不同溫度條件下棕尾別麻蠅的生長發育及其在法醫學上的意義

汪海洋,時燕薇,劉小山,張潤杰

(中山大學有害生物控制與資源利用國家重點實驗室/昆蟲學研究所,廣州 510275)

法醫昆蟲學(Forensic entomology)是應用昆蟲學知識解決有關法律問題的法醫學分支學科,對死亡時間的推斷,特別是腐敗尸體的死后間隔時間(postmortem interval,PMI)的推斷具有無可比擬的優越性(Amendt et al.,2004)。根據尸食性蠅類蠅蛆日齡指標和生長發育速度是法醫昆蟲學中推斷死亡間隔時間的一種方法,也是目前法醫學或法醫昆蟲學中應用研究的熱點(陳祿仕,2006)。由于昆蟲在生長發育過程中須從外界攝取一定的熱量才能完成發育歷期,所需的積溫在一定條件下是一個定值,而且昆蟲具有特定的時空(季節性和區域性)分布特點(薜萬琦和趙建銘,1987);這些特點對推斷死亡時間、死亡地點、死亡原因等方面具有傳統法醫學所無法比擬的優勢和重要意義。

棕尾別麻蠅 Boettcherisca peregrine隸屬雙翅目Diptera麻蠅科 Sarcophagidae別麻蠅屬 Boettcherisca。幼蟲主要在人糞、腐肉上孳生(楊玉璞和汪興鑒,1998;陳祿仕,2001)。在我國,棕尾別麻蠅分布較廣,除新疆以外的其余省市和地區都有分布,且在山西太原和呼和浩特為麻蠅類群的優勢種(王曄等,2003;董迎春等,2009;蔡繼峰等,2004;時燕薇等,2008)。在我國南方,棕尾別麻蠅可能是第一批到達尸體的種類,也是我國南方重要的一種尸食性蠅類(王江峰等,2001)。經我們的野外調查發現,在廣州地區,棕尾別麻蠅幼蟲經常在尸體上出現。因此,棕尾別麻蠅是一種重要的法醫昆蟲,它的生長發育數據可以用于推斷死后間隔時間,又溫度是影響昆蟲發育的最關鍵因素之一,故本文探討不同恒溫處理對棕尾別麻蠅發育節律的影響,為法醫昆蟲學提供一些新的基礎數據,并討論所獲結果的法醫學意義。

1 材料與方法

1.1 供試蟲源棕尾別麻蠅實驗種群的獲得

將兔尸置于野外(地點為中山大學生命科學學院南院魚塘的隱蔽樹叢后,經緯度：23°05′39.3″N,113°17′25.1″E,海拔 21.8 m)誘集尸食性蠅類 ,于第 2 d網捕麻蠅成蟲。成蟲(可能有多個麻蠅種)帶回實驗室后,置于網籠內,在 26±1℃,相對濕度70%,光周期 12 h：12 h條件下,飼以牛奶 、蜂蜜和水的混合物。由于麻蠅類難以根據雌成蟲特征鑒定其種類,需要解剖雄成蟲才能鑒定,故需獲得單種雄蟲確定所獲成蟲種類。獲得單種雄蟲的方法為：每籠(25 cm×25 cm×30 cm)置入 1頭雌蟲,以新鮮豬肉誘集幼蟲。所獲幼蟲單獨飼養至成蟲,取出 5頭左右雄蟲進行鑒定,最終獲得棕尾別麻蠅實驗所需的初始種群。實驗室繁殖 3代,第 4代幼蟲用做實驗材料。

1.2 試驗方法

1.2.1 收集幼蟲

在智能型人工氣候箱(MGC-350HP-2,上海一恒科技有限公司)飼養第 3代棕尾別麻蠅成蟲 1周后,棕尾別麻蠅進入繁殖期,在繁殖高峰期將裝有鮮肉的小燒杯放在網籠中,30 min后將帶有幼蟲鮮肉塊取出。

1.2.2 溫度設置

試驗共設置五個溫度 15℃、20℃、25℃、30℃、35℃,溫度誤差為 ±1℃。在培養杯里鋪上約 1～2 cm厚的干凈細沙,噴灑適量水保持細沙濕度,放入 10 g鮮肉塊,將誘得的幼蟲放在鮮肉上,再將培養杯置于智能型人工氣候箱(MGC-350HP-2,上海一恒科技有限公司)內,在光周期 12 h：12 h,相對濕度 70%的條件下飼養幼蟲。每個溫度處理重復 3次。

1.2.3 生長發育觀察

成蟲產幼蟲后 30 min內將幼蟲置于所設實驗條件下飼養,以此時為該處理幼蟲的生長發育零時,每隔 12 h觀察、記錄棕尾別麻蠅生長發育狀況,測量幼蟲的體長、體寬(測量方法如圖 1所示)和體重,每個處理下每次取 10頭幼蟲,在 75℃左右的水中燙死,充分伸展后取出放在濾紙上,吸干蟲體表面水分,用電子數顯卡尺(Digimatic Caliper,Mitutoyo,Kawasaki,Japan)測量幼蟲體長和體寬(Day and Wallman,2006),用電子天平(Max 120 g,d=0.0001 g,型號 BS124S,北京賽多利斯儀器系統有限公司)稱重。

圖 1 幼蟲體長和體寬的測量示意圖Fig.1 Axes of measurement of larval length and width(仿 Day＆ Walman 2005)

幼蟲取食期間及時更換肉塊,噴水,以保持適宜濕度;幼蟲離食后(標準為幼蟲不再取食,四處爬動,尋找化蛹位點),將肉塊取出;幼蟲化蛹后,每個處理至少取 20頭蛹測長寬并稱重,并記錄幼蟲開始化蛹時間、幼蟲大量化蛹時間(當幼蟲化蛹個數超過半數時)、開始羽化時間。開始羽化后停止測量蛹重。羽化后每天記錄羽化數目至不再羽化。

1.3 計算方法

實驗數據用 SPSS Statistics 17.0軟件 (SPSS Inc.Chicago,Illinois,U.S.A)進行方差分析(ANOVA),平均數進行 Duncan's多重比較,顯著水平 P=0.05。

2 結果與分析

2.1 不同溫度下棕尾別麻蠅幼蟲和蛹的生長發育

棕尾別麻蠅行卵胎生(Schroeder et al.,2003;王曄等,2003;楊玉璞和汪興鑒,1998;陳祿仕,2001),成蟲發育性成熟交配后,受精卵在雌蟲體內發育成熟,并在體內孵化,遇到合適的生長條件產出,產出的幼蟲為 1齡幼蟲。本實驗測得初孵幼蟲平均體長為 1.73±0.03 mm,與陳祿仕(陳祿仕,2001)測得的平均長度 1.72 mm相符;發育至 3齡后期(即將離食時)幼蟲個體各個日齡指標達到峰值,此時,15℃處理組幼蟲體長、體寬和體重平均最值均為 5個溫度處理中的最大值,分別為 17.16±0.62 mm,3.39±0.13 mm,0.0969±0.0083 g;化蛹后,20℃處理組圍蛹長度最長,為 9.74±0.21mm,15℃處理組圍蛹寬度最大,為 3.27±0.17 mm,重量也最大,為 0.0649±0.0038 g。上述結果的可能原因是,在 15℃處理中,溫度較低,棕尾別麻蠅的幼蟲生長期較長,達到 9.5 d,蛹期達到 22 d,較長的生長期使其能夠取食更多的食物,個體能夠長得更大;至于 20℃處理下圍蛹的平均長度最長的原因尚需進一步研究。(如表 1)。

表1 棕尾別麻蠅幼蟲離食期和化蛹初期在不同溫度下的長度、寬度、重量Table 1 The length,width and weight of B.peregrine larva in the post-fooding stage and pupa at different temperatures

2.2 不同溫度下棕尾別麻蠅的發育歷期

在不同溫度條件下,對棕尾別麻蠅不同發育階段的觀察表明：幼蟲的發育歷期先隨著溫度的升高逐漸縮短,超過最適溫度 30℃之后,隨著溫度進一步的升高,發育歷期有所延長;離食期也呈現出類似的情況;蛹的發育歷期在 5個溫度處理中隨溫度的升高而逐漸縮短(如表 2)。

2.3 不同溫度條件下棕尾別麻蠅幼蟲體長、體寬、體重、蛹重的時間動態

各溫度處理下棕尾別麻蠅幼蟲期的體長、體寬、體重和蛹期蛹重的時間動態如圖 2～圖 5所示：在成蟲產卵到離食期這個生長階段,幼蟲的體長、體寬和體重與時間均呈直線關系(除 15℃處理由于溫度偏低未呈直線關系);此后各處理組幼蟲體長、體寬和體重隨時間的變化曲線先上升,離食期后逐漸趨于平直,體重略有下降。就各處理下的幼蟲體長、體寬、體重和圍蛹重量與時間進行的回歸分析表明這些指標與時間均呈三次曲線關系(如表 3),回歸方程統計檢驗達到極顯著水平(P＜＜0.01)。由圖 2可看出溫度對幼蟲體長變化速率的影響大小順序為 30℃＞35℃≈25℃ ＞20℃＞15℃,而體寬和體重表現出相似的情況。幼蟲處于低齡時,35℃處理組的生長速率較 25℃處理組快;而在 3齡幼蟲時,25℃處理組的生長速率比 35℃處理組快,圖 2、圖 3和圖 4中的 25℃處理組和 35℃處理組的相應曲線都出現了相交現象,印證了這一結果。

表 2 棕尾別麻蠅在不同恒溫下的發育歷期Table 2 The durations of different stages for B.peregrine under various constant temperatures

表 3 不同溫度下棕尾別麻蠅幼蟲長度、寬度、重量和圍蛹重量與生長時間的回歸關系Table 3 The regression relationship between the average larval body length,width,weight and pupa weight of B.peregrine and growth time

(續上表)

圖 2 不同溫度下棕尾別麻蠅幼蟲平均體長的時間動態Fig.2 Temporal dynamics of the average larval body length at different temperatures

圖 3 不同溫度下棕尾別麻蠅幼蟲平均體寬的時間動態Fig.3 Temporal dynamics of the average larval body width at different temperatures

圖 4 不同溫度下棕尾別麻蠅幼蟲平均體重的時間動態Fig.4 Temporal dynamics of the average larval body weight at different temperatures

圖 5 不同溫度下棕尾別麻蠅蛹平均重量時間動態Fig.5 Temporal dynamics of pupa weight of B.peregrineat different temperatures

3 結論與討論

利用尸體上昆蟲的生長發育情況來推斷死后間隔時間是法醫昆蟲學的主要方法之一,國內外利用尸食性蠅類生長發育規律來推斷死后間隔時間已有許多成功的案例。如 1985年美國南卡羅來納州偵辦人員根據案發現場收集到的蠅蛆和蛹,應用日齡指標成功地推測出被害人的死亡時間(胡萃主編,2000)。因此我們試圖通過研究棕尾別麻蠅這種尸食性昆蟲不同溫度下的生長發育節律,獲得相關日齡指標,以期為死后間隔時間的推斷提供一些基礎數據。

在尸體上發現有蠅類幼蟲的情況下,可從尸體上采集蠅蛆,經幼蟲鑒定若為棕尾別麻蠅,則可采集現場幼蟲,用本文的方法測量其體長、體寬和體重,根據本文得出的幼蟲在不同溫度下體長、體寬和體重隨時間變化曲線,以體長、體寬和體重的均值為縱坐標值,參照現場附近的溫度查找相應生長曲線的橫坐標值,即可得出蠅蛆生長時間,參考該地區該氣候條件下麻蠅在尸體上產幼蟲的時間數據,即可推算出人體死亡時間,為判斷死亡時間、抓住破案時機提供一定的幫助。

對尸食性昆蟲幼蟲體長和體重的研究報道較多(Grassberger et al.,2003;Grassberger and Reiter,2001;王江峰等,2008;王江峰等,2002;王江峰等,2000;)。本實驗也發現在取食期,幼蟲體長和體重迅速增加,因而這一時期是較為理想的日齡指標。但在離食期,幼蟲的體長和體重都會在一定程度上減小。雖然可以通過其它方法區分取食期和離食期幼蟲,但體長和體重的變化不足以區分不同日齡的離食期幼蟲,故不能作為一項有效的日齡指標(Greenberg and Szyska,1984)。

另外,在稱蛹的過程中發現剛剛化蛹的 2～3 d,蛹重下降很快,每 12 h平均減少蛹重的 5.5±0.7%,此后趨于平緩,經歷一個平臺期后下降(羽化前一至兩天),這與許兵紅(許兵紅等,2001)等人的研究結果相符。而胡萃認為,在化蛹的時候,由于蠅類主要是發生了一些生化變化,所以重量、長度變化并不明顯。故蛹重這個指標本身的穩定性以及該指標對死亡時間推斷是否具有參考價值尚需進一步研究(如圖 5)。

就溫度對各日齡幼蟲體長、體寬和體重指標的影響而言,多數研究采用的溫度處理均為恒溫(Byrd and Allen,2001;王江峰等,2002;王江峰等,2000),而變溫條件下蠅類的生長發育節律研究較少。此外,蠅類的新陳代謝及其速率不僅受環境溫度影響,濕度、光照等因素也會協同影響蠅類的發育節律,因此,溫度對蠅類發育速率的影響相當復雜。恒溫與變溫對蠅類發育的影響存在差異,此差異來源于溫度與發育速率的非線性關系,而季節的影響及昆蟲的適應性更增加了其變異性,不同季節出現的同一種蠅類對低溫的耐受性存在差異,故綜合考慮各種影響因素是必要的。解決方法之一是研究較多溫度下各個指標與日齡的關系,應用時選用溫度相差最小的模型。

本試驗雖然設定了多個溫度段,但整個實驗過程中,溫度卻是恒定的,光照和濕度亦恒定不變,所以在實際應用棕尾別麻蠅的發育規律推測死后間隔時間(PMI)時,應結合當地的光照、降雨量、風速等環境情況進行綜合分析。因此,如能在模擬的自然環境條件下進行蠅類幼蟲的發育研究,將提高死后間隔時間(PMI)推斷的準確性,這方面的工作有待于進一步開展。

致謝感謝中山大學生物博物館梁鉻球老師、賈鳳龍老師在試驗過程中幫助鑒定有關蠅類標本。

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