黄脊雷蓖蝗越冬卵的滞育发育特性

朱道弘，陈艳艳，赵 琴

(1.中南林业科技大学昆虫行为与进化生态学实验室，长沙 410004;2.湖南第一师范学院动物学实验室，长沙 410205;3.贺州市林业局，贺州 542800)

黄脊雷蓖蝗Rammeacris kiangsu Tsai属直翅目(Orthoptera)网翅蝗科(Arcypteridae)竹蝗亚科(Ceracrinae)雷蓖蝗属Rammeacris Willemse，该属仅已知2种，分布于我国和缅甸［1］。Tsai曾将黄脊雷蓖蝗归为竹蝗属，并命名为黄脊竹蝗 Ceravris Kiangsu Tsai［2］。Willemse根据形态特征，认为应将其归入雷蓖蝗属Rammeacris Willemse［3］。郑哲民和夏凯龄将其移至该属，并更名为黄脊雷蓖蝗Rammeacris kiangsu Tsai［1］。黄脊雷蓖蝗分布于江苏、浙江、安徽、四川、重庆、湖北、湖南、江西、广东、广西、福建、云南等省，主要危害毛竹Phyllostachys pubescens、青皮竹Bambusa textilis等，是我国的重要森林害虫，给竹业生产造成严重的危害［1，4-5］。

滞育是昆虫应对环境条件季节性变化的一种“时间逃避”的适应策略，在昆虫生活史中具有重要的进化意义。一些昆虫进行兼性滞育，在适宜的条件下可连续发育一至数代，而在不宜的条件下进入滞育;也有一些昆虫对周期性变化的环境形成了高度的适应，完全失去了季节节律调控的可塑性，每一世代的特定虫期均进入滞育，为专性滞育［6-10］。滞育可发生在卵期、幼虫期、蛹期或成虫期，卵滞育表现为卵产下后在胚胎期的某个发育阶段的发育停滞，而进入延期发育阶段，或称为滞育发育阶段，这种发育停滞通常是昆虫对母代成虫期或卵期环境条件的反应［11-13］。虽然也有一些分布于温带和亚热带的蝗虫种类以滞育成虫越冬，如Nomadacris succincta 和 Nomadacris japonica［14］，长角直斑腿蝗 Stenocatantops splendens［15］，但多数种类以滞育卵越冬，如中华稻蝗 Oxya chinensis［16-17］，飞蝗 Locusta migratoria［18］。

黄脊雷蓖蝗在其分布区域均1a发生1代，以卵在1—2 cm深的土表下越冬［4-5］。在湖南黄脊雷蓖蝗一般成虫于8—9月产卵，翌年5—6月若虫孵化，卵期长达8个月以上［4］。虽然其生物学及防治技术等已有大量的研究，但尚未见有关其胚胎发育及卵滞育特性的报道。本文调查了黄脊雷蓖蝗卵期温度及低温处理对其卵孵化的影响，检测了恒温条件下胚胎的发育进度及卵粒含水量、过冷却点的变化，以期弄清其卵滞育发育特性。

1 材料与方法

1.1 实验昆虫与饲养方法

黄脊雷蓖蝗的卵块于2005年3月采自湖南桃江(28.5°N，112.1°E)，其孵化若虫置于养虫笼(长×宽×高:30 cm×22 cm×30 cm)内(60头/笼)，于温度为(25±1)℃、光周期为LD 16:8 h的人工气候室(宁波江南仪器厂，GX-HE302-300)饲养，以栽培的扁穗雀麦Bromus catharticus Vahl.和毛竹的叶片饲养。扁穗雀麦和毛竹枝条插入盛水的广口瓶(100 mL)，隔日更换1次。成虫羽化后于相同条件下集团饲养(20—30对/笼)，并于养虫笼内放置盛有消毒后河沙的塑料盒(直经16 cm，高9 cm)供成虫产卵。更换饲料时收集所产卵块，获得的卵块作为后续实验的虫源。

1.2 不同温度条件下黄脊雷蓖蝗卵的孵化及低温对其孵化的影响

将黄脊雷蓖蝗45卵块分为3组，产卵当日以卵块为单位转移至垫放有脱脂棉和滤纸的培养皿(直径9 cm)内，分别置于20、25℃和30℃的光照培养箱(韶关科力实验仪器厂，PYX2250G2C)内，定期用洗瓶加水，以保持卵块的湿度。每日检查1次卵的孵化情况，直至产卵后210 d，获得不同温度条件下的孵化曲线。

为调查低温对黄脊雷蓖蝗卵孵化的影响，获得的卵块于25℃保存30 d后，转移至8℃的培养箱内，低温处理30、60、90 d，然后，再转移至25℃。每日检查孵化情况，观察周期为转移至25℃后100 d。

1.3 母代光周期和温度对黄脊雷蓖蝗卵滞育的影响

将黄脊雷蓖蝗的若虫和成虫置于(1)温度为25℃，光周期为LD 16∶8 h或LD 12∶12 h;(2)光周期为LD 12∶12 h，温度为25℃或30℃的条件下按1.1的方法饲养，收集成虫所产卵块。将获得的卵块置于25℃的温度条件下，每日检查卵的孵化情况，调查母代光周期和温度对其卵滞育的影响。

1.4 黄脊雷蓖蝗胚胎的发育进度

产卵当日将卵块置于25℃的温度条件下，每隔5日从不同卵块随机剥离卵粒20粒，以沸腾的Bouin液固定24 h后，以50%的C2H5OH洗涤3次，于70%的C2H5OH中保存。取固定好的卵粒于脱壳液(80%的C2H5OH 10 mL，KOH 2 g，30%的H2O23 mL)内浸泡3—4 min，再以80%的C2H5OH洗涤，于体视显微镜(Olympus，Japan，SZX-7)下用解剖针仔细去除卵壳和细胞基质，获得的胚胎以酒精硼砂洋红染色。取染色后的胚胎于体视显微镜下分别测量胚胎的头幅(两复眼间距离)、触角长度及胚胎体长。

1.5 黄脊雷蓖蝗卵鲜质量和相对含水量的测定

每隔5 d自产卵后保存于25℃的不同的卵块随机选取卵粒60粒，室温风干卵粒表面的水分后，以10粒卵为一组用电子天平(Mettler-Toledo Group，Switzerland，0.1 mg)称其鲜质量。然后，将卵粒放入塑料离心管(1.5 mL)中，以数显鼓风干燥箱(上海博迅实业有限公司医疗设备厂，GZX-9240MBE)95℃烘干12 h。待干燥箱内温度降至室温后，取出卵粒用电子天平称其干质量，计算相对含水量，相对含水量 =［(鲜质量-干质量)/鲜质量］×100%。每组6个重复。

1.6 黄脊雷蓖蝗卵过冷却点的测定

卵块产下后置于25℃的温度条件下，每隔10 d自不同的卵块中取出卵粒30粒，利用热敏电阻测温探头(江苏森意经济发展有限公司，E型)测定卵粒的过冷却点。测定方法:将单个卵粒固定于热敏测温探头上，置于低温冰箱((-28±0.5)℃)内，冰箱内温度以约1℃/min的速度下降，卵粒温度的变化导致探头电阻值随之变化，而获得变化的电压降，经过冷却点测定仪采集数据，计算机自动记录卵粒的温度变化，获得其过冷却点数据。

1.7 数据的统计分析

对各处理孵化前期的数据分析采用t检验(Student's t Test);对胚胎头幅、触角长度和体长，卵粒含水量和鲜质量，卵粒的过冷却点的数据采用StatView 6.0软件分别进行Tukey-Kramer多重比较。

2 结果与分析

黄脊雷蓖蝗的卵块于产卵当日置于不同的温度条件下，温度为20℃时于产卵后156 d开始出现若虫孵化，其后若虫孵化断断续续，在210 d的观察周期内孵化率为77.9%;温度为25℃时，产卵后97 d开始孵化，孵化缓慢且不整齐，至173 d孵化率为92.5%，其后未见若虫孵化;在30℃的温度条件下，产卵后72 d开始孵化，至93 d孵化率为66.0%，未孵化的卵粒经解剖均已死亡(图1)。在3个温度条件下，特别是20℃和25℃的温度下，卵的孵化前期长，且若虫孵化不整齐，孵化期间长，可以认为黄脊雷蓖蝗存在卵滞育现象。

为了检测低温对黄脊雷蓖蝗卵孵化的影响，将其卵块于25℃保存30 d后，转移至8℃低温处理30、60或90 d，再于25℃加温，其孵化率如图2所示。低温处理30 d时，转移至25℃后48 d开始孵化，其后若虫孵化虽然断断续续，但至转移后85 d孵化率达92.5%;低温处理60 d时，转移后29 d开始孵化，至95 d孵化率为79.5%;低温处理90 d时，转移后27 d开始孵化，若虫孵化快速而集中，至39 d孵化率即达83.8%(图2)。低温处理30、60、90 d，卵的孵化前期分别为(70.7 ±7.2)，(53.9 ±17.2)和(31.9 ±2.7)d(平均 ±SD)，即使包含低温处理前的25℃预处理的30 d，其孵化卵的孵化前期亦显著短于图1中25℃下的孵化前期(1 24.0±20.4)(t-test，各自P＜0.001)(图1，图2)。可见低温处理可显著促进黄脊雷蓖蝗卵的孵化，更清晰地证实了其存在卵滞育现象;8℃处理30 d即可明显降低其卵滞育强度，低温处理的时间越长滞育解除的效果越明显，8℃处理90 d可基本解除其滞育。

图1 20℃、25℃和30℃温度条件下黄脊雷蓖蝗卵的孵化Fig.1 Egg hatching at 20℃，25℃，and 30℃ in Rammeacris kiangsu

图2 黄脊雷蓖蝗卵低温处理(8℃)处理30 d(圆圈)、60 d(三角)和90 d(菱形)后25℃温度下的孵化率Fig.2 Egg hatching of Rammeacris kiangsu incubated at 25 ℃after chilling at 8℃ for 30 days(circles)，60 days(triangles)，and 90 days(diamonds)

2.2 母代光周期和温度对黄脊雷蓖蝗卵滞育的影响

若虫和成虫于温度为25℃，光周期为LD 16∶8 h或LD 12∶12 h的条件下饲养，其所产卵的孵化如图3所示。在长日条件(LD 16∶8 h)和短日条件(LD 12∶12 h)下，分别于产卵后98 d和97 d开始孵化，在150 d的观察周期内其孵化率分别为81.8%和79.4%，孵化卵粒的孵化前期分别为(118.4±10.9)和(116.4±9.5)d，不存在显著差异(t-test，P＞0.05)。由于母代光周期不影响黄脊雷蓖蝗子代卵滞育的发生，进而将若虫和成虫于光周期为LD 12∶12 h，温度为25℃或30℃的条件下饲养，调查了母代温度对其子代卵滞育的影响。在25℃和30℃的条件下，所产卵在150 d的观察周期内的孵化率分别为79.1%和79.4%，其产卵前期也无显著差异(t-test，P＞0.05)(图3)。说明母代光周期和温度不影响黄脊雷蓖蝗子代的卵滞育发生。

2.3 黄脊雷蓖蝗产卵后胚胎头幅、触角长度及其体长的变化

将黄脊雷蓖蝗的卵块置于25℃的条件下，其胚胎头幅、触角长度及体长的变化如图4所示。产卵后25 d在体视显微镜下能清晰观察到胚胎，此时胚胎头幅为(0.56±0.03)mm(N=6)，其后持续增长，至40 d时胚胎头幅达(1.14±0.11)mm(N=15)，显著大于25 d时的头幅(Tukey's-test，P＜0.05)。此后头幅的增长有一明显的停滞期，产卵后40—75 d的头幅无显著变化(Tukey's-test，P＞0.05)，至产卵80 d之后头幅再度开始增长。胚胎发育早期未能观察到其触角的分化，产卵后30 d时胚胎的触角长度为(0.25±0.10)mm(N=10)，在75 d之前触角长度增长缓慢。产卵80 d之后触角长度恢复增长，至85 d时达(1.84±0.73)mm(N=12)，显著长于此前各观察时点的触角长度(Tukey's-test，P＜0.05)。与胚胎头幅和触角长度的变化类似，胚胎体长在产卵后75 d之前增长缓慢，有明显的停滞期，80 d之后胚胎长度的增长显著加快(Tukey's-test，P＜0.05)(图4)。

2.4 黄脊雷蓖蝗产卵后卵的含水量及鲜质量的变化

在25℃的温度条件下，黄脊雷蓖蝗产卵后10 d内卵粒的含水量稳定在43%左右，无明显的变化(Tukey's-test，P＞0.05)。此后其卵粒有一快速的吸水阶段，至产卵后25 d卵粒的含水量达(64.1±2.3)%，含水量显著提高(Tukey's-test，P＜0.05)。尔后，卵粒的含水量缓慢提高(图5)。黄脊雷蓖蝗产卵后卵粒的鲜质量变化与含水量类似，产卵后10 d内卵粒的鲜质量为10 mg/卵粒左右，其后与卵粒吸水量快速增加相对应，卵粒的鲜质量亦快速增加，至产卵后25 d达(14.8±1.3)mg。此后，卵粒的鲜质量增加缓慢而不明显(图5)。

图3 母代光周期和温度对黄脊雷蓖蝗卵滞育的影响Fig.3 The effects of maternal photoperiods and temperatures on egg diapause in Rammeacris kiangsu

图4 25℃的温度条件下黄脊雷蓖蝗的胚胎发育Fig.4 The embryo development in Rammeacris kiangsu at 25 ℃

图5 25℃的温度条件下黄脊雷蓖蝗胚胎含水量和鲜质量的变化Fig.5 The changes of embryonic water content and fresh mass in Rammeacris kiangsu at 25 ℃

2.5 黄脊雷蓖蝗产卵后卵粒过冷却点的变化

将黄脊雷蓖蝗的卵于产下当日置于25℃的温度条件下，其过冷却点的变化情况如图6所示。产卵次日和产卵后5 d卵粒的过冷却点分别为(-20.7±5.1)℃(N=27)和(-20.0 ±5.0)℃(N=24)，二者间无显著差异(Tukey's-test，P＞0.05)。产卵后10—60 d卵粒的过冷却点介于-22.8℃和-24.8℃之间，较产卵初期显著降低(Tukey's-test，P＜0.05)。然而，产卵后70 d卵粒的过冷却点较10—60 d显著提高(Tukey's-test，P ＜0.05)，达(-19.5 ±2.9)℃，与产卵初期无显著差异(Tukey's-test，P＞0.05)。产卵后第80天卵粒的过冷却点进一步提高，为(-17.3±3.6)℃。

图6 黄脊雷蓖蝗卵期的过冷却点Fig.6 The supercooling pionts of egg stages in Rammeacris kiangsu

3 讨论

黄脊雷蓖蝗在其分布区域均为1a发生1代，以卵越冬［4-5］。本研究的结果显示，产卵后置于不同的温度条件下，黄脊雷蓖蝗卵的孵化前期均较长，且孵化不整齐、孵化期间长。如25℃的温度条件下，其孵化前期达124 d，卵开始孵化至孵化92%需经70 d以上(图1)。昆虫进入滞育到滞育解除的过程，通常称为滞育发育，许多昆虫种类的滞育发育与温度有关，低于发育起点以下的温度有利于滞育发育的快速进行［11］。将黄脊雷蓖蝗的卵块进行30、60或90 d的低温处理可显著促进其卵的孵化(图2)。可见黄脊雷蓖蝗的卵存在滞育现象，低温能明显降低其卵滞育强度，低温处理的时间越长滞育解除的效果越明显。此外，其滞育发生不受母代光周期和温度的影响(图3)，显然作为一化性的昆虫种类，黄脊雷蓖蝗的卵滞育属于专性滞育。

将黄脊雷蓖蝗的卵置于25℃的温度条件下，产卵后100 d前后开始孵化。滞育卵长时间地置于不同于自然越冬条件的较高的温度条件下(如25℃)，其滞育强度会逐渐降低，而恢复发育，如中华稻蝗［17］，飞蝗［19］。对保存于25℃的卵粒进行解剖，其胚胎头幅、触角长度及体长的测量结果显示，产卵后40 d前胚胎持续发育，其后有一明显的发育停滞期，至产卵后80 d胚胎再度开始发育(图4)，与相同温度条件下卵的孵化情况基本吻合。因此，25℃温度条件下的黄脊雷蓖蝗胚胎发育可划分为3个阶段，即前期的持续发育阶段、中期的发育停滞阶段和后期的发育恢复阶段。在前期的发育阶段，其卵尚未进入滞育期(即胚胎仍处于发育阶段);产卵后40 d左右进入滞育，40—75 d的发育停滞阶段可视为卵的深度滞育期;产卵后80 d左右开始恢复发育，但卵粒间的胚胎发育程度差异较大，发育极不整齐，此时可称为后滞育期。许多产卵于土壤中的昆虫种类在胚胎发育过程中，卵粒需要吸收外界的水分。发生滞育的卵粒吸水可划分为3种类型:(1)卵粒本身含充足的水分进行胚胎发育，不需吸水，如家蚕Bombyx mori;(2)于进入滞育前，吸收后滞育发育必要的大部分水分，如澳洲黑蟋蟀Teleogryllus commodus;(3)滞育解除后吸水，如豆长刺萤叶甲Atrachya menetriesi［20］。黄脊雷蓖蝗的卵粒产下后水分含量较低，约为43%，在25℃的温度条件下于产卵后25 d前后有一快速的吸水阶段，其后卵粒的含水量增加缓慢(图4)。很显然，黄脊雷蓖蝗卵粒的吸水发生在进入滞育之前。

滞育的作用之一是提高昆虫耐受极端环境条件的能力，但在不同的昆虫种类中滞育和耐寒性的关联性存在差异［11，21-22］。一些种类的耐寒性与滞育不存在相关性，二者为独立或部分独立进化的特征，如Achaearanea tepidariorum［23］和Calliphora vicina［24］。一些种类耐寒性的提高与滞育发生密切相关，如Graphosoma lineatum滞育阶段的耐寒性显著提高［25］，而滞育是Pyrrhocoris apterus过冷却点降低的必备条件［26］。在25℃的温度条件下，黄脊雷蓖蝗卵粒过冷却点的变化亦包含3个阶段，即胚胎发育初期的较高阶段、中期持续而稳定的较低阶段、后期的提升阶段(图6)，与其滞育的发生基本吻合。因此，可以认为黄脊雷蓖蝗越冬卵耐寒性的提高与其滞育的发生密切相关。

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