光周期对异色瓢虫卵巢和脂肪体发育的影响

李莎，张伟，方雪丹，黄金，何运转，刘顺，秦秋菊

(1 河北农业大学 植物保护学院，河北 保定 071000；2 河北农业大学 科学技术研究院，河北 保定 071000)

光周期对异色瓢虫卵巢和脂肪体发育的影响

李莎1，张伟1，方雪丹2，黄金1，何运转1，刘顺1，秦秋菊1

(1 河北农业大学 植物保护学院，河北 保定 071000；2 河北农业大学 科学技术研究院，河北 保定 071000)

为探究光周期在异色瓢虫雌虫卵巢和脂肪体发育过程中的作用以及明确二者之间关系，研究了20℃条件下异色瓢虫雌虫在13个光周期组合下卵巢和脂肪体发育情况，结果表明：在光照时间多于14 h(包括14 h)时，76%以上的雌虫卵巢发育集中在Ⅳ级、Ⅴ级，全部脂肪体发育为1级或2级，此时卵巢管长度为962.42～1 095.76 μm，显著长于短光照下的卵巢管长度；在光周期为10L∶14D时，94.12%雌虫卵巢发育为Ⅰ级、Ⅱ级，卵巢管长度最短，为213.33 μm，88.2% 的脂肪体发育等级为3级，脂肪体发育水平最高；在光周期为2L∶22D、4L∶20D、6L∶18D、8L∶16D、12L∶12D时，卵巢的5个发育等级同时出现，且发育为Ⅲ级的个体占到了总体的40%；卡方检验显示，异色瓢虫雌虫卵巢与脂肪体发育呈负相关。

异色瓢虫；光周期；卵巢；脂肪体；卵巢管；发育

异色瓢虫Harmoniaaxyridis(Pallas)属鞘翅目(Coleoptera)瓢虫科(Coccinellidae)，在世界多个地区均有分布[1]。作为一种捕食性天敌昆虫，各龄期异色瓢虫幼虫及成虫取食蚜虫、叶螨、鳞翅目低龄幼虫和卵、螨、介壳虫以及粉虱[2]，成虫取食量大、抗逆性好、产卵量大、耐寒耐热且存活力强，已然成为一种具有较大研究利用价值的害虫天敌[3]。

光周期能显著影响异色瓢虫的生理状态[4-6]。当光照时间比临界日长短时，异色瓢虫便会发生滞育，一般地，刚羽化的成虫对光周期感受较为敏感[6]。滞育昆虫与非滞育昆虫通常存在一系列外部形态、内部解剖学及行为学上的区别，如体色、卵巢、脂肪体发育，以及取食行为、性行为的停止和迁飞行为等[1,7-8]。昆虫在滞育越冬过程中脂肪体一般比较发达[9]。因为脂肪体不仅能够储存营养物质，也成为能量物质如脂类和甘油合成和代谢的场所，并且还为卵黄原蛋白的合成提供条件[10]。但光周期在异色瓢虫卵巢发育和脂肪体发育过程中起到何种作用以及这两者发育关系的研究尚未见报道。基于此，对观察到的13个光周期条件下的雌虫卵巢及脂肪体进行分级，并测量第1卵室卵巢管长度，以期为探索异色瓢虫的环境适应性和丰富异色瓢虫滞育理论提供依据。

1 材料与方法

1.1 虫源

异色瓢虫成虫以及各龄幼虫采自河北农业大学西校区气象站，在实验室内以豆蚜[Aphiscraccivora(Koch)]和白杨毛蚜[Chaitophoruspopuleti(Panzer)]为食物饲养2～3代，种群稳定后再进行试验。豆蚜以蚕豆(ViciafabaL.)幼苗为寄主进行饲养。以上2种蚜虫与瓢虫采集地一致。

将异色瓢虫雌雄成虫按照1∶1的比例进行配对，并置于温度25℃、相对湿度(65±5)%、光周期为14L∶10D的恒温光照培养箱中饲养，直至雌虫产卵。挑选体形大小一致、健康活泼的幼虫，随机放在铺有滤纸片的小培养皿(直径5.4 cm)中，每皿1头幼虫。

1.2 仪器设备

人工气候培养箱、解剖镜、昆虫针、滤纸、培养皿、小毛刷、解剖剪等。

1.3 试验方法

在温度20 ℃、相对湿度(65±5)%条件下，将培养箱光照时长依次设置为0 h、2 h、4 h、6 h、8 h、10 h、12 h、14 h、16 h、18 h、20 h、22 h、24 h，共计13个处理。试验开始，将120～150头初孵幼虫随机放置在13个光周期处理中饲养至成虫；羽化后，对同一处理内雌、雄虫进行随机配对，每处理设3次重复，且各处理下有10～14对雌、雄成虫，继续饲养直至成虫羽化30 d后观察。

根据Sakurai 等和尚玉昌对瓢虫卵巢分类的标准和本实验室前期研究成果，对异色瓢虫的卵巢发育进行定性分级，分别为：Ⅰ级，卵巢小透明无色，卵巢管细；Ⅱ级，卵巢偏小，有少量卵黄，而卵巢管透明；Ⅲ级，卵室出现分化，清晰可辨，卵巢管内有少量卵黄；Ⅳ级，卵巢变大，第1、第2卵室内卵黄量多且色淡，无成熟卵粒；Ⅴ级，卵巢较大为亮黄色，各卵室内卵黄丰富且颜色深，有黄色成熟卵粒[4，11]。此外，根据Sakurai 等对异色瓢虫脂肪体的发育分级：1级为脂肪体不发育；2级为轻微发育；3级是发育良好，且异色瓢虫腹中有大量脂肪体[4]。

解剖观察各处理下的异色瓢虫雌虫卵巢、脂肪体，根据发育程度的相关依据进行分级，同时测量并记录第1卵室发育最好的卵巢管长度。

1.4 数据处理与分析

试验结果采用SPSS 18.0统计分析软件进行数据处理分析，不同周期处理下卵巢管长度的差异用Duncan氏新复极差法进行差异显著性检验；对于卵巢发育等级与卵巢管长度、卵巢发育等级与脂肪体发育等级、脂肪体发育等级和卵巢管长度相关性分析采用交叉表卡方检验法[12]。图表均由Excel软件绘制所得。

2 结果与分析

2.1 光周期对异色瓢虫雌虫卵巢发育等级的影响

根据异色瓢虫卵巢发育分级标准，不同光周期处理下雌成虫卵巢发育等级结果见图1。

图1 不同光周期下异色瓢虫的卵巢发育等级(20℃)

Fig.1 Ovarian devolpmental stages of female adults ofHarmoniaaxyridisunder different photoperiods(20℃)

由图1可知，当光周期介于14L∶10D和24L∶0D之间以及等于0L∶24D时，异色瓢虫雌虫卵巢主要发育为Ⅳ级、Ⅴ级，两者的和达到76%以上；当光周期介于2L∶22D和6L∶18D之间时，卵巢发育主要为Ⅲ级，比例高达40%；而光周期等于10L∶14D时，94.12%的卵巢发育为Ⅰ级、Ⅱ级，其余为Ⅲ级。此外，在光周期处于2L∶22D和8L∶16D之间以及等于12L∶12D时，能够同时观察到卵巢发育的5个等级，Ⅲ级居多，占总量的近40%。由此可知，在长光照下异色瓢虫雌虫卵巢发育良好，而短光照影响卵巢正常发育。这说明异色瓢虫是典型的长日照发育型昆虫。Sakurai研究证实，短光周期下咽侧体发育受到抑制[4]，进而保幼激素分泌较少，因此抑制卵巢发育，而保幼激素类似物添加能打破滞育。这可能就是短光照抑制卵巢发育的原因。

2.2 光周期下异色瓢虫雌虫卵巢管长度的影响

不同光周期处理的异色瓢虫雌成虫第1卵室发育最快的卵巢管长度测量结果见表1。

表1 不同光周期下异色瓢虫雌虫的卵巢管长度(20℃)Table 1 Ovariole length of the female adults of Harmonia axyridis under different photoperiods (20℃)

由表1可知，当光周期为10L∶14D时，卵巢管长度最短，为213.33 μm；光周期为0L∶24D以及处于14L∶10D和24L∶0D之间时，卵巢管的长度显著比其他光周期下卵巢管的长度长(0.05水平)，为962.42～1 095.76μm，其中光周期为22L∶2D时最长(0.05水平)。据此可以断定，光周期能够显著影响异色瓢虫卵巢管长度，除了光周期等于0L∶24D、6L∶18D、10L∶14D外，卵巢管长度的变化的大致趋势是随着光照长度的增加而增加。光周期影响卵巢管发育的情形大体与卵巢相似。

2.3 光周期对异色瓢虫雌虫脂肪体发育等级的影响

根据异色瓢虫脂肪体发育分级标准，不同光周期处理雌成虫脂肪体发育等级结果见图2。

图2 不同光周期下异色瓢虫雌成虫的脂肪体发育等级(20℃)

Fig.2 Fat body developmental stages of female adults ofHarmoniaaxyridisunder different photoperiods(20℃)

由图2可知，当光周期处于14L∶10D和24L∶0D之间时，异色瓢虫雌虫的脂肪体发育为1级、2级的比例高达100%，在此范围内，脂肪体数量少，发育等级较低，而其余光照处理都能同时观察到脂肪体3个发育等级；当光周期处在0L∶24D和10L∶14D之间时，随着光照时数的增加，脂肪体发育为1级、2级的比例减少，3级的比例增加，在光周期等于10L∶14D时，3级的比例达到最大，为88.2%；当光周期介于10L∶14D和14L∶10D之间时，脂肪体发育为3级的比例减少，1级的比例增加。这种近似“倒三角形”的变化体现了脂肪体在光周期处于0L∶24D和14L∶10D之间的动态规律。

2.4 异色瓢虫雌虫卵巢发育分级和卵巢管长度等级的相关性分析

采用交叉表卡方(χ2)检验不同光周期下异色瓢虫雌虫卵巢发育分级和卵巢管长度的相关性，对卵巢管长度度量进行等级划分。1级：200～400 μm；2级400～800 μm；3级800～1 000 μm；4级1 000～1 200 μm；5级1 200～1 400 μm，用作和卵巢管发育等级相比较的标准。卡方检验结果见表2。

表2 不同光周期下异色瓢虫雌虫卵巢发育等级和卵巢管长度等级相关性分析Table 2 The correlation between the ovarian development level and ovariole length level of female Harmonia axyridis under different photoperiods

由表2可知，通过对卵巢发育等级和卵巢管长度等级进行列联表分析，发现在本试验所有光周期条件下卵巢的发育等级和卵巢管长度等级显著相关(χ2=511.114，df=16，P<0.05)。从卡方检验结果可以看出，卵巢发育等级越高则卵巢管长度越长，卵巢发育等级越低则卵巢管长度越短。因此，异色瓢虫雌虫卵巢管长度能够反映其卵巢发育水平，卵巢管长度越长，说明卵巢发育等级越高。

2.5 异色瓢虫卵巢发育等级和脂肪体发育等级的相关性分析

用交叉表卡方检验不同光周期下异色瓢虫雌虫卵巢和脂肪体发育等级的相关性，结果见表3。

表3 不同光周期下异色瓢虫雌虫卵巢发育等级和脂肪体发育等级相关性分析Table 3 The correlation between the development level of ovary and fat body of female Harmonia axyridis under different photoperiods

由表3可知，除光周期为12L∶12D和18L∶6D外，不同光周期下异色瓢虫雌虫卵巢发育等级和脂肪体发育等级呈负相关(χ2=399.474，df=8，P<0.05)，即卵巢发育等级越高，脂肪体发育等级越低。这可能是由于在长光照条件下，异色瓢虫雌虫卵巢发育能够得到较多能量供给，因此卵巢更加成熟；而光照时数不断减少影响了异色瓢虫卵巢发育所需的营养供给，故营养又从卵巢转向了脂肪体。

2.6 异色瓢虫脂肪体发育等级和卵巢管长度等级的相关性

用交叉表卡方检验不同光周期条件下异色瓢虫雌虫脂肪体和卵巢管长度等级的相关性，卡方检验结果见表4。

表4 不同光周期下异色瓢虫雌虫脂肪体发育等级和卵巢管长度相关性分析Table 3 The correlation between the development level of fat body and ovariole length of female Harmonia axyridis under different photoperiods

由表4卡方检验结果可知，光周期为16L∶D8外，各光照条件下异色瓢虫雌虫脂肪体发育等级和卵巢管长度等级呈负相关(χ2=396.680，df=8，P<0.05)即脂肪体发育等级越高，卵巢管长度越短；脂肪体发育等级越低，卵巢管越长。这一结果与卵巢发育等级和脂肪体发育等级的相关性一致。

通过解剖异色瓢虫雌成虫发现，当脂肪体数量较多时，卵巢发育程度低，而卵巢发育良好达到产卵条件时，脂肪体发育不良或几乎不存在。这说明异色瓢虫卵巢以及脂肪体发育是动态变化的。这是因为异色瓢虫雌虫产卵需要较为适宜的环境和充足的食物[13]。在卵巢发育中期阶段经历饥饿1～2 d的异色瓢虫雌虫，会出现卵黄“自溶”现象[14]。这是由于卵巢管内卵黄物质被身体重新吸收。如七星瓢虫和异色瓢虫的卵黄原蛋白主要是在脂肪体中合成，随后释放到血淋巴中为卵母细胞所同化[15-16]。此外，脂肪体还能够储存脂类和甘油等能量物质，这使得越冬过程中的昆虫能够利用这些能量物质度过严寒。因此，脂肪体在异色瓢虫越冬滞育和卵巢发育中起到了至关重要的作用。

3 结论与讨论

试验结果表明：当光照时数大于等于14 h时，所有雌虫脂肪体发育为1级、2级，76%以上的卵巢发育为Ⅳ级、Ⅴ级，且卵巢管长度为962.42～1 095.76 μm，明显比短光照处理下的卵巢管长度长；光照日长为10 h时，94.12%个体的异色瓢虫卵巢发育为Ⅰ级、Ⅱ级，卵巢管长度最短为213.33 μm，而脂肪体发育良好，3级脂肪体个数占到了88.2%。此外，光照时长为0 h时，卵巢发育良好，达到Ⅳ级、Ⅴ级的比例达到了78.78%，卵巢管长度也达到984.24 μm，这2项指标均显著高于短光照处理。列联表分析表明，在本试验的13个光周期条件下，异色瓢虫卵巢发育和脂肪体发育总体上呈负相关，均随光周期的改变而发生相应变化。

另外，张伟研究发现，10L∶14D光周期下异色瓢虫的产卵率为5.8%，单雌产卵量最低为27粒，不及24L∶0D(最大值)的8%，个体滞育率高达94.12%[5-6]。这说明诱导异色瓢虫滞育的短光周期条件抑制了成虫的卵巢发育，显著影响雌虫产卵。本试验的数据显示，在光照为0 h时，雌虫的卵巢正常发育，说明影响雌虫卵巢发育的是短光照处理而非无光。这种非寻常光周期，也许是昆虫适应环境并不断选择的结果[17]。此外，本试验的研究结果与Sakurai、王伟等研究光周期的季节性变化与异色瓢虫、七星瓢虫卵巢和脂肪体发育关系的研究结果相似[4,17]。尽管本试验结果说明异色瓢虫卵巢发育受短光照抑制，脂肪体发育良好，但其机理有待进一步研究。

通过研究光周期对异色瓢虫卵巢、脂肪体发育的影响，以及卵巢和脂肪体发育的关系，可以揭示异色瓢虫生理状况变化的内部原因，为异色瓢虫生殖滞育的理论研究、天敌保护利用及工厂化饲养奠定基础。

[1]王甦, 张润志, 张帆, 等. 异色瓢虫生物生态学研究进展[J]. 应用生态学报, 2007, 18(9):2117-2126.

[2]王小艺, 沈佐锐. 异色瓢虫的应用研究概况[J].昆虫知识,2002, 39(4): 255-261.

[3]Colunga Garcia M, Gage S H. Arrival, Establishment, and habitat use of the multicolored Asian lady beetle (Coleoptera: Coccinellidae) in a Michigan landscape[J]. Environmental Entomology, 1998, 27(6):1574-1580.

[4]Sakurai H, Kawai T, Takeda S. Physiological changes related to diapause of the lady beetle,Harmoniaaxyridis(Coleoptera: Coccinellidae)[J]. Applied Entomology and Zoology,1992, 27(4):479-487.

[5]张伟. 光周期和食物对异色瓢虫生长发育和生殖滞育的影响[D]. 保定：河北农业大学, 2012：14-19.

[6]张伟, 刘顺, 李娜, 等. 光周期对异色瓢虫生殖滞育的影响[J]. 植物保护学报, 2014, 41(4): 495-500.

[7]时爱菊, 徐洪富, 刘忠德, 等. 光周期对大草蛉(Chrysopapallens)滞育及发育的影响[J]. 生态学报, 2008, 28(8):3854-3859.

[8]Koch R L. The multicolored Asian lady beetle,Harmoniaaxyridis: a review of its biology, uses in biological control and non-target impacts[J]. Journal of Insect Science, 2003, 3(1):1-16.

[9]王伟, 张礼生, 陈红印, 等. 瓢虫滞育的研究进展[J].植物保护, 2011, 37(5): 27-33.

[10]Arrese E L, Soulages J L. Insect fat body: energy, metabolism, and regulation[J]. Annual Review of Entomology, 2010, 55(55), 207-225.

[11]尚玉昌，蔡晓明，阎浚杰. 蚜虫天敌——七星瓢虫CoccinellaseptempunctataL.的研究Ⅱ.七星瓢虫卵巢发育的分级标准及研究卵巢发育的生态学意义[J]. 昆虫天敌, 1980 (2): 5-8.

[12]李晟彬. 基于卡方检验的森林资源小班因子相关性分析研究[D]. 北京：中国林业科学研究院, 2015： 33-39.

[13]Papaj D R. Ovarian dynamics and host use[J]. Annual Review of Entomology, 2000, 45(45):423-428.

[14]Osawa N. The effect of prey availabiliy on ovarian development and oosorption in the ladybird beetleHarmoniaaxyridis(Coleoptera: Coccinellidae)[J]. European Journal of Entomology, 2005, 102(3):503-511.

[15]翟启慧, 关雪辰, 陈娥英, 等. 七星瓢虫的卵黄发生:脂肪体与卵巢中卵黄原蛋白的合成与分泌[J]. 昆虫学报, 1985,28(4):362-367.

[16]陈洁. 异色瓢虫卵子发生及饲料对其卵黄发生的影响[D]. 保定：河北农业大学, 2012：11-20.

[17]郭建青，张洪刚，王振营，等.光周期和温度对亚洲玉米螟滞育诱导的影响[J].昆虫学报，2013，56(9)：996-1003.

[18]王伟, 张礼生, 陈红印, 等. 北京地区七星瓢虫滞育诱导的温光效应[J]. 中国生物防治学报, 2013, 29(1):24-30.

(编辑 潘秀华)

Influence of photoperiod on ovarian and fat body development ofHarmoniaaxyridis(Pallas)

LI Sha1，ZHANG Wei1，FANG Xuedan2，HUANG Jin1，HE Yunzhuan1，LIU Shun1，QIN Qiuju1

(1CollegeofPlantProtection，HebeiAgriculturalUniversity，Baoding071000，China;2InstituteofScienceandTechnology，HebeiAgriculturalUniversity，Baoding071000，China)

In order to figure out the influence of photoperiod on the female ovarian and fat body development ofHarmoniaaxyrids(Pallas) and to determine the relationship between them, the current experiment investigated the effect of photoperiod on the development of ovary and fat body of femaleH.axyridisunder 13 photoperiods at 20℃. Results indicated that the ovarian development of over 76% female adults were at stage Ⅳ and Ⅴwhen photoperiod was more than 14 h(14 h included), and the fat body development ofH.axyridiswere all at stages 1 or 2. Besides, the length of ovariole under these photoperiods were 962.42～1 095.76 μm, which was significantly longer than those under short photoperiods. Under the photoperiod of 10L∶14D, the ovarian development of 94.12% female individuals were at stagesⅠ or Ⅱ, of which the length of ovariole was the shortest as 213.33 μm, and the fat body development of 88.2% female individuals were at stage Ⅲ, which was the high-est development level. Under photoperiods of 2L∶22D, 4L∶20D, 6L∶18D, 8L∶16D and 12L∶12D, five ovarian developmental grades all appeared, and around 40% of female ovaries developed into grade Ⅲ . Chi-square test showed that ovarian development of femaleH.axyridiswas negetively correlated with the development of fat body.

Harmoniaaxyridis；photoperiod；ovary；fat body；ovariole；development

1007-4961(2017)01-0065-07

10.13320/j.cnki.hjfor.2017.0013

2016-12-04；

2016-12-20

国家自然科学基金项目“取食棉花花外蜜对异色瓢虫成虫营养生理及捕食行为的影响”(31201542)；河北省教育厅优秀青年基金项目“河北保定地区异色瓢虫滞育特性及滞育机制的研究”(Y2012011)。

李莎(1992-)，女，北京大兴人，在读硕士研究生，主要从事昆虫生理生化方面的研究。

秦秋菊(1977-)，女，河北迁西人，博士研究生，副教授，主要从事昆虫生理生化方面的研究。

S 476.2

A