趙 琪, 孟 玲, 李保平

(南京農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院, 農(nóng)作物生物災(zāi)害綜合治理教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 南京 210095)

硬皮腫腿蜂Sclerodermusspp.的寄生行為具有很強(qiáng)的可塑性，不僅單頭而且可多頭雌蜂即母蜂合作寄生一頭體型較大的寄主(Bridwell, 1919; Mamaev, 1979; 張仲信和田淑貞, 1980)。母蜂合作繁育行為包括清潔卵或幼蟲，將脫落的幼蟲搬回寄主體表使其繼續(xù)取食，搬動(dòng)老熟幼蟲至潔凈處集中結(jié)繭，以及咬破繭協(xié)助子代蜂羽化等一系列育幼行為(周祖基等, 1997; Huetal., 2012)，該合作行為在寄生蜂中獨(dú)一無二(Tangetal., 2014)，因而是研究膜翅目昆蟲社會性演化的理想材料。

硬皮腫腿蜂的寄主天牛幼蟲的體型大小隨蟲齡或種類而差異巨大，而體型較大的寄主往往具有較強(qiáng)的防衛(wèi)能力。單頭硬皮腫腿蜂在寄生體型較大的寄主時(shí)，寄生成功率和子代存活率均較低(Liuetal., 2011)，而母蜂合作可提高對體型較大寄主的寄生成功率(Tangetal., 2014)。當(dāng)然，母蜂合作也付出一定的代價(jià)，例如，母蜂合作平均獲得的子代蜂數(shù)量(蜂均產(chǎn)蜂量)少于母蜂單獨(dú)寄生；合作繁育使母蜂放棄生產(chǎn)更多的子代(Crespi and Yanega, 1995; 伍紹龍等, 2017)。然而，與其他聚寄生蜂不同，硬皮腫腿蜂子代性比極端偏雌而且穩(wěn)定，不隨母蜂數(shù)量增加而增大(Tangetal., 2014)，因而不符合經(jīng)典的“局域配偶競爭假說”預(yù)測(Hamilton, 1967)。迄今，尚不清楚硬皮腫腿蜂在寄生非自然天牛寄主時(shí)的合作繁育行為，為摸清硬皮腫腿蜂合作繁育行為的可塑性，有必要予以探究。

川硬皮腫腿蜂S.sichuanensis于1995年在四川瀘縣發(fā)現(xiàn)寄生于粗鞘雙條杉天牛Semanotussinoauster幼蟲(蕭剛?cè)? 1995)。由于其寄主范圍廣、搜索擴(kuò)散能力強(qiáng)、寄生率高、發(fā)育周期短而且易于人工繁殖，具有較高的生物防治應(yīng)用價(jià)值。近年來，已廣泛用于防治粗鞘雙條杉天牛、杉棕天牛Callidiumvillosulum、桑天牛Aprionagermari、花椒虎天牛Clytusvaliandus等林木鉆蛀性害蟲(劉輝芳等, 2002; 趙正萍等, 2018)。松褐天牛Monohamusalternatus是攜帶傳播松材線蟲Bursaphelenchusxylophilus的主要媒介昆蟲，因此，控制松褐天牛的種群密度是防治松材線蟲病蔓延的重要措施(周宇爝等, 2012)。迄今，關(guān)于川硬皮腫腿蜂寄生松褐天牛的研究主要集中于應(yīng)用方面，張翌楠和楊忠岐(2006)開展的松褐天牛幼蟲接種川硬皮腫腿蜂的室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)預(yù)測，川硬皮腫腿蜂在控制松褐天牛中也可發(fā)揮重要作用；吳偉等(2008)觀察了松褐天牛體長和接蜂量對川硬皮腫腿蜂繁蜂效果的影響。但尚缺乏對川硬皮腫腿蜂在松褐天牛幼蟲上合作繁育行為的詳細(xì)研究。

本研究以體型較大的成熟松褐天牛幼蟲為寄主，為了檢驗(yàn)寄主體重的影響，以體重極差2.75倍(0.16～0.44 g)的不同體重幼蟲為寄主，設(shè)置分別接1, 2和4頭母蜂的接蜂數(shù)處理水平，觀測母蜂產(chǎn)卵前期、產(chǎn)卵量、出蜂數(shù)、子代蜂性比和體型大小等發(fā)育參數(shù)；分析寄主體重(連續(xù)自變量)和接蜂數(shù)(分類自變量)對這些發(fā)育參數(shù)的影響。研究結(jié)果不僅明確硬皮腫腿蜂合作育幼行為的可塑性，而且可為利用川硬皮腫腿蜂開展生物防治實(shí)踐中大規(guī)模繁蜂技術(shù)提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試蟲

川硬皮腫腿蜂種來自四川農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院室內(nèi)實(shí)驗(yàn)種群；松褐天牛幼蟲采自南京市溧水區(qū)再生林，于當(dāng)年春季采集被害枝，人工破開收集幼蟲。以上材料均保存于10℃恒溫培養(yǎng)箱中，無需飼喂，于2周后用于實(shí)驗(yàn)。本試驗(yàn)所用的母蜂為室內(nèi)(溫度26±0.5℃，相對濕度60%～80%)用松褐天牛繁育一代后的健康、已交配、尚未產(chǎn)卵的雌蜂。

1.2 不同接蜂處理和繁育行為觀察

設(shè)每頭寄主分別接1, 2和4頭母蜂3個(gè)接蜂數(shù)處理水平。從體重在0.16～0.44 g范圍內(nèi)的松褐天牛幼蟲集群中隨機(jī)選擇一頭稱體鮮重(Mitler, AL204-IC型, 精確至0.0001 g)，然后放入指形玻璃管(直徑1.0 cm, 長5.0 cm)中，再將剛羽化并交配的母蜂(2頭以上的母蜂為非同胞關(guān)系)接入試管。每隔12 h觀察一次：記錄產(chǎn)卵開始的時(shí)間，將從羽化開始直至觀察到寄主體表有卵的間隔時(shí)間定義為產(chǎn)卵前期；計(jì)數(shù)產(chǎn)卵數(shù)量；待子代蜂全部羽化后統(tǒng)計(jì)出蜂數(shù)量、性比(雄蜂占比)，并測量子代雌成蟲后足脛節(jié)長度作為體型大小的測度；統(tǒng)計(jì)卵至成蟲羽化的存活率。每處理重復(fù)40次。

1.3 數(shù)據(jù)分析

用Poisson回歸模型擬合產(chǎn)卵前期和子代蜂數(shù)量等觀測變量，用Logistic回歸模型分析性比(雄蜂占比)；對誤差過度離散或欠離散數(shù)據(jù)采用實(shí)際離散度(Quasi-Poisson或Quasi-binomial)；用一般線性回歸模型擬合存活比例和子代蜂后足脛節(jié)長度等變量。以母蜂數(shù)量(分類變量)和寄主體重(連續(xù)變量)為自變量，自變量及其互作影響用對數(shù)似然比卡方測驗(yàn)進(jìn)行檢驗(yàn)。用模型估計(jì)出的邊際均值比較接蜂處理間的差異，用Tukey法矯正多重比較中的差異顯著性概率水平(α=0.05)；分析比較用emmeans功能包(Lenth, 2019)。數(shù)據(jù)分析用R軟件(R Core Team, 2018)。

2 結(jié)果

2.1 接蜂數(shù)和寄主體重對川硬皮腫腿蜂母蜂產(chǎn)卵前期的影響

接蜂數(shù)(χ2=12.95,P<0.01)和寄主(松褐天牛幼蟲)體重(χ2=4.68,P=0.03)均顯著影響川硬皮腫腿蜂產(chǎn)卵前期，但兩因素互作沒有顯著影響(χ2=2.70,P=0.26)。接4頭母蜂處理下的產(chǎn)卵前期最短，比接1頭母蜂處理下的產(chǎn)卵前期縮短18.3%(z=2.81,P=0.01)，比接2頭母蜂處理下的產(chǎn)卵前期縮短20.6%(z=3.59,P<0.01)(圖1: A)。產(chǎn)卵前期隨寄主體重增大而小幅逐漸線性延長(圖1: B)。

2.2 接蜂數(shù)和寄主體重對川硬皮腫腿蜂子代出蜂數(shù)量的影響

接蜂數(shù)(χ2=68.49,P<0.01)顯著影響川硬皮腫腿蜂子代出蜂數(shù)(圖2: A)，寄主體重(χ2=2.82,P=0.09)和兩因素互作(χ2=0.78,P=0.68)均對子代出蜂數(shù)量無顯著影響(圖2: B)。在接1頭母蜂處理下子代出蜂數(shù)為60.3頭，分別是接2頭母蜂處理下蜂均產(chǎn)蜂量的1.5倍(z=11.48,P<0.01)和接4頭母蜂處理下蜂均產(chǎn)蜂量的3.3倍(z=6.85,P<0.01)。

2.3 接蜂數(shù)和寄主體重對川硬皮腫腿蜂子代蜂性比(雄蜂占比)的影響

接蜂數(shù)(χ2=33.62,P<0.01)顯著影響川硬皮腫腿蜂子代蜂性比(圖3: A)，寄主體重(χ2=1.11,P=0.29)和兩因素互作(χ2=1.54,P=0.46)對子代性比無顯著影響(圖3: B)。子代性比隨接蜂數(shù)增加有所增大，接2頭蜂(t=2.17,P=0.03)和接4頭蜂(t=2.15,P=0.03)下的性比略高于接1頭蜂處理下的性比。

圖1 川硬皮腫腿蜂產(chǎn)卵前期與接蜂數(shù)(A)及寄主松褐天牛幼蟲體重(B)的關(guān)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)以體重為0.16～0.44 g范圍內(nèi)的松褐天牛幼蟲作為寄主。圖A中的豎柄為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤；不同小寫字母表示處理間差異顯著(z測驗(yàn), P<0.05)；圖B中線為Poisson回歸模型擬合線及其95%置信區(qū)(灰色陰影)。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.

圖2 川硬皮腫腿蜂母蜂平均產(chǎn)子代蜂數(shù)與接蜂數(shù)(A)及寄主松褐天牛幼蟲體重(B)的關(guān)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)

圖3 川硬皮腫腿蜂子代性比(雄蜂占比)與接蜂數(shù)(A)及寄主松褐天牛幼蟲體重(B)的關(guān)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 接蜂數(shù)和寄主體重對川硬皮腫腿蜂子代卵至成蟲存活率的影響

接蜂數(shù)(F2,104=7.14,P<0.01)和寄主體重(F2,104=24.53,P<0.01)均顯著影響川硬皮腫腿蜂子代卵至成蟲的存活率，但兩因素互作沒有顯著影響(F2,102= 0.21,P=0.81)。接4頭蜂處理下子代存活率最低，比接1頭母蜂處理下的存活率降低37.4%(t=3.77,P<0.01)，比接2頭母蜂處理下的存活率降低30.5%(t=3.05,P<0.01)(圖4: A)。子代存活率隨寄主體重增大而逐漸減小(圖4: B)。

圖4 川硬皮腫腿蜂子代卵至成蟲存活率與接蜂數(shù)(A)及寄主松褐天牛幼蟲體重(B)的關(guān)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 接蜂數(shù)和寄主體重對川硬皮腫腿蜂子代蜂體型大小的影響

寄主體重對川硬皮腫腿蜂子代蜂體型大小(后足脛節(jié)長度)影響顯著(F1,101=4.46,P=0.04)，但不受母蜂數(shù)處理(F2,101=1.90,P=0.15)(圖5: A)及其與寄主體重互作(F2,99=2.09,P=0.13)的影響。子代蜂體型大小隨寄主體重增大而逐漸小幅線性增大(圖5: B)。

圖5 川硬皮腫腿蜂子代蜂體型大小(后足脛節(jié)長度)與接蜂數(shù)(A)及寄主松褐天牛幼蟲體重(B)的關(guān)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 討論

本研究發(fā)現(xiàn)，接蜂數(shù)和寄主體重均顯著影響母蜂的產(chǎn)卵前期：產(chǎn)卵前期隨母蜂數(shù)量的增多而縮短，隨寄主體重的增大而延長。該結(jié)果與林芳芳等(2015)研究管氏腫腿蜂寄生松褐天牛的表現(xiàn)是一致的。母蜂在寄主體上開始產(chǎn)卵前需完成檢驗(yàn)識別、蟄刺、麻痹寄主、取食、發(fā)育等一系列行為，其中麻痹寄主是關(guān)鍵環(huán)節(jié)，因?yàn)槟[腿蜂不會產(chǎn)卵于未被麻痹的寄主體上，故能否將寄主完全麻痹是腫腿蜂產(chǎn)卵和取食的先決條件。一般來說，寄生蜂麻醉寄主的用時(shí)是寄主體重的增長函數(shù)(Mackaueretal., 1997)。因此，麻醉制服體型較大的寄主需要腫腿蜂注入更多的毒液(卓志航等, 2013)。天牛幼蟲通常體型較大，母蜂數(shù)量較少時(shí)不足以快速麻痹寄主，而多頭母蜂合作(有更多的毒液)可更快地制服寄主，從而縮短產(chǎn)卵前期。

我們的研究發(fā)現(xiàn)，川硬皮腫腿蜂母蜂數(shù)量多的情況下，單位母蜂產(chǎn)子代蜂數(shù)減少、子代存活率降低。寄生松褐天牛的單頭母蜂育出的子代蜂數(shù)略高于寄生粗鞘雙條杉天牛(平均50頭)和杉棕天牛(平均38頭)的出蜂數(shù)(曾垂惠等, 1997; 周祖基等, 1997)。鑒于我們用的松褐天牛幼蟲較大，故推測該差異應(yīng)該是寄主體型大小的差異所致，這說明川硬皮腫腿蜂對自身產(chǎn)卵量的調(diào)控具有較大的可塑性。由于寄主資源是有限的，隨著母蜂數(shù)增多，總產(chǎn)卵量隨之增加，子代競爭就越強(qiáng)。在非社會性寄生蜂中，單頭雌蜂可根據(jù)寄主體型大小和潛在競爭的母蜂數(shù)量來調(diào)整產(chǎn)卵量(Charnov and Skinner, 1985; Godfray, 1994)；而在準(zhǔn)社會性腫腿蜂中，由于母蜂合作育幼，從而增加了一個(gè)出蜂數(shù)調(diào)節(jié)的可能性——育幼調(diào)節(jié)。雖然有多個(gè)報(bào)道記載硬皮腫腿蜂母蜂取食子代蜂卵(周祖基等, 1997; 何振等, 2007)，但迄今關(guān)于母蜂取食卵的原因仍不清楚，只知道當(dāng)寄主不健康時(shí)母蜂吃掉所有的卵，但母蜂是否會選擇性地吃掉不健康的卵？是否只吃競爭母蜂產(chǎn)的卵？這些重要問題有待進(jìn)一步研究。

硬皮腫腿蜂如同其他聚寄生蜂一樣產(chǎn)極端偏雌的子代蜂群，但并不隨競爭母蜂數(shù)增多而提高性比(雄性占比)，符合“局部資源強(qiáng)化假說”的預(yù)測(Tangetal., 2014)。實(shí)際上，硬皮腫腿蜂子代蜂群的性比表現(xiàn)出很大的變異，變異源自子代蜂較高的死亡率(60%)和產(chǎn)全雌蜂窩(Kapranasetal., 2016)。在本研究中也觀察到：雖然單頭母蜂育出的子代蜂性比(雄蜂占比)低于2頭和4頭母蜂育出的子代蜂性比，但多頭母蜂育出的子代蜂性比具有較大的變異。故所觀察到的子代蜂性比可能與母蜂所產(chǎn)的原生性比不完全一致，由于目前尚難以鑒別寄生蜂卵的性比，該差異有待今后探究。

本研究結(jié)果說明，在合作利用體型較大的非自然寄主時(shí)，川硬皮腫腿蜂的合作育幼行為受母蜂數(shù)量比受寄主體型大小的影響更大。