煙蚜繭蜂的交配行為研究

柏天琦　楊碩媛　谷星慧　計思貴　張宏瑞　張立猛

摘要：[目的]明確煙蚜繭蜂的交配行為，探討雌蜂傳遞的線索對引發雄蜂交配行為的作用，為煙蚜繭蜂的規模化繁殖和應用提供理論基礎。[方法]在室內顯微鏡下和溫室繁蜂棚內直接觀察煙蚜繭蜂的交配行為，設死亡處女雌蜂（n=19）、碾碎的雌蜂腹部（n=15）、接觸過處女雌蜂的濾紙（n=15）、僅提供雌蜂視覺線索（n=20）和空白對照（n=20）5個不同的試驗處理，觀察雌蜂傳遞的嗅覺和視覺線索對引發雄蜂求偶行為的作用。[結果]雄蜂交配行為包括接近、求偶、爬背、敲打觸角、交配試探、插入、交配、分離，處女雌蜂交配行為包括逃跑和拒絕交配或接受交配、交配、休息。雄蜂與處女雌蜂的交配過程可劃分為搜尋和求偶、交配前期、交配和交配后期4個階段，且試圖交配的雄蜂求偶成功后一般能夠與處女雌蜂完成整個交配過程。雄蜂會試圖與交配過的雌蜂、死亡的雌蜂發生交配行為，但僅出現交配前期。接觸過活體處女雌蜂的濾紙和壓碎的雌蜂腹部能夠引發雄蜂強烈的振翅反應，而密閉在透明容器中的處女雌蜂不能引發雄蜂的振翅反應。[結論]煙蚜繭蜂的交配行為由一系列固定行為組成，雌蜂傳遞的嗅覺線索是引發雄蜂求偶行為發生的關鍵因素，雌蜂腹部是短程雌性性信息素產生的來源。

關鍵詞：煙蚜繭蜂；求偶行為；交配行為；生物防治；規模化繁殖

0引言

[研究意義]煙蚜繭蜂（Aphidius gifuensis）屬膜翅目（Hymenoptera）蚜繭蜂科（Aphidiidae）蚜繭蜂屬（Aphidius），為煙蚜[Myzus persicae（Sulzer）]的優勢寄生性天敵，主要分布于亞洲東部及夏威夷群島，在我國南北均有分布（Takada，1992）。該蜂在國內已應用于危害煙草、蔬菜等農作物蚜蟲的生物防治，并取得顯著防效，在生物防治中應用前景廣闊，具有重要的經濟價值（任廣偉等，2000；李明福等，2006；谷星慧，2015；張升等，2015；楊靜等，2017）。交配行為是物種繁殖對策的重要組成部分，其行為譜是深入開展繁殖行為進化和生態學研究的基礎（杜衛國和姚智娟，2007）；寄生蜂性信息素通訊系統研究是預測其活動范圍的關鍵，且有助于評估其種群大小和種群動態（Shu and Jones，1993；Brodeur and McNeil，1994；Mcneil and Brodeur，1995）。因此，研究寄生蜂的交配行為并明確引發交配的關鍵因子，對完善寄生蜂的規模化繁殖技術至關重要。[前人研究進展]國內外均報道過寄生蜂的交配行為。Cheng等（2004）觀察發現，紅跗頭甲腫腿蜂（Cephalonomia tarsalis）的交配行為由一系列行為組成，其交配過程可劃分為交配前期、爬背期、交配期和交配后期4個階段。陳福壽等（2010）利用數碼攝像機觀察拍攝了半閉彎尾姬蜂（Diadegma semiclausum）的交配行為，其交配過程分為準備、交配和結束3個階段。Kant和Minor（2015）利用裝有攝像機的顯微鏡觀察菜蚜繭蜂（Diaeretiella rapae）的交配行為，發現90%的雄蜂會通過振動翅膀追逐雌蜂進行求偶。雌蜂傳遞的線索對激發雄蜂求偶行為作用在不同種類寄生蜂中存在差異。如寄生蜂（Psyttalia concolor）視覺和嗅覺的混合刺激是雄蜂配偶定位和求偶行為發生的基礎，而粗脊蚜繭蜂（Aphidius colemani）雌蜂傳遞出的視覺線索對雄蜂求偶行為的發生無明顯影響（Benelli et al.，2013a；Canale et al.，2013）。畢章寶和季正端（1994）對煙蚜繭蜂的交配行為進行過簡單描述，煙蚜繭蜂成蜂最快在羽化半小時后即可交配；雌蜂一生僅能交配一次，而雄蜂可進行多次交配；未交配過的雌蜂后代基本為雄性，交配過的雌蜂可產生兩性后代。[本研究切人點]目前有關煙蚜繭蜂交配行為的研究僅限于畢章寶和季正端（1994）的簡單描述，缺乏系統研究，煙蚜繭蜂雌蜂傳遞的線索對引發雄蜂交配行為的相對作用尚未明確。[擬解決的關鍵問題]通過室內用顯微鏡及在溫室繁蜂棚內直接觀察，系統研究煙蚜繭蜂的交配行為和交配過程，觀察雌蜂傳遞的視覺和嗅覺線索對雄蜂求偶行為發生的影響，為煙蚜繭蜂的規模化繁殖和應用提供理論基礎。

1材料與方法

1.1蟲源及試驗條件

試驗所用煙蚜和煙蚜繭蜂均采自云南省玉溪市煙草公司馬橋科研基地。從繁蜂煙株（云煙203）上挑取個體較大的煙蚜繭蜂僵蚜，單頭放于1.5 mL離心管中待其羽化得到未經交配的成蜂，羽化后24 h內的成蜂用2%蜂蜜水飼養備用。試驗在9：30-16：30的時間段內進行。試驗室溫度（25±1）℃、濕度60%-70%，光照為室內日光燈。

1.2試驗方法

1.2.1煙蚜繭蜂雄蜂與處女雌蜂交配行為觀察 將羽化后24 h內未交配的煙蚜繭蜂雌、雄蜂各1頭配對后置于直徑9 cm的培養皿中，觀察50組，在顯微鏡下每組觀察20 min，記錄20 min內成功交配的煙蚜繭蜂對數、交配行為特征及整個交配過程，并用秒表記錄主要行為的持續時間。

1.2.2煙蚜繭蜂雄蜂與雄蜂、死亡處女雌蜂及交配過的雌蜂交配行為觀察 從僵蚜羽化得到的部分成蜂，不補充營養，讓離心管中處女雌蜂自然死亡。在溫室繁蜂小棚（棚內有大量羽化出的煙蚜繭蜂）內，將離心管管蓋打開后取出死亡處女雌蜂蟲體，并將死亡處女雌蜂蟲體和裝過死亡處女雌蜂的離心管同時置于棚內1片煙葉上，觀察棚內被吸引到煙葉上的雄蜂與雄蜂及死亡處女雌蜂的交配行為；在室內將1頭雄蜂、1頭交配過的雌蜂及1個裝過死亡處女雌蜂而帶有雌蜂性激素的離心管管蓋打開后置于直徑為9 cm的培養皿中，觀察雄蜂與交配過的雌蜂的交配行為。繁蜂小棚內和室內試驗分別重復10次，用秒表記錄雄蜂主要交配行為的持續時間。

1.2.3煙蚜繭蜂雌蜂產生的嗅覺和視覺線索對雄蜂求偶行為發生的影響 參照Benelli等（2013a）研究粗脊蚜繭蜂的方法，設5個試驗處理，觀察煙蚜繭蜂雌蜂產生的嗅覺和視覺線索對雄蜂交配行為發生的影響。處理1：在鋪有濾紙的15 cm培養皿正中央放置1頭死亡處女雌蜂蟲體（-20℃下冷藏10 min）；處理2：在鋪有直徑為5 cm濾紙的培養皿內放入5頭處女雌蜂個體，5 b后將接觸過處女雌蜂的濾紙立即移人15 cm培養皿內并放入1頭雄蜂進行生物檢測；處理3：在5 cm濾紙上用玻棒將1頭處女雌蜂腹部碾碎，去除濾紙上的所有表皮（視覺刺激）；處理4：將5頭處女雌蜂放于5 cm培養皿內，將其放于測試培養皿的上方正中央，雄蜂在測試培養皿中能接收到雌蜂的視覺線索而不能接收到雌蜂的嗅覺線索；處理5：以干凈的5 cm濾紙作為對照。

每處理均在底部鋪有干凈濾紙、直徑為15 cm的培養皿中進行，將雄蜂放人培養皿邊緣。記錄10min內雄蜂出現接近[雄蜂停在給定線索附近（<1.5cm）]、求偶和交配試探行為的雄蜂數量。記錄每頭雄蜂的到達時間。處理1～處理5分別用19、15、15、20和20頭雄蜂進行檢測。為避免性引誘劑消散，處理2每隔6個重復更換一次接觸過雌蜂的濾紙。

1.4統計分析

利用SPSS 20.0進行數據分析，煙蚜繭蜂雄蜂與不同狀態個體交配前持續時間對比和暴露在雌蜂產生的不同線索中雄性煙蚜繭蜂對線索的接近時間采用單因素方差分析，不同處理問采用Duncans新復極差法分析。

2結果與分析

2.1煙蚜繭蜂雄蜂與處女雌蜂的交配行為觀察結果

煙蚜繭蜂雄蜂與處女雌蜂的交配行為由表1所列行為組成。通過觀察發現煙蚜繭蜂雌雄交配主要過程可劃分為搜尋和求偶、交配前期、交尾及交配后期4個階段（圖1）。

2.1.1搜尋和求偶 室內條件下，雄蜂發現雌蜂歷時14.29+5.32 s；當雄蜂接近雌蜂后，振動翅膀追逐雌蜂，一次求偶過程歷時6.25±1.97 s。

2.1.2交配前期 追上雌蜂后，雄蜂從雌蜂后面迅速爬到雌蜂背部，快速以前足抱握雌蜂的胸部，中足抱握雌蜂腹部，以后足支撐身體，同時用觸角不斷敲打雌蜂的觸角。雄蜂觸角敲打行為持續一段時間后，雌蜂尾部抬起打開生殖孔。交配前期歷時17.00±2.04 s。

2.1.3交配期 雌蜂尾部抬起打開生殖孔后，雄蜂后退，將交配器插入雌蜂的生殖孔。交尾成功后，雌蜂多靜止不動，雄蜂兩觸角有節奏地自上而下猛烈擺動片刻后也靜止不動。交尾期歷時38.29±5.16 s。

2.1.4交配后期 交尾結束后，雄蜂將交配器抽出，從雌蜂背部爬離，雌蜂一般靜伏一段時間后即開始尋找寄主產卵。交尾后期歷時104.00±3 1.84 s。

在50組雄蜂與處女雌蜂配對試驗中，20 min內有21組出現雄蜂對處女雌蜂的求偶行為，其中19組成功交配。煙蚜繭蜂雄蜂振動翅膀追逐雌蜂進行求偶時，雌蜂（15組）一般會出現逃跑行為，致使雄蜂求偶失敗。同一對雌雄蜂的雄蜂通常要經歷多次搜尋和求偶才能配對成功。出現雄蜂求偶后配對失敗的2對煙蚜繭蜂為雄蜂在求偶過程中雌蜂一直出現逃跑行為，最終導致交配失敗。19組煙蚜繭蜂雄蜂爬背成功后皆一次性成功完成剩余全部交配過程，表明試圖交配的煙蚜繭蜂雄蜂求偶成功后一般能夠與處女雌蜂一次性完成整個交配過程。

2.2煙蚜繭蜂雄蜂與雄蜂、死亡處女雌蜂及已交配過雌蜂的交配行為觀察結果

繁蜂棚內觀察到大量雄蜂被裝過死亡處女雌蜂的離心管和死亡處女雌蜂吸引到煙葉葉片上，并出現求偶行為。被吸引到煙葉上的雄蜂會試圖與雄蜂、死亡處女雌蜂蟲體發生交配行為，但只會出現交配前期。煙葉上會出現多只雄蜂同時試圖與一頭死亡處女雌蜂或雄蜂交配的現象。煙蚜繭蜂雄蜂與死亡處女雌蜂試圖交配的交配前期持續時間較長，為260.00±45.39 s，與試圖交配的另一雄蜂交配前期持續時間為115.40±15.11 s。

室內試驗顯示，雄蜂會試圖與已交配過的雌蜂進行交配，但在交配過程中會出現拒絕交配行為，僅出現交配前期后交配失敗，交配前期持續時間為99.56±16.06 s。從2.1.2中得出，煙蚜繭蜂雄蜂與處女雌蜂的交配前期持續時間較短，為17.00±2.04 s。表明煙蚜繭蜂雄蜂交配成功的交配前期觸角敲打雌蜂觸角持續時間較短，交配失敗的則交配前期觸角敲打雌蜂觸角持續時間較長。

2.3雌蜂產生的視覺和嗅覺線索對雄蜂求偶的影響

試驗結果如表2所示。煙蚜繭蜂雄蜂能在很短時間內找到死亡雌蜂，對碾碎的處女雌蜂腹部和接觸過處女雌蜂的濾紙均能產生求偶行為，且3種處理引發雄蜂接近和振翅的比例無顯著差異（x5=0.252，P=0.882>0.05）。雄蜂接近碾碎的處女雌蜂腹部濾紙的時間最長，接近死亡處女雌蜂的時間次之，接近接觸過處女雌蜂濾紙的時間最短，三者間存在顯著差異（F=4.957，P=0.017<0.05）。表明雌蜂產生的嗅覺線索對雄蜂求偶行為的發生具有較大影響，雌蜂腹部是短程雌性信息素產生的來源；雌蜂產生的視覺線索對雄蜂求偶行為的發生影響較小。

3討論

煙蚜繭蜂雄蜂在整個交配活動中處于主動地位，而雌蜂在整個交配活動中處于相對被動地位。煙蚜繭蜂的交配行為與其他種類蚜繭蜂的交配行為基本相似（Kant and Minor，2015）。煙蚜繭蜂的交配過程可劃分為搜尋和求偶、交配前期、交配期和交配后期4個階段。煙蚜繭蜂雄蜂在求偶過程中會出現振翅行為，通常認為雄蜂陜速上下振動翅膀是其求偶行為的一個重要組成部分（Gordh and DeBach，1978）。研究發現寄生蜂中雄蜂翅膀快速上下振動能夠產生一系列的加強雌性對雄性性接受的種間特異性脈沖，這在阿爾蚜繭蜂（Aphidius ervi）和米象金小蜂（Lariophagus distinguendus）等一些寄生蜂中已被觀察到（McClure et al.，2007；Villagra et al.，2011；Benelliand Canale，2012b）。因此，煙蚜繭蜂雄蜂振翅可能在其求偶過程中起到重要作用，翅膀振動質量可能會影響到雄性個體的交配成功率。

許多膜翅目寄生蜂的雄蜂觸角腺在交配行為過程中發揮關鍵性作用。雄蜂通過散布在觸角表面的分泌小孔釋放觸角腺分泌物，雌蜂通過接觸雄蜂觸角感受腺體的分泌物，從而識別和接受雄蜂，最終完成交配過程（Battaglia et al，2002；陸劍鋒等，2005；辛星等，2010）。煙蚜繭蜂交配前期時雄蜂對處女雌蜂短時間的觸角敲打行為可使處女雌蜂生殖孔打開完成整個交配過程，而交配前期時雄蜂與試圖交配的雄蜂、已交配過的雌蜂、死亡處女雌蜂能夠發生較長時間的觸角敲打行為，表明煙蚜繭蜂交配前期時的觸角敲打行為可能與雌蜂識別和接受雄蜂有關。

煙蚜繭蜂雄蜂對雄蜂能夠發生求偶和交配前期，表明煙蚜繭蜂雄蜂可能無法從形態上識別雌蜂。在許多寄生蜂中已發現雄性與雄性試圖交尾的現象，如菜蚜繭蜂（Diaeretiella rapae）和阿爾蚜繭蜂（A.ervi Haliday）等。有學者認為在野外條件下雄性與雄性的求偶經歷可能致使雄性改善其求偶行為，提高它們與之后相遇的雌蜂交配的成功率（Benelli and Canale，2012a，2012b）。Kant等（2012）通過對菜蚜繭蜂的研究認為雄雄試圖交尾行為可能是為了阻斷雄性對配偶的競爭行為。有關雄性與雄性煙蚜繭蜂試圖交尾是否有適應意義，還有待于進一步評估雄雄性行為的成本和利益。

本研究證實處女煙蚜繭蜂雌蜂可釋放信息素吸引同種雄蜂進行交配，與前人對其他雌性寄生蜂的研究結果相似（McClure et al，2007；Benelli etal，2013b）。通過室內試驗和溫室繁蜂棚內觀察到煙蚜繭蜂死亡的處女雌蜂個體可吸引雄蜂對其求偶和爬背，表明煙蚜繭蜂雄蜂可以不依賴雌蜂行為對其求偶和定位。粗脊蚜繭蜂雌蜂傳遞出的嗅覺線索對引發雄蜂求偶反應起到重要作用，且傳遞出的視覺線索對雄蜂求偶行為的發生影響不明顯（Benelli et al，2013a）。而在寄生蜂嚙小蜂屬的嚙小蜂（Tetrastichus sp.）和椰心葉甲嚙小蜂（T.brontispae）中，視覺對兩種寄生蜂雄蜂的求偶行為發生影響較大，涂抹復眼的雄蜂完成交尾的數量明顯降低（陸劍鋒等，2005；辛星等，2010）。本研究中接觸雌蜂產生的視覺線索的密閉容器不能引發雄蜂的振翅反應，表明雌蜂傳遞出的視覺線索不能引發雄蜂求偶行為，與Benelli等（2013a）對粗脊蚜繭蜂的研究結果相同。研究中發現接觸過煙蚜繭蜂雌蜂的濾紙能夠引發雄蜂強烈的振翅反應，表明雌性傳遞出的嗅覺線索可引發雄性的求偶行為，與前人對粗脊蚜繭蜂和阿爾蚜繭蜂研究結果相同（McClure et al.，2007；Benelli et al.，2013a）。有許多研究表明在寄生蜂腹部的腺區（如杜氏腺）能產生性信息素和引誘劑（Buckingham and Sharkey，1988；Salerno et al.，2012）。碾碎的雌蜂腹部能夠引發雄蜂的振翅反應，表明雌蜂腹部能夠產生短程雌性性信息素。有關煙蚜繭蜂性信息素的化學成分有待進一步研究。

4結論

煙蚜繭蜂的交配行為由一系列固定行為組成，可劃分為搜尋和求偶、交配前期、交配和交配后期4個階段。雌蜂傳遞的嗅覺線索是引發雄蜂求偶行為的關鍵因素，雌蜂腹部是短程雌性性信息素產生的來源。