白蜡吉丁肿腿蜂翅型分化和寄生适合度研究

来源 :中国林业科学研究院 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zjhzjhzjh111
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白蜡吉丁肿腿蜂Sclerodermus pupariae Yang et Yao(Hymenoptera:Bethylidae)是近年来发现的一种肿腿蜂属新天敌,野外自然寄生白蜡窄吉丁Agrilus planipennis(Coleoptera:Buprestidae)老熟幼虫和预蛹,还能寄生多种天牛科和吉丁甲科的幼虫。经过室内研究后筛选其为林间蛀干害虫优秀天敌,并在我国生物防治生产应用中发挥着重要作用。白蜡吉丁肿腿蜂为翅二型昆虫,一般情况下子代雌蜂为无翅型个体,野外只能依靠爬行进行扩散和寻找寄主。为了提高白蜡吉丁肿腿蜂在野外的防治效率以及优化人工繁育技术,本研究从白蜡吉丁肿腿蜂翅型分化现象出发,探讨了不同环境因子对该蜂翅发育和寄生适合度的影响,且揭示了不同翅型雌成蜂表达谱的差异,为更有效率的利用该蜂进行林间生防提供了重要的科学依据。主要结果如下:1.温度可以有效调控白蜡吉丁肿腿蜂翅型分化,且对子代发育适合度有显著影响。一定范围内高温能显著促进白蜡吉丁肿腿蜂子代雌蜂的有翅型产生,在27℃和30℃下子代雌蜂的有翅率显著高于其他温度,分别高达62%和68%。24℃下该蜂雌蜂有翅率最低仅为0.97%,由此确定24℃为该蜂的无翅型温度Twl。同时,随着饲养温度的提高,白蜡吉丁肿腿蜂对寄主幼虫的寄生率和寄生成功率有所提高,在30℃时二者均达到最高,分别为100%和93.3%。随着温度的继续升高,寄生率和寄生成功率分别下降至73.3%和60%。子代数量在供试温度下也表现出相同的规律。在21-33℃范围内,白蜡吉丁肿腿蜂产卵前期时长递减,幼虫、茧蛹及整个幼期阶段的发育速率均随着温度的升高而加快,而卵的发育速率27℃时最快。此外,该蜂性比在不同温度下没有显著变化。结合温度对白蜡吉丁肿腿蜂翅型分化影响和不同温度下该蜂的生活史特征参数,提出适于人工繁殖白蜡吉丁肿腿蜂的温度范围为27-30℃。2.不同的光照条件对白蜡吉丁肿腿蜂子代雌蜂有翅率和幼期发育时长影响显著。16h光照条件下的雌蜂有翅率显著高于8h光照和黑暗处理(0h),并且强光照处理较弱光而言更易诱导子代雌蜂有翅型的产出。寄生蜂在不同光周期下的世代发育速率也有显著差异,表现出在短光照(8h)处理下发育历期最短,大约提前2d发育完成。光周期和光强对子代雌蜂的翅型分化和发育速率均产生了显著的交互作用。此外,不同处理之间寄生蜂繁殖力和子代性比并无显著差异。结果表明,调整白蜡吉丁肿腿蜂后代翅型结构和发育速率也可以通过合理调控室内光照条件来实现,这为提高该蜂室内人工饲养效率和如何在生物防治应用上增加可用有翅型天敌数量均提供了一种新角度和方法。3.白蜡吉丁肿腿蜂经过8℃低温贮藏后仍保持较高的适合度,子代雌蜂有翅率随着贮藏时间的延长而降低。白蜡吉丁肿腿蜂在2个月的贮藏期内寄生适合度发生了一定的变化,贮藏至1个月时,母蜂产卵前期和幼期有所延长,但是羽化数量、有翅率和子代性比无显著差异,保持在正常范围。经过2个月的贮藏期后,母蜂育出的成蜂数量显著降低,雌蜂幼期进一步延长,和未经温贮藏的雌蜂幼期相比增长至近5d,且经低温贮藏的白蜡吉丁肿腿蜂的有翅率显著降低,性比显著提高。综合来看,白蜡吉丁肿腿蜂经过2个月的低温贮藏对寄主的寄生率和寄生成功率均较高。因此生防项目野外释放该昆虫天敌前,可以对该蜂进行不超过2个月的低温冷藏。4.外源性早熟素可以诱导白蜡吉丁肿腿蜂产出更多的有翅型雌蜂,蜕皮激素不具备此种诱导作用。我们通过对寄主幼虫注射外源激素达到对肿腿蜂子代实现激素处理的方法,探明了外源性激素对白蜡吉丁肿腿蜂翅型分化的影响。在24℃的无翅型温度下,早熟素处理寄主幼虫仍显著提高了寄生蜂子代雌蜂的有翅率(15.6%),和对照组相比(低于2.6%)差异显著。不同日龄的寄生蜂幼虫对早熟素的翅型应答情况并不一致,用激素溶液处理1日龄的白蜡吉丁肿腿蜂幼蜂,子代翅型分化不显著,但在白蜡吉丁肿腿蜂幼蜂发育至3日龄、5日龄、7日龄后,用早熟素溶液处理的幼蜂有翅率均显著高于处理组,证实了激素调节白蜡吉丁肿腿蜂的敏感期在幼蜂的发育后期,但是确定激素调节翅型的窗口期还需要细化比较不同龄期下不同浓度早熟素处理后的翅型分化情况作进一步探讨。5.白蜡吉丁肿腿蜂姊妹窝子代间翅的非遗传多型性是该蜂的一种适应性生殖策略。白蜡吉丁肿腿蜂在寿命期内产出了4个姊妹窝子代,母蜂对寄主幼虫的寄生能力和自身生殖力随着母蜂产出姊妹窝子代次数增加而降低。各姊妹窝子代中雌性有翅率逐次递减,其中第3姊妹窝子代降幅最大,直至为零;各姊妹窝子代的性比呈抛物线趋势,第3姊妹窝子代性比接近1:1。白蜡吉丁肿腿蜂母代雌蜂连续产生的各姊妹窝子代的生长发育存在显著差异,且雌性有翅率在各姊妹窝子代间递减,从而完成子代从扩散-定殖型到定殖型的过渡。白蜡吉丁肿腿蜂第3姊妹窝子代的产出可能是其成虫寿命期内调控翅型和性比达到种群适合度最大化的关键节点。这为寄生蜂在自然栖境中成功增殖和种群延续机制提供了理论基础。6.分别对白蜡吉丁肿腿蜂有翅型和无翅型雌蜂进行转录测序,揭示了不同翅型虫体中基因表达差异,筛选出12个差异表达的基因。和肌肉组成及能量代谢相关的基因在有翅型白蜡吉丁肿腿蜂中显著上调,这可能是白蜡吉丁肿腿蜂有翅型雌成蜂完成羽化和交配后需要迁飞以寻找寄主相关。能量代谢相关基因的显著上调也证明了有翅型白蜡吉丁肿腿蜂需要更多能量用于飞行。在12个上调基因中,肌钙蛋白是上调表达最显著的基因,可能在飞行肌的合成和发育上起着重要作用,同时侧面印证了有翅型白蜡吉丁肿腿蜂的飞行特性。本研究测定了包括温度、光照条件、低温贮藏等环境因素对白蜡吉丁肿腿蜂翅型分化的影响,揭示了该蜂在不同环境因子作用下寄生适合度的变化情况。利用转录组测序研究了不同翅型的白蜡吉丁肿腿蜂雌成蜂基因差异表达情况,筛选到12个与飞行和能量相关的差异表达的基因。这些结果为后期继续高效利用白蜡吉丁肿腿蜂进行林间生物防治提供了科学依据,也为明确该蜂作为优势天敌昆虫在林间的种群延续机制和生活史变化奠定了理论基础。
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