寄生蜂的产卵策略，就成为寄生蜂进化生态学研究的主要挑战之一。最优搜寻理论综合运用进化和生态学原理来解释生物对资源的获取规律［12］，不但是迄今最常用的解释寄生蜂产卵策略(即最优产卵策略)的原理，而且成为寄生蜂行为生态学研究的基本原理［13］，并用于指导生物防治实践［14］。但用经典的最优搜寻原理解释寄生蜂的产卵策略时，通常不考虑生理或其他生态因素的影响，实际上生理和生态因子可能通过影响雌蜂的卵成熟动态而影响雌蜂的产卵决策。

本研究以蝶蛹金小蜂(Pteromalus puparum)－菜粉蝶(Pieris rapae)为模式生物，该寄生蜂营群集性寄生方式，雌蜂在1头寄主蛹(蝶类)内产若干卵，并发育成熟若干子代蜂［15－16］。其卵成熟方式属于渐熟类，在遭遇缺乏适宜寄主时可临时吸回卵营养［17］。蝶蛹金小蜂以老熟幼虫或蛹在寄主菜粉蝶蛹内越冬，其生长和发育经历冬季低温［15－16］，但迄今不清楚冬季低温是否影响早春羽化雌蜂的成熟卵数量动态。由于蝶蛹金小蜂成虫在寄主体内羽化后再爬出寄主，而且雄蜂先于雌蜂爬出，故需要掌握雌蜂的准确羽化时间才可及时解剖寄主，以获得刚羽化的雌蜂进行解剖计数成熟卵数量，因此本研究首先详细观察了子代蜂幼期形态变化及其寄主蛹的形态;为探究冬季低温对越冬雌蜂来年早春羽化后卵巢发育和成熟动态的影响，本研究模拟冬季低温(5℃)处理了含有寄生蜂老熟幼虫的寄主蛹，于雌蜂羽化后解剖观察卵巢形态，并连续观察了成熟卵数量的时间动态变化。该研究可为深入阐释群集性寄生蜂的产卵策略提供生理依据。

1 材料与方法

1.1 材料

蝶蛹金小蜂和菜粉蝶均采自南京市东郊甘蓝菜地。将采回的被寄生蛹放入智能人工气候箱((25±1)℃，RH(60±10)%，L∶D=16∶8)待成虫羽化;为成虫提供新鲜蝶蛹供其寄生并繁育多代后供试。采回的菜粉蝶幼虫用“京丰1号”甘蓝叶片饲喂直至化蛹，取化蛹后24—48 h的蝶蛹供试。

1.2 幼期发育的形态观察

给1头雌蜂提供1头寄主蛹寄生，然后每隔24 h解剖被寄生蛹，并在体视显微镜(Olympus SZ－CTV;麦克奥迪SMZ 171)下测量和拍照(寄主和子代蜂)，测量蜂卵和幼虫的体长和宽(最宽处)，测量蛹体长;自第9天开始，解剖并取出蜂蛹保留，待羽化后确定性别。测量观察个体数为20—30头。

1.3 低温处理试验

设2个温度处理:(25±1)℃(适宜温度，对照)和(5±1)℃(低温)，该低温为越冬期间持续时间最长的温度。在低温处理中，取寄生后发育到第9天(蜂处于老熟幼虫或蛹阶段)的寄主蛹放入人工气候箱中(L∶D=16∶8)中低温处理30 d，然后取出放入适宜温度下，于4 d后逐日8:00检查出蜂情况;从开始出蜂起连续7 d解剖雌蜂，观察卵巢管、计数成熟卵量，并测量雌蜂后足胫节长度。对照则一直在适宜温度下，于第13天开始逐日检查出蜂情况，出蜂后按照上述方法解剖并测量雌蜂。观察个体数量大于30头。

1.4 数据分析

为揭示寄生蜂形态特征随时间的变化规律，采用非参数平滑方法拟合变化趋势。用基于quasipoissson分布型的对数线性模型拟合温度处理对卵成熟数量的影响，把雌蜂体型大小(后足胫节长度)和日龄作为协变量放入模型。分析用R统计分析软件［18－19］。

2 结果与分析

2.1 蝶蛹金小蜂胚后发育的形态及其寄主形态变化

蝶蛹金小蜂雌蜂一般喜好产卵于寄主菜粉蝶蛹的翅外侧(图1A)与内侧(图1B)之间，侵染寄主的一般顺序为翅外侧—翅内侧—空腔—头部与尾部(图1)。子代蜂各发育期的体色及其寄主的体色存在差异(图2，表1)。经历2—3 d的暴食期后，幼虫体长在孵化后第4天达到最大值，但体宽直到第7天达到最大;蛹体长变化不大，雌性明显长于雄性(图3)。

图1 健康菜粉蝶蛹外部形态Fig.1 Exomorphology of healthy P.rapae pupae

2.2 低温对蝶蛹金小蜂成熟卵数量动态的影响

适宜温度条件下，羽化当天卵室形成并开始有卵黄沉积(图4:0a);1天后在卵巢管底部出现成熟卵(图4:1a);第2—3天，成熟卵大量形成，并逐渐往卵巢管端部堆积，接近底部的卵巢管略有增粗，顶部出现大量未成熟卵(图4:2a—3a);第4天后在卵巢管底部出现明显的卵吸收现象，卵巢管进一步增粗，卵量接近饱和(图4:4a);第5—6天，成熟卵数量增加缓慢，甚至略有下降，并与卵吸收速度达到动态平衡，卵量饱和，卵巢管最粗(图4:5a—6a)。而在低温处理下，卵巢管较常温下略细，成熟卵量较少(图4:0b—6b)。

图2 寄主菜粉蝶蛹外部形态随蝶蛹金小蜂发育的日变化Fig.2 Daily exomorphology of parasitized P.rapae pupae along with P.puparum progeny

图3 蝶蛹金小蜂幼虫和蛹形态测量值的日变化Fig.3 Variation in morphological measures of P.puparum larva and pupa with time after parasitism

图4 适温与低温处理下蝶蛹金小蜂成虫卵巢管发育的变化Fig.4 Morphology of P.puparum ovary during adult stage under optimal and low temperature treatments

对数线性回归模型分析表明，温度和母蜂日龄不仅单独、而且互作影响成熟卵的数量;母蜂体型大小显著影响成熟卵的数量(表2)。与适温处理相比，低温处理明显减缓卵成熟速率，各日龄期成熟卵数量均明显减少;适温与低温处理下成熟卵数量的变化格局存在差异，适温下前2d成熟卵量直线增加，此后2d放缓，然后(第4天起)不再增加;低温下成熟卵量以较缓慢的速度直线增加至第4天，然后略放缓(图5)。成熟卵量在不同温度处理下均随雌蜂体型增大而显著增加，但在适温下增加的幅度略小于低温处理下(图6)。

表1 蝶蛹金小蜂幼期发育各阶段及其寄主菜粉蝶蛹的外部形态变化Table 1 Exomorphological changes of larval stages of P.puparum and its host P.rapae pupae

表2 温度处理和其他协变量影响蝶蛹金小蜂成熟卵数量的对数线性模型参数估计值Table 2 Coefficient estimates of log-linear model for effects of temperature and other covariates on number of mature eggs in P.puparium

图5 蝶蛹金小蜂成熟卵数量随成虫羽化后天数的变化Fig.5 Variation in number of mature eggs with time after adult emergence in P.puparum under optimal and low temperature treatments

3 讨论

从寄主外部形态变化推测其体内寄生蜂幼期发育进程，不仅对于野外调查寄生蜂种群数量动态具有参考价值，而且可为及时解剖在寄主体内羽化的雌蜂、检查卵成熟动态提供依据。龙心林和陈惠英［20］曾对蝶蛹金小蜂蛹的体色变化进行过简单的文字描述，但在参考中由于没有图片而难以把握。对此，本研究对幼期发育的各阶段及其寄主菜粉蝶蛹的形态进行了更为详细的文字描述和拍照;逐日解剖观察发现，蝶蛹金小蜂从卵孵化开始历时约2周化蛹，在寄生后第2—4天可将寄主取食殆尽。这一特性的适应意义可能在于，被寄生的寄主在早期易于受到病原微生物的侵染，加速取食可以降低寄主染病的机会。这一特性与苍白宽口姬小蜂(Hyssopus pallidus)相似［21］。本研究对被寄生的寄主蛹外部形态(主要是体色)随体内蝶蛹金小蜂发育而发生的变化进行了描述，该结果在田间调查菜粉蝶与蝶蛹金小蜂种群动态中为推测寄生进程提供参考依据。

图6 不同温度处理蝶蛹金小蜂成熟卵量随体型大小的变化Fig.6 Variation in number of mature eggs with body size under optimal and low temperature treatments

许多研究表明，生殖器官易于受到低温胁迫的不良［22］。本研究发现，对被寄生的寄主蛹(蝶蛹金小蜂成虫羽化前)进行低温处理(模拟越冬温度)后，卵巢管萎缩，卵成熟速度减缓，抱卵量降低。同样的现象在其他寄生蜂中也有报道，例如，对卡氏小蜂(Euchalcidia caryobori(Hanna))的研究表明，低温能延迟卵成熟，甚至引起雌、雄蜂生殖器官畸形［23］;低温处理达到一定强度和持续时间后，还可能降低寄生蜂的生殖力［24－26］。但也有报道未发现低温对寄生蜂生殖力造成不良影响［27］，可能是低温处理尚未达到胁迫程度的原因。

卵的成熟和再吸收在卵渐成熟型寄生蜂中维持着动态平衡，是寄生蜂协调产卵策略的重要表现［13］。本研究表明，成熟卵数量的时间变化格局不仅受低温处理、而且受雌蜂体型大小的影响，低温处理明显减缓卵成熟速率，推迟达到最大成熟卵数量的时间和卵吸收时间。该结果说明，越冬会明显延缓蝶蛹金小蜂的卵成熟动态，进而可能影响春季羽化雌蜂的产卵决策行为。

致谢:感谢南京农业大学植物保护学院刘洁在试验中给予的帮助。

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