川硬皮腫腿蜂在松褐天牛幼蟲上的合作繁育行為

趙 琪, 孟 玲, 李保平

(南京農(nóng)業(yè)大學植物保護學院, 農(nóng)作物生物災(zāi)害綜合治理教育部重點實驗室, 南京 210095)

硬皮腫腿蜂Sclerodermusspp.的寄生行為具有很強的可塑性，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的防衛(wèi)能力。單頭硬皮腫腿蜂在寄生體型較大的寄主時，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)。當然，母蜂合作也付出一定的代價，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、搜索擴散能力強、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)模擬實驗預測，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)大學林學院室內(nèi)實驗種群；松褐天牛幼蟲采自南京市溧水區(qū)再生林，于當年春季采集被害枝，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周后用于實驗。本試驗所用的母蜂為室內(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)卵開始的時間，將從羽化開始直至觀察到寄主體表有卵的間隔時間定義為產(chǎn)卵前期；計數(shù)產(chǎn)卵數(shù)量；待子代蜂全部羽化后統(tǒng)計出蜂數(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)計卵至成蟲羽化的存活率。每處理重復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)似然比卡方測驗進行檢驗。用模型估計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±標準誤；不同小寫字母表示處理間差異顯著(z測驗, 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)，因為腫腿蜂不會產(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。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)；而在準社會性腫腿蜂中，由于母蜂合作育幼，從而增加了一個出蜂數(shù)調(diào)節(jié)的可能性——育幼調(diào)節(jié)。雖然有多個報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，只知道當寄主不健康時母蜂吃掉所有的卵，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“局部資源強化假說”的預測(Tangetal., 2014)。實際上，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，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。