普通大薊馬子代性比對(duì)同種成蟲氣味的響應(yīng)

楊鶴鳴，葉子龍，黃慧秀，鄒游興，周世豪，但建國

（1. 海南大學(xué) 植物保護(hù)學(xué)院/熱帶農(nóng)林生物災(zāi)害綠色防控教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，海口 570228;2. 海南大學(xué) 林學(xué)院，海口 570228）

纓翅目 (Thysanoptera) 和膜翅目 (Hymenoptera)昆蟲的繁殖采用單倍?二倍體性別決定系統(tǒng)（Haplodiploid sex-determinationsystem）。雌蟲行兩性生殖時(shí)，受精卵發(fā)育成二倍體雌蟲，未受精卵發(fā)育成單倍體雄蟲；而產(chǎn)雄孤雌生殖（Arrhenotoky）的后代全為單倍體雄蟲[1?3]。它們的性別分配可用多種理論模型來表征[4]，其中，常用的模型有局域配偶競爭（Local mate competition）理論[5]和獲精受限雌蟲模式（Constrained females model）[6]。這2種模型的背后隱含著一個(gè)重要的假設(shè)前提：雌蟲能感知和評(píng)價(jià)周邊環(huán)境的信息，然后對(duì)子代性比進(jìn)行調(diào)節(jié)[4]。普通大薊馬(Megalurothrips usitatus)是一種植食性薊馬，主要為害豆科植物的嫩芽、花朵和嫩莢等器官[7?11]。在我國海南，該蟲已成為豇豆(Vigna unguiculata)的頭號(hào)害蟲[12]。跟很多植食性薊馬一樣，普通大薊馬采用兩性生殖和產(chǎn)雄孤雌生殖方式來繁衍后代[7,9,12]。薊馬的性比受很多因素的影響，包括薊馬的生物學(xué)和生態(tài)學(xué)特性、溫度、食物和防控因子等[3,13?15]。雌蟲通過控制受精囊內(nèi)精子的輸入和釋放來調(diào)控子代性比[16]。薊馬性比的調(diào)節(jié)可分為2個(gè)部分，即交配期間的性比調(diào)節(jié)和交配后的性比調(diào)節(jié)[12]。迄今，有關(guān)同種成蟲對(duì)薊馬交配期間性比調(diào)節(jié)的影響尚未見報(bào)道。本研究將評(píng)價(jià)同種成蟲的氣味對(duì)普通大薊馬雌蟲交配和子代性比的干擾作用，旨在明確該蟲在交配期間能否利用氣味來判別周邊同種成蟲的性別和交配狀況，然后調(diào)控雌蟲獲得精子的能力，進(jìn)而對(duì)子代性比進(jìn)行調(diào)節(jié)。

1 材料與方法

1.1 供試植物在網(wǎng)室大棚內(nèi)種植豇豆(Vigna unguiculata)（品種：‘純豐’長豇豆），按常規(guī)栽培措施進(jìn)行管理。選取健康的幼嫩豆莢作為飼養(yǎng)普通大薊馬的食物。

1.2 供試蟲源在海南大學(xué)海甸校區(qū)植物保護(hù)學(xué)院教學(xué)實(shí)驗(yàn)基地（110°32′E，20°05′N），采集豇豆花朵內(nèi)的普通大薊馬成蟲，于室內(nèi)以幼嫩豇豆豆莢飼養(yǎng)。飼養(yǎng)條件設(shè)定為（26±1）℃、相對(duì)濕度（60±5）%、光周期L（光照時(shí)間）∶D（黑暗時(shí)間）=14∶10。待子代化蛹后，挑蛹，單頭飼養(yǎng)于玻璃試管（12 mm×100 mm）內(nèi)。成蟲羽化后，立即按性比1∶1 進(jìn)行配對(duì)飼養(yǎng)。部分剛羽化的雌蟲仍繼續(xù)單頭飼養(yǎng)。最后，挑選健康的、特定日齡的、已交配或未交配的雌蟲或雄蟲作為試蟲。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法共設(shè)4個(gè)處理。①對(duì)照（無氣味源）：無成蟲；②已交配雌蟲氣味源：6頭已交配的2日齡雌蟲；③未交配雌蟲氣味源：6頭未交配的2日齡雌蟲；④已交配雄蟲氣味源：6頭已交配的2～3日齡雄蟲。實(shí)驗(yàn)條件設(shè)定為（26±1）℃、相對(duì)濕度(60±5)%、光周期L∶D= 14∶10。

在聚丙烯果蠅管（24 mm×95 mm）底部的中央開1個(gè)透氣圓孔（直徑15 mm），并用0.043 mm尼龍網(wǎng)封孔。用透明硅膠管（內(nèi)徑22 mm×20 mm）將2支果蠅管從管底側(cè)對(duì)接起來，作為氣味試驗(yàn)裝置，其中，1支管作為氣味源管，另1支為被測試蟲管。在每支果蠅管內(nèi)放置1個(gè)盛有1 mL 10%蔗糖水的離心管管蓋（內(nèi)徑14 mm），管蓋被封口膜封住，管蓋口朝下。接著，往氣味源管釋放試蟲（對(duì)照無試蟲），再用硅膠塞堵住管口。在被測試蟲管中接入1頭剛羽化的雌蟲，并用硅膠塞堵管口；3 h后再接入1頭剛羽化的雄蟲，再堵塞管口。最后將已接蟲的氣味試驗(yàn)裝置放入平躺的密封玻璃罐（2 100 mL）中，每罐放置1個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置。每處理重復(fù)數(shù)為19～25。

被測試蟲配對(duì)24 h后，將雌蟲從被測試蟲管中挑出，然后轉(zhuǎn)移到試管（12 mm×100 mm）中進(jìn)行單頭飼養(yǎng)，管內(nèi)有一段幼嫩豆莢，并用棉球封管口。每24 h更換豆莢，直至雌蟲死亡。將更換出來的舊豆莢移到新的試管中繼續(xù)飼養(yǎng)，適時(shí)補(bǔ)充幼嫩豆莢，直至子代成蟲羽化。每天觀察和記錄試管內(nèi)子代雄蟲和雌蟲的數(shù)量，并計(jì)算子代性比（即雄性占成蟲比例）。

1.4 數(shù)據(jù)分析利用Excel 2010 進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理和繪圖；利用SPSS 19.0 軟件進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析。性比數(shù)據(jù)經(jīng)反正弦轉(zhuǎn)換后，進(jìn)行方差分析（ANOVA）和多重比較（Duncan多重比較法，P<0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 成蟲氣味對(duì)子代成蟲數(shù)量的影響用不同氣味源處理配對(duì)的普通大薊馬24 h后，被測雌蟲所產(chǎn)子代的雄蟲數(shù)、雌蟲數(shù)和成蟲數(shù)都有不同程度的變化（表1）。

表1 同種成蟲的氣味處理配對(duì)期間的普通大薊馬對(duì)子代成蟲數(shù)量的影響

子代雄蟲數(shù)：對(duì)照、已交配雌蟲氣味處理、未交配雌蟲氣味處理和已交配雄蟲氣味處理的子代雄蟲數(shù)分別為16.55、21.04、13.32和14.39頭，其中，已交配雌蟲氣味處理與未交配雌蟲氣味處理和已交配雄蟲氣味處理之間的差異達(dá)到了顯著水平（P<0.05）。

子代雌蟲數(shù)：已交配雌蟲氣味處理的子代雌蟲數(shù)最少，僅為22.80頭，跟其他處理均有顯著差異（P<0.05）。另3個(gè)處理的子代雌蟲數(shù)介于38.09～46.95頭，但彼此之間無顯著差異。

子代成蟲數(shù)：子代成蟲數(shù)最少的處理仍是已交配雌蟲氣味處理(43.84頭)，與未交配雌蟲氣味處理和已交配雄蟲氣味處理之間的差異均達(dá)到了顯著水平（P<0.05），但與對(duì)照（54.64頭）相比差異不顯著。

2.2 成蟲氣味對(duì)子代性比和日性比的影響子代性比：普通大薊馬子代性比的響應(yīng)隨成蟲氣味源而異（圖1）。已交配雌蟲氣味處理的子代性比高達(dá)0.48，同其他3個(gè)處理之間的差異均達(dá)到顯著水平（P<0.05）。未交配雌蟲氣味處理的子代性比最低，僅為0.22，跟對(duì)照（0.31）差異顯著（P<0.05）。已交配雄蟲氣味處理的子代性比（0.26）比對(duì)照的子代性比略低，兩者之間沒有顯著差異。

圖1 普通大薊馬配對(duì)期間的成蟲氣味源對(duì)子代性比的影響

子代性比日變化：在不同氣味處理?xiàng)l件下，普通大薊馬子代的日性比均呈現(xiàn)波動(dòng)性（圖2），其中，已交配雌蟲氣味處理的子代性比日變化別具特色。從圖2可知，在雌蟲產(chǎn)卵觀測期的第1～13天，已交配雌蟲氣味處理的日性比介于0.37～0.67，多數(shù)接近0.50，但均大于對(duì)照；隨后日性比變化趨勢出現(xiàn)反轉(zhuǎn)，從產(chǎn)卵第14天至第20天，對(duì)照的日性比大于已交配雌蟲氣味處理；至產(chǎn)卵第21天時(shí)，已交配雌蟲氣味處理的日性比達(dá)到1.00，即所產(chǎn)子代全為雄蟲，意味著雌蟲受精囊內(nèi)的精子已消耗殆盡。對(duì)照、未交配雌蟲氣味處理和已交配雄蟲氣味處理的日性比波動(dòng)范圍分別為0.15～0.7、0.00～0.33和0.10～0.44。在產(chǎn)卵第1～11天，未交配雌蟲氣味處理和已交配雄蟲氣味處理的日性比波動(dòng)類似于對(duì)照。但是，從在產(chǎn)卵第12天起，這3個(gè)處理的日性比波動(dòng)呈現(xiàn)出不一樣的態(tài)勢。

圖2 普通大薊馬配對(duì)期間的成蟲氣味源對(duì)子代性比日變化的影響

2.3 成蟲氣味對(duì)雌蟲產(chǎn)卵天數(shù)的影響各種氣味處理?xiàng)l件下，被測雌蟲的產(chǎn)卵天數(shù)平均值介于11.52～12.96 d，彼此之間沒有顯著差異，表明同種雌蟲和已交配雄蟲的氣味對(duì)雌蟲產(chǎn)卵期都沒有明顯影響。

3 討 論

有關(guān)同種成蟲對(duì)單倍?二倍體昆蟲性別分配的影響的研究常常側(cè)重于評(píng)價(jià)相伴雄蟲或雌蟲對(duì)已交配雌蟲子代性比的干擾作用，例如，美棘薊馬（Echinothrips americanus）[17?18]和多種寄生蜂[19?23]，而對(duì)同種成蟲如何影響交配期間的性別分配鮮有報(bào)道。本研究首次探究普通大薊馬交配期子代性比調(diào)節(jié)對(duì)同種成蟲氣味的響應(yīng)。結(jié)果表明，已交配雌蟲氣味能使雌蟲調(diào)高子代性比；未交配雌蟲氣味則導(dǎo)致雌蟲降低子代性比，性比更加偏雌；已交配雄蟲氣味對(duì)子代性比調(diào)節(jié)沒有影響。

昆蟲交配期間性別分配的關(guān)鍵在于雌蟲是否能夠獲得足夠數(shù)量的優(yōu)質(zhì)精子[4]。雌蟲的獲精能力取決于以下3個(gè)方面：①雄蟲的精子供應(yīng)能力：雄蟲所產(chǎn)精子的數(shù)量與質(zhì)量跟雄蟲的大小、年齡、交配次數(shù)和高溫脅迫等因素有關(guān)[24?26]。②交配持續(xù)時(shí)間的長短：通常精子轉(zhuǎn)移的數(shù)量隨交配時(shí)間的延長而增加[27]。③精液蛋白（Seminal fluid proteins）的數(shù)量與質(zhì)量：通過交配轉(zhuǎn)移到雌蟲體內(nèi)的精液蛋白能降低雌蟲再次交配率，提高產(chǎn)卵量[25,28?29]。事實(shí)上，雌蟲除了掌控受精囊內(nèi)精子的釋放外，還參與了精子的輸入[21,27]。在本研究中，被測試蟲是剛羽化的成蟲，4個(gè)處理在實(shí)驗(yàn)條件方面的差異僅限于氣味源的不同。所以，已交配雌蟲氣味對(duì)普通大薊馬子代性比的干擾效果很可能與交配持續(xù)時(shí)間的縮短有關(guān)，盡管本研究沒有交配時(shí)間的觀測數(shù)據(jù)。在已交配雌蟲氣味處理?xiàng)l件下，普通大薊馬子代雌蟲數(shù)僅為對(duì)照的60%，在雌蟲產(chǎn)卵最后1天的子代全為雄蟲，說明轉(zhuǎn)移到雌蟲體內(nèi)的精子數(shù)量是不夠的。

雌蟲的氣味譜在交配前后會(huì)發(fā)生變化，這為昆蟲種群內(nèi)成員判別雌蟲的交配狀況提供了1個(gè)可能途徑[30]。對(duì)膜翅目昆蟲中某些種類的研究表明，未交配雌蟲與已交配雌蟲的氣味譜的確存在差異。未交配雌蜂釋放的是對(duì)雄蜂具有吸引力的性信息素，對(duì)求偶和交配有利。與之相反，已交配雌蜂往往釋放具有驅(qū)避作用的信息素，其中包括隨精液傳遞到雌蟲體內(nèi)的抑性欲信息素（Antiaphrodisiacs）[31?32]，這類信息素具有以下主要功能：避免雄蟲的騷擾；阻止雄蟲的求偶與交配行為，防止雌蟲再次交配，進(jìn)而避免出現(xiàn)精子競爭[33?36]。對(duì)薊馬而言，涉及雌蟲信息素的研究比較少。據(jù)報(bào)道，美棘薊馬[37]和西花薊馬（Frankliniella occidentalis)[38]雄蟲能判別同種雌蟲的交配狀況，很可能與抑性欲信息素有關(guān)。但是，跟普通大薊馬同一個(gè)屬的非洲大薊馬（Megalurothrips sjostedti)雄蟲對(duì)雌蟲的交配狀況無辨別能力[39]。迄今為止，關(guān)于薊馬雌蟲信息素的鑒定僅有1篇報(bào)道。有報(bào)道稱美棘薊馬雌蟲能釋放揮發(fā)性信息素，該信息素對(duì)產(chǎn)卵率具有抑制作用[40]。本研究揭示，已交配普通大薊馬雌蟲的氣味還有另1個(gè)功能，即影響同種其他雌蟲的交配和性別分配。結(jié)合非洲大薊馬的相關(guān)信息，筆者推測，已交配普通大薊馬雌蟲的氣味組分中可能不含抑性欲信息素，對(duì)交配期間的性別分配起作用的信息素是雌蟲自己合成的，不來自雄蟲。在未來，有必要對(duì)已交配普通大薊馬雌蟲的信息素展開進(jìn)一步研究，雌蟲信息素的研發(fā)可為普通大薊馬綠色防控探索出1條新的途徑。薊馬雄蟲信息素的研究主要聚焦于聚集信息素，目前已有多種薊馬的聚集信息素被分離與鑒定[41]，其中，包括普通大薊馬[42?43]和非洲大薊馬[44]。在本研究中，已交配雄蟲氣味對(duì)普通大薊馬子代性比沒有干擾作用，由此說明，雄蟲所釋放的聚集信息素對(duì)該蟲交配期間的性別分配沒有貢獻(xiàn)。