枸杞红瘿蚊拟长尾小蜂生物学特性及其寄主识别的化学生态机制研究

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宁夏枸杞Lycium barbarum L.为茄科枸杞属多年生落叶灌木,其干燥成熟果实枸杞子是我国大宗常用中药材。枸杞红瘿蚊Gephyraulus lycantha Jiao&Kolesik是宁夏枸杞的主要成灾害虫,以幼虫为害枸杞花蕾,致使花蕾畸形膨大,形成灯笼状虫瘿,造成枸杞减产。枸杞红瘿蚊拟长尾小蜂Pseudoteorymus jaapiellae Yanget Chen为枸杞红瘿蚊幼虫的主要寄生性天敌,是目前控制枸杞红瘿蚊种群数量的重要生物因子。枸杞红瘿蚊是典型的致瘿昆虫,而枸杞红瘿蚊拟长尾小蜂能够准确地搜寻并寄生隐蔽在虫瘿内的枸杞红瘿蚊幼虫,那么,枸杞红瘿蚊拟长尾小蜂是如何在复杂的植物生境中精准地寻找、定位、识别和寄生枸杞红瘿蚊幼虫?该寄生蜂与枸杞红瘿蚊之间是否存在能够指引寄生蜂定位寄主的化学信号物质?本文全面系统地研究了枸杞红瘿蚊拟长尾小蜂生物学特性,分析了该寄生蜂对不同发育阶段虫瘿的选择偏好,探讨影响寄生蜂寄主选择的主要因素,初步明确了寄生蜂寄主识别的物质基础和感受器结构特征。主要研究结果如下:1.首次发现枸杞红瘿蚊天敌新种——枸杞红瘿蚊拟长尾小蜂通过对我国枸杞各大产区枸杞红瘿蚊天敌群落调查,首次发现枸杞红瘿蚊一种主要的寄生性天敌枸杞红瘿蚊拟长尾小蜂,为枸杞红瘿蚊的生物防治提供了新的天敌资源。该寄生蜂由中国林业科学院杨忠岐研究员和中国医学科学院药用植物研究所陈君研究员共同定名为枸杞红瘿蚊拟长尾小蜂Pseudotorymus jaapiellae Yang et Chen,隶属于膜翅目、长尾小蜂科,具有重要的保护和利用价值。2.明确了枸杞红瘿蚊拟长尾小蜂为枸杞红瘿蚊幼虫的优势寄生蜂,在不同枸杞种植园内的寄生率存在差异枸杞红瘿蚊虫瘿内主要包含4类昆虫:致瘿昆虫枸杞红瘿蚊,枸杞红瘿蚊的寄生性天敌、捕食性天敌及重寄生蜂。寄生蜂有12种,分别是枸杞红瘿蚊拟长尾小蜂P.jaapiellae,枸杞瘿蚊金小蜂Pteromalus janssoni,枸杞瘿蚊黄色长尾啮小蜂Aprostocetus calvus以及9种未鉴定种。其中,枸杞红瘿蚊拟长尾小蜂为新种,种群数量占所有寄生蜂的99%以上,为枸杞红瘿蚊的优势寄生蜂。该寄生蜂在不同枸杞园内寄生率差异较大,废弃枸杞园寄生率最高,可达64%-77%;有机种植园次之,为14%-70%,常规种植园寄生率最低,为10%-39%,化学农药的使用严重影响枸杞红瘿蚊拟长尾小蜂的寄生率。3.系统研究了枸杞红瘿蚊拟长尾小蜂的生物学特性枸杞红瘿蚊拟长尾小蜂幼虫共有5个龄期,以成熟幼虫(占比76%)或蛹(占比24%)在枸杞红瘿蚊虫瘿内越冬。完成一个世代需要约18.2 d。补充营养可显著延长枸杞红瘿蚊拟长尾小蜂成蜂的寿命,补充10%蔗糖水的雌雄蜂寿命最长,平均寿命分别为25.2d和15.4d。产卵后雌蜂寿命显著降低,最长寿命仅为不产卵雌蜂的1/2。该蜂可两性生殖,也可孤雌产雄生殖,两种生殖方式卵的孵化率和发育历期无显著差异。雌蜂羽化后需经过约1.9d达到性成熟并开始产卵,3日龄雌蜂的日产卵量最高,平均为3.2粒/日。一头雌蜂一生平均可产卵17.2粒。每个虫瘿内的卵粒数为1-2粒。自然状态下,雌雄性比接近2:1。枸杞红瘿蚊拟长尾小蜂对枸杞红瘿蚊幼虫的寄生具有可持续性。寄生蜂幼虫在虫瘿内孵化后,首先以口器麻痹虫瘿内的部分枸杞红瘿蚊幼虫,再逐一吸取寄主体液。未被麻痹的红瘿蚊幼虫能够顺利完成生长发育并离开虫瘿,从而保证种群延续。4.明确了寄主龄期以及枸杞红瘿蚊拟长尾小蜂自身的日龄、营养状况、交配与否和学习经历对其寄主选择具有显著影响根据枸杞红瘿蚊幼虫的发育情况,可将虫瘿分为卵期虫瘿(成虫产卵后1 d),幼嫩虫瘿(成虫产卵后5-8 d)和成熟虫瘿(成虫产卵后9d及以上)3个发育阶段。无论是限制选择还是自由选择,枸杞红瘿蚊拟长尾小蜂在幼嫩虫瘿上的刺探数和产卵量都显著高于其他处理(P<0.01),选择偏好系数CN=0.56±0.38,与CN=0之间具有极显著差异(P<0.01)。枸杞红瘿蚊拟长尾小蜂对枸杞红瘿蚊幼嫩虫瘿的选择偏好说明了该寄生蜂卵和幼虫的生长发育与枸杞红瘿蚊幼虫及其虫瘿的生长发育,存在空间和时间上的高度一致性。幼嫩虫瘿期,瘿内红瘿蚊幼虫开始取食子房,致使子房基部缢缩,与花冠间形成空腔,为寄生蜂提供了生活空间。寄生蜂选择幼嫩虫瘿产卵,根据寄生蜂卵的发育历期(2-4 d)以及枸杞红瘿蚊幼嫩幼虫发育成熟并离瘿的发育历期(3-6 d)推算,可保证寄生蜂幼虫在枸杞红瘿蚊幼虫老熟离开虫瘿之前孵化并完成寄生,从而获得其自身发育所需食物。枸杞红瘿蚊拟长尾小蜂的日龄等自身发育状况均显著影响其对枸杞红瘿蚊虫瘿的选择和寄生。其中,不同日龄的寄生蜂在虫瘿上的刺探和产卵数量存在显著差异,5日龄雌蜂的刺探数显著高于其他日龄,但9日龄雌蜂产卵数则达最高值;补充营养对寄生蜂的产卵寄生率也有显著影响,饲喂10%蜂蜜水和10%蔗糖水的雌蜂,其有效产卵率基本相当,均显著高于饲喂清水和饥饿对照组(P<0.01);交配与否对寄生蜂虫瘿刺探数的影响不大,但交尾雌蜂的产卵量显著低于不交尾雌蜂的产卵量(P<0.01);学习经历会减少雌蜂对寄主的刺探次数,但会显著提高雌蜂的有效产卵率(P<0.01)。5.明确了枸杞红瘿蚊幼嫩虫瘿挥发物对枸杞红瘿蚊拟长尾小蜂的寄主识别有显著的指示作用以枸杞健康花蕾作为刺探基质,发现枸杞红瘿蚊幼嫩虫瘿挥发物较成熟虫瘿挥发物对寄生蜂的刺探行为具有更强烈的刺激作用(P<0.01)。Y型嗅觉仪测定结果表明,与枸杞健康花蕾相比,枸杞红瘿蚊拟长尾小蜂雌蜂显著趋向于受害虫瘿(P<0.05),尤其以幼嫩虫瘿对孕卵雌蜂具有更显著的吸引作用(P<0.001),其中有95%的寄生蜂选择幼嫩虫瘿,仅有5%的寄生蜂选择健康花蕾。采用固相顶空吸附法和固相微萃取法收集采用挥发物,GC-MS分析结果表明,不同发育阶段虫瘿与健康花蕾的挥发物种类和释放量存在明显差异,通过主成分分析,可将其明显地分为3组。环己酮、2,3,5,8-四甲基癸烷、苯甲醛和6-乙基-2甲基-辛烷是枸杞花蕾受害后新出现的物质,这些物质是幼嫩虫瘿的主要物质,但在成熟虫瘿和健康花蕾中含量较少甚至缺失。从幼嫩虫瘿、成熟虫瘿和健康花蕾中共检测出20种化合物能够引起枸杞红瘿蚊拟长尾小蜂雌蜂产生持续的触角电位反应。其中,苯甲醇仅存在于虫瘿内,且仅在幼嫩虫瘿挥发物中引起了寄生蜂的触角电位反应,而健康花蕾挥发物中能够引起寄生蜂触角电位反应的2-丁基-1-辛醇和间二甲苯在虫瘿挥发物中缺失或者含量较低。6.研究了枸杞红瘿蚊拟长尾小蜂触角和产卵器上感受器的种类、形态结构及数量分布首次利用扫描电子显微镜技术对枸杞红瘿蚊拟长尾小蜂触角和产卵器上的感器的形态、分布和数量进行了鉴定、描述和功能推测。枸杞红瘿蚊拟长尾小蜂触角呈膝状,由柄节、梗节、环状节和鞭节组成。该寄生蜂触角上共有9种感受器类型,包括3种毛状感器、1种锥形感器、2种刺形感器、1种板形感器、1种腔锥形感器和1种钟形感器。雌雄蜂触角感受器的类型和形态没有差异,但在数量和分布上存在显著差异。枸杞红瘿蚊拟长尾小蜂产卵器上共发现6种感受器,产卵针上的感器类型为的1种毛形感器和2种钟形感器,产卵鞘上为2种毛形感器和1种锥形感器。
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