高温对川硬皮肿腿蜂发育及Wolbachia携带的影响.pdf
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1、39(4)752-759 中国生物防治学报 Chinese Journal of Biological Control 2023 年 8 月 收稿日期:2022-05-04 基金项目:国家自然科学基金(31901319,31700573);国家级大学生创新创业训练计划项目(202010664010);赤水河流域动物资源保护与应用研究特色重点实验室建设项目(黔教合 KY 字-2013-111)作者简介:唐艳龙,博士,副教授,E-mail:;*通信作者,博士,助理研究员,E-mail:。DOI:10.16409/ki.2095-039x.2022.07.003 高温对川硬皮肿腿蜂发育及Wolbac
2、hia携带的影响 唐艳龙1,康 奎1,陈思琪1,王丽娜1,车华涛1,王小艺2,魏 可2*(1.遵义师范学院生物与农业科技学院/贵州省赤水河流域动物资源保护与应用研究重点实验室,遵义 563002;2.中国林业科学研究院森林生态环境与自然保护研究所/国家林业和草原局森林保护学重点实验室 北京 100091)摘要:温度是影响昆虫生长发育最重要的因子,也是影响昆虫共生微生物活性的重要因素。为了明确高温对川硬皮肿腿蜂 Sclerodermus sichuanensis 的生殖和发育特征及对其体内 Wolbachia 携带率的影响,本研究在 27、30 和 33 温度条件下连续繁育川硬皮肿腿蜂 4 代,
3、测定不同温度下肿腿蜂的寄生能力、产卵前期、子代历期、子代数量和雄性比的差异;同时以 Wolbachia 特异的外膜蛋白基因(wsp)进行 PCR 扩增,检测是否携带该菌。结果显示,3 个温度对川硬皮肿腿蜂的寄生率和子代羽化率均无显著影响,但对其产卵前期和子代发育有显著影响。随温度升高,雌蜂产卵前期延长,但子代的卵历期、幼虫历期和蛹历期显著缩短。在 27、30 和 33 下,子代卵历期分别为 4.33 d、3.27 d 和 3.36 d;幼虫历期分别为 6.77 d、5.85 d 和 5.07 d;蛹历期分别为 13.85 d、12.35 d 和 10.96 d。在 33 下,幼期发育耗时较 2
4、7 时缩短了约 5 d。川硬皮肿腿蜂单雌子代数随温度的变化无显著差异,但产雄数和子代雄性比例随温度升高显著增加,33 下的单雌产雄数和雄性比例较 27 时提升了近 3 倍。连续繁育 4 代后川硬皮肿腿蜂 Wolbachia 携带率存在显著差异,27 下肿腿蜂 Wolbachia 携带率为 100%,但在 33 下其携带率下降至 6.67%,温度与携带率存在显著的负相关关系。以上结果表明,在 2733,温度升高可显著缩短川硬皮肿腿蜂的繁育周期,增加子代雄性比例,证实了高温具有显著抑制该虫体内的Wolbachia 活性从而增加子代雄性比的功能。繁育温度过高对川硬皮肿腿蜂生殖适合度是不利的,规模化繁
5、育温度不宜超过 30。关 键 词:川硬皮肿腿蜂;温度;发育历期;子代数量;沃尔巴克氏体 中图分类号:S476.3 文献标识码:A 文章编号:1005-9261(2023)04-0752-08 Effects of High Temperature on the Progeny Development and Wolbachia Infection of Sclerodermus sichuanensis(Hymenoptera:Bethylidae)TANG Yanlong1,KANG Kui1,CHEN Siqi1,WANG Lina1,CHE Huatao1,WANG Xiaoyi2,WE
6、I Ke2*(1.Laboratory of Regional Characteristic for Conservation and Utilization of Animal Resource in Chishui River Basin/College of Biology and Agriculture,Zunyi Normal University,Zunyi 563002,China;2.Key Laboratory of Forest Protection of National Forestry and Grassland Administration/Ecology and
7、Nature Conservation Institute,Chinese Academy of Forestry,Beijing 100091,China)Abstract:Temperature is a most important factor affecting insect development and the activity of insect symbiotic microbial.In order to explore the effects of high temperature on the reproduction,developmental traits,and
8、Wolbachia infection of the parasitic wasp,Sclerodermus sichuanensis,the parasitoids reared under three temperatures(27,30,and 33)for four consecutive generations were observed for the parasitism ability and pre-oviposition period of female,progeny developmental duration,offspring number,and male pro
9、portion.Meanwhile,the Wolbachia infection of the female parasitoids was detected using the specific primers of the outer 第 4 期 唐艳龙等:高温对川硬皮肿腿蜂发育及 Wolbachia 携带的影响 753 surface protein gene(wsp).The results showed that high temperature had no significant effect on the females parasitism ability,but sign
10、ificantly influenced on their pro-oviposition period and progeny development.With the increase of temperature,the pre-oviposition period of females was prolonged,but the durations of immature stage were significantly shortened.The duration of egg stage was 4.33,3.27,and 3.36 d;duration of larval sta
11、ge was 6.77,5.85,5.07 d;duration of pupal stage was 13.85,12.35,10.96 d in the three temperature treatments,respectively.The durations of parasitoid immature stage at 33 were shortened by approximately 5 d in comparison to parasitoids rearing at 27.There were no significant differences in the offspr
12、ing numbers at different temperatures,but the male numbers and proportions exhibited significant increase with the increasing temperatures.Male numbers and proportions of parasitoids reared at 33 were approximately three times larger than those at 27.Additionally,all the parasitoid individuals were
13、infected by Wolbachia after four generations of breeding at 27;however,Wolbachia infection rate of female parasitoids decreased to 6.67%at 33.There is a significant negative correlation between temperature and Wolbachia infection rate.Our findings indicate that high temperature shortens the developm
14、ental durations of the parasitoids,but also results in the reproductive fitness loss attributed to the significantly increased of male proportions.Our results also confirm that the activity of Wolbachia is inhibited at high temperature,and thus accordingly increases the proportion of the male offspr
15、ing.The temperature of artificial mass-rearing of the parasitoid,S.sichuanensis,should not exceed 30.Key words:Sclerodermus sichuanensis;temperature;developmental duration;offspring number;Wolbachia 川硬皮肿腿蜂 Sclerodermus sichuanensis 是我国继管氏肿腿蜂 S.guaui 之后于 1994 年在四川泸县发现的一种寄生于粗鞘双条杉天牛 Semanotus sionanste
16、r 幼虫的硬皮肿腿蜂属天敌昆虫1。川硬皮肿腿蜂寄主搜索能力强、寄主谱广、繁殖能力强,目前已广泛应用于松褐天牛 Monochamus alternatus、星天牛 Anoplophora chinensis、双条杉天牛 S.bifasciatus、花椒虎天牛 Clytus validus 等林木蛀干害虫的防治2,3。温度是影响寄生蜂繁殖力和发育速率的关键环境因子之一。前期研究发现管氏肿腿蜂在 27 下产卵量最高4;当温度在 2133 时,松褐天牛肿腿蜂 S.alternatusi 各虫态发育历期随着温度的升高而缩短,且子代数量在 27 时最多5;白蜡吉丁肿腿蜂 S.pupariae 幼期发育速率
17、同样随温度的升高而加快,单雌子代数从 21 时的 58 头提升至 30 时的 91 头6。前期研究中有关川硬皮肿腿蜂发育与温度的关系,发现世代周期随温度增加(2228)而缩短1;川硬皮肿腿蜂适宜贮存在 615 低温条件下,12 是其最适贮存温度7。有关该寄生蜂在高温环境下的生殖和发育特征还未见报道。沃尔巴克氏体 Wolbachia 是广泛存在于节肢动物及线虫体内的一类胞内共生菌,其可通过胞质不亲和、雌性化、杀雄作用、孤雌生殖等方式来调控宿主的生殖方式8。近年来应用 Wolbachia 改变害虫生殖遗传特征进而达到种群控制目的已引起广泛的关注9,10。多种寄生蜂中也存在 Wolbachia,且它
18、们大多数均与寄生蜂的雌性化和孤雌生殖特征有关8。显然,庞大的雌性种群是生物防治实践中可采取天敌淹没式释放的基础。利用 Wolbachia 诱导寄生蜂种群雌性化或产雌孤雌生殖,对寄生蜂的工厂化生产和生防效能提升均有重大意义。相关技术已在松毛虫赤眼蜂 Trichogramma dendrolimi 中得到应用11-13。Wolbachia 有强烈的环境温度依赖特征,其表达与宿主生存的环境温度密切相关。对卷蛾赤眼蜂 T.cacoeciae、松毛虫赤眼蜂、食胚赤眼蜂 T.embryophagum 和丽蚜小蜂 Encarsia formosa 的研究发现,宿主在高温条件下繁育会抑制体内 Wolbachi
19、a 的活性,甚至引起全部 Wolbachia 失活,并且均有显著的世代累积效应14-17。丽蝇蛹集金小蜂 Nasonia vitripennis 经 30 的热处理后,体内沃尔巴克氏体密度下降可达74%18。前期研究已经发现管氏肿腿蜂体内存在 Wolbachia19。我们对实验室繁育的川硬皮肿腿蜂、白蜡吉丁肿腿蜂、松褐天牛肿腿蜂进行分子检测发现其均携带 Wolbachia。在肿腿蜂工厂化繁殖中,为了能够在短时间内获得更多的天敌产品,往往会采取提高温度进而缩短肿腿蜂繁殖周期的办法。那么,在高温条件下繁育的肿腿蜂,其体内 Wolbachia 是否受到影响,或者什么样的温度条件会影响到肿腿蜂的 Wo
20、lbachia携带率值得探索。另外,肿腿蜂是一类具有高度偏雌性比的寄生蜂,偏雌性比的形成机制目前还未得到解释。如果在高温条件下繁育的肿腿蜂其 Wolbachia 携带率下降,是否会引起偏雌性比特征的改变,一样值754 中 国 生 物 防 治 学 报 第 39 卷 得我们研究。基于以上目的,本研究以川硬皮肿腿蜂为研究对象,通过设置不同的温度进行续代繁育,研究高温对川硬皮肿腿蜂生殖适合度的影响,同时评价高温对其体内 Wolbachia 携带率的影响。研究结果可为川硬皮肿腿蜂的繁育和利用提供参考,同时以期为揭示环境温度依赖的 Wolbachia 对寄生蜂生殖调控的机制奠定基础。1 材料与方法 1.1
21、 供试昆虫 川硬皮肿腿蜂由国家林业和草原局生物防治工程中心提供,实验室种群由麻天牛 Thyestilla gebleri 幼虫作寄主续代繁殖得到,繁殖条件为 25,RH 60%70%,光周期 8L:16D。经充分交配后的 3 日龄雌蜂为本研究的供试蜂,供试寄主为体质量在 200.0250.0 mg 的麻天牛幼虫。1.2 川硬皮肿腿蜂接种 将寄主单头装入玻璃指形管内(直径 1.0 cm,高度 5.0 cm)。在供试肿腿蜂中挑选个体大小相近的雌蜂,单头接入盛有寄主的指形管内并用脱脂棉塞紧管口。设置繁蜂温度为 27、30 和 33,不同温度条件下湿度和光周期保持一致(RH 60%70%,光周期 8L
22、:16D),每个温度条件下接种 30 管。首次羽化得到的川硬皮肿腿蜂子代记为 F1,在此种群中随机挑选个体大小相近的 3 日龄雌蜂继续接种繁殖,羽化得到的子代记为 F2,每个温度下仍接种 30 管。重复上述接种过程,得到在不同温度条件下续代繁殖的 F4肿腿蜂种群。参考项宇等14对卷蛾赤眼蜂的研究结果,发现在 30 条件下连续繁育 5 代后即完全检测不到卷蛾赤眼蜂体内的 Wolbachia。因此,本研究在获得不同温度下繁育得到的 F4肿腿蜂种群后,用此种群做测定对象,用于对比研究其生殖适合度及 Wolbachia 携带率。1.3 不同繁育温度下川硬皮肿腿蜂的生殖适合度 在 27、30 和 33
23、温度条件下繁育得到的 F4中各随机选取 30 头个体大小相近的 3 日龄雌蜂,单头接种至 1 头麻天牛幼虫,继续在 3 组温度条件下繁育。记录母蜂对寄主的寄生能力差异,包括寄生率和子代羽化率,其中寄生率为被寄生的寄主数量占供试寄主总数的比例,子代羽化率为有子代蜂羽化的寄主数量占供试寄主总数的比例。记录母蜂产卵前期、子代蜂的发育历期和数量。产卵前期为接蜂至观察到第 1 粒卵被产出的间隔期。子代蜂发育历期包括卵历期、幼虫历期、蛹历期和幼期历期。其中,卵历期为第 1 粒卵产出至第 1 头幼虫孵化的间隔期;幼虫历期为第 1 头幼虫孵化至第 1 个茧出现的间隔期;蛹历期为第 1 个茧出现至第 1 头成蜂
24、羽化的间隔期;幼期历期为第 1 粒卵产出至第 1 头成蜂羽化的间隔时间。子代蜂发育历期均是每个接种的指形管内记录 1 次数据,用于代表子代群体的发育进度。子代蜂完全羽化后,统计每头寄主上育得的雌蜂、雄蜂数量和雄性比。雄性比为 1 头寄主上育得的雄蜂占子代总数的比例。以上均每日记录 1 次。1.4 Wolbachia 检测 在不同温度下繁育得到的 F4中各随机选取 30 头雌蜂(每管 12 头),单头检测其是否携带 Wolbachia。肿腿蜂基因组 DNA 为单头提取,方法参照 DNeasy Blood&Tissue Kit(Qiagen)试剂盒说明书。目标检测基因为 wsp 基因,通用引物为
25、81F/691R20。PCR 扩增使用 GoTaq Green Master Mix(Promega)试剂,反应体系(25 L):GoTaq Green Master Mix 2为 12.5 L,正向和反向引物(10 mol/L)各 1 L,DNA模板 1 L,Nuclease-Free Water 为 9.5 L。反应程序如下:94 预变性 3 min;94 变性 30 s,50 退火 1 min,72 延伸 40 s,30 个循环;72 再延伸 7 min。PCR 产物通过 1%琼脂糖凝胶(含 0.1的 10gel red)电泳分离后,凝胶成像系统检测是否有目标条带。每头待检川硬皮肿腿蜂的
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