不同因子对台湾甲腹茧蜂交配的影响

王录超，林珠凤，贾静静，余姿蓉，吉训聪,*

（1.海南大学植物保护学院，海口 570228；2.海南省农业科学院植物保护研究所/海南省农业科学院农产品质量安全与标准研究中心/海南省植物病虫害防控重点实验室，海口 571100）

台湾甲腹茧蜂ChelonusformosanusSonan 属膜翅目Hymenoptera、茧蜂科 Braconidae、甲腹茧蜂属ChelonusPanzer[1]。该蜂是一种卵-幼虫跨期寄生蜂，是夜蛾科害虫的主要寄生性天敌[2]，其寄主广泛，包括甜菜夜蛾Spodopteraexigua(Hübner)、斜纹夜蛾Spodopteralitura(Fabricius)、棉铃虫Helicoverpaarmigera(Hübner)、劳氏黏虫Mythimnaloreyi(Duponchel)、草地贪夜蛾Spodopterafrugiperda(J.E.Smith)等[3-6]。

草地贪夜蛾，别名秋黏虫，属于鳞翅目Lepidoptera 夜蛾科Noctuidae，源于美洲的热带和亚热带地区，是一种杂食性农业害虫[7]，具有扩散速度快、繁殖力强、寄主范围广、取食能力强等生物学特性。草地贪夜蛾自2019 年初入侵我国，对我国玉米和水稻等粮食作物的生产和发展构成严重威胁。

就玉米而言，由于我国尚未推广种植转基因玉米，目前对草地贪夜蛾防治主要依靠化学杀虫剂[8]，但化学防治将造成农药残留问题，威胁人体健康，导致害虫产生抗药性，并杀伤天敌，破坏田间生态平衡[9]。因此，以生物防治为主的绿色可持续防控是未来草地贪夜蛾防控的方向[10]。室内发现台湾甲腹茧蜂对草地贪夜蛾卵具有很强的寄生能力，对草地贪夜蛾的生物防治具有较大的利用价值。

害虫天敌的规模化生产是生物防治田间实践的重要保证[11]。在寄生蜂扩繁过程中，交配最为关键。寄生蜂属膜翅目昆虫，雄性由未受精的单倍体卵发育而来，雌性则由受精后的二倍体卵发育而来[12]。迄今为止，国内外对台湾甲腹茧蜂的研究集中于其分布[13]、部分生物学特性[6]、线粒体[14]和染色体[15]基因组测定等方面，对影响该蜂交配因素的研究尚不清楚。自然条件下，台湾甲腹茧蜂的雌性比仅为40%，明显低于其他同样以草地贪夜蛾为寄主的寄生蜂，如夜蛾黑卵蜂Telenomusremus、螟黄赤眼蜂Trichogramma chilonis、淡足侧沟茧蜂Microplitispallidipes和霍氏啮小蜂Tetrastichushowardi，其雌性比均超70%[16]。笔者在饲养台湾甲腹茧蜂时发现，该蜂为单寄生型寄生蜂，同一寄主只育出一头子代蜂，且交配或未交配的雌蜂均可寄生，表明其既能有性生殖又能孤雌生殖，交配的雌蜂产下的子代既有雌性又有雄性，子代保持偏雌特性，但室内多数雌蜂交配较少且不稳定，未交配的雌蜂可进行孤雌产雄生殖，导致室内种群雄性比例极高，花费人工和影响田间释放效果。为此通过研究不同因子对台湾甲腹茧蜂交配的影响，旨在提高台湾甲腹茧蜂交配率，优化室内种群的雌性比，从而为该蜂的大规模扩繁提供依据。

1 材料与方法

1.1 供试虫源

台湾甲腹茧蜂和草地贪夜蛾均为海南省农业科学院植物保护研究所室内种群，台湾甲腹茧蜂用草地贪夜蛾卵已饲养30 代以上。

饲养条件：温度（26±2）℃，相对湿度（70±10）% 光周期12L:12D，台湾甲腹茧蜂和草地贪夜蛾成虫用10%蜂蜜水与自来水补充营养。

1.2 温度对台湾甲腹茧蜂交配的影响

将当天初羽化且未交配的台湾甲腹茧蜂按1♀:3♂的比例装入养虫笼（长12 cm，宽4 cm，高8 cm），用脱脂棉沾取10%蜂蜜水贴于养虫笼底部作为成蜂补充营养，然后将其分别放入温度为20 ℃、24 ℃、28 ℃、32 ℃、36 ℃ 5 个梯度的人工气候箱内，使其自由交配24 h。

1.3 营养条件对台湾甲腹茧蜂交配的影响

将当天初羽化且未交配的台湾甲腹茧蜂按1♀:3♂的比例装入养虫笼（长12 cm，宽4 cm，高8 cm），分别用脱脂棉沾取10%蜂蜜水、10%白糖水、10%蜂蜜混10%白糖水、清水贴于养虫笼底部作为成蜂补充营养，然后将其放入温度为28 ℃的人工气候箱内，使其自由交配24 h。

1.4 雌雄比对台湾甲腹茧蜂交配的影响

将当天初羽化且未交配的台湾甲腹茧蜂分别按1♀:1♂、1♀:3♂、1♀:5♂、1♀:7♂、1♀:9♂的比例装入养虫笼（长12 cm，宽4 cm，高8 cm），用脱脂棉沾取10%蜂蜜水贴于养虫笼底部作为成蜂补充营养，然后将其放入温度为28 ℃的人工气候箱内，使其自由交配24 h。

1.5 配对时间对台湾甲腹茧蜂交配的影响

将当天初羽化且未交配的台湾甲腹茧蜂按1♀:3♂的比例装入养虫笼（长12 cm，宽4 cm，高8 cm），用脱脂棉沾取10%蜂蜜水贴于养虫笼底部作为成蜂补充营养，然后将其放入温度为28 ℃的人工气候箱内，使其自由交配1、2、3、4、5 d。

1.6 空间大小对台湾甲腹茧蜂交配的影响

将当天初羽化且未交配的台湾甲腹茧蜂按1♀:3♂的比例分别装入装置A（长12 cm，宽4 cm，高8 cm），装置B（长12 cm，宽8 cm，高8 cm），装置C（长12 cm，宽12 cm，高8 cm），装置D（长12 cm，宽16 cm，高8 cm），装置E（长12 cm，宽20 cm，高8 cm），用脱脂棉沾取10%蜂蜜水贴于养虫笼底部作为成蜂补充营养，然后将其放入温度为28 ℃的人工气候箱内，使其自由交配24 h。

1.7 优选因子对台湾甲腹茧蜂交配的影响

将当天羽化且未交配的台湾甲腹茧蜂按1♀:7♂的比例装入养虫笼（长12 cm，宽4 cm，高8 cm），用脱脂棉沾取10%蜂蜜混10%白糖水贴于养虫笼底部作为成蜂补充营养，然后将其放入温度为28 ℃的人工气候箱内，使其自由交配2 d。

以上光周期均为12 L:12D、相对湿度均为（80±5）%，交配完成后，取出雌蜂放入指形管（管径12 mm，长度88 mm），同时放入约100 粒草地贪夜蛾初产卵块供雌蜂寄生，寄生24 h 后取出卵块，放入养虫盒（长30 cm，宽20 cm，高10 cm），待卵孵化后每日放入适量的新鲜玉米叶，待子代蜂茧羽化后，观察是否有雌蜂，以此判断是否交配成功。以10 头雌蜂为一个重复，试验重复4 次。

1.8 数据统计与分析

试验数据均采用SPSS 21.0 统计软件，Duncan 氏法比较差异显著性，图表制作在Excel 2021 版完成。

2 结果与分析

2.1 温度对台湾甲腹茧蜂交配的影响

温度对台湾甲腹茧蜂交配的影响极其显著（F4,15＝14.012，P＝0.000＜0.001）。在20 ℃～32 ℃范围内，交配率随着温度的升高而升高，32 ℃时交配率最高，为45.0%，显著高于20 ℃（5.0%，P＜0.05）和24 ℃（22.5%，P＜0.05），而当温度为36 ℃（32.5%）时交配率出现下降，但与24 ℃、28 ℃（37.5%）和32 ℃各处理间差异不显著（P＞0.05）（图1）。

图1 不同温度条件下的交配率Fig.1 Mating rate at different temperatures

2.2 不同营养对台湾甲腹茧蜂交配的影响

用10%蜂蜜混10%白糖水补充营养饲养时交配率最高，为45.0%，其次为10%白糖水和10%蜂蜜水，分别为40.0%和37.5%，用清水作为补充营养时交配率最低，为32.5%，但各处理间无显著差异（F3,12＝0.897，P＝0.471＞0.05）（图2）。

图2 不同营养条件下的交配率Fig.2 Mating rate at different nutrition

2.3 雌雄比对台湾甲腹茧蜂交配的影响

雌雄比对台湾甲腹茧蜂交配率的影响极其显著（F4,15＝19.995，P＝0.000＜0.001）。在1♀:1♂～1♀:7♂范围内，随着雄蜂比例的增加，台湾甲腹茧蜂的交配率也逐渐上升，当雌雄比为1♀:1♂时交配率最低，为7.5%且与其他处理差异显著（P＜0.05），雌雄比为1♀:7♂时，交配率最高，为80%。当雌蜂比为1♀:9♂（77.5%）时，交配率低于1♀:7 ♂，但两处理间无显著差异（P＞0.05）。当雌雄比为1♀:3♂（37.5%）和1♀:5♂（55.0%）时，交配率差异不显著（P＞0.05）（图3）。

图3 不同雌雄比例条件下的交配率Fig.3 Mating rate at different sex ratio

2.4 配对时间对台湾甲腹茧蜂交配的影响

配对时间对台湾甲腹茧蜂交配的影响显著（F4,15＝3.672，P＝0.028＜0.05），随着配对时间的延长，交配率呈上升趋势，当配对时间为5 d 时交配率最高，为75.0%，显著高于配对时间为1 d（37.5%，P＜0.05）和2 d（47.5%，P＜0.05）时的交配率。其中配对3 d 和4 d 的交配率分别为62.5%和65.0%，两处理与配对5 d 时的交配率差异不显著（P＞0.05），但显著高于1 d 的（P＜0.05）（图4）。

图4 不同配对时间下的交配率Fig.4 Mating rate at different dating time

2.5 空间大小对台湾甲腹茧蜂交配的影响

空间大小对台湾甲腹茧蜂交配的影响显著（F4,15＝6.040，P＝0.004＜0.05），随着空间增大，其交配率逐渐下降，最低为装置E（5.0%），最高为装置A（37.5%），装置A、装置B（30.0%）各处理不存在显著差异（P＞0.05），装置C（15.0%）、装置D（10.0%）、装置E 同样不存在显著差异（P＞0.05），但和装置A 差异显著（P＜0.05）（图5）。

图5 不同空间大小下的交配率Fig.5 Mating rate at different space

2.6 优选条件对台湾甲腹茧蜂交配的影响

在温度为28 ℃，营养为10%蜂蜜混10%白糖水，雌雄比为1♀:7♂，配对时间为2 d、空间大小为（长12 cm，宽4 cm，高8 cm）条件下，台湾甲腹茧蜂交配率为97.5%。

3 讨论

环境温度对昆虫生长发育和繁殖行为的影响最直接[17]，环境温度可能通过影响昆虫的求偶活动、生殖系统或其体内的微生物来影响交配率。本试验研究表明，台湾甲腹茧蜂交配率随着温度的升高而升高。20 ℃不利于该蜂交配，这很可能与活动能力减弱有关，相对较低的温度会导致求偶活动减弱，从而造成雌雄的交配率降低。温度为36 ℃时台湾甲腹茧蜂交配率出现下降，说明温度过高也会影响其交配，可能是因为过高的温度可能会造成雄蜂精子活力下降及雌蜂受精能力下降，有研究表明，象虫金小蜂Anisopteromaluscalandrae48 ℃处理后，雄蜂在交配过程中，精子的数量只有30 ℃处理时的一半，导致交配能力低下[18]。说明环境温度只有接近最适温度才有利于交配，环境温度偏离最适温度可能导致生殖期的成虫难以寻找到异性，同时也减弱了生殖期的成虫对异性的吸引力，昆虫的生殖行为受到影响[19]。此外，温度对昆虫体内的微生物影响较大，已有研究表明，病原菌等微生物不仅可通过调控宿主信息素的合成和释放，影响昆虫的交配选择行为[20]，也可以干扰宿主的生殖系统和发育，例如部分寄生蜂体内的沃尔巴克氏体Wolbachia可能会抑制卵子第一次有丝分裂过程中配子复制的过程[21,22]，随着温度的升高，因为热量增加的影响，沃尔巴克氏体滴度的降低可以诱导雄性产量的增加，导致雌性产量降低，这一现象在松毛虫赤眼蜂Trichogrammadendrolimi有体现[23-25]，不过是否存在于台湾甲腹茧蜂有待进一步研究，本试验中，台湾甲腹茧蜂虽在32 ℃时交配率最高，但其在33 ℃时的平均寿命显著低于27 ℃和30 ℃[6]，说明高温会缩短其寿命，建议室内扩繁时温度为28 ℃。

能量物质和能量供应在昆虫繁殖行为和交配成功中起着至关重要的作用[26]。本研究发现，用10%白糖水、10%蜂蜜水和10%蜂蜜混10%白糖水喂养台湾甲腹茧蜂，其交配率均高于清水，可以推断营养物质对于台湾甲腹茧蜂的交配潜能有一定的提升。白糖和蜂蜜是饲养寄生蜂过程常用的营养物质，白糖含有碳水化合物，这可能会诱导麦蛾柔茧蜂HabrobraconhebetorSay 卵子更好地受精，提高其交配成功率并促进产卵[27,28]，在生产上为提高蝶蛹金小蜂Pteromaluspuparum的生殖潜能，除需要碳水化合物外还需要补充足够的蛋白质[29]。而蜂蜜水既含碳水化合物，又含大量的可溶性蛋白质和一些激素因子。本试验中10%蜂蜜混10%白糖水最有利于台湾甲腹茧蜂交配，原因之一可能是同时满足了台湾甲腹茧蜂对碳水化合物和蛋白质的双重需求。另一个原因可能是10%蜂蜜混10%白糖水的气味和雌蜂雄蜂各自释放的性信息素气味共同作用，相比其他的营养物质，更能促进交配，具体原因有待进一步研究。不过已经有研究表明，食物气味和性信息素气味的作用下，有利于提升昆虫的交配率，例如食物气味会和雌蜂雄蜂各自产生的特异性挥发性信息素相互作用，引起黑腹果蝇Drosophilamelanogaster雄性的求偶行为，促进交配[30]。此外，也可能和寄生蜂体内的共生菌有关，沃尔巴克氏体在宿主体内的增殖极度依赖脂质及其他营养物质供给，如胆固醇和铁等[31,32]，当营养补给充足时，寄生蜂体内的沃尔巴克氏体等微生物得以大量繁殖进而影响寄生蜂交配的成功率，从而产下更多的雌性子代，因为沃尔巴克氏体对宿主昆虫具有雌性化或者杀雄作用等生殖调控作用[33]，不过也有待进一步研究。雌雄比例影响昆虫交配。本研究表明，增加台湾甲腹茧蜂的雄蜂比例，可以显著提高交配率。沈顺章等[34]研究表明，雄蜂比例增加，日本食蚧蚜小蜂C.japonicus的交配率随之增加，当雌、雄比例为1♀:3♂时，交配率最高，为73.25%。Symmorphusallobrogus交配的成功率取决于雌雄双方交配的意愿，在1♀:1♂配对过程中，交配率只有67%[35]。雌雄比对台湾甲腹茧蜂交配影响的原因一方面可能是雌蜂对配偶的选择具有一定的要求，当雄蜂比例过低时，雌蜂难以找到合适的雄蜂交配，当雄蜂比例提高时，雌蜂容易找到合适的雄蜂交配。一般情况下，昆虫的交配很大程度和性信息素有关，雌蜂可能用雄蜂释放的性信息素传递的信息来选择自己的配偶，选择更强壮、质量更好的雄性，雄蜂的性信息素可能反映了体型大小、年龄和健康水平等，在自然选择的作用下，可能雌蜂会择优选择配偶以进行交配，以获得更好的子代。另一方面，由于膜翅目昆虫中决定性别的主要模式是产雄孤雌生殖，在此模式中二倍体雌性由受精卵发育而来，单倍体雄性由未受精卵发育而来，但在近亲繁殖条件下当有两个或多个独立的性位点上均为纯合子时，受精卵发育为二倍体雄性，二倍体雄性通常情况下是不育或者不能存活的[36]，而增加雄蜂比例意味着雌蜂与非同胞蜂交配的比例可能增加，有可能规避了近亲交配下互补性别决定（complimentary sex determiner）位点纯合，降低了双倍体雄蜂出现的概率，从而提高交配的成功率，不过这一推测有待进一步研究。根据研究结果表明，雌雄比例为1♀:7 ♂时，台湾甲腹茧蜂的交配率最高，可提高该种群两性生殖的潜力。配对时间对昆虫交配的影响也有差异。本研究表明，台湾甲腹茧蜂随着配对时间的增加，交配率不断提高，配对3 d 的交配率显著高于配对1 d 的，这表明，该蜂不是羽化就具备交配的能力。Diachasmimorphatryoni配对5 d 后交配率达到100%，但在第2 d 时雌雄之间相互吸引及交配意愿达到峰值[37]。密林熊蜂BombuspatagiatusNylander 雄性成蜂在8～9 日龄时，其生殖系统的各指标趋于成熟稳定，性腺长宽、精子数量和活动精子百分比达到稳定值，这是雄性成蜂性成熟至适合交配的特征之一[38]。侧沟茧蜂属型红腹小蜂MicroplitisrufiventrisKok 的精子数量从1 日龄的2500 个增加到了5 日龄的6700 个，交配能力和释放的性信息素的量不断提高[9]。配对天数为1 d 时，台湾甲腹茧蜂交配率极低，可能是部分蜂的性腺还没有完全成熟，需要时间来发育以获得交配能力。不过不是配对时间越长越好，配对时间延长尽管提高了交配率，但可能会对雌雄蜂双方造成不良影响，有关研究发现，D.tryoni延长配对时间后造成多次交配降低了雄性的存活率和雌性潜在的终生繁殖力[37]。笔者在饲养时发现，配对时间为3、4、5 d 时，雌蜂的活力不如配对时间1～2 d 的，会有部分雌蜂出现死亡，可能与雄蜂多次交配有关，可能会导致雌蜂寄生能力和寿命下降，死亡原因有待研究。本试验中，配对3、4、5 d 时，交配率没有显著变化，可能和雌蜂释放的性信息素达到峰值后，对雄蜂的吸引力下降有关，不过有待进一步研究。

性信息素及其同源嗅觉通道在进化过程中快速而独立地进化，以保证有效的种内通信系统[39]，而特定的配偶交流和识别是繁殖和物种形成的基础[30]。空间大小会对昆虫的交配率产生影响，相对而言较高的密度有可能增加雌雄相遇的机会[40]，进而增加交配的概率。本研究表明，小的空间更有利于台湾甲腹茧蜂的交配。在小的空间内，雄蜂可能会在视觉观察和触觉线索的帮助下找到配偶，这可能优先于化学交流，随着空间的变大，雄蜂不得不通过化学来交流，寻找配偶，而雌蜂释放的性信息素含量相较于小空间减弱了，雄蜂通过气味搜寻雌性配偶的难度增加，不利于雌雄蜂的通讯交流，导致交配率下降，但这种推测还需进一步研究。

综上所述，温度、营养、雌雄比、配对时间、空间大小等条件变化对台湾甲腹茧蜂交配产生影响。因此，为了在大规模扩繁时提高交配率，建议在温度为28℃，营养为10%蜂蜜混10%白糖水，雌雄比为1♀:7♂，配对时间为2 d、空间大小为（长12 cm，宽4 cm，高8 cm）的条件下饲养，在此条件下，台湾甲腹茧蜂的交配率达到97.5%，提高了该蜂种群进行有性生殖的比例，达到室内扩繁目的。