紫外线辐照被寄生的黑腹果蝇蛹对果蝇锤角细蜂生长发育的影响

刘旭祥, 杨永棒, 凡庆文, 张沁园, 季清娥

(福建农林大学生物防治研究所, 联合国(中国)实蝇防控研究中心, 生物农药与化学教育部重点实验室,闽台作物有害生物生态防控国家重点实验室, 福州 350002)

果蝇锤角细蜂Trichopriadrosophilae,又名毛锤角细蜂、毛角锤角细蜂,隶属膜翅目(Hymenoptera)毛锤角细蜂科(Diapriidae)毛锤角细蜂属Trichopria,是一种寄主范围较广的果蝇Drosophila蛹期寄生蜂,能够寄生多种果蝇蛹(Kasuyaetal., 2013; Wangetal., 2016a, 2016b; Yietal., 2020; Herzetal., 2021)。目前,已知果蝇锤角细蜂分布于中国(Wangetal., 2016a)、美国(Wangetal., 2016a, 2018a)、法国(Chabertetal., 2012; Kremmeretal., 2017)、韩国(Daaneetal., 2016)、瑞士(Boychevaetal., 2019)、墨西哥(Wangetal., 2016a, 2018b)、意大利(Mazzettoetal., 2016; Stacconietal., 2019)及西班牙(Gabarraetal., 2015)等国家,国内已有山东(代晓彦等, 2019; 祝晴, 2022)、福建(仪传冬, 2019)、云南(刘冰等, 2017)、浙江(杨健, 2017; Chenetal., 2018)和安徽(Zhuetal., 2017)等地的报道发现。果蝇锤角细蜂能够高效地搜寻到埋藏在土中与隐藏在果实内部的果蝇蛹,而且对后者的寄生倾向更为明显,麻痹寄主后直接将卵产于其体内(Wangetal., 2016a, 2016b),这种以果蝇锤角细蜂为代表的果蝇蛹期内寄生蜂寄生效率明显高于以蝇蛹金小蜂Pachycrepoideusvindemmiae为代表的果蝇蛹期外寄生蜂寄生效率(Yietal., 2020; Zhangetal., 2021),而且果蝇锤角细蜂还是一种抑性单寄生蜂,可以成功逃避寄主包囊免疫反应的同时还会将寄主杀死(Chabertetal., 2012; Gabarraetal., 2015),是一种极具应用前景的果蝇害虫生物防治天敌寄生蜂资源(陈湜等, 2020, 2021; 刘旭祥等, 2021)。

大量扩繁是保证寄生蜂进入实际应用的必要前提条件,饲养流程的精简与处理手段的创新都是寄生蜂可以规模化生产的重要保障,将促进寄生蜂产业化模式的更新(Liuetal., 2023)。辐照作为一种常见的处理手段应用于寄生蜂规模化繁殖过程中寄主与寄生蜂的分离以达到精简饲养流程的目的,辐照处理的手段不仅有传统的γ射线,还有紫外线与微波等(闫硕等, 2012; Ben-Yakiretal., 2016; Tiltonetal., 2018; 彭威等, 2020; 张宣等, 2020)。经γ射线辐照处理后的寄主供给寄生蜂寄生,被寄生的寄主羽化为健康的成蜂,未被寄生的寄主因辐照导致无法正常发育,进而可以实现寄主与寄生蜂的自动分离,达到精简饲养流程、保障大量繁殖的目的(Caietal., 2017, 2018)。

紫外线被广泛用于影响昆虫生命周期的不同阶段和昆虫的引诱与灭杀,虫卵的表面消毒杀菌等(Nakagawaetal., 1970; Shimodaetal., 2013; Espoetal., 2015; Cuietal., 2021);而且,紫外线辐照的强度在空间上变化很大,辐照梯度可以控制生物的运动和它们的表现(Van Attaetal., 2015)。不同波长紫外线辐照处理不同时长对昆虫生长发育影响的研究有见报道(Prahetal., 1977; Nakayamaetal., 1996; Foggoetal., 2007; Leskeyetal., 2021)。寄主与寄生蜂之间因辐照导致的差异已被研究和应用,但寄主被寄生后再受到辐照是否会影响寄生蜂的生长发育进而影响寄生蜂的质量与产量的研究目前未见报道。果蝇锤角细蜂是一种重要的生物防治天敌资源,本研究以被果蝇锤角细蜂寄生的黑腹果蝇蛹为研究对象,研究紫外线辐照对其影响,以期为果蝇锤角细蜂的人工扩繁和田间应用提供参考。

1 材料与方法

1.1 黑腹果蝇的采集与饲养

1.1.1诱捕时间与地点:2019年5-10月,福建省福州市福清市东张镇生态果园。

1.1.2诱捕装置与室内饲养:诱捕装置为诱集盒,由方形塑料盒改装而成,塑料盒四壁开有直径0.50 cm的诱捕口,诱捕口处固定有与塑料盒外壁平齐且内向延伸的塑料吸管/枪头,同时起到诱捕与防逃逸功能;诱集盒外表用黑红黄三色胶带交替缠绕,诱集盒内放有刚开始腐烂的水果与果蝇人工饲料。

养虫笼:长×宽×高=30 cm×30 cm×30 cm,六面均以100目尼龙纱网覆盖,其中一面装有一长约30 cm、直径约10 cm的柱形操作袖,方便进行笼内试验操作。

饲养条件:温度(25±1) ℃;相对湿度65%±5%;光周期12L∶12D。

饲料配方:黑腹果蝇饲料配方参考林清彩(2015)并稍作修改。具体配制方法:①玉米粉 50 g、 蔗糖40 g、 酵母粉20 g, 加入温水300 mL搅拌均匀, 加入95%酒精7 mL、 乙酸3 mL; ②琼脂5 g加入500 mL水中,充分加热使其溶解;③将步骤①中的混合浊液加入步骤②中,加水定容至1 000 mL并搅拌均匀,加热将饲料煮熟后加入苯甲酸钠1 g和对羟基苯甲酸乙酯1 g,充分搅拌使其与饲料混匀;④将饲料倒入饲料盘内,待饲料自然冷却至室温凝固后用保鲜膜封口,放入冰箱冷藏备用。

饲养流程:将装有人工饲料的饲料盘置于黑腹果蝇成虫饲养笼内,采卵1 d后取出置于新养虫笼内,数日后新一批黑腹果蝇成虫即可羽化。供试果蝇已室内连续饲养多代。

1.2 果蝇锤角细蜂的采集与饲养

1.2.1诱捕时间与地点:2019年3-10月,福建省福州市福建农林大学校内。

1.2.2诱捕装置与室内饲养:诱捕装置类似于上述用于诱集黑腹果蝇的诱集盒,诱集盒内放有果蝇蛹及沾有蜂蜜的脱脂棉球。

饲料配方:用蜂蜜和无菌水配制10%的蜂蜜水作为果蝇锤角细蜂的食物源。

饲养流程:取3 000对黑腹果蝇成虫(雌∶雄=1∶1)引入果蝇养虫笼内,将盛有无菌水的保鲜盒置于养虫笼内以提供充足水源,将装有人工饲料的饲料盘置于养虫笼内以提供充足食物;为保证食物新鲜、水源干净,避免霉变对虫源产生不利影响,食物与水源均定期更换。待黑腹果蝇性成熟完成交配后,将黑腹果蝇采卵盘置于养虫笼内采卵,1 d后将采卵盘从笼内取出置于柱形塑料瓶内,将原装瓶盖中间割一边长约3 cm的正方形开口,开口用纱网密封以保证果蝇不能飞出柱形塑料瓶,同时瓶内气体可以正常流通。待黑腹果蝇老熟幼虫化蛹于柱形塑料瓶瓶壁,取出采卵盘,用清水冲洗附着在瓶壁的黑腹果蝇蛹,未冲下的黑腹果蝇蛹用毛刷轻轻刷下。将塑料瓶内含有黑腹果蝇蛹的悬浊液用50目网筛过筛,即可得到大量黑腹果蝇蛹。将黑腹果蝇蛹按寄主∶寄生蜂=10∶1的比例置于果蝇锤角细蜂养虫笼内寄生1 d后取出待其出蜂即可。供试寄生蜂已室内连续饲养多代。

1.3 主要仪器设备

紫外灯(UVA: 350 nm; UVB: 300 nm; UVC: 250 nm,南京华强电子有限公司)、SMZ-B4体视显微镜(重庆奥特光学仪器有限公司)、M205C徕卡体视显微镜(上海成贯仪器有限公司)、SLY-A微电脑自动数粒仪(杭州绿博仪器有限公司)、GI80DS高压灭菌锅(厦门致微仪器有限公司)、 DHP-9162B电热恒温培养箱(上海一恒科学仪器有限公司)、DHG-9055A电热鼓风干燥箱(上海一恒科学仪器有限公司)、 SW-CJ-2FD超净工作台(苏州安泰空气技术有限公司)、 谷物吹壳机(淘宝聚鹦缘鹦鹉生活馆)。

1.4 紫外线辐照处理和生物学指标观测

1.4.1紫外线辐照:将刚被果蝇锤角细蜂寄生的黑腹果蝇蛹随机分装于铺有湿润滤纸的培养皿中(100头/皿),置于30 W的UVA, UVB和UVC正前方50 cm进行辐照,分别处理3, 6和9 h,未进行辐照处理的为对照组(CK)。每个处理和对照重复3次。

1.4.2羽化率、雌雄性比和死蛹率观测:将处理过的100头被果蝇锤角细蜂寄生的黑腹果蝇蛹放入培养皿中待其羽化,分别记录羽化出的果蝇锤角细蜂雌成蜂数量(a)、羽化出的果蝇锤角细蜂雄成蜂数量(b);将未羽化的蛹进行解剖,辨别未羽化的蛹内是果蝇锤角细蜂还是黑腹果蝇,果蝇锤角细蜂根据触角类型或腹部是否具有产卵器判断雌雄,记录未羽化的果蝇锤角细蜂雌成蜂数量(c)、未羽化的果蝇锤角细蜂雄成蜂数量(d);未羽化且黑化死掉的蛹记录为死蛹数量(e)。统计并计算果蝇锤角细蜂的羽化率E(%)=[(a+b)/100]×100,雌雄性比S=(a+c)/(b+d),死蛹率D(%)=(e/100)×100。

1.4.3卵-成蜂历期和成蜂寿命观测:将处理过的100头蛹放入培养皿中待其羽化,每天记录果蝇锤角细蜂雌雄成蜂的羽化情况,计算公式:U=(U1+U2+…+Un)/n。从各个处理中随机挑取初羽化的果蝇锤角细蜂雌成蜂(♀)30头、雄成蜂(♂)30头,在提供蜂蜜和水但不提供寄主的条件下,每天记录果蝇锤角细蜂的生死情况,用于计算果蝇锤角细蜂成蜂寿命,同时将死蜂进行清理;计算公式:L=(L1+L2+…+Ln)/n。

1.5 数据分析

采用WPS Office 2022与Microsoft Office 2021软件统计原始数据并计算羽化率、雌雄性比、死蛹率、卵-成蜂历期和成蜂寿命,同时进行绘图;采用SPSS 23.0软件对处理组和对照组果蝇锤角细蜂的羽化率、雌雄性比、死蛹率、卵-成蜂历期及成蜂寿命试验数据进行处理分析,采用Duncan氏新复极差法进行差异显著性分析检验。

2 结果

2.1 紫外线辐照对果蝇锤角细蜂羽化率、雌雄性比和死蛹率的影响

3种紫外线辐照对果蝇锤角细蜂羽化率无显著影响(F=2.070,df1=9,df2=20,P=0.084)(图1)。经过UVA处理后寄生蜂羽化率随处理时间的增长而增加;UVA辐照9 h时果蝇锤角细蜂羽化率为最高(74.00%),比对照组低9.00%,与对照组无显著差异(P=0.286)。经过UVB和UVC处理后,寄生蜂羽化率先升后降。UVB辐照3, 6和9 h,及UVC辐照3和9 h时果蝇锤角细蜂羽化率分别为57.33%, 61.67%, 58.67%, 59.00%和56.67%,均与对照组有显著差异(PUVB3=0.006,PUVB6=0.019,PUVB9=0.009,PUVC3=0.010,PUVC9=0.005)。

图1 紫外线辐照被寄生的黑腹果蝇蛹对果蝇锤角细蜂成蜂羽化率的影响

3种紫外线辐照对果蝇锤角细蜂雌雄性比无显著影响(F=1.817,df1=9,df2=20,P=0.128)(图2)。经过UVB和UVC处理后,果蝇锤角细蜂雌雄性比随着辐照时间的增加而升高,经过UVB处理3, 6和9 h后雌雄性比均大于2.00,其中UVB辐照9 h组雌雄性比为最高(2.87),与对照组有显著差异(P=0.032);UVC辐照9 h组雌雄性比为1.85,与对照组无显著差异(P=0.409)。随辐照时间的增加,UVA辐照组果蝇锤角细蜂雌雄性比呈先升后降趋势,UVA辐照6 h组雌雄性比为组内最大(1.47),与对照组无显著差异(P=0.764)。

图2 紫外线辐照被寄生的黑腹果蝇蛹对果蝇锤角细蜂雌雄性比的影响

3种紫外线辐照对果蝇锤角细蜂死蛹率无显著影响(F=2.070,df1=9,df2=20,P=0.084)(图3)。经过紫外线辐照处理后,果蝇锤角细蜂死蛹率均有不同程度的增加。UVC辐照9 h组的死蛹率高达43.33%,为所有处理中最大值,与对照组有显著差异(P=0.005)。UVB辐照3, 6和9 h及UVC辐照3和9 h时死蛹率与对照组有显著差异(PUVB3=0.006,PUVB6=0.0019,PUVB9=0.009,PUVC3=0.010,PUVC9=0.005)。

图3 紫外线辐照被寄生的黑腹果蝇蛹对果蝇锤角细蜂死蛹率的影响

2.2 紫外线辐照对果蝇锤角细蜂卵-成蜂历期和成蜂寿命的影响

3种紫外线辐照显著影响果蝇锤角细蜂卵-雌成蜂历期(F=6.845,df1=9,df2=90,P<0.001)(图4: A)。经过UVA处理后卵-雌成蜂历期相比对照有不同程度的缩短,但随着UVA辐照时间的增长,卵-雌成蜂历期逐渐延长;经过UVA辐照处理后卵-雌成蜂历期均低于对照组且不超过13 d,UVA辐照3和6 h组卵-雌成蜂历期与对照组有显著差异(PUVA3=0.007,PUVA6=0.025)。经过UVB辐照处理后卵-雌成蜂历期相比对照有不同程度延长,UVB辐照6 h组的卵-雌成蜂历期为14.00 d,低于UVB辐照3 和9 h组的14.30 d,均与对照组无显著差异(PUVB3=0.517,PUVB6=0.871,PUVB9=0.517)。经过UVC辐照处理后卵-雌成蜂历期相比对照有不同程度的缩短,经过UVC辐照处理后卵-雌成蜂历期小于12 d,显著低于对照组(PUVC3=0.001,PUVC6<0.001,PUVC9=0.001), 其中, UVC处理6 h组的卵-雌成蜂历期是所有处理组中最小的(11.50 d)。

图4 紫外线辐照被寄生的黑腹果蝇蛹对果蝇锤角细蜂卵-雌(A)雄(B)成蜂历期的影响

3种紫外线辐照显著影响果蝇锤角细蜂卵-雄成蜂历期(F=6.228,df1=9,df2=90,P<0.001) (图4: B)。经过UVC辐照后卵-雄成蜂历期呈现随处理时间增长而缩短的趋势,均与对照组有显著差异(PUVC3=0.001,PUVC6<0.001,PUVC9<0.001),当辐照时间为9 h时,卵-雄成蜂历期小于10 d,为所有处理组中卵-雄成蜂历期最短。经过UVA处理后卵-雄成蜂历期低于对照组且无显著差异(PUVA3=0.121,PUVA6=0.121,PUVA9=0.085);经过UVB辐照处理后卵-雄成蜂历期亦与对照组无显著差异(PUVB3=0.729,PUVB6=0.488,PUVB9=1.000)。

3种紫外线辐照显著影响果蝇锤角细蜂雌成蜂寿命(F=2.400,df1=9,df2=90,P=0.017)(图5: A)。经过UVB处理后各组雌成蜂寿命均高于对照组雌成蜂寿命且长于40 d;UVB辐照6 h组雌成蜂寿命最长,为46.30 d,与对照组有显著差异(P=0.009)。随UVA辐照时间的增加雌成蜂寿命增加,UVA辐照9 h组雌成蜂寿命是经UVA处理后各组雌成蜂寿命最长且高于对照的一组,为38.50 d,但与对照组无显著差异(P=0.543)。经过UVC处理6 h组雌成蜂寿命为37.20 d,高于对照组但无显著差异(P=0.791),UVC辐照3, 6 和9 h组雌成蜂寿命无显著差异(P>0.05),且均与对照组无显著差异(P>0.05)。

图5 紫外线辐照被寄生的黑腹果蝇蛹对果蝇锤角细蜂雌(A)雄(B)成蜂寿命的影响

经过紫外线辐照后各处理雄成蜂寿命均高于对照,且紫外线辐照显著影响果蝇锤角细蜂雄成蜂寿命(F=2.779,df1=9,df2=90,P=0.006)(图5: B)。UVA辐照3 h组雄成蜂寿命(36.70 d)较UVA辐照6和9 h组更长,与对照组有显著差异(P=0.003)。UVB辐照6 h组雄成蜂寿命(37.50 d)较UVB辐照3和9 h组更长,与对照组有显著差异(P=0.001)。UVC辐照9 h组的雄成蜂寿命(34.80 d)较UVC辐照3和6 h组更长,显著高于对照组(P=0.013);UVC辐照9 h组雄成蜂寿命仅次于UVB辐照6 h组与UVA辐照3 h组的雄成蜂寿命,但与UVB辐照6 h(P=0.409)和UVA辐照3 h组无显著差异(P=0.561)。

3 讨论

因昆虫体型小、易处理,加之辐照在昆虫组织中的穿透程度可能比在大型生物体中要深得多,故一些关于辐照对生物体影响的研究常应用于昆虫(Van Attaetal., 2015; Xuetal., 2016)。紫外线辐照不仅可以增加寄主卵的保存时间,而且可以提高寄生蜂对寄主卵的偏好性,展现出应用于害虫综合治理的极大潜力(Nagaraja, 2013; Shindeetal., 2016; Masryeetal., 2020)。

由于平流层臭氧的作用,UVA是到达地球表面的太阳紫外线辐照的主要组成部分。UVA辐照可以对包括昆虫在内的所有生物体产生许多影响,例如:氧化应激、细胞死亡和光感受器损伤(Meyer-Rochowetal., 2002; Mengetal., 2009; Zhouetal., 2016)。紫外线辐照不仅可以直接影响昆虫发育的各个时期,而且可以通过干扰植物代谢、影响三级营养关系,进而间接影响昆虫的生长发育(Searlesetal., 2001; Tuncbileketal., 2011; St-Ongeetal., 2014)。本研究中,经过UVA处理9 h时寄生蜂的羽化率较高(图1)且死蛹率较低(图3),卵-成蜂历期与对照组接近(图4),这一结果与黑腹果蝇对UVA表现出的正趋光性值得我们探究UVA在果蝇害虫生物防治中发挥的潜在作用(Ludlam, 2018)。

在紫外光谱中,UVB可能是对生物体产生影响最大的波段(Treutter, 2005; 刘旭祥等, 2021)。当昆虫直接被UVB辐照时,昆虫可以感知UVB辐照的强弱,进而引发系列反应以适应辐照产生的影响(Mazzaetal., 2002)。寄生蜂在人工大量饲养时,雌性个体和雄性个体数目的比例是一项重要的指标,获取尽可能多的雌蜂可以提高寄生蜂对害虫的生物防治效率(Van Gooretal., 2022)。本研究中,经过UVB辐照处理9 h后羽化的果蝇锤角细蜂雌雄性比最高(图2),可作为果蝇锤角细蜂人工大量饲养中获得较多雌蜂的潜在措施之一。

相关研究表明UVC辐照处理可以降低小菜蛾Plutellaxylostella的免疫力(Khanetal., 2022),抑制蚜虫、二斑叶螨Tetranychusurticae和温室白粉虱Trialeurodesvaporariorum的危害(Shortetal., 2018; Leskeyetal., 2021; Emaruetal., 2022),显著抑制旋毛虫Trichinellaspiralis的生长发育而且可以导致雌性线虫在小剂量辐照条件下的不育(Stowens, 1942; Nakayamaetal., 1996)。本研究中被寄生蛹经过UVC辐照6 h后果蝇锤角细蜂羽化率较高、卵-成蜂历期短和雌雄成蜂寿命较长(图1, 4, 5),可利用于人工大量饲养果蝇锤角细蜂过程中的饲养保种和大量扩繁(Kabbashietal., 2017)。

综上所述,本研究表明紫外线辐照被果蝇锤角细蜂寄生过的黑腹果蝇蛹会影响果蝇锤角细蜂的死蛹率、卵-成蜂历期、成蜂羽化率、雌雄性比及寿命等指标。研究结果可为果蝇锤角细蜂的大量扩繁与进一步探究紫外线辐照在害虫生物防治领域的潜在应用价值提供参考。但本研究是在室内进行的,建议后续试验可以对寄生蜂的室外和田间性能进行测试,以充分挖掘紫外线应用于害虫生物防治的潜能。