不同突变体异色瓢虫取食人工饲料的适合度研究

李明凌，王森山，郝亚楠，秦亚龙，陈明娟，孙元星

(1.甘肃农业大学 植物保护学院，兰州 730070；2.甘肃省农作物病虫害生物防治工程实验室，兰州 730070)

基因多效性是生物体中普遍存在的一种现象，具体是指生物体某一基因发生突变往往会导致其他性状的改变[1]。近年来，有关昆虫体色基因的多效性已成为研究热点。大量试验表明昆虫体色的突变往往会在行为、生理和生活史等方面表现出多效性作用，并具有稳定的种群遗传特征[2-5]。例如，与正常型果蝇Drosophilasimulans相比，黄化型果蝇的抗紫外能力和交配成功率均显著下降[6-7]；而海灰翅夜蛾Spodopteralittoralis的黑化幼虫较正常型对白僵菌的抗性明显增强[8]。此外，研究表明体色相关基因发生突变还会影响昆虫对食物的利用效率，进而影响生长发育，如黑化型天幕毛虫Malacosomadisstria幼虫较正常型在取食相同食物后雄虫体型较小[9]。目前，有关昆虫体色相关基因多效性的研究主要集中于鳞翅目及膜翅目，而在鞘翅目中的研究相对较少。

异色瓢虫Harmoniaaxyridis属鞘翅目(Coleoptera)、瓢虫科(Coccinellidae)，是一种重要的捕食性天敌，在生物防治中应用广泛[10]。该瓢虫成虫鞘翅斑型多样，不同色型之间的生物学特性存在明显差异，是研究体色与环境适应机理的理想模式材料[11]。研究表明，异色瓢虫蛹及成虫的黑化程度与环境适应(主要为温度)密切相关[12-13]。近年来，部分研究还发现异色瓢虫黑化相关基因具有明显的多效性，如一种异色瓢虫浅色突变体gr与野生型相比，其幼虫的取食量和抗紫外能力均显著降低[14]；在3龄幼虫期沉默黑化相关基因可显著降低成虫的产卵量及卵孵化率[15]。

人工饲料在捕食性天敌的规模化生产中具有十分重要的作用。应用高效人工饲料饲养天敌不仅可以降低生产成本，而且可以长时间维持天敌种群数量的稳定[16-18]。目前，异色瓢虫的非昆虫源人工饲料主要以脊椎动物蛋白为主，其中以基于猪肝的饲料居多[19]。研究表明，相关饲料基本可以满足异色瓢虫生长发育的营养需求，但仍存在存活率较低、发育历期延长等诸多不利影响[20]。基于体色相关基因具有多效性的理论基础，筛选合适的表型个体对提高人工饲料的饲养效率具有重要意义。目前尚不明确不同黑化程度异色瓢虫个体取食人工饲料后的适合度是否存在差异。

甘肃农业大学植物保护学院害虫生物防治实验室在前期试验中发现了两个体色黑化程度截然相反的异色瓢虫个体，黑化型(ML)与浅色型(GR)。黑化型自二龄起，幼虫虫体各部分黑化程度明显加深，成虫鞘翅黑色斑点的黑化程度及斑点面积较野生型(WT)均增大(待发表)；浅色个体幼虫虫体呈金麒麟色，成虫鞘翅黑色斑点的黑化程度及斑点面积均较野生型减小，且与野生型相比其生物学特性具有明显差异[21]。同时，经一系列自交、回交及侧交试验证实，上述两个体色异常个体为具有稳定遗传特性的突变体。本试验基于上述两个突变体，通过人工饲料饲喂并测定其生长发育相关参数及成虫繁殖力，并与野生型进行比较，旨在明确二者取食人工饲料后的适合度差异。本研究结果对探究黑化相关基因的多效性及筛选更具规模化生产潜力的天敌具有指导意义。

1 材料与方法

1.1 供试昆虫

异色瓢虫黑化(ML)和浅色突变体(GR)均来自实验室长期饲养的种群，分别将两对成虫饲养于直径为5 cm的塑料培养皿内，每天提供充足的桃蚜并收集卵。将卵孵育在直径为3 cm的培养皿内并提供浸透水的棉球用以保湿，待卵孵化后，收集1龄幼虫用于后续试验。桃蚜种群饲养在室内盆栽的辣椒苗上。以上供试昆虫均饲养在人工气候箱内(上海跃进医疗器械有限公司，RQX-250；温度(25 ± 1)℃，光周期 L∶D=16∶8，相对湿度60 %)，并在相同条件下饲养黄底野生型异色瓢虫(WT)作为对照。两个突变体及野生型异色瓢虫各发育阶段的典型形态特征如图1 所示。

1.2 人工饲料配制

按照 Sun 等[22]所述配方及方法(稍有优化，成分见表1)配制人工饲料，且将所得人工饲料分装到1.5 mL离心管中并保存于-20 ℃ 冰箱，用于后期饲喂试验。

表1 异色瓢虫基础人工饲料配方

1.3 人工饲料饲喂

将黑化、浅色和野生型初孵幼虫单头饲养在3 cm的培养皿内(黑化与浅色型分别饲养60头幼虫，野生型饲养40头)，提供新鲜的人工饲料和浸透水的棉球用以保湿。每天观察和统计幼虫的发育和存活情况直到化蛹及羽化，饲料每两天更换1次。待成虫羽化后，收集成虫(羽化后24～36 h)并称量(SY204电子天平，上海佑科仪器仪表有限公司，精确至0.1 mg)。分别计算1龄发育至后续各阶段的存活率，并计算蛹-成虫的羽化率。在蛹期，收集未能正常羽化的蛹(5 d后仍未羽化)及鞘翅畸形的新羽化成虫，于相同光照条件下用松下DMC-GH5数码相机进行拍照。

1.4 繁殖力测定

筛选体型正常的个体，并进行配对，因浅色型新羽化成虫畸形个体比例较大，每种表型分别饲养6对。上述配对成虫分别饲养于直径为9 cm的培养皿内，每天提供充足的桃蚜并及时清理培养皿以保证适宜的饲养环境。待到雌虫开始产卵时，每天收集卵并统计产卵量，随后将卵转移至直径为3 cm的培养皿内，内加浸透水的棉球用以保湿，并统计孵化的幼虫数。共统计10 d。

1.5 数据统计与分析

采用SPSS 26软件进行数据分析。其中，存活率及羽化率采用2×2联表法进行分析。发育历期、新羽化成虫体质量、产卵量及卵孵化率采用单因素方差分析进行比较，并用Tukey HSD 法进行多重比较(P<0.05)。

2 结果与分析

2.1 存活率与羽化率

发育至2龄，黑化型的存活率为100%，显著高于浅色型(83.30%)及野生型(91.90%)，而浅色型与野生型间无显著差异。发育至3、4龄的存活率在3种表型间均无显著差异。发育至蛹期，浅色型的存活率(70.00%)显著小于野生型(89.20%)，而黑化型与野生型及浅色型均无显著差异。发育至成虫，黑化型的存活率(74.07%)显著高于浅色型，但与野生型(86.50%)差异不显著(图2-A)。

3种表型异色瓢虫的蛹-成虫羽化率存在显著差异。其中黑化型的羽化率为100.00%，显著高于野生型(67.00%)和浅色型(43.00%)，浅色型与野生型的羽化率无显著差异(图2-B)。此外，黑化型羽化成虫表型全部正常，畸形率(0)显著低于浅色型(21.4%)与野生型(12.1%)(图 2-B)。野生型与浅色型畸形个体的典型表型如图2-C所示。

2.2 发育历期

在1龄发育过程中，浅色型的平均发育历期(2.8 d)显著长于野生型(2.3 d)与黑化型(2.6 d)。3龄时，黑化型的平均发育历期(5.5 d)显著高于浅色型(4.8 d)和野生型(4.9 d)。4龄时，黑化型和浅色型发育历期均显著长于野生型。黑化型幼虫-成虫的总发育历期为27.15 d，显著长于野生型(24.50 d)，但二者均与浅色型(25.9 d)无显著差异。此外，2龄及蛹期的发育时间在3种表型间均无显著性差异(表2)。

2.3 新羽化成虫体质量

3种表型异色瓢虫新羽化雌雄成虫体质量均存在显著性差异。其中，黑化型雌成虫的平均体质量(0.018 9 g)显著高于浅色型(0.014 6 g)，但与野生型(0.016 3 g)无显著差异(图3-A)。黑化型雄成虫平均体质量(0.016 6 g)也显著高于浅色型(0.013 5 g)，且高于野生型(0.013 3 g)，而浅色型与野生型间无显著性差异(图3-B)。

2.4 繁殖力

黑化、浅色和野生型异色瓢虫在10 d内的日平均产卵量分别为30.4、21.8和25.3粒，黑化型相对较高但无显著性差异；卵孵化率分别为 34.4%、30.5%和46.1%，虽野生型相对较高，但与其他二者均无显著差异(表3)。

表3 不同表型异色瓢虫成虫的繁殖力

3 讨 论

本研究测定了异色瓢虫两个体色突变体取食人工饲料后的适合度。结果表明，黑化型对人工饲料表现出良好的适应性，其1龄幼虫存活率及蛹-成虫羽化率均高达100%，显著高于浅色和野生型，幼虫发育至成虫的存活率也显著高于浅色型，且与野生型无显著差异。此外，本试验还发现黑化型的新羽化成虫均正常，而野生型及浅色型羽化成虫中均有部分畸形个体。上述结果可能是由以下几方面的原因造成的。首先，蛹能否正常羽化主要取决于蛹体的营养水平。研究表明，异色瓢虫幼虫期取食蚜虫较取食花粉具有更高的羽化率，这主要是因为花粉所含营养不及蚜虫造成的[23]。由此推定黑化型的蛹体可能具有更多的营养积累。已有研究表明，黑化相关基因在异色瓢虫各个发育阶段均有组成型表达，其发生突变可能会影响整个发育阶段的食物利用效率，从而影响低龄幼虫存活和成虫羽化[24]。其次，瓢虫取食人工饲料后体内可能产生某些有害成分，并随生长发育不断积累，而黑色素具有免疫防御功能，能降低这些物质对生长发育的不利影响[25]。研究表明，黑色素在异色瓢虫蛹期时含量最高[24]。因此，黑化型体内积累的黑色素可在蛹期为变态发育提供良好环境。

此外，本研究发现取食同种人工饲料后，黑化型新羽化雌雄成虫体质量均显著高于浅色型，且雄虫体质量显著高于野生型。这进一步表明，黑化个体的取食量或食物利用效率较其他两种表型有明显提高。已有研究表明，浅色突变体对桃蚜的捕食量及新羽化成虫体质量均显著低于野生型[21]，该研究结果可进一步证实上述结论。另外，黑化型1龄-成虫的发育历期(27.2 d)显著长于浅色(25.9 d)和野生型(24.5 d)。上述发育历期延长也是黑化途径异常所表现出的一种多效性影响。张道伟等[26]发现，异色瓢虫体内黑色素缺乏会导致4龄幼虫发育历期缩短，提前化蛹。成虫体质量与体内资源分配密切相关，从而在很大程度上决定其繁殖力[27-28]。在本试验中，黑化型取食桃蚜后的日平均产卵量最高(30.4粒)，浅色型最低(24.8粒)，野生型居中(25.3粒)。上述结果表明，应用人工饲料饲养黑化型异色瓢虫，所得成虫在田间取食蚜虫后将具有相对较高的繁殖力，可快速扩大种群，具有良好的应用潜能。

综上所述，3种表型异色瓢虫取食人工饲料后，黑化突变体的适合度最高，而浅色突变体的适合度最低，表明黑化程度对异色瓢虫的人工饲料利用效率具有明显影响。本研究结果将为进一步揭示异色瓢虫黑化相关基因的多效性作用及其机理奠定基础，同时也为后续筛选适于室内规模化饲养的天敌昆虫提供参考。