补充营养对草地贪夜蛾成虫存活和繁殖的影响

冯 波，朱晓明，钟 玲，王 希，梁淑平，刘万才，郭前爽，杜永均*

（1. 浙江大学农药与环境毒理研究所，杭州 310058；2. 温州医科大学公共卫生与管理学院，温州 325035；3. 全国农业技术推广服务中心,北京 100125；4. 江西省植保植检局，南昌 330000）

迁飞性害虫羽化时并未性成熟，不能立即进行交配和繁殖后代，而是需要通过补充营养促使自身性成熟。同时补充营养可以通过延长雌蛾寿命、产卵历期、增加产卵量和卵孵化率等来提高雌蛾的繁殖能力[1]。但是，实际研究中人们发现，补充营养可能并不显著影响迁飞性雌蛾的产卵量、产卵前期、产卵期、平均寿命、交配率、交配次数以及卵孵化率等，如甜菜夜蛾Spodoptera exigua(Hübner)[2]。因此营养条件对迁飞性害虫繁殖能力的影响可能依害虫种类和幼虫寄主的营养状态不同而有显著差异。

草地贪夜蛾Spodoptera frugiperda(Smith)是一种远距离迁飞性害虫，借助风力每晚可飞行100 km，如果风向或风速适宜，迁飞距离会更长[3]。2019年1月在我国云南普洱市江城县首次发现草地贪夜蛾危害后，该虫已蔓延至除少数几个省外的全国区域。研究发现，幼虫食物能够影响草地贪夜蛾成虫的生殖能力，如取食甜质型玉米的草地贪夜蛾比取食糯质型玉米具有更高的内禀增长率和净生殖力[4]。与玉米功能叶相比，取食雌穂及心叶等幼嫩组织的草地贪夜蛾成虫产卵量及卵孵化率均显著升高[5]。成虫补充糖也能够显著增加单对配对的草地贪夜蛾雌蛾寿命、产卵期、产卵量及卵孵化率[6]。然而补充营养对草地贪夜蛾成虫交配繁殖的影响至少还有以下几个问题不清楚：(1)补充营养是否对草地贪夜蛾成虫交配、雌蛾卵巢发育存在影响？(2)成虫在补充营养时分别取食了水分和糖分，这两种物质是否均对草地贪夜蛾的交配繁殖产生影响？

本文详细研究了不喂食、喂食纯水和喂食蜂蜜水对草地贪夜蛾存活、卵巢发育、交配、产卵和卵孵化率的影响，明确营养条件对草地贪夜蛾生存和繁殖的影响，为草地贪夜蛾的精准监测和有效防控提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试虫

草地贪夜蛾卵块采自云南省玉溪市通海县和江西赣州。带回室内在室温（25±2）℃和自然光照条件下，用大喇叭口期新鲜玉米（万盛68）植株进行饲养。当幼虫生长到3龄后，将单个幼虫放入50 mL离心管中，每天检查更换幼虫食料，直至化蛹。将蛹移入新的50 mL离心管中，加入湿棉花保持湿度。每天检查成虫羽化情况，利用前翅特征分别雌雄。成虫羽化后立即进行试验。

1.2 喂食对草地贪夜蛾存活、交配和卵巢发育的影响

本试验分为3个处理：不喂食物、喂足量纯水和喂足量10%蜂蜜水。将新羽化的草地贪夜蛾按6雄×6雌配对成为1组，每处理6组重复，共36对成虫。每天9：00和18：00记录各笼中网壁上的产卵量、卵孵化的幼虫数量和雌、雄蛾的死亡数量。同时对死亡雌蛾进行解剖，检查卵巢发育等级和交配囊中的精包数量，直至笼中雌、雄蛾全部死亡。

1.3 雌蛾生殖系统解剖

将雌蛾体背面向上，从基部取下腹部，放入75%酒精中，利用镊子将腹部各节的背板和腹板去掉，找到雌蛾的卵巢，参考冯波等[7]的方法对雌蛾卵巢进行分级。同时找到交配囊，利用镊子撕破交配囊，检查其内含有的精包数量，记录雌蛾的交配次数。

1.4 数据统计与分析

数据分析采用软件 SPSS 17.0。不同食物类型雌蛾间的卵巢发育等级和交配次数先进行皮尔森卡方（Pearson Chi-Square）检验，多组平均数间显著性分析采用Tukey法，两组平均数间比较采用Student’st-检验法。利用双变量相关性分析中的Pearson相关系数进行相关性分析，相关性分析的显著性用双尾t检验分析。回归分析采用线性回归法。显著性分析时P值大于0.05表示差异不显著，小于0.05表示差异显著。

2 结果与分析

2.1 喂食对草地贪夜蛾雌、雄成虫存活时间的影响

喂食纯水雌、雄蛾的存活时间均为2～13 d，平均存活时间分别为（6.57±0.51）d和（6.59±0.47）d。喂食蜂蜜水雌、雄蛾的存活时间分别为3～18 d和2～15 d，平均存活时间分别为（8.06±0.64）d和（6.34±0.62）d。不喂食雌、雄蛾的存活时间为2～4 d，平均存活时间分别为（3.10±0.14）d和（3.16±0.12）d。显著性分析表明，食物类型对雌、雄蛾存活时间均存在显著影响（P＜0.001）。不喂食雌蛾的存活时间显著短于喂食纯水和蜂蜜水（P＜0.001），喂食蜂蜜水雌蛾的存活时间虽然明显长于喂食纯水，但是两者差异并不显著（P＝0.081）。不喂食雄蛾的存活时间显著短于喂食纯水和蜂蜜水（P＜0.001），但喂食蜂蜜水和纯水雄蛾的存活时间无显著差异（P＝0.918）。同一喂食方式中雌、雄蛾存活时间差异均不显著（P≥0.074）（图1）。

图1 不同喂食条件下草地贪夜蛾雌、雄蛾的存活时间Fig. 1 Lifespan of S. frugiperda male and female moths with different food

2.2 喂食对草地贪夜蛾卵巢发育的影响

不喂食雌蛾的卵巢等级为1～2级，但有1头雌蛾的卵巢达到4级，占雌蛾总量的2.8%，平均卵巢等级为 1.94±0.12。喂食蜂蜜水雌蛾的卵巢等级为1～5级，其中卵巢未发育成熟（1～2级）雌蛾11只，占雌蛾总量的30.6%，平均卵巢等级为3.69±0.33。喂食纯水雌蛾的卵巢等级为1～5级，其中卵巢未发育成熟（1～2级）雌蛾14只，占雌蛾总量的 38.9%，平均卵巢等级为 3.44±0.32。皮尔森卡方（Pearson Chi-Square）检验表明，不同食物类型的卵巢发育等级差异显著（P＜0.001）。显著性分析表明，不喂食雌蛾卵巢等级显著小于喂食纯水和蜂蜜水雌蛾（P＜0.001），但喂食蜂蜜水和纯水雌蛾的卵巢等级无显著差异（P＝0.851）（图2）。

图2 不同喂食条件下草地贪夜蛾雌蛾卵巢的发育等级Fig. 2 Ovary grade of S. frugiperda female moths with different food

2.3 喂食对草地贪夜蛾交配的影响

喂食纯水的雌蛾交配率为50%～83.3%，平均为61.11%±5.56%。喂食蜂蜜水的雌蛾交配率为50%～83.3%，平均为66.67%±6.09%。不喂食的雌蛾交配率为16.7%～33.3%，平均为22.22%±3.51%。显著性分析表明，食物类型对雌蛾交配率存在显著影响（P＜0.001），不喂食雌蛾的交配率显著小于喂食纯水和蜂蜜水（P＜0.001），喂食蜂蜜水和纯水雌蛾的交配率无显著差异（P＝0.733）（图3A）。

喂食纯水的雌蛾交配次数为1～3次，平均为1.45±0.15次；喂食蜂蜜水的雌蛾交配次数为1～4次，平均为1.67±0.22次；不喂食的雌蛾交配次数为1～2次，平均为1.11±0.08次；喂食不同食物类型的雌蛾交配次数差异不显著（P＝0.265）（图3B）。

图3 喂食对草地贪夜蛾雌蛾交配率（A）和交配次数（B）的影响Fig. 3 Effect of feeding on the mating ratio (A) and mating frequency (B) of female S. frugiperda

2.4 喂食对草地贪夜蛾雌蛾交配和卵巢发育关系的影响

在喂食纯水、蜂蜜水和不喂食雌蛾中，卵巢未发育成熟（1～2级）雌蛾的交配比例分别为21.4%、18.2%和22.9%，雌蛾的交配次数均为1次。喂食纯水和蜂蜜水雌蛾中，卵巢发育成熟（3～5级）雌蛾的交配比例分别为86.4%和88.0%，交配次数分别为（1.53±0.14）次和（1.73±0.18）次。相关性分析表明，喂食纯水、蜂蜜水和不喂食的雌蛾卵巢发育等级与交配次数之间存在极显著正相关性（P≤0.001）（图4）。

图4 草地贪夜蛾雌蛾交配和卵巢发育的关系Fig.4 The relationship between mating times and ovary grade of female moth of S. frugiperda

2.5 喂食对草地贪夜蛾雌蛾繁殖力的影响

喂食纯水、蜂蜜水和不喂食雌蛾的平均产卵量分别为（436±55.6）、（1281.3±150.1）和（5.8±5.8）枚，显著性分析表明，喂食蜂蜜水雌蛾的平均产卵量显著高于喂食纯水（P＜0.001），再显著高于不喂食雌蛾（P＝0.013）（图5A）。喂食纯水、蜂蜜水和不喂食雌蛾产卵的孵化率分别为（95.3±3.9）%、（99.8±0.1）%和（3.0±3.0）%，显著性分析表明，喂食蜂蜜水的雌蛾产卵的孵化率与喂食纯水的雌蛾无显著差异（P＝0.941），均显著高于不喂食的雌蛾（P＜0.001）（图5B）。

图5 喂食对草地贪夜蛾产卵量（A）和卵孵化率（B）的影响Fig. 5 Effect of feeding on the egg reproduction (A) and hatch ratio (B) of S. frugiperda

3 讨论

迁飞性害虫羽化时卵巢并未发育成熟，雌蛾通常需要补充营养物质，包括糖和其他碳水化合物、蛋白、脂肪等，促进雌蛾卵巢发育成熟，因此补充营养可能影响雌蛾的繁殖能力[8,9]。补充营养可以通过延长雌蛾寿命、产卵历期、增加产卵量和卵孵化率等来提高雌蛾的繁殖能力[1]。现实中，补充营养对雌蛾繁殖能力的影响随着害虫种类不同而不同，这方面的报道较多，如补充营养能显著增加二点委夜蛾Athetis lepigone雄蛾寿命、雌蛾产卵期和产卵量，但对雌蛾寿命、产卵前期、交配率、交配次数和卵孵化率无显著影响[10]；除了产卵期和产卵量外，补充营养还能够显著提高甜菜夜蛾Spodoptera exigua卵孵化率、雌蛾交配率、卵巢长度和重量及体内脂肪含量[11]；补充营养也能够增加大豆夜蛾Anticarsia gemmatalis和烟芽夜蛾Heliothis virescens的繁殖力和成虫寿命[12]；糖对甜菜青野螟Spoladea recurvalis的飞行活动和存活率都有相当大的影响[13]；也有研究指出，成虫期营养对甜菜夜蛾产卵量、产卵前期、产卵期、平均寿命、交配率、交配次数以及卵孵化率等均无显著影响[2]；同时小蔗螟Diatraea saccharalis、鳄梨织蛾Stenoma catenifer和Gymnandrosoma aurantianum成虫不需要任何碳水化合物来维持其繁殖[12]。

最近有研究发现，补充糖能够显著增加单对配对的草地贪夜蛾雌蛾寿命、产卵期、产卵量及卵孵化率，但是补充糖的种类对雌成虫寿命、产卵期、产卵量及卵孵化率几乎无影响[6,14]。本研究发现，将草地贪夜蛾按照6雄6雌配对后，相对于纯水，喂食蜂蜜水并不显著影响雌蛾的卵巢发育等级、雌蛾的交配率和交配次数，表明补充糖类营养并不是草地贪夜蛾雌蛾卵巢发育，雌、雄蛾性成熟和交配等所必须的。单纯补充纯水的草地贪夜蛾雌蛾也能完成卵巢发育和性成熟，并且进行正常的交配，证明草地贪夜蛾雌蛾卵巢发育的物质来源并不是其取食的糖类营养物质。研究发现，在斜纹夜蛾Spodoptera litura卵巢发育过程中，甘油三酯从脂肪体转移到卵巢，从而保证雌蛾卵巢的正常发育[15]。草地贪夜蛾雌蛾羽化时，未发育成熟的卵巢周围有大量脂肪体，这些脂肪体储备了幼虫阶段累积的营养物质，为卵巢发育提供了需要的所有物质，这与非洲粘虫Spodoptera exempta相同[16]。本研究同时发现，饲喂纯水草地贪夜蛾能够正常产卵，并且卵的孵化率和喂纯蜂蜜水雌蛾无显著差异，再次证明即使不补充糖类营养物质，草地贪夜蛾雌蛾也可以利用体内储存的大量脂肪体保证卵子正常发育。由于体内储存的脂肪体被大量用于卵巢发育，雌蛾用于维持生命的能量物质减少，导致饲喂纯水草地贪夜蛾雌蛾的存活时间明显变短，成虫补充糖类营养能够延长雌蛾的存活时间。但是本研究发现，补充糖类营养并不显著影响草地贪夜蛾雄蛾的存活时间，这可能是由于雄蛾的主要任务是交配，并且交配行为发生主要在雌蛾产卵之前。和雌蛾一样，新羽化雄蛾体内也有大量脂肪体，这些脂肪体足以保证雄蛾完成交配。由于补充糖类营养既不是草地贪夜蛾雌蛾卵巢发育、性成熟和交配等必须的，也不是雄蛾生存和交配必须的，因此利用食诱进行草地贪夜蛾防控时，可能并不能有效减少田间雌、雄蛾的交配率、交配次数、首次产卵雌蛾的数量和产卵量，其防效可能远远低于利用补充糖类营养进行卵巢发育和性成熟的蛾类害虫。

由于雌蛾体内储备的营养有限，雌蛾不补充糖类营养，待其体内积累的脂肪体大量消耗之后，不能再为卵子发育提供充足营养时，卵巢就不能正常发育，导致饲喂纯水草地贪夜蛾雌蛾的产卵量显著降低，因此成虫补充营养能够进一步促进卵子的发育，增加雌蛾的产卵量[17]。我们研究发现，花香诱或食诱剂引诱的绝大部分雌蛾已经交配并且很多处于产卵后期（杜永均等，未发表），证明草地贪夜蛾主要是在产卵后期或完成之后，通过补充营养保证下一次的卵子发育，再次证明食诱主要诱杀已经产卵雌蛾，从而降低雌蛾的产卵时间和产卵数量。因此幼虫期营养是决定雌蛾潜在繁殖力的基础，成虫期补充营养在将潜在繁殖力转化成实际繁殖力中发挥主要作用[18]。对于棉铃虫的研究也发现，补充营养对雌蛾寿命、交配率、产卵量的影响受幼虫营养条件的调控[19,20]。补充营养对羽化时卵巢发育成熟害虫的繁殖力可能也存在影响，例如补充营养提高了梨小食心虫Grapholitha molesta雌蛾的产卵历期、产卵量和卵孵化率，但是降低了雌蛾寿命[21]。

本研究发现，完全不喂食时，草地贪夜蛾雌、雄蛾的存活时间均显著缩短，同时雌蛾的卵巢发育受到明显抑制，几乎无发育成熟卵巢，其交配比例很低，即使交配，由于体内无成熟卵，产卵量和卵的孵化率也极低，表明水对于草地贪夜蛾等羽化时卵巢未发育成熟个体的存活、卵巢发育、性成熟、交配和产卵极其关键。类似的研究结果在甜菜夜蛾中也发现。不喂食大大缩短了甜菜夜蛾雌蛾寿命和产卵期，降低了雌蛾卵巢管长管、卵巢鲜重、雌蛾交配率和体内可溶性蛋白含量，产卵量和卵孵化率极低[11]。无论是否交配，未取食花蝽Orius pumilio成年雌性均不产生酶联免疫吸附可检测到的卵黄蛋白，显微镜下也没有发现卵泡发育[22]。在卵发育过程中，卵母细胞质量和体积增加，除了需要大量吸收蛋白质和脂质外，还需要吸收大量的液体（包括离子和水）[23]。另外，吸食水分有利于幼虫期储存脂肪的水解，从而使储存的营养得到比较充分的利用。除了成虫外，水对捕食性盲蝽Dicyphus errans若虫的发育也至关重要，即使在向盲蝽提供动物食物的情况下，水的供应也至关重要[24]，甚至有学者认为捕食性盲蝽Dicyphus hesperus取食植物就是为了获取足够的水分[25]。用水饲养10 d的未飞行斜纹夜蛾体内的不饱和脂肪酸水平与飞行12 h后的三日龄雄性几乎没有变化[15]。仅以水为食时，大豆夜蛾和小蔗螟的交配次数更多[12]。