短时极端高温对松毛虫赤眼蜂成虫致死作用及子代适合度的影响

刘诗萌，周金成，何 玥，许竟文，董 辉

(沈阳农业大学植物保护学院，沈阳 110161)

近年来，全球气候变暖导致极端气候事件发生的频率和强度逐渐增加(IPCC, 2007)。其中，极端高温事件严重影响了世界上许多高产作物种植区的农业生产(Taschettoetal., 2009)。田间温度的变化不仅会对作物生长产生影响，也影响着天敌的控害能力(Gilmanetal., 2010; Diehletal., 2013)。与其它昆虫相比，寄生性天敌昆虫不仅要应对温度变化的直接影响，还要应对温度变化影响下寄主质量的变化对其造成的间接影响(Stiremanetal., 2005; 潘飞等, 2014; 陈丽芳等, 2015; Hanceetal., 2015)。寄生蜂对环境的适应能力直接决定了其在田间的控害能力(Thomsonetal., 2010)。因此，通过探究短时极端高温对寄生蜂的影响，将为温度波动条件下寄生性天敌产品在田间的应用提供重要参考。

一般而言，高温对昆虫的负面影响主要表现为两种形式，即致死作用和非致死作用。对寄生蜂而言，短时极端高温对其致死作用主要表现在瞬时致死和延迟致死两方面，瞬时致死主要指短时高温对个体的瞬时击倒致死能力，表现为高温对当前发育阶段的瞬时致死率(马罡和马春森, 2016)。而延迟致死主要表现在高温处理后对不同发育阶段或子代的致死作用，如子代蜂羽化率下降等(Potteretal., 2000; 杜尧等, 2007)。有研究表明，以38℃高温处理阿里山潜蝇茧蜂Fopiusarisanus成虫2.5 h，成虫存活率低于60%，子代羽化率低于30%(郭俊杰, 2013)。39℃高温处理螟黄赤眼蜂Trichogrammachilonis成虫2 h后，其死亡率高达60%以上(吴静, 2008)。松毛虫赤眼蜂Trichogrammadendrolimi蛹经历40℃以上高温处理后，其羽化率显著降低(曲忠诚等, 2010)。除了致死作用外，短时极端高温还会导致寄生蜂个体适合度发生变化，主要表现为发育延缓、寿命缩短、雄蜂精子活力降低、雌蜂不育、繁殖力下降、雌性比降低等方面(Klockmannetal., 2017a, 2017b)。例如，39℃下处理2 h后，椰甲截脉姬小蜂Asecodeshispinarum寄生率下降了40%，子代羽化率和雌性比也显著降低(金化亮等, 2010)。研究表明，高温胁迫处理斑痣悬茧蜂Meteoruspulchricornis幼虫后，其子代蜂幼虫发育历期延长，成虫体型减小(孟倩等, 2017)。另一研究发现，以32℃处理玉米螟赤眼蜂Trichogrammaostriniae后，有6.7%的雌蜂不产卵，而当温度升至35℃时，有60%的雌蜂不能进行正常的生殖活动(陈科伟等, 2006)。因此，在研究短时极端高温对寄生蜂的影响时，需要从多个方面综合评价。

松毛虫赤眼蜂Trichogramnadendrolimi属赤眼蜂科Trichogrammatidae赤眼蜂属Trichogramma。该蜂是鳞翅目害虫的重要卵期寄生性天敌，在生物防治上应用范围最广(Smith, 1996; 武琳琳, 2014; 张俊杰等, 2015)。在我国东北地区，玉米螟、黏虫、棉铃虫等鳞翅目害虫常发生于夏季作物生长时期(赵培伟, 2015; 张行国等, 2017)。因此，7、8月份的盛夏时期是田间释放赤眼蜂防治鳞翅目害虫的最佳时期(张国红等, 2014; 刘秀军, 2018)。中国北方和南方7月至8月的日最高气温可达到38℃甚至更高(Zhouetal., 2018)。田间由于太阳的直射，气温可较当地平均气温高3℃左右(Zhangetal., 2013)，最高可达到42℃。然而，以往的研究多关注于恒定高温对赤眼蜂的影响(李莹等, 2013; 朱文雅等, 2016; Tianetal., 2017)，虽然一些研究也探究了短时极端高温对赤眼蜂生长发育的影响(陈科伟等, 2006; 曲忠诚等, 2010)，但短时极端高温对不同性别赤眼蜂及其交配和生殖的影响仍缺乏较详细的调查。

为探究短时极端高温对松毛虫赤眼蜂的影响，本试验选取42℃高温处理不同性别松毛虫赤眼蜂成虫0.5 h和1 h，以25℃恒定常温条件为对照，统计并观测了各处理条件下母代蜂存活率、繁殖力、子代蜂寿命、羽化率、性比和畸形率。研究结果将为夏季松毛虫赤眼蜂的田间应用技术提供重要参考。

1 材料与方法

1.1 材料

供试松毛虫赤眼蜂由沈阳农业大学植物保护学院害虫生物防治实验室提供，于通用环境实验箱(25±1℃, RH65%±5%, 光周期L ∶D=16 ∶8)内饲养。以新鲜米蛾Corcyracephalonica卵为中间寄主，在室内繁育20代以上。

1.2 方法

本研究采用不平衡试验设计，预设2种处理因素：(1)短时高温处理时间(处理0.5 h和1 h)和(2)高温处理方式(处理雄蜂、处理雌蜂和处理雌、雄蜂)，两因素共组合成6种处理组合。同时设置以25℃恒定常温饲养的赤眼蜂成蜂作为各处理组合的统一对照组。

为防止雌、雄蜂交配，试验预先将待羽化的被寄生米蛾卵单卵切下后单管单卵培养。待赤眼蜂羽化后24 h内，解剖镜下鉴定成虫性别。高温处理前2 h，提供10%蜂蜜水补充营养。试验将雌、雄蜂各分为3组，1组在常温下饲养作为对照组，另两组分别置于42℃条件下处理0.5 h和1 h。处理结束后，各组雌、雄蜂进行配对，组合成 7组处理：①雌蜂和雄蜂均不经历高温的对照组(25/25℃)；②雌蜂不经历高温而雄蜂经历高温(25/42℃)，雄蜂处理0.5 h；③雌蜂不经历高温而雄蜂经历高温(25/42℃)，雄蜂处理1 h；④雌蜂经历高温而雄蜂不经历高温(42/25℃)，雌蜂处理为0.5 h；⑤雌蜂经历高温而雄蜂不经历高温(42/25℃)，雌蜂处理为0.5 h；⑥雌、雄蜂均经历高温(42/42℃)，雌、雄蜂处理0.5 h；⑦雌、雄蜂均经历高温(42/42℃)，雌、雄蜂处理1 h。每处理组合设30对雌、雄蜂配对重复。

本实验高温处理均在42℃通用环境实验箱(42±1℃, RH65%±5%, 光周期L ∶D=16 ∶8)中进行。除高温处理外，整个饲养过程均在常温条件下的通用环境实验箱(25±1℃, RH65%±5%, 光周期L ∶D=16 ∶8)中进行。

配对后的雌、雄蜂充分交配2 h后，移除雄蜂。雌蜂每日供以足量米蛾卵的卵卡(1 cm×2 cm, 150±50粒米蛾卵)，并喂食10%蜂蜜水，直至雌蜂死亡。将更换下的卵卡放入新的指型管中饲养，直至子代蜂羽化。统计各雌蜂的繁殖力(总寄生卵数)、寿命。子代羽化后，统计子代羽化率(羽化出蜂数/总寄生卵数)、子代雄性比(雄蜂数/羽化数)。

1.3 数据分析

试验采用双因素方差分析，检验不同高温处理时间和处理赤眼蜂性别对成虫瞬时存活率的影响。

雌、雄蜂配对后，试验各高温处理组合均以同一组常温处理雌、雄蜂配对处理作为统一对照。采用卡方检验(Chi-square test)分析了不同短时极端高温处理时间对雌、雄蜂死亡率的影响。采用预设比较组的单因素方差分析，检验了短时极端高温处理时间和配对方式对雌蜂寿命、繁殖力、子代雄性比、子代畸形率的影响。采用Duncan氏检验对不同处理组合下的实验指标进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 短时极端高温对雌、雄蜂致死作用

不同短时高温处理对雌、雄蜂的致死作用存在显著影响。与对照相比，短时高温处理雌、雄蜂致死率显著降低。42℃处理0.5 h的雌、雄蜂存活率显著高于处理1 h雌、雄蜂存活率(表1)。

表1 42℃处理0.5 h和1 h对雌、雄蜂死亡率的影响

2.2 短时极端高温对雌蜂繁殖力的影响

不同处理组对雌蜂繁殖力存在显著影响(χ2=311.93, df=6,P<0.001)(图1)。与对照相比，高温处理的雌蜂繁殖力显著下降(z=-9.184,P<0.001)。处理0.5 h的雌蜂繁殖力显著高于处理1 h的雌蜂(z=10.875,P<0.001)。此外，高温处理雌蜂的繁殖力显著低于与高温处理雄蜂交配的雌蜂繁殖力(z=-4.135,P<0.001)。

图1 不同处理组对雌蜂繁殖力的影响Fig.1 Effects of different treatments on adult fecundity of Trichogramma dendrolimi注：“42/25”，雌蜂经历而雄蜂不经历高温；“25/42”，雌蜂不经历高温而雄蜂经历高温；“42/42”，雌蜂和雄蜂均经历高温；“25/25”“CK”，雌、雄蜂均不经历高温的对照组。误差柄表示标准误差。红色三角符号表示平均值。不同小写字母表示不同处理时间下雌蜂繁殖力在0.05水平下的差异显著性。下图同。“*”、“**”和“***”分别表示P<0.05，P<0.01和P<0.001，代表不同短时高温处理分别与对照组间的差异显著性。Note: “42/25”, females were exposed to heat while males were not. “25/42”, males were exposed to heat while females were not. “42/42”, both females and males were exposed to heat. “25/25” “CK”, both females and males were not exposed to heat. The errorbars indicated the standard errors. The red triangles indicated the mean. Different lowercase letters indicated significant differences between different treatment time at the level of 0.05. “*”, “**”, and “***” means “P< 0.05”, “P< 0.01”, and “P< 0.001”, respectively, and indicated significant differences between different treatment groups. The same below.

2.3 短时极端高温对子代羽化率的影响

不同处理组对松毛虫赤眼蜂子代羽化率存在显著影响(χ2=79.563, df=6,P<0.001)(图2)。与对照相比，高温处理后的子代羽化率显著下降(z=-5.665,P<0.001)。42℃处理0.5 h的赤眼蜂子代羽化率显著高于42℃处理1 h的子代羽化率(z=8.446,P<0.001)。

图2 不同处理组对子代羽化率的影响Fig.2 Effects of different treatments on emergence rate of Trichogramma dendrolimi offsprings

2.4 短时极端高温对子代性比的影响

不同处理组对松毛虫赤眼蜂子代雄性比有显著影响(χ2=211.75, df=6,P<0.001)(图3)。与对照相比，高温处理的子代雄性比显著上升(z=7.033,P<0.001)。42℃处理0.5 h的子代雄性比显著低于42℃处理1 h的雌蜂(z=-7.646,P<0.001)。与高温处理雄蜂交配的雌蜂子代雄性比显著高于与正常雄蜂交配的雌蜂子代雄性比(z=-4.978,P<0.001)。

图3 不同处理组对子代雄性比的影响Fig.3 Effects of different treatments on male ratio of Trichogramma dendrolimi offsprings

2.5 短时极端高温对松毛虫赤眼蜂子代畸形率的影响

不同处理组对松毛虫赤眼蜂子代畸形率有显著影响(χ2=25.516, df=6,P<0.001)(图4)。与对照相比，高温处理的子代畸形率显著上升(z=0.543,P<0.001)。

图4 不同处理组对子代畸形率的影响Fig.4 Effects of different treatments on aberrantion rate of Trichogramma dendrolimi offsprings

2.6 短时极端高温对子代雌蜂寿命的影响

不同处理组对子代雌蜂寿命有显著影响(χ2=25.516, df=6,P<0.001)。高温处理后，雌蜂寿命显著下降(z=-7.646,P<0.001)(图5)。

图5 不同处理组对子代雌蜂寿命的影响Fig.5 Effects of different treatments on survivorship of Trichogramma dendrolimi adults

3 结论与讨论

短时高温对松毛虫赤眼蜂的负面影响主要表现为致死作用和非致死作用两种形式。在本试验中，较长时间的高温处理会导致瞬时致死率和延迟致死率升高。这与大多数研究结果相符，阳任峰(2013)发现，随着短时高温处理时间的延长，麦长管蚜Sitobionavenae死亡率上升。廖怀建(2014)探究了高温热激对稻纵卷叶螟Cnaphalocrocismedinalis的影响，发现经历高温后的成虫所产卵的孵化率显著低于未经高温处理的成虫所产的卵。一般而言，昆虫对其体温存在调节，但当高温胁迫超过其体温调节能力范围后，则表现出代谢紊乱，各项生理指标失调，主要表现为体内失水、细胞结构改变、体内酶失活等方面，进而导致昆虫死亡(杜尧等, 2007)。

本研究还发现短时高温下雄蜂的瞬时死亡率显著高于雌蜂。这与一些前人研究结果相符，顾祥鹏(2019)发现瓜实蝇Bactroceracucurbitae雌成虫对短时高温胁迫的耐受性稍强于雄成虫。朱绍光等(2010)探究短时高温对Q型烟粉虱Bemisiatabaci的影响时也得出相似结果。

研究还发现，短时极端高温会降低松毛虫赤眼蜂的子代适合度。当高温处理不同性别的成蜂并以不同组合配对时，对其子代适合度的影响不同。

对雌蜂而言，高温处理雌蜂将导致其寿命缩短、繁殖力下降，子代蜂畸形率增加。这与前人的大多数研究相符，Sorensen(2005)和Gruntenko(2003)研究表明高温导致雌成虫停止分泌蜕皮激素和保幼激素,进而阻碍了生殖细胞的成熟、抑制卵黄合成，造成了繁殖力的降低。贾向风(2014)研究表明桃小食心虫Carposinaniponesis雌成虫经历短时高温后，其卵巢发育受到抑制，卵巢管长度和卵巢鲜重下降，进而造成产卵量与卵的孵化率显著下降。本研究推测，高温导致赤眼蜂雌蜂生殖能力的衰退可能与生殖器官功能障碍有关，尚需展开更深入的调查。高温处理雄蜂则导致子代蜂雄性比显著上升。一般认为，赤眼蜂的性别由其胚胎染色体的倍性决定，双倍体受精卵发育成雌性，而未受精卵则发育为雄性(潘雪红, 2007)。因此，高温处理雄蜂可能导致雄蜂精子活力降低，进而在交配时与雌蜂受精不完全或精子功能发生障碍，进而导致子代雄性比升高。David(2005)研究也发现极端高温会造成多种雄性果蝇Drosophilaspp.不育。叶恭银(2000)和廖怀建(2014)研究均表明高温会造成雄虫精子生长受阻、活力减弱，精子数量明显下降。这些证据表明，精子活力降低导致子代卵受精不充分可能是子代雄性比例升高的原因，但这一假设仍需要更为深入的研究进行证明或证伪。

在中国以及世界的农作物种植区，夏季田间短时极端高温现象越来越普遍，本试验的研究结果表明短时极端高温将造成赤眼蜂死亡，适合度下降，进而影响其对鳞翅目害虫的防控效果。另一方面，短时极端高温在赤眼蜂的室内繁育、储藏、运输过程中也有可能发生，这种短时极端高温不仅会导致赤眼蜂死亡，也会导致赤眼蜂生殖功能发生障碍，导致雌蜂繁殖力下降，子代雄性比例升高，使赤眼蜂质量下降，进而影响其田间实际控害效果。本研究揭示了短时极端高温对赤眼蜂的潜在负面影响，研究结果将对温度影响下的赤眼蜂生产各环节的质量管控及其田间应用提供重要借鉴。