寄主密度、寄生蜂密度和寄生蜂性比对麦蛾茧蜂繁殖的影响

黄 宁,王秀琴,王 博,欧后丁,胡 勇,韦 兰,杨茂发,3*

(1.贵州省烟草公司贵阳市公司,贵阳 550002;2.贵州大学昆虫研究所,贵州山地农业病虫害重点实验室,贵阳 550025;3.贵州大学烟草学院,贵阳 550025)

麦蛾茧蜂Habrobraconhebetor(Say),又名麦蛾柔茧蜂,属膜翅目Hymenoptera,茧蜂科Braconidae,全球均有分布[1]。它是一种群居性的卵育型抑性外寄生蜂(synovigenic idiobiont ectoparasitoid)[2-3],是田间和仓储鳞翅目幼虫的一种重要寄生性天敌,能寄生棉铃虫Helicoverpaarmigera(Hübner)、米蛾Corcyracephalonica(Stainton)、印度谷螟Plodiainterpunctella(Hübner)、大蜡螟Galleriamellonella(Linnaeus)、烟草粉螟Ephestiaelutella(Hübner) 等夜蛾科和螟蛾科40余种害虫[4]。该蜂寄主范围广、世代周期短、繁殖力强、成虫期长[5]和致死率高[5-6],已被视为仓储鳞翅目害虫最有潜力的生物防治作用物(biological control agents)。如在烟草粉螟幼虫暴发期,麦蛾茧蜂对该害虫的致死率高达72%[7],在温度28℃、寄主50头/盒的条件下,对烟草粉螟5龄幼虫的日平均致死率达(74.00±2.67)%[4]。故麦蛾茧蜂对烟草粉螟防控潜力大,但尚未规模化应用,原因可能是未形成有效的饲养方法,导致无法提供释放所需的寄生蜂数量。因此,如何有效饲养麦蛾茧蜂是亟须解决的关键问题。

麦蛾茧蜂是一种单倍-二倍体(haplo-diploid)性别决定的寄生蜂[1],自然状态下可营两性生殖和孤雌产雄生殖,即受精卵(diploid)发育为雌蜂,未受精卵(haploid)发育为雄蜂。同时,性别还由核基因中存在的性别决定位点(complementary sex determiner,CSD)和互补的等位基因类型共同决定,也即雌蜂由二倍体杂合子发育,雄蜂由二倍体纯合子发育,但雄蜂通常不能存活或不育[1]。因此,CSD的存在可能引起麦蛾茧蜂雌性占比偏大。在上述的性别决定机制背景下,研究麦蛾茧蜂性比变化的影响因素已受到学术界的重点关注,如已证实寄主种类[8-9]、寄主密度[10]、寄主质量[11-12]、寄主剥夺和雌蜂年龄[5]等因素可影响其性比变化。然而,在麦蛾茧蜂的规模化繁育过程中,除了关注子代寄生蜂性比外,还应考虑子代寄生蜂总数和寄主饲养成本与难易程度。本课题组通过多年的研究证实烟草粉螟能大量繁育该寄生蜂[4-6],且其容易饲养和成本较低[13]。鉴于目前尚缺乏麦蛾茧蜂最为理想的有效饲养方法,本文以烟草粉螟为寄主研究了寄主密度、寄生蜂密度和寄生蜂性比对子代出蜂数和性比的影响,旨在优化最佳饲养方案,为大量饲养和应用麦蛾茧蜂防控烟草粉螟等仓储害虫提供技术参数。

1 材料与方法

1.1 供试昆虫

烟草粉螟:初始虫源于2016年5月采自贵州省烟草公司贵阳市公司烟叶生产经营中心仓库,于实验室用人工饲料继代饲养至今,饲养方法参见欧后丁等[4]。

麦蛾茧蜂:初始虫源于2016年10月在贵州大学昆虫研究所利用烟草粉螟5龄(末龄)幼虫诱集,并以5龄幼虫为寄主继代饲养至今。饲养方法参考欧后丁等[4]并略有改进,即将一对(1雌和1雄)麦蛾茧蜂移入放有5～10头5龄幼虫的养虫盒(直径6.0 cm,高2.9 cm,盒身用昆虫针扎孔以保持空气流通,下同)中,然后将养虫盒放入温度为(28±1)℃、相对湿度(75±5)%和光周期L∥D=16 h∥8 h 的人工气候箱(宁波江南仪器厂,型号:RXZ-380A-LED,下同)中饲养,每天更换寄主。麦蛾茧蜂羽化24 h内且健康的雌雄成虫作为供试寄生蜂。

1.2 试验方法

1.2.1烟草粉螟不同密度下麦蛾茧蜂出蜂数的测定

将羽化24 h内、无交配经历且大小基本一致的麦蛾茧蜂随机配对(1雌和1雄),分别移入含有5、10、20、40头和50头烟草粉螟5龄幼虫和20%蜂蜜水棉球的养虫盒中,再将养虫盒放入人工气候箱(条件同上)中,每日将寄生蜂转移至含有相同密度烟草粉螟、蜂蜜水棉球的养虫盒中,并将更换的养虫盒置于上述条件的人工气候箱继续饲养。待所有处理的麦蛾茧蜂羽化后,分别记录各处理雌、雄蜂数。每个处理重复8次,试验持续10 d。

1.2.2相同寄主密度不同麦蛾茧蜂密度下出蜂数的测定

挑取羽化24 h内、无交配经历且大小基本一致的麦蛾茧蜂雌雄配对按照1、2、4对和8对的数量分别移入含有50头烟草粉螟5龄幼虫和20%蜂蜜水棉球的养虫盒中,再将养虫盒放入上述条件的人工气候箱中。其余方法同1.2.1。每个处理重复10次,试验持续10 d。

1.2.3麦蛾茧蜂不同性比下出蜂数的测定

将当日羽化、无交配经历且大小基本一致的麦蛾茧蜂按照雌雄比1∶1、1∶2、1∶3、2∶1和3∶1(总数分别为 2、3、4、3头和4头)组合配对,移入含有20头烟草粉螟5龄幼虫和20%蜂蜜水的养虫盒中,再将养虫盒放入上述条件的人工气候箱中。其余方法同1.2.1。每个处理重复10次,试验持续10 d。

1.3 数据分析

为精确地评价处理间的差异,试验将各处理10 d合计的子代出蜂数(雌蜂数、雄蜂数、总蜂数)和性比(雌蜂数/雄蜂数)作为评价指标。其平均值由TWOSEX-MSChart软件[14-15]计算,而标准误由嵌入在该软件中的bootstrap技术估计,重复100 000次[16]。使用Paired bootstrap test(TWOSEX-MSChart)比较各处理的差异性[5,17]。

2 结果与分析

2.1 烟草粉螟不同密度下麦蛾茧蜂的子代出蜂数

当提供1对麦蛾茧蜂时,烟草粉螟不同密度显著影响麦蛾茧蜂子代出蜂数和性比(表1)。即子代出蜂数(雌蜂数、雄蜂数和总蜂数)和雌雄性比随寄主密度的增加而降低。当寄主为5头/盒时,除子代雄蜂数、总蜂数与密度10头/盒的处理差异不显著和子代雄蜂数与密度20头/盒的处理差异不显著外,其余各指标均显著高于其他密度,且成虫明显雌性偏多(1.79±0.11)。寄主10头/盒的各指标与密度20头/盒差异不显著。当寄主为30头/盒时,除子代雌雄性比外,子代出蜂数(雌蜂数、雄蜂数和总蜂数)仅为密度20头/盒的一半,但均显著高于密度40头/盒和50头/盒。而在寄主密度40头/盒和50头/盒的条件下,麦蛾茧蜂子代出蜂数较低且偏雄性。以上结果说明仅有1对麦蛾茧蜂时,每日提供5头烟草粉螟幼虫可获得最大出蜂数和雌性占比最高的寄生蜂。

表1 不同寄主密度下1对麦蛾茧蜂所产子代指标1)Table 1 Effects of host density on offspring performances of one pair of Habrobracon hebetor

2.2 相同寄主密度不同麦蛾茧蜂密度下的子代出蜂数

当烟草粉螟为50头/盒时,麦蛾茧蜂子代出蜂数(雌蜂数、雄蜂数、总蜂数)和子代雌雄性比随寄生蜂密度的增加而增加且存在显著差异;同样,不同蜂虫比也显著影响平均单雌出蜂数(表2)。如蜂虫比1∶6.25(蜂与寄主为8∶50)的雌蜂数显著高于其他密度,但雄蜂数和总蜂数与蜂虫比1∶12.5(蜂与寄主为4∶50)差异不显著,且它们显著高于蜂虫比1∶25(蜂与寄主为2∶50)和1∶50(蜂与寄主为1∶50)。若考虑各处理平均单雌出蜂数,蜂虫比1∶6.25的平均单雌出蜂数显著低于1∶12.5,而与1∶25差异不显著,但均显著高于1∶50。即不同蜂虫比处理的平均单雌出蜂数大小顺序为1∶12.5>1∶25>1∶6.25>1∶50。除蜂虫比1∶1的雌雄性比小于1外,其他处理均大于2。以上结果说明蜂虫比1∶12.5的平均单雌出蜂数最多,该蜂虫比可用于指导麦蛾茧蜂的大量饲养。

表2 烟草粉螟密度为50头/盒时不同麦蛾茧蜂密度下的子代蜂指标1)Table 2 Effects of parasitoid density on offspring performances of Habrobracon hebetor at the 50 individuals per box of Ephestia elutella

2.3 麦蛾茧蜂不同性比下的子代出蜂数

当烟草粉螟为20头/盒时,麦蛾茧蜂子代出蜂数(雌蜂数、雄蜂数和总蜂数)随雌蜂数的增加而显著增加,但平均单雌出蜂数随亲代雌蜂的增加先增加后减少(表3)。从亲代雌蜂(所有雌蜂)的出蜂数来看,性比3∶1的出蜂数显著高于其他处理;若从平均单雌出蜂数来看,性比2∶1的雌蜂数、雄蜂数和总蜂数均显著高于其他处理,但与性比3∶1的出蜂数差异不显著。所有处理的子代雌雄性比随雌蜂数的增加略有降低,但差异不显著。当1头雌蜂与不同数量的雄蜂(1、2头和3头)配对时,子代出蜂数和雌雄性比均差异不显著,即雄蜂数不影响子代性比。上述结果说明性比2∶1的处理可获得最优的出蜂数。

表3 烟草粉螟密度为20头/盒时麦蛾茧蜂不同性比下的子代指标Table 3 Effects of different sex ratios on offspring performance of Habrobracon hebetor at the 20 individuals per box of Ephestia elutella

3 结论与讨论

寄主密度、寄生蜂密度和性比是影响寄生蜂繁育的核心问题。麦蛾茧蜂是仓储鳞翅目害虫的一种重要寄生蜂,但尚未得到规模化应用,因此优化这些因素对麦蛾茧蜂的大量繁育具有重要意义。本研究表明,寄主密度和麦蛾茧蜂密度显著影响该蜂子代出蜂数(雌蜂数、雄蜂数和总蜂数),但子代性比不受雄蜂密度的显著影响(表1～3)。综合考虑试验结果,本文推荐按照蜂虫比1∶5～1∶12.5和寄生蜂雌雄性比为1∶1的方式接入该蜂,且可连续使用10 d。这将有利于麦蛾茧蜂的大量饲养。

麦蛾茧蜂数量恒定时(1对),寄主烟草粉螟密度显著影响该蜂的子代出蜂数,即寄主密度越高,子代出蜂数越低(表1)。该结果有别于Taylor等[18]报道的麦蛾茧蜂出蜂数不受寄主密度显著影响,也不同于其在印度谷螟密度较高时出蜂数最多的报道[19]。这可能与寄生蜂种群、数量和试验环境不同有关。在本研究中,高密度的烟草粉螟导致子代出蜂数减少可能有以下两点原因:一是麦蛾茧蜂属于群居性外寄生蜂,为繁殖后代,其用产卵器向寄主体内注入毒液麻痹致死寄主,而后在这些寄主上选择产卵,因此寄主密度超过一定数量时(≥30头),麦蛾茧蜂麻痹致死大量寄主可能会消耗较多的时间和精力,以至产卵量减少[6];二是在寄主密度较高时,即使被麻痹的烟草粉螟较多,但由于寄生率基本稳定[6],故饲养盒中还存在较多未被麻痹的寄主,其可能强烈地干扰寄主表面的蜂卵和初孵幼虫,从而使该蜂幼期阶段的死亡率较高,导致出蜂数降低[20]。因此,本文推荐每日提供5～10头末龄烟草粉螟幼虫供1对麦蛾茧蜂寄生，能提高其饲养效率。

烟草粉螟密度恒定时(50头),麦蛾茧蜂子代出蜂数随蜂虫比的增加而显著增加,但平均单雌出蜂数随蜂虫比的增加呈先增加后减少的趋势(表2)。当麦蛾茧蜂数量成倍增加时,子代出蜂数并非成倍增加,这可能与种间干扰有关[4],也可能是该寄生蜂为保证后代个体在有限资源的单头寄主上完成发育,避免多次产卵的结果。因此,控制寄生蜂密度对该蜂的繁育具有重要意义。虽然2对麦蛾茧蜂(蜂与寄主为1∶25)的平均单雌出蜂数与4对(1∶12.5)的差异不显著,但从寄生蜂质量来看,提供更多的寄生蜂是必要的,因其出蜂数较多,可避免近亲繁殖带来的不利影响[21],所以本试验推荐的最佳蜂虫比是1∶12.5。

在寄生蜂的大量饲养过程中,通常将子代出蜂数和性比作为评价饲养效率的重要指标,即投入少量资源(寄主和寄生蜂)获得最多的寄生蜂且雌蜂占比最大。在本研究中,当寄主为5头/盒时,麦蛾茧蜂子代出蜂数最多,为(90.71±2.01)头,且子代性比(1.79±0.11)，显著高于其他处理(表1)。这与该蜂以印度谷螟、大蜡螟为寄主时其性比不受寄主密度、寄生蜂密度的影响不一致[19,22]。原因可能与寄主营养、寄生蜂种群和室内饲养环境不同有关,也可能是分析方法不同。本研究采用Paired bootstrap test方法分析不同处理的差异,即该方法是利用bootstrap(100 000次)重复取样技术形成稳定的标准误(通常小于实际样本的标准误),再准确比较不同处理间的差异,尤其适用于不服从正态分布的数据[23],也适用于重复次数较少的数据(如10次以下)[6]。此外,在烟草粉螟为50头/盒时,麦蛾茧蜂密度显著影响子代性比(表2)。原因可能是随寄生蜂密度的增大,雌雄蜂选择交配的对象更多,从而提高交配成功率。此外,麦蛾茧蜂的雌蜂一般只交配1次,少数交配2～3次[24],这可能是寄生蜂密度大于2对时各处理差异不显著的原因。当麦蛾茧蜂性比不同时,子代性比无显著差异(表3),再次证明雌蜂一般只交配1次,少数交配2～3次的结论。根据局部配偶竞争(local mate competition,LMC)原理,在有限空间中存在近交习性的寄生蜂,经常出现偏雌性现象,尤其群居性寄生蜂[20,25]。但许多研究表明,麦蛾茧蜂是一个非近交种群(outbreeding species),该寄生蜂的偏雌现象不能较好地用LMC原理解释[20,26-29]。此外,虽然Antolin等[1]发现麦蛾茧蜂存在CSD性别决定机制,但该机制也不能很好地解释偏雌性现象,因为他们发现即使该蜂发生轻微的近交,由于其核基因中存在10～16个性别决定的等位基因,故CSD基本不会发生。所以麦蛾茧蜂的性别决定仍然是单倍-二倍型决定机制,即受精卵发育为雌蜂,未受精卵发育为雄蜂,这在后来的研究中被多次证实。如麦蛾茧蜂连续寄生14 d大蜡螟,其每日出蜂数均偏雌蜂(因受精卵较多),而寄生14 d 后每日出蜂数逐渐偏雄蜂再完全偏雄蜂(精子被逐渐消耗,受精卵逐渐减少)[8]。同理,当麦蛾茧蜂连续寄生10 d 烟草粉螟,第10天的出蜂数偏雌蜂,而连续寄生20 d时,第20天的出蜂数严重偏雄蜂[5]。在本研究中,连续寄生10 d的麦蛾茧蜂,子代偏雌是雌蜂未将精子耗尽的缘故。由于麦蛾茧蜂是一个非近交物种且很少发生多次交配,在生产实践中,确保该蜂的首次成功交配非常重要,故本文推荐按照蜂虫比为1∶5～1∶12.5和雌雄蜂性比为1∶1的方式接入该蜂,且其可连续使用10 d,即能获得偏雌性的寄生蜂种群。