海域隔離對桔小實(shí)蠅種群形態(tài)特征的影響

易春燕，鄭春艷，劉 旭，曾 玲，許益鐫

(1.四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 植物保護(hù)研究所/農(nóng)業(yè)部西南作物有害生物綜合治理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 ，四川 成都 610016;2.華南農(nóng)業(yè)大學(xué) 昆蟲學(xué)系昆蟲生態(tài)研究室 ，廣州 510640;3.華南農(nóng)業(yè)大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院 ，廣州 510640)

形態(tài)特征是遺傳特征的外部表現(xiàn)，是遺傳和環(huán)境因子的共同作用的結(jié)果。物種個(gè)體成功入侵且成功繁殖，都會對入侵地環(huán)境作出相應(yīng)反應(yīng)，從而有一個(gè)相對適應(yīng)生存環(huán)境的形態(tài)特 征，這種適應(yīng)性不僅與地理隔離程度有關(guān)，而且受自然選擇壓力的影響[1～2]。

地理阻隔是限制物種擴(kuò)散和影響遺傳多樣性的重要因素，因此，島嶼作為一種天然的屏 障在影響昆蟲的遺傳多樣性上起著關(guān)鍵作用，因?yàn)閸u嶼相對封閉，降低了島嶼種群與大陸種 群之間的交流。島嶼與內(nèi)陸相比較往往具有更簡單和獨(dú)特的生態(tài)環(huán)境，而島嶼生物的競爭者 和捕食者也可能也相對較少，具有不同食物、環(huán)境、棲息場所[3]。島嶼上的生物有兩種來源方式，一種是島嶼與大陸分離之前就已經(jīng)有分布的，另外一種就是后來自由擴(kuò)散來的或者人 為有意無意引進(jìn)的[4～5]。而引進(jìn)的這些物種在適應(yīng)島嶼的生態(tài)環(huán)境時(shí)將在分子水平或者形態(tài)上產(chǎn)生一些改變。有研究表明，島嶼生物因?yàn)樯锒鄻有曰驓夂驐l件的變化個(gè)體尺寸會做一 些改變[6]。

桔小實(shí)蠅Bactroceradorsalis(Hendel)，又名東方果實(shí)蠅(orientalfruitfly)，俗稱果蛆， 隸屬于昆蟲 Insecta，雙翅目 Diptera，實(shí)蠅科 Tephritidae，果實(shí)蠅屬BactoceraMacquart，是一種世界危險(xiǎn)性檢疫害蟲。該蟲為雜食性害蟲，寄主范圍廣泛，可危害番石榴、楊桃、香蕉等 46 科 250 多種果樹及蔬菜[7～10]。桔小實(shí)蠅具備很強(qiáng)的遷飛能力，在密度高的情況下，會主動(dòng)向外界遷移擴(kuò)散，在降落在不適合的寄主上后，會再次起飛直到找到適合的寄主。據(jù)國內(nèi)外研究報(bào)道發(fā)現(xiàn)，在日本小笠原群島上，桔小實(shí)蠅能飛越 50 km 的海面[11]。此外，桔小實(shí)蠅會借助外在因素可遠(yuǎn)距離遷飛，桔小實(shí)蠅可以從臺灣本島隨東北風(fēng)飛到 27 km 以外的小琉球島，桔小實(shí)蠅這種遠(yuǎn)距離遷飛能力使其分布范圍更廣[12]。雖然桔小實(shí)蠅具備一定的飛翔能力，但是海域等天然屏障卻有可能影響其種群的遺傳和分化。

目前，已有不少文獻(xiàn)利用分子手段報(bào)道了地理隔離對桔小實(shí)蠅種群遺傳多樣性的影響[13～15])，而海域?qū)坌?shí)蠅形態(tài)特征及遺傳分化的影響卻鮮有研究。本文通過測量華南地區(qū)5個(gè)離島種群與 9 個(gè)大陸桔小實(shí)蠅種群形態(tài)特征的 3 個(gè)指標(biāo)，分別為三個(gè)橫脈的長度(L1、L2、L3)和體現(xiàn)形態(tài)細(xì)微變異的翅脈角(α、β、γ)以及翅面積，并對島嶼種群與大陸種群的比 較進(jìn)行分析，這將對進(jìn)一步探究桔小實(shí)蠅在特殊地理環(huán)境下的遺傳多樣性和傳播能力提供理 論依據(jù)。

大陸的幾個(gè)采樣點(diǎn)均具有桔小實(shí)蠅適宜的寄主植物，且環(huán)境均比較適宜桔小實(shí)蠅生存。 各島嶼距離大陸的直線距離在 4.8-38.4 km，雖然有的島嶼上有種植香蕉、木瓜等植物，但是種植的其它桔小實(shí)蠅寄主植物比較少，桔小實(shí)蠅的種群規(guī)模小(上川島除外)，各島都有進(jìn)行旅游業(yè)的開發(fā)，販賣從大陸運(yùn)輸?shù)乃褪卟恕?/p>

1 材料與方法

1.1 材料

桔小實(shí)蠅成蟲樣本采自華南地區(qū)的 5 個(gè)離島：潿洲島、硇洲島、上川島、荷包島、東澳島，以及華南地區(qū)湛江市等幾個(gè)大陸種群(見表 1)。采集時(shí)用甲基丁香酚引誘劑桔小實(shí)蠅雄蟲，每個(gè)地區(qū)至少 20 頭，浸泡在無水乙醇中，4℃保存，以備進(jìn)行后續(xù)試驗(yàn)。

表1 樣本信息

1.2 形態(tài)測定

有研究者利用身體大小的指標(biāo)對黑腹果蠅的遺傳結(jié)構(gòu)和遺傳差異進(jìn)行了研究，研究表明翅膀的大小和身體大小具有高度的相關(guān)性，而翅膀的面積與翅膀大小成正相關(guān)[16～17]。因此， 我們參照果蠅的形態(tài)標(biāo)記方法對桔小實(shí)蠅樣本進(jìn)行標(biāo)記，測定了翅面積大小、三個(gè)橫脈長度、 三個(gè)翅脈角。

將桔小實(shí)蠅的翅膀用鑷子小心拔取，壓片。用帶有圖形采集器與電腦形態(tài)測量系統(tǒng)(Axiovision SE64 Rel.4.9.lnk)的德國蔡司 V20 體式顯微鏡(SteREO Discovery.V20，上海冉超光電科技有限公司)聯(lián)用技術(shù)在 15X 下拍照和形態(tài)測量。選取了 A-H 八個(gè)翅脈交接點(diǎn)做一個(gè)多邊形，以這個(gè)多邊形的面積作為翅膀的面積來計(jì)算，同時(shí)測量三個(gè)橫脈的長度(L1、L2、 L3)和體現(xiàn)形態(tài)細(xì)微變異的翅脈角(α、β、γ)，如圖 1。

圖1 形態(tài)測定指標(biāo)(翅面積 S：以 A-H 八根線段圍成的多邊形面積來計(jì)算，橫脈長 L1、L2、L3，翅脈角α、β、γ)。

1.3 數(shù)據(jù)處理方法

使用SPSS 22.0 軟件計(jì)算各形態(tài)參數(shù)的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差，并進(jìn)行單因素方差分析和Tukey多重比較，對翅面積大小與緯度進(jìn)行相關(guān)性分析。將所有種群分成大陸組與島嶼組對各形態(tài)指標(biāo)進(jìn)行T檢驗(yàn)，檢驗(yàn)島嶼與大陸桔小實(shí)蠅種群是否存在顯著差異。

2 結(jié)果與分析

2.1 形態(tài)差異

各參數(shù)的平均值見表2，橫脈長度 L1 449.5～493.5，L2 605.5～655.7，L3 793.5～860.3， 翅膀面積 S 7 940 096～9 021 667.6，且翅脈長度(L1、L2、L3)與翅面積 S 顯著性相關(guān)(p< 0.001)；角度α65.3～67.5 度，β 59.4～60.3 度，γ 100.5～102.8度。通過差異顯著性分析，各種群的翅面積(圖 1)S (F(13, 390)=3.674，P<0.01)、橫脈長度 L1(F(13, 390)=3.927，P<0.01)、 L2 (F(13, 390)= 2.854，P<0.01)、L3( F(13, 390)=3.659，P<0.01)存在明顯差異；而三個(gè)翅脈角α(F(13, 390)= 2.275，P=0.838)、β(F(13, 390)=0.603，P=0.852)、γ(F(13, 390)= 1.5，P=0.114)沒有明顯差異，各參數(shù)情況見表2。

表2 各種群形態(tài)差異分析

將種群分為大陸種群與島嶼種群進(jìn)行 T 檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)， 島嶼種群各參數(shù)中的翅面積 S(t=3.949,df=216.7，P<0.01)、翅脈長度 L1(t=3.523,df=220，P<0.01)、L2(t=3.152,df=402，P<0.01)、L3(t=3.983,df=402，P<0.01)顯著性小于大陸種群，各翅脈角未存在顯著差異(表 2) 。

2.2 相關(guān)性分析

2.2.1 形態(tài)遺傳標(biāo)記的相關(guān)性分析 對5個(gè)島嶼種群及9個(gè)大陸種群的400頭桔小實(shí)蠅各形態(tài)標(biāo)記進(jìn)行相關(guān)性分析，分析各標(biāo)記的相關(guān)程度。反映桔小實(shí)蠅個(gè)體大小的三個(gè)橫脈長度之間相關(guān)性顯著相關(guān)系數(shù)均大于0.768(p 均小于 0.01)，橫脈長度與翅膀面積大小之間也具有顯著相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)均大于0.856(p<0.01)(圖 2)。三個(gè)翅脈角標(biāo)記間，∠1-∠2 無相關(guān)性；∠1-∠3 存在顯著性相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為 0.139(p<0.01)；∠2-∠3 呈顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.151(p<0.01)。

圖2 橫脈長度與翅面積大小的相關(guān)性分析

2.2.2 個(gè)體大小與緯度相關(guān)性分析 經(jīng)研究顯示大陸種群與島嶼種群的形態(tài)大小之間存在顯著差異，為了研究是否因緯度差異引起的，我們將個(gè)體大小與緯度大小進(jìn)行了分析。由圖 3 翅面積大小與緯度相關(guān)性分析可以看出，個(gè)體大小與緯度無顯著相關(guān)( P=0.561)。

圖3 緯度與翅面積大小的相關(guān)性分析

3 討論與結(jié)論

通過比較研究發(fā)現(xiàn)桔小實(shí)蠅島嶼種群形態(tài)指標(biāo)當(dāng)中的翅面積大小、橫脈長度明顯小于大陸種群，形態(tài)差異當(dāng)中的翅脈角沒有顯著差異。雖然緯度差異對影響海島種群的形態(tài)差異 上的作用不大，但海域隔離使得島嶼桔小實(shí)蠅在適應(yīng)海島環(huán)境的時(shí)候在形態(tài)上發(fā)生了一些變 化。有研究表明島嶼生物會因?yàn)槭澄铩⑻鞌场囟取L(fēng)等生物因素、非生物因素的環(huán)境壓力 驅(qū)動(dòng)著島嶼生物在形態(tài)大小、體色等形態(tài)特征上做出改變[6, 18～19]。據(jù)采樣時(shí)調(diào)查，雖然有的島嶼上有種植香蕉、木瓜等植物，但是種植的桔小實(shí)蠅的其它寄主植物比較少，這可能是島 嶼桔小實(shí)蠅形態(tài)偏小的其中一個(gè)原因；另外，海島上的海風(fēng)很大，經(jīng)常還會有颶風(fēng)，桔小實(shí) 蠅也許是通過改變形態(tài)大小來抵御這種環(huán)境。

形態(tài)遺傳學(xué)研究方法操作簡單，而且快速、成本低，但是也容易受數(shù)據(jù)測量分析等因素的影響，因此需要我們在應(yīng)用時(shí)多加注意，制定規(guī)范的測量操作，以便保證測量的準(zhǔn)確度。 本研究采用了翅面積、三個(gè)橫脈長度和三個(gè)翅脈角等三個(gè)主要形態(tài)指標(biāo)，在今后的研究當(dāng)中可以適當(dāng)增加一些形態(tài)遺傳指標(biāo)，以提高結(jié)果的可信度。我們在研究過程中發(fā)現(xiàn)三個(gè)橫脈的長度與翅面積具有顯著相關(guān)性，可以選取具有高度相關(guān)性的形態(tài)指標(biāo)中的部分作為代表性指標(biāo)，這樣可以降低一些測定工作量[20～21]。

形態(tài)上的差異往往有其內(nèi)在的分子機(jī)制。Thorpe[22]研究大加納利島的西加納利蜥蜴時(shí)發(fā)現(xiàn)有 30%的形態(tài)特征與 mtDNA 中的 cytb、COⅠ 和 12s rRNA 有顯著相關(guān)性。為了深入研究形態(tài)差異的原因，我們也可以進(jìn)一步利用微衛(wèi)星與 COⅠ標(biāo)記等分子手段研究桔小實(shí)蠅島嶼種群在分子水平上的變異，驗(yàn)證形態(tài)與分子變異是否有相關(guān)性。