川硬皮肿腿蜂在松褐天牛幼虫上的合作繁育行为

赵 琪, 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)

硬皮肿腿蜂Sclerodermusspp.的寄生行为具有很强的可塑性，不仅单头而且可多头雌蜂即母蜂合作寄生一头体型较大的寄主(Bridwell, 1919; Mamaev, 1979; 张仲信和田淑贞, 1980)。母蜂合作繁育行为包括清洁卵或幼虫，将脱落的幼虫搬回寄主体表使其继续取食，搬动老熟幼虫至洁净处集中结茧，以及咬破茧协助子代蜂羽化等一系列育幼行为(周祖基等, 1997; Huetal., 2012)，该合作行为在寄生蜂中独一无二(Tangetal., 2014)，因而是研究膜翅目昆虫社会性演化的理想材料。

硬皮肿腿蜂的寄主天牛幼虫的体型大小随虫龄或种类而差异巨大，而体型较大的寄主往往具有较强的防卫能力。单头硬皮肿腿蜂在寄生体型较大的寄主时，寄生成功率和子代存活率均较低(Liuetal., 2011)，而母蜂合作可提高对体型较大寄主的寄生成功率(Tangetal., 2014)。当然，母蜂合作也付出一定的代价，例如，母蜂合作平均获得的子代蜂数量(蜂均产蜂量)少于母蜂单独寄生；合作繁育使母蜂放弃生产更多的子代(Crespi and Yanega, 1995; 伍绍龙等, 2017)。然而，与其他聚寄生蜂不同，硬皮肿腿蜂子代性比极端偏雌而且稳定，不随母蜂数量增加而增大(Tangetal., 2014)，因而不符合经典的“局域配偶竞争假说”预测(Hamilton, 1967)。迄今，尚不清楚硬皮肿腿蜂在寄生非自然天牛寄主时的合作繁育行为，为摸清硬皮肿腿蜂合作繁育行为的可塑性，有必要予以探究。

川硬皮肿腿蜂S.sichuanensis于1995年在四川泸县发现寄生于粗鞘双条杉天牛Semanotussinoauster幼虫(萧刚柔, 1995)。由于其寄主范围广、搜索扩散能力强、寄生率高、发育周期短而且易于人工繁殖，具有较高的生物防治应用价值。近年来，已广泛用于防治粗鞘双条杉天牛、杉棕天牛Callidiumvillosulum、桑天牛Aprionagermari、花椒虎天牛Clytusvaliandus等林木钻蛀性害虫(刘辉芳等, 2002; 赵正萍等, 2018)。松褐天牛Monohamusalternatus是携带传播松材线虫Bursaphelenchusxylophilus的主要媒介昆虫，因此，控制松褐天牛的种群密度是防治松材线虫病蔓延的重要措施(周宇爝等, 2012)。迄今，关于川硬皮肿腿蜂寄生松褐天牛的研究主要集中于应用方面，张翌楠和杨忠岐(2006)开展的松褐天牛幼虫接种川硬皮肿腿蜂的室内模拟实验预测，川硬皮肿腿蜂在控制松褐天牛中也可发挥重要作用；吴伟等(2008)观察了松褐天牛体长和接蜂量对川硬皮肿腿蜂繁蜂效果的影响。但尚缺乏对川硬皮肿腿蜂在松褐天牛幼虫上合作繁育行为的详细研究。

本研究以体型较大的成熟松褐天牛幼虫为寄主，为了检验寄主体重的影响，以体重极差2.75倍(0.16～0.44 g)的不同体重幼虫为寄主，设置分别接1, 2和4头母蜂的接蜂数处理水平，观测母蜂产卵前期、产卵量、出蜂数、子代蜂性比和体型大小等发育参数；分析寄主体重(连续自变量)和接蜂数(分类自变量)对这些发育参数的影响。研究结果不仅明确硬皮肿腿蜂合作育幼行为的可塑性，而且可为利用川硬皮肿腿蜂开展生物防治实践中大规模繁蜂技术提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 试虫

川硬皮肿腿蜂种来自四川农业大学林学院室内实验种群；松褐天牛幼虫采自南京市溧水区再生林，于当年春季采集被害枝，人工破开收集幼虫。以上材料均保存于10℃恒温培养箱中，无需饲喂，于2周后用于实验。本试验所用的母蜂为室内(温度26±0.5℃，相对湿度60%～80%)用松褐天牛繁育一代后的健康、已交配、尚未产卵的雌蜂。

1.2 不同接蜂处理和繁育行为观察

设每头寄主分别接1, 2和4头母蜂3个接蜂数处理水平。从体重在0.16～0.44 g范围内的松褐天牛幼虫集群中随机选择一头称体鲜重(Mitler, AL204-IC型, 精确至0.0001 g)，然后放入指形玻璃管(直径1.0 cm, 长5.0 cm)中，再将刚羽化并交配的母蜂(2头以上的母蜂为非同胞关系)接入试管。每隔12 h观察一次：记录产卵开始的时间，将从羽化开始直至观察到寄主体表有卵的间隔时间定义为产卵前期；计数产卵数量；待子代蜂全部羽化后统计出蜂数量、性比(雄蜂占比)，并测量子代雌成虫后足胫节长度作为体型大小的测度；统计卵至成虫羽化的存活率。每处理重复40次。

1.3 数据分析

用Poisson回归模型拟合产卵前期和子代蜂数量等观测变量，用Logistic回归模型分析性比(雄蜂占比)；对误差过度离散或欠离散数据采用实际离散度(Quasi-Poisson或Quasi-binomial)；用一般线性回归模型拟合存活比例和子代蜂后足胫节长度等变量。以母蜂数量(分类变量)和寄主体重(连续变量)为自变量，自变量及其互作影响用对数似然比卡方测验进行检验。用模型估计出的边际均值比较接蜂处理间的差异，用Tukey法矫正多重比较中的差异显著性概率水平(α=0.05)；分析比较用emmeans功能包(Lenth, 2019)。数据分析用R软件(R Core Team, 2018)。

2 结果

2.1 接蜂数和寄主体重对川硬皮肿腿蜂母蜂产卵前期的影响

接蜂数(χ2=12.95,P<0.01)和寄主(松褐天牛幼虫)体重(χ2=4.68,P=0.03)均显著影响川硬皮肿腿蜂产卵前期，但两因素互作没有显著影响(χ2=2.70,P=0.26)。接4头母蜂处理下的产卵前期最短，比接1头母蜂处理下的产卵前期缩短18.3%(z=2.81,P=0.01)，比接2头母蜂处理下的产卵前期缩短20.6%(z=3.59,P<0.01)(图1: A)。产卵前期随寄主体重增大而小幅逐渐线性延长(图1: B)。

2.2 接蜂数和寄主体重对川硬皮肿腿蜂子代出蜂数量的影响

接蜂数(χ2=68.49,P<0.01)显著影响川硬皮肿腿蜂子代出蜂数(图2: A)，寄主体重(χ2=2.82,P=0.09)和两因素互作(χ2=0.78,P=0.68)均对子代出蜂数量无显著影响(图2: B)。在接1头母蜂处理下子代出蜂数为60.3头，分别是接2头母蜂处理下蜂均产蜂量的1.5倍(z=11.48,P<0.01)和接4头母蜂处理下蜂均产蜂量的3.3倍(z=6.85,P<0.01)。

2.3 接蜂数和寄主体重对川硬皮肿腿蜂子代蜂性比(雄蜂占比)的影响

接蜂数(χ2=33.62,P<0.01)显著影响川硬皮肿腿蜂子代蜂性比(图3: A)，寄主体重(χ2=1.11,P=0.29)和两因素互作(χ2=1.54,P=0.46)对子代性比无显著影响(图3: B)。子代性比随接蜂数增加有所增大，接2头蜂(t=2.17,P=0.03)和接4头蜂(t=2.15,P=0.03)下的性比略高于接1头蜂处理下的性比。

图1 川硬皮肿腿蜂产卵前期与接蜂数(A)及寄主松褐天牛幼虫体重(B)的关系Fig. 1 Pre-oviposition time of Sclerodermus sichuanensis as a function of the number of foundresses (A) and the body weight of the host Monochamus alternatus larvae (B)以体重为0.16～0.44 g范围内的松褐天牛幼虫作为寄主。图A中的竖柄为平均值±标准误；不同小写字母表示处理间差异显著(z测验, P<0.05)；图B中线为Poisson回归模型拟合线及其95%置信区(灰色阴影)。下同。M. alternatus larvae with the body weight ranging from 0.16-0.44 g were selected as the host. Bars in panel A are mean±SE. Different lowercase letters indicate significant differences between treatments (z-test, P<0.05). The line in panel B is fitted by a Poisson regression model with 95% confidence region (in grey shade). The same below.

图2 川硬皮肿腿蜂母蜂平均产子代蜂数与接蜂数(A)及寄主松褐天牛幼虫体重(B)的关系Fig. 2 Average number of offspring per foundress of Sclerodermus sichuanensis as a function of the number of foundresses (A) and the body weight of the host Monochamus alternatus larvae (B)

图3 川硬皮肿腿蜂子代性比(雄蜂占比)与接蜂数(A)及寄主松褐天牛幼虫体重(B)的关系Fig. 3 Proportion of offspring males of Sclerodermus sichuanensis as a function of the number of foundresses (A) and the body weight of the host Monochamus alternatus larvae (B)

2.4 接蜂数和寄主体重对川硬皮肿腿蜂子代卵至成虫存活率的影响

接蜂数(F2,104=7.14,P<0.01)和寄主体重(F2,104=24.53,P<0.01)均显著影响川硬皮肿腿蜂子代卵至成虫的存活率，但两因素互作没有显著影响(F2,102= 0.21,P=0.81)。接4头蜂处理下子代存活率最低，比接1头母蜂处理下的存活率降低37.4%(t=3.77,P<0.01)，比接2头母蜂处理下的存活率降低30.5%(t=3.05,P<0.01)(图4: A)。子代存活率随寄主体重增大而逐渐减小(图4: B)。

图4 川硬皮肿腿蜂子代卵至成虫存活率与接蜂数(A)及寄主松褐天牛幼虫体重(B)的关系Fig. 4 Egg-to-adult survival rate of Sclerodermus sichuanensis offspring as a function of the number of foundresses (A) and the body weight of the host Monochamus alternatus larvae (B)

2.5 接蜂数和寄主体重对川硬皮肿腿蜂子代蜂体型大小的影响

寄主体重对川硬皮肿腿蜂子代蜂体型大小(后足胫节长度)影响显著(F1,101=4.46,P=0.04)，但不受母蜂数处理(F2,101=1.90,P=0.15)(图5: A)及其与寄主体重互作(F2,99=2.09,P=0.13)的影响。子代蜂体型大小随寄主体重增大而逐渐小幅线性增大(图5: B)。

图5 川硬皮肿腿蜂子代蜂体型大小(后足胫节长度)与接蜂数(A)及寄主松褐天牛幼虫体重(B)的关系Fig. 5 Offspring body size (hind tibia length, HTL) of Sclerodermus sichuanensis as a function of the number of foundresses (A) and the body weight of the host Monochamus alternatus larvae (B)

3 讨论

本研究发现，接蜂数和寄主体重均显著影响母蜂的产卵前期：产卵前期随母蜂数量的增多而缩短，随寄主体重的增大而延长。该结果与林芳芳等(2015)研究管氏肿腿蜂寄生松褐天牛的表现是一致的。母蜂在寄主体上开始产卵前需完成检验识别、蛰刺、麻痹寄主、取食、发育等一系列行为，其中麻痹寄主是关键环节，因为肿腿蜂不会产卵于未被麻痹的寄主体上，故能否将寄主完全麻痹是肿腿蜂产卵和取食的先决条件。一般来说，寄生蜂麻醉寄主的用时是寄主体重的增长函数(Mackaueretal., 1997)。因此，麻醉制服体型较大的寄主需要肿腿蜂注入更多的毒液(卓志航等, 2013)。天牛幼虫通常体型较大，母蜂数量较少时不足以快速麻痹寄主，而多头母蜂合作(有更多的毒液)可更快地制服寄主，从而缩短产卵前期。

我们的研究发现，川硬皮肿腿蜂母蜂数量多的情况下，单位母蜂产子代蜂数减少、子代存活率降低。寄生松褐天牛的单头母蜂育出的子代蜂数略高于寄生粗鞘双条杉天牛(平均50头)和杉棕天牛(平均38头)的出蜂数(曾垂惠等, 1997; 周祖基等, 1997)。鉴于我们用的松褐天牛幼虫较大，故推测该差异应该是寄主体型大小的差异所致，这说明川硬皮肿腿蜂对自身产卵量的调控具有较大的可塑性。由于寄主资源是有限的，随着母蜂数增多，总产卵量随之增加，子代竞争就越强。在非社会性寄生蜂中，单头雌蜂可根据寄主体型大小和潜在竞争的母蜂数量来调整产卵量(Charnov and Skinner, 1985; Godfray, 1994)；而在准社会性肿腿蜂中，由于母蜂合作育幼，从而增加了一个出蜂数调节的可能性——育幼调节。虽然有多个报道记载硬皮肿腿蜂母蜂取食子代蜂卵(周祖基等, 1997; 何振等, 2007)，但迄今关于母蜂取食卵的原因仍不清楚，只知道当寄主不健康时母蜂吃掉所有的卵，但母蜂是否会选择性地吃掉不健康的卵？是否只吃竞争母蜂产的卵？这些重要问题有待进一步研究。

硬皮肿腿蜂如同其他聚寄生蜂一样产极端偏雌的子代蜂群，但并不随竞争母蜂数增多而提高性比(雄性占比)，符合“局部资源强化假说”的预测(Tangetal., 2014)。实际上，硬皮肿腿蜂子代蜂群的性比表现出很大的变异，变异源自子代蜂较高的死亡率(60%)和产全雌蜂窝(Kapranasetal., 2016)。在本研究中也观察到：虽然单头母蜂育出的子代蜂性比(雄蜂占比)低于2头和4头母蜂育出的子代蜂性比，但多头母蜂育出的子代蜂性比具有较大的变异。故所观察到的子代蜂性比可能与母蜂所产的原生性比不完全一致，由于目前尚难以鉴别寄生蜂卵的性比，该差异有待今后探究。

本研究结果说明，在合作利用体型较大的非自然寄主时，川硬皮肿腿蜂的合作育幼行为受母蜂数量比受寄主体型大小的影响更大。