食物种类和饲养基质对门源蝠蛾(Hepialus menyuanicus)幼虫生长发育特性的影响

曹正飞,王 涛,李秀璋,唐楚煜,贺 辉,李玉玲

(青海大学畜牧兽医科学院,青海 西宁 810016)

门源蝠蛾(Hepialusmenyuanicus)幼虫是冬虫夏草菌(Ophiocordycepssinensis)侵染的优势种之一[1],主要分布于我国四川、云南、甘肃、青海、西藏等地,表现出明显的地带性和垂直分布特性。以上地区气候特点为典型的青藏高原气候,日照充足、年积温低、强紫外线辐射、昼夜温差大、无绝对无霜期、冻土时间长,小气候差异大且局部存在现代冰山;土壤种类为高寒草甸土;植被种类较多,但均存在大量的金露梅、银露梅、蕨麻、嵩草等[3]。在青海省内主要分布在三江源4 000 m左右的高海拔地区,单个分布区内受山脉坡向、海拔、小气候等影响较大[2]。研究发现蝙蝠蛾属幼虫更倾向于在富含腐殖质的土壤中构筑虫道,这种蓬松的黑色沙土是由密集腐朽草根构成的,幼虫较易向下钻挖,且因植被根系较多而易取食。蝙蝠蛾幼虫取食习性为杂食性,通过对白马蝠蛾有关文献报道进行分析,发现在实验室单一食物种类饲养、混合食物种类饲养和野外杂食性饲养三种不同条件下,杂食性幼虫的氨基酸种类较多,但水平不高,幼虫生长缓慢;室内混合材料饲养的氨基酸种类和水平均不高幼虫生长较快;单一材料饲养具有最高的氨基酸水平,但种类比杂食性少,多为必需氨基酸,幼虫生长发育最快,龄期跨越所需时间较短。研究认为食物种类可以加速或延长幼虫的发育周期[4]。其中,野外饲养组在多个营养成分上显著优于人工饲育组,可能是由于人工模拟的环境与自然环境存在差异而导致的。

也有学者发现,共有10个科15种植物可以供康定蝠蛾幼虫正常取食生长,但缺少对其蜕皮、化蛹变态发育的深入研究。从文献报道来看,蝙蝠蛾幼虫对植被种类的取食喜好,显著影响了幼虫自身的生长发育水平[5]。李全平[6]通过考察蝙蝠蛾幼虫的存活率、幼虫历期、雌蛹重和产卵量,分析不同食物种类胡萝卜(Daucuscarota)、圆穗蓼(Polygonummacrophyllum)、珠芽蓼(Polygonumviviparum)、蕨麻(Potentillaanserina)、小大黄(Rheumpalmatum)、慈姑(Sagittariatrifolia)、菊芋(Helianthustuberosus)等对幼虫的营养效果,其中蕨麻的饲养效果最好,但其它组幼虫也可以完成整个生活史。刘飞等[7]通过对幼虫的饲养试验证实,胡萝卜组幼虫生长发育最快、存活率最高,达到30.30%,许多实验室的试验结果也表明其存活率处于较高水平。随着对食物种类营养成分的进一步分析,更有趣的结果出现了,胡萝卜仅有较好的水分含量,蛋白质、粗灰分和可溶性糖均较低,较高的水含量有助于改善培养基的湿度,保持幼虫生长的环境湿度,这可能是幼虫具有较高存活率的原因之一[8-10]。有研究指出,环境湿度也会影响幼虫的生长发育。干燥环境会刺激幼虫抗逆激素的合成,如JHⅢ、蜕皮激素等,从而抑制幼虫的生长发育[11]。

因此,幼虫虫体的营养水平并不能够简单地反应幼虫的发育水平,关于食物种类和饲养基质对幼虫生长发育的影响仍需进一步研究。本文在实验室中常用的蝙蝠蛾幼虫饲养食物基础上,结合陈一凯等[12-14]对蝙蝠蛾幼虫进行饲养发现的多个喜食性植物种类与青海省海北州门源回族自治县(H:3 200 m,N:101.621 9°,S:37.376 1°)门源蝠蛾分布区内的优势种植被,经综合分析,选择4种饲养食物Z1:珠芽蓼、J2:蕨麻、D3:大黄和H4:胡萝卜。饲养基质的选择参考已有报道,G(高寒土)>Y(椰糠粉)>N(泥炭土)。土壤基质和饲养材料按2∶1配置,虫口密度按200头·Kg-1·m-2,按照比例进行幼虫饲养。采用灰色关联度分析法,通过分析6种营养物质(CP、CF、SS、Ash、H2O和CHO)的含量,对饲养材料的综合营养水平进行评价;分析食物种类营养水平和饲养基质对幼虫生长发育的影响,为门源蝠蛾幼虫的人工饲育提供参考。

1 试验材料

1.1幼虫与饲养食物

3～5龄期是幼虫取食量较大、生长发育较快的时期,故选择刚刚蜕皮的门源蝠蛾3龄幼虫为试验材料(见表1)。幼虫采集于青海省海北藏族自治州门源回族自治县(H:3 200 m,N:101.621 9°,S:37.376 1°),由青海大学畜牧兽医科学院冬虫夏草研究室提供。因该地区气候寒冷、常常处于高原反射、风雪等恶劣天气条件下,并且生长的温度条件相对苛刻,最适合的生长温度范围为5℃～20℃之间。这里是冬虫夏草的重要产区之一。冬虫夏草一般分布在海拔3 000～5 000 m的地区,具有喜冷凉、耐湿的特性。因此,高海拔地区寒冷、潮湿的气候很适合虫草的生长。

表1 幼虫饲养前发育现状

1.2试验设计

试验采用食物种类和饲养基质的双因素互作的完全随机设计(见表2)。其中,采用灰色关联度法对4种饲养食物Z1、J2、D3和H4的营养物质及营养水平进行综合评价;饲养基质的选择基于自然条件下最适宜的G1、人工饲养较适宜的Y2、一般性饲养基质适宜性较低的N3,共设Z1G1、Z1Y2、Z1N3、J2G1、J2Y2、J2N3、D3G1、D3Y2、D3N3、H4G1、H4Y2和H4N3共12个处理,饲养50 d,3次重复,每处理小区0.25 m2。如Z1G1:将83 g珠芽蓼切成3 cm×3 cm的小块和167 g高寒土(1∶2)混合后放入0.25 m2(50 cm×50 cm)的透明塑料饲养框(高15 cm)内,投入50头幼虫开始饲养,隔绝光照,温度为16℃,基质湿度为60%,其它处理类似[13]。

表2 食物种类和基质设计表

1.3试验方法

采用灰色关联度将CP、CF、SS、Ash、H2O和CHO 6个指标视为一个整体,综合评价4个植物种类营养水平的高低。因各指标测定值相差较大,不易比较,所以采用均值化法进行标准化处理。先分析各指标之间的相关性(见表3),正相关用各测定值除以参考数列相应的期望指标,负相关取其倒数得到均值化新数列Mi。以6个营养指标进行综合评价,不同食物种类用N表示,指标用k表示,各食物种类在指标处的值构成比较数列Nk,选择各指标最大值组成母序列N0。使用以下公式计算关联度系数、等权关联度、权重系数及加权关联度。P为分辨系数,一般取P=0.5。

表3 营养指标之间的相关性分析

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

其中,xi(k)为原始数据,x0(k)为母序列,min(i)min1x0(k)-x1(k)1为两个层次的最小差;max max1x0(k)-xi(k)1为两个层次的最大差;Mi为原始数据均值化后的数列值;ξ i(k)为关联度系数;γi为等权关联度;ωi为权重系数;γi＇为加权关联度。

1.4数据处理

食物种类、基质及其互作对幼虫头壳宽、体长、体重及存活率的影响。实验数据经Excel软件处理后,采用SPSS 23.0软件进行双因素分析,并对各组合内测定数据分别进行头壳宽、体长、体重及存活率的差异显著性分析,结果以Mean±SEM表示,显著性水平为P<0.05;最后对头壳宽、体长、体重和存活率分别进行食物种类和饲养基质的Person相关分析。

2 结果与分析

2.14种食物的营养成分分析及综合评价

在4个不同的食物种类中,胡萝卜具有最高的水分含量(P<0.05);珠芽蓼具有最高的CF、SS、Ash和H2O(P<0.05);大黄具有最高的CHO(P<0.05);蕨麻具有最高的CP和水分含量(P<0.05)(见表3)。4种食物富含的营养物质各有差异,因此,需要借助灰色关联度分析法对食物种类的营养水平进行综合评价(见表4)。在灰色关联分析中,关联度的大小反映了各因子重要性的差异,关联度越大该因子的作用越大,等权关联度排序和加权关联度排序结果一致,其结果能够更真实地反映各个食物种类营养水平的高低。排序表明:珠芽蓼具有最高的营养水平,蕨麻具有较高的营养水平,大黄和胡萝卜的营养水平较低(见表5)。

表5 不同食物种类的营养物质比较

2.2食物种类和饲养基质互作对门源蝠蛾幼虫头壳宽的影响

食物种类和饲养基质对幼虫头壳宽具有显著影响(P<0.05),且存在互作效应(P<0.05)。同一饲养基质下,随着食物种类营养水平的升高,头宽为Z1>J2>D3>H4(P<0.05);同一食物种类下,随着饲养基质的适宜性升高,头壳宽为G1>Y2>N3(P<0.05),且在各个饲养基质下,幼虫头壳宽随食物营养水平的提高而增加(见表6)。

表6 食物种类和饲养基质互作对幼虫头壳宽的影响

2.3食物种类和饲养基质互作对门源蝠蛾幼虫体长的影响

食物种类和饲养基质对幼虫体长具有显著影响(P<0.05),且存在互作效应(P<0.05)。同一饲养基质下,随着食物种类营养水平的升高,体长为Z1>J2=D3=H4(P<0.05);同一食物种类下,随着饲养基质的适宜性升高,G1=Y2>N3(P<0.05),且在各个饲养基质下,幼虫体长在食物营养水平最高时体长最大(见表7)。

表7 食物种类和饲养基质互作对幼虫体长的影响

2.4食物种类和饲养基质互作对门源蝠蛾幼虫体重的影响

食物种类和饲养基质对幼虫体重具有显著影响(P<0.05),互作效应显著(P<0.05)。同一饲养基质下,随着食物种类营养水平的升高,体重为Z1>J2>D3>H4(P<0.05);同一食物种类下,随着饲养基质的适宜性升高,体重为G1>Y2>N3(P<0.05),且在各个饲养基质下,幼虫体重随食物营养水平的提高而增加(见表8)。

表8 食物种类和饲养基质互作对幼虫体重的影响

2.5食物种类和饲养基质互作对门源蝠蛾幼虫存活率的影响

食物种类和饲养基质对幼虫存活率均有显著影响(P<0.05),但不存在互作(P>0.05)。同一饲养基质下,随着食物种类营养水平的升高,Z1具有最高的存活率(P<0.05),但H4组幼虫存活率高于J2和D3(P<0.05);同一食物种类下,随着饲养基质的适宜性升高,存活率为G1>Y2>N3(P<0.05)。因此,当幼虫饲养死亡率较高时,可以考虑更换食物种类,将胡萝卜作为饲养食物(见表9)。

表9 食物种类和饲养基质互作对幼虫存活率的影响

2.6相关性分析

食物种类与头宽、体重、体长和存活率呈显著正相关(P<0.05),相关关系依次为:头宽>体重>体长>存活率,表明食物种类对头宽的促进作用最大。饲养基质与头宽、体长、体重、存活率均呈显著正相关(P<0.05),相关关系依次为:体重>头宽>体长>存活率,表明饲养基质对体重的促进作用最大(见表10)。

表10 食物种类和基质与头壳宽、体长、体重及存活率的相关性研究

3 讨论与结论

昆虫与寄主植物的关系一直是相关学者研究的热点问题,传统观点认为植物是昆虫进行生命活动所需营养的重要来源。虽然有些幼虫属杂食性,也可以土壤腐殖质为食,如蝙蝠蛾属幼虫,但这种取食方式对幼虫的生长发育是不利的,幼虫长期取食腐殖质,导致其体内氨基酸水平降低,生长发育受限[12]。因此,食物种类的选择是蝙蝠蛾属昆虫人工饲养的关键问题。

冬虫夏草的寄主昆虫主要生长在青藏高原,是生态分布中植被盖度与丰度较大的优势种,因此本试验对所选择的4种食物种类的分析结果与陈一凯[13]通过叶碟法对蝙蝠蛾13种伴生植物所做取食试验结果相似。4个食物种类中,珠芽蓼具有最高的粗纤维、可溶性糖、粗灰分和水含量,蕨麻具有最高的粗蛋白和水含量。饲养结果显示,用珠芽蓼或蕨麻饲养幼虫,其生长发育较好[14]。此外,黄雪峰和高有华等[5,15]认为,胡萝卜是较为经济实用的饲养食物,而且胡萝卜可以有效控制环境湿度,加快幼虫生长发育的速度。鲁增辉等[8]发现,在饲养过程中,胡萝卜仅适用于低龄幼虫的饲养,长期使用胡萝卜饲养易使高龄幼虫(6龄)因出现蜕皮障碍而致死,用珠芽蓼饲养则不会出现这种现象。再者,在人工饲养过程中,饲养食物还出现过发霉现象,因此,后续研究可以尝试添加防腐剂避免饲养食物出现发霉问题。防腐剂应具备以下特点:一是无气味。幼虫为地下昆虫,在取食时多依靠嗅觉寻找食物[16],添加有气味的添加剂将会影响幼虫对饲养材料的取食;二是不宜过于干燥。幼虫生活的土壤基质对环境湿度有较高要求。李文佳等[17]在对小金蝠蛾的室内饲养试验中发现,高寒草甸土为30%时最佳,椰糠粉为80%时最佳,泥炭土为40%时最佳,过于干燥的防腐剂会使饲养基质的环境湿度降低,影响幼虫的生长发育。可以通过对基质的湿度控制达到幼虫生长所需的湿度需求,从而提高幼虫的存活率,说明基质饲养的环境要求低于无基质饲养。在食物和基质饲养中,幼虫在食物和基质的内部活动,这一活动空间不仅为幼虫提供了安全稳定的生存环境,食物中的部分微量元素和基质中的部分有机质也能被幼虫取食吸收,为幼虫提供了丰富的营养物质,从而提升了幼虫的存活率。

蝙蝠蛾属幼虫的饲养方法多年来不断改善,但仍有许多问题尚未被解决。本试验采用室内天然饲料饲养方法,将食物种类与饲养基质和幼虫按照一定比例加入到塑料框中进行饲养。由于幼虫钻到土壤深层,实验员难以观察到幼虫的生长发育状况,如蜕壳、死亡等,多次更换或翻动土壤基质会破坏幼虫已经建成的虫道,导致幼虫的死亡[18,19]。许多实验室采用离土培养即培养皿饲养方法,在灭菌培养皿内,以胡萝卜作为食物,在一块胡萝卜上放入一头幼虫,饲养方法简单,也可以随时观察到幼虫的生长发育状况,解决了土壤基质的问题,但这种饲养方法成本较高,不适于人工规模化饲养[20]。今后可以考虑对饲养蝙蝠蛾幼虫的主要食物种类进行适当调整,以提高饲养水平。本文通过分析研究不同食物种类和饲养基质对门源蝠蛾幼虫生长发育的影响,初步明确了门源蝠蛾的较佳食源和饲养基质,对提高冬虫夏草寄主蝙蝠蛾人工繁殖率具有重要意义。因此,蝙蝠蛾幼虫的人工饲养,从优势寄主昆虫的选择、食物种类和饲养基质的选择,到饲养方法的优化等,仍需要科研人员的不懈努力,以达到人工规模化饲养的需求[21]。

食物种类和饲养基质的选择有助于充分发挥门源蝠蛾资源性昆虫的生殖潜力。本试验对比分析了几种食物和饲养基质对门源蝠蛾幼虫生长发育的影响,发现食物种类与饲养基质可以显著影响门源蝠蛾幼虫的生长发育水平且二者存在互作效应。随着食物种类营养水平的提高,幼虫的头宽、体长、体重以及存活率均显著提高,且在以珠芽蓼为饲养食物、以高寒土为饲养基质的条件下,门源蝠蛾幼虫生长发育最好。