荔枝蒂蛀虫交配对卵巢发育及繁殖力的影响.pdf

月 ():昆 虫 学 报 :.:./.基金项目:财政部和农业农村部国家现代农业产业技术体系专项()广东省乡村振兴战略专项资金()广东省现代农业产业技术体系绿色发展共性关键技术研发创新团队项目()作者简介:李文景 男 年 月生 湖南常德人 博士 助理研究员 研究方向为果树害虫及防控技术研究:.通讯作者 :.收稿日期:接受日期:荔枝蒂蛀虫交配对卵巢发育及繁殖力的影响李文景 董易之 姚 琼 全林发 池艳艳 陈炳旭(广东省农业科学院植物保护研究所 农业农村部华南果蔬绿色防控重点实验室广东省植物保护新技术重点实验室 广州)摘要:【目的】观察荔枝蒂蛀虫 卵巢的发育进度制定该虫卵巢发育级别的划分标准明确交配对其卵巢发育进度和繁殖力的影响【方法】初羽化荔枝蒂蛀虫雌雄成虫按 配对饲养后逐日解剖雌虫卵巢根据交配囊特征判断雌虫是否交配记录正常交配及未交配雌成虫的脂肪体特征、卵巢管长度、卵室总数以及成熟卵子数依照这些指标对卵巢发育进度进行分级将蒂蛀虫初羽化雌雄成虫 配对饲养和雌成虫单独饲养分别作为交配和非交配组统计其产卵前期、产卵期、单雌产卵量和雌成虫寿命【结果】荔枝蒂蛀虫成虫卵巢发育进度可划分为 级分别为卵黄沉积前期(级)、卵黄沉积期(级)、成熟待产期(级)、产卵盛期(级)和产卵末期(级)仅有交配后雌虫卵巢可正常发育未交配的雌成虫卵巢仅能发育至卵黄沉积期(级)交配组雌成虫产卵前期.产卵期.单雌产卵量.粒雌成虫寿命.未交配组雌成虫终生不能产卵雌成虫寿命.【结论】荔枝蒂蛀虫成虫卵巢的发育进度可划分为 级但交配是雌成虫完成卵巢发育的必备条件未交配的雌成虫卵巢发育至级后终止发育交配后雌成虫繁殖力显著高于未交配雌虫未交配雌成虫终生不能产卵关键词:荔枝蒂蛀虫 交配 卵巢 发育进度 繁殖力中图分类号:文献标识码:文章编号:()(:)():【】.【】.昆虫学报 卷 .【】.()()()()().().【】.:昆虫作为地球进化最成功的类群其重要原因之一是其具备多样的生殖方式以及强大的生殖能力(王荫长)卵巢作为昆虫雌性生殖系统最重要的器官之一具备贮存和增殖生殖细胞(卵子)吸收必要的营养物质使卵子在一定时期内成熟卵子受精后产出体外等重要功能()掌握害虫卵巢发育进度不仅是研究害虫种群暴发成灾规律的重要环节对害虫种群发生期和发生量的预测预报也具有重要的实践意义(吴孔明等 .李立涛等)昆虫卵巢发育过程中卵黄的发生是其中最重要环节之一其主要受到保幼激素()和蜕皮激素()的调控在大多数昆虫中保幼激素调节卵黄发生但在双翅目和部分膜翅目及鳞翅目中蜕皮激素控制这一过程(.)在昆虫两性生殖的交配过程中雄性昆虫将精液转移给雌虫并引起交配后雌虫的行为和生理变化 精液中包含的雄性附腺()分泌物是调控雌虫生殖过程的重要物质具备能通过多种方式促进卵子成熟、刺激雌虫产卵 的 功 能()鳞翅目昆虫中交配对繁殖力影响的研究多集中在夜蛾(李国清等)、菜蛾(.)、螟蛾()、卷 叶 蛾(.)、麦蛾(.)、粉蝶()、斑蝶()等类群这些种类交配后能明显促进雌虫卵子的成熟大幅提升产卵量荔枝蒂蛀虫 属鳞翅目()细蛾科()广泛分布在中国、越南、印度等荔枝产区 该虫主要以幼虫钻蛀危害荔枝、龙眼的果实、嫩梢和花穗偏好危害果实果实被危害后极易造成落果在果实期种群数量暴发性增长是荔枝、龙眼产业发生最严重且最难控制的害虫(李文景等)目前荔枝蒂蛀虫繁殖生物学特性已有许多相关的研究包括性信息素(张辉等 李鹏燕等)、交配行为及产卵习性(陈绍平和姚彩媚 洪巧珍等 姚监等 董易之等 李文景等)等在与繁殖相关的分子生物学研究中荔枝蒂蛀虫卵黄原蛋白及其受体基因的特征也进行了详细的描述(.)然而交配如何影响荔枝蒂蛀虫的行为、生长发育和繁殖力等方面的研究目前还未见任何报道 为明确交配对荔枝蒂蛀虫生殖发育的影响本研究首次探索了荔枝蒂蛀虫成虫的卵巢发育进度以及交配对卵巢发育的影响制定了该虫卵巢发育级别的划分标准明确交配对其繁殖力的影响 研究结果不仅为荔枝蒂蛀虫种群暴发成灾机制及预测预报提供理论依据也为进一步研究交配对荔枝蒂蛀虫的生殖生理及分子机制提供思路 材料与方法.供试虫源 年 月于广东省农业科学院果树研究所荔枝园采集“三月红”荔枝的新鲜落地果 落地果 期李文景等:荔枝蒂蛀虫交配对卵巢发育及繁殖力的影响 带回室内平铺于白瓷盘(长 宽 高 )内上面覆盖白色瓦楞纸每天收集瓦楞纸上的荔枝蒂蛀虫蛹蛹羽化后将作为本实验的试虫 试虫饲养条件为:温度()相对湿度 光周期 .卵巢发育进度划分及交配后卵巢发育状况观测收集的蛹根据外部形态鉴别雌雄把雌蛹和雄蛹分装于养虫盒中羽化确保雌雄虫羽化当日均未交配 将 日龄初羽化荔枝蒂蛀虫成虫放入养虫笼(长 宽 高 )饲养每笼 头(雌 雄 )养虫笼内放置一块浸润 蜂蜜水的棉球供成虫补充营养每日更换 颗新鲜荔枝供成虫产卵每 个养虫笼为 个处理每日观察解剖 个处理实验共进行 逐日解剖雌成虫卵巢卵巢解剖在光学体式显微镜()进行显微解剖和观察 根据交配囊内是否有精包判断雌虫是否交配记录正常交配雌成虫及未交配雌成虫脂肪体颜色变化测量卵巢管长度、卵室总数以及成熟卵子数对卵巢发育进度进行分级记录交配对卵巢发育进度的影响 实验期间共解剖正常交配雌成虫 头未交配雌成虫 头.交配和未交配成虫的繁殖力测定交配组:将初羽化荔枝蒂蛀虫成虫雌雄按 (雌 雄)配对饲养在内径、高 的养虫盒中养虫盒内放置一块浸润 蜂蜜水的棉球供成虫补充营养利用产卵介质包裹新鲜荔枝供成虫产卵每日统计产卵介质上卵粒数量并更换产卵介质荔枝果实直至虫体死亡 实验重复 次非交配组:每个养虫盒内仅放入 头雌成虫其余设置及饲养和观测方法与交配组的一致统计其产卵前期、产卵历期、单雌产卵量和雌成虫寿命.数据分析采用 .和 软件进行数据分析数 据 直 接 进 行 单 因 素 方 差 分 析()采用 检验和 氏新复极差法进行差异显著性分析 结果.荔枝蒂蛀虫雌成虫卵巢的形态特征卵巢观察结果表明荔枝蒂蛀虫雌成虫具有 对卵巢每侧有 根卵巢管 卵巢管分为卵原区、生长区和成熟区 部分同侧的卵巢管与共同的侧输卵管相接左右侧输卵管汇合成一条中输卵管(图)图 荔枝蒂蛀虫雌成虫卵巢的结构特征.:中输卵管 :侧输卵管 :卵巢管 :卵 :成熟区 :生长区 :原卵区 .荔枝蒂蛀虫雌成虫卵巢发育进度划分及交配对其发育的影响本研究根据卵巢的形状大小、卵子发生情况以及脂肪体特征将羽化后荔枝蒂蛀虫卵巢分为 个级别分别为卵黄沉积前期(级)、卵黄沉积期(级)、成熟待产期(级)、产卵盛期(级)和产卵末期(级)荔枝蒂蛀虫卵巢各个发育级别特征如(表)所示:成虫初羽化 内卵巢处于卵黄沉积前期卵巢管细小卵巢管卵室没有出现卵黄沉积现象脂肪体呈黄色数量密布腹腔内羽化后 荔枝蒂蛀虫卵巢处于卵黄沉积期卵巢管细小卵室明显近中输卵管卵室开始出现卵黄沉积现象但无成熟卵粒脂肪体呈黄色密布腹腔内羽化后 卵巢发育至成熟待产期近中输卵管卵室有大量卵黄开始沉积有成熟卵粒脂肪体黄色已有部分代谢脂肪粒开始干瘪产卵盛期发在成虫羽化后 大量卵室已完成卵黄沉积成熟卵子呈念珠状排列紧密脂肪体黄白色大部分脂肪体已经代谢分支发达产卵末期发生在成虫羽化后 卵巢原卵区急剧萎缩卵粒通常较大几乎没有脂肪体仅剩一些丝状脂肪体附着在体腔和卵巢管上(图)级卵巢管平均长度为.(图:)平均卵室数为.个(图:)成熟卵子数为(图:)级卵巢管平均长度为.(图:昆虫学报 卷表 荔枝蒂蛀虫雌成虫卵巢 个发育级别的特征 卵巢发育级别 观测样本数量(头)(.)发生时间卵巢特征脂肪体特征 交配囊特征 卵黄沉积前期 (级 )羽化后 内 卵巢管平均长.卵室无卵黄沉积现象 .脂肪体深黄色多呈球形串状数量密布腹腔内 交配囊乳白色微透明囊腔干瘪雌成虫尚未交配 卵黄沉积期(级 )羽化后 卵巢管平均长.近中输卵管卵室开始出现卵黄沉积现象但无成熟卵子 .脂肪体呈深黄色密布腹腔内 交配囊乳白色微透明囊腔干瘪雌成虫尚未交配 成熟待产期(级 )羽化后 卵巢管平均长.近中输卵管卵室有大量卵黄沉积有成熟卵子平均.粒 .脂肪体黄色已有部分代谢脂肪粒开始干瘪 交配囊乳白色不透明囊腔膨大雌成虫已交配 产卵盛期 (级 )羽化后 卵巢管平均长.大量卵室已完成卵黄沉积成熟卵子呈念珠状排列紧密平均成熟卵子数.粒 .脂肪体黄白色大部分脂肪体已经代谢 交配囊乳白色顶部略黄囊腔膨大雌成虫交配 产卵末期(级)羽化后 卵巢管平均长.卵巢原卵区急剧萎缩卵粒通常较大平均成熟卵子数.粒 .几乎没有脂肪体仅剩一些丝状脂肪体附着在体腔和卵巢管上 交配囊黄白色囊腔膨大雌成虫交配 期李文景等:荔枝蒂蛀虫交配对卵巢发育及繁殖力的影响 图 荔枝蒂蛀虫雌成虫卵巢形态特征及发育级别划分.:级 卵黄沉积前期 :级 卵黄沉积期 :级 成熟待产期 :级 产卵盛期 :级 产卵末期 :交配囊(已交配)():交配囊(处女雌成虫)().)平均卵室数为.个(图:)成熟卵子数为 (图:)级卵巢管平均长度为.(图:)平均卵室数为.个成熟卵子数为.粒(图:)级 卵 巢 管 平 均 长 度 为.(图:)平均卵室数为.个(图:)成熟卵子数为.粒(图:)级卵巢管平均长度为.(图:)平均卵室数为 个(图:)成熟卵子数为.粒(图:)交配直接影响荔枝蒂蛀虫卵巢发育进度能够完成 级卵巢发育均为交配后的雌虫 未交配的雌虫卵巢仅能发育至卵黄沉积期(级)卵巢具体发育情况及特征为:成虫初羽化 内卵巢处于卵黄沉积前期(级)羽化后 卵巢逐步发育至卵黄沉积期(级)(图:)此后雌虫的卵巢发育滞留在卵黄沉积期没有出现成熟卵子(图:)卵巢管平均长度在雌虫羽化后 分别为 .和.各组数据无显著差异(.)(图:)平均卵室数在雌虫羽化后 分别为.和.个羽化后 各日卵巢卵室个数差异不显著(.)(图:).交配对荔枝蒂蛀虫繁殖力的影响在交配组中荔枝蒂蛀虫产卵前期、产卵期、单雌产卵量以及成虫寿命平均分别为.粒和.在非交配组中雌成虫单雌产卵量为 平均寿命.未交配雌成虫比正常交配产卵的雌成虫寿命长.但差异不显著(.)(表)讨论与结论.卵巢的发育进度根据脂肪体颜色、卵黄沉积水平、卵巢管发育水平、受精囊、附腺等的发育情况进行分级鳞翅目农业害虫的卵巢发育进度往往被分为 级:乳白透明期、卵黄沉积期、成熟待产期、产卵盛期和产卵末期(李 汝 铎 等)一 些 种 类 如 亚 洲 玉 米 螟、甜菜夜蛾 由于卵巢在蛹末期成虫羽化前 已开始发育且卵黄沉积开始出现在成虫羽化之前所以初羽化雌蛾的卵巢内已有部分半成熟卵不存在乳白透明期因此卵巢发育通常分为 级(王宪辉等)也有将卵巢发育等级分为 级的鳞翅目害虫如棉铃虫 (张万娜等)、欧洲玉米螟.(.)本研究中荔枝蒂蛀虫的卵巢管的数目与大多数鳞翅目昆虫一样为 对在室内正常配对饲养条件下成虫卵巢发育进度可分为 级:卵黄沉积前期(级)、卵黄 昆虫学报 卷图 荔枝蒂蛀虫雌成虫卵巢发育情况.:卵巢管长度 :卵室总数 :成熟卵子数 .图中数据为平均值 标准误柱上不同小写字母表示经 氏新复极差法检验在.水平上差异显著 图 同 .沉积期(级)、成熟待产期(级)、产卵盛期(级)和产卵末期(级)(图 表)目前鳞翅目昆虫卵巢根据羽化时卵子发育程度分为 种类型 第 种类型中幼虫期营养贮备已消耗完所有卵子均己成熟利用这种发育策略的某些类群成虫仅有退化的口器(如大蚕蛾亚科和蚕蛾亚科)第 种类型中成虫羽化时卵子发育正在进行但还没有完成很多蛾类属上这一类 第 种包括绝大多数蝶类雌成虫羽化时卵巢尚未发育营养贮备丰富()显然荔枝蒂蛀虫的卵巢发育类型属于第 种类型.交配对生殖的影响尽管昆虫的繁殖力主要依赖幼虫阶段营养的储存情况()但是已有大量研究表明在交配过程中雄虫精液中的一些物质能够引起交配雌虫明显的行为和生理变化()即发生所谓的交配效应具体表现在促进卵子成熟和产卵降低雌虫对雄虫的性吸引力和抑制雌虫再交配提高精子利用率等方面(.)本研究发现交配对荔枝蒂蛀虫繁殖力产生了巨大影响交配后雌虫单雌产卵量可达 余粒而未交配的荔枝蒂蛀虫雌虫不能够产卵(表)目前夜蛾、菜蛾、螟蛾、卷叶蛾、麦蛾、粉蝶等类群的交配生殖研究表明未交配雌蛾往往卵巢也能形成部分成熟的卵子并产下部分未受精的卵(李国清等 .)这与荔枝蒂蛀虫卵巢的发育以及产卵存在较大的差异具体体现在荔枝蒂蛀虫不交配雌虫的卵巢内卵子无法持续完成卵黄沉积不能形成成熟的卵进而导致成虫不能产卵 这说明荔枝蒂蛀虫雌虫卵巢发育成熟对交配的依赖程度更高 由于我们尚未发现其他细蛾科种类交配对生殖影响的相关研究报道因此荔枝蒂蛀虫卵巢的发育方式是否在细蛾科昆虫内具有普适性还有待证实 本研究的发现也进一步丰富了鳞翅目生殖方式的多样性在交配效应的调控机制上黑腹果蝇 作为一种模式昆虫其生理以及分子调控都开展了详细深入的研究 黑腹果蝇雄虫在交配时传输给雌虫精液中的附腺蛋白()和性肽()己经被证实与雌虫再次交配的能力和产卵量有关(.)埃及伊蚊 在交配后可促进卵母细胞的发育并抑制雌蚊与其他雄蚊的再次交配交配后的雌蚊卵子发育和产卵率的增加显著雌蚊与精子含量少的雄蚊交配导致雌蚊的寿命和繁殖力降低()冈 比 亚 按 蚊 未交配的雌蚊在吸血后虽然可以产生成熟的卵 但 只 有 交 配 后 卵 才 会 被 排 出()赤拟谷盗雌虫在首次交配后的 内平均与另外 头雄虫再次交配只交配 次的雌虫有 期李文景等:荔枝蒂蛀虫交配对卵巢发育及繁殖力的影响 图 荔枝蒂蛀虫处女雌成虫卵巢发育的形态特征.:日龄处女雌成虫 :日龄处女雌成虫 :日龄处女雌成虫 .图 荔枝蒂蛀虫未交配雌成虫卵巢发育情况.:卵巢管长度 :卵室总数 .不能生育后代频繁的交配为雌虫提供了充足的精子保证完成受精并且从精液中获得营养(.)在鳞翅目昆虫中蝴蝶在交配过程中雄虫的精液部分物质被认为能够作为雌虫卵发育所需的营养物质并提升产卵量()烟芽夜蛾 雌虫与生殖附腺切除手术雄虫交配后相较于与正常雄虫交配后的雌虫产卵量和卵巢内总卵量显著降低(.)研究表明烟芽夜蛾交配时雄虫生殖附腺含有大量的保幼激素雄虫保幼激素进入雌虫体内后能进一步促进雌虫保幼激素的分泌和卵的发育(.)此外在美洲棉铃虫 的生殖附腺中发现性外激素分泌肽能直接或间接作用在性外激素分泌腺体上抑制其合成性外激素(.)在棉铃虫.的生殖附腺发现了促进雌蛾产卵和卵子发生的生殖因子()()最近有研究利用纳米液相色谱串联质谱分析法(/)对茄黄斑螟 未交配和交配后雄虫生殖附腺的蛋白质组进行了分析分别在未交配和交配的雄虫生殖附腺发现了 表 交配对荔枝蒂蛀虫成虫繁殖力的影响 组别产卵前期()产卵期()单雌产卵量(粒)()雌成虫寿命()交配.未交配.表中数据为平均数 标准误 同列数据后不同小写字母表示经 检验在.水平上差异显著 .昆虫学报 卷和 种蛋白其中各有 个和 个分泌蛋白这些分泌蛋白被证明参与昆虫的卵子发育、精子相关功能、防御和代谢功能(.)前文提到鳞翅目昆虫卵巢根据羽化时卵子发育程度分为 种类型尽管荔枝蒂蛀虫与夜蛾、螟蛾及卷叶蛾等大多数类群卵巢发育的类型归于第 种类型但蒂蛀虫与它们的卵巢发育模式仍有巨大的差异且目前没有任何关于荔枝蒂蛀虫雌虫卵黄发生过程以及交配前后体内激素水平等方面的研究因此以夜蛾为代表的交配效应调节机制一不定完全适用于荔枝蒂蛀虫 将来我们将围绕未交配的荔枝蒂蛀虫雌虫卵巢内的卵黄发生为何会终止这一关键科学问题就交配前后荔枝蒂蛀虫雌虫体内激素水平以及交配效应调控关键基因、信号通路的挖掘和功能分析开展进一步深入研究参考文献().:.:.():.:.():.():.():.陈绍平 姚彩媚.广州地区荔枝主要病虫害的发生及防治.广东农业科学():.:.(:).():.董易之 徐淑 陈炳旭 姚琼 陈耿民.荔枝蒂蛀虫幼虫龄数及各发育阶段在不同温度下的发育历期.昆虫学报():.(:).():.董易之 姚琼 陈炳旭 徐淑 徐海明.荔枝蒂蛀虫的产卵选择性研究.果树学报():.()(:).():.(:).():.:.:.:.():.():.洪巧珍 江碧媛 黄振声.荔枝细蛾之饲育技术及其羽化与交尾行为.植保会刊():.()(:).():.():.金朝阳 丁兆兵 龚和.昆虫雄性生殖附腺生理功能及其生殖因子研究进展.科学通报():.(:).():.:.():.:.():.(:):.():.(:).():.:.():.李国清 慕莉莉 韩召军.交配对棉铃虫雌蛾生殖的调控.南京农业大学学报():.():.李立涛 王玉强 刘磊 甘耀进 董志平 马继芳.二点委夜蛾卵巢发育分级及在预测预报中的应用.应用昆虫学报():.期李文景等:荔枝蒂蛀虫交配对卵巢发育及繁殖力的影响(:).():.李鹏燕 刘艳萍 王思威 孙海滨 柏建山 彭刚 龚雪海.荔枝蒂蛀虫信息素结合蛋白基因序列及表达分析.昆虫学报():.李汝铎 王金其 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