不同溫度對紅火蟻工蟻遷移的影響

陳 芳，管 云，崔 燦，袁家龍，李慎磊

(廣州瑞豐生物科技有限公司，廣東廣州 510530)

溫度在昆蟲的生命活動中扮演著重要的角色[1]，不同發育階段和性別的昆蟲對溫度有不同的偏好[2]。溫度可以影響阿根廷蟻(Linepithemahumile)蟻后的產卵率以及卵、幼蟲、蛹的發育時間和存活率[3-4]。收獲蟻(Pogonomyrmexsalinus)會根據溫度的變化來調節其幼體在蟻巢中的位置[5]。紅火蟻(Solenopsisinvicta)對溫度變化也非常敏感，其產卵率、幼體發育和覓食行為均與溫度密切相關[6-8]。Cokendolpher等[2]研究表明當濕度為0時，紅火蟻工蟻偏向于待在溫度25.1 ℃區域內，而當濕度升至100%時紅火蟻工蟻偏向待在溫度28.3 ℃區域內。Drees等[7]研究發現紅火蟻出巢覓食的最低溫度和最高溫度分別為10和50 ℃。目前的研究主要集中在紅火蟻對極端高溫的忍耐力和適應能力。筆者研究了不同大小紅火蟻工蟻在面對不同環境溫度時的反應時間和遷移率。

1 材料與方法

1.1試驗昆蟲紅火蟻采集于廣州市天河區智慧城綠化草坪，按照Chen[9]的方法進行采集。將采集的紅火蟻蟻群飼養于溫度26 ℃、濕度60%～70%的實驗室條件下，并提供水、10%(w/w)蔗糖水和黃粉蟲幼蟲。通過檢測蟻群的GP-9基因，發現采集到的紅火蟻為多蟻后型[10]。

1.2測試方法測試裝置由2個直徑3.2 cm、長10.0 cm的玻璃管及直徑0.9 cm、長度6.0 cm的硅膠管、2個溫度計和2個濕度計組成，2個玻璃管由硅膠管相連(圖1)，溫濕度計用于測量玻璃管內的溫濕度。一個玻璃管置于低溫恒溫槽內(THCD-05，寧波天恒儀器廠)，以便調節玻璃管內溫度；另外一個玻璃管置于室溫環境下，使其溫度維持在25 ℃左右。

圖1 試驗裝置Fig.1 Experimental setup

使用小毛刷將26 ℃、濕度60%～70%的實驗室條件下飼養的300頭工蟻，其中150頭小型工蟻(體長<0.45 mm)和150頭大型工蟻(體長 > 0.50 mm)，置于已經調節好溫度的低溫恒溫槽中的玻璃管底部，使其適應30 min。記錄在試驗開始后第1頭、50%和90%的螞蟻爬出玻璃管的時間，并記錄試驗開始2 h后仍在低溫恒溫槽內玻璃管中的大型工蟻和小型工蟻數量。將低溫恒溫槽內試管的測試溫度分別設置為10、14、18、22、30、33、35、38和40 ℃。每個處理重復5次。在每次試驗前，玻璃管和硅膠管均使用乙醇清洗、烘干，以去除上一次試驗工蟻可能遺留下的氣味。由于低溫恒溫槽中的玻璃管和室溫下的玻璃管由硅膠管連接，2個玻璃管內濕度應保持一致。

1.3數據處理采用工蟻的遷移比率表示工蟻在不同溫度下的遷移情況，遷移比率是指離開低溫恒溫槽中玻璃管內的工蟻數占初始放入的工蟻總數的比例。使用Shapiro-Wilk檢驗對試驗數據進行正態分布檢測，并使用Levene’s檢驗進行齊性檢驗。當數據不齊時，使用非參數檢驗的Kruskal-Wallis檢驗分析數據的差異性，如果Kruskal-Wallis檢驗發現數據間差異顯著時(P<0.05)，Mann-Whitney檢驗或者the two-sample Kolmogorov-Smirnov 檢驗進行多重比較。不同溫度處理下50%數量和90%數量的工蟻遷移和不遷移比率使用t檢驗進行比較，同時使用t檢驗比較大型工蟻和小型工蟻遷移比例。所有的數據分析使用SPSS 18.0統計軟件進行處理。

2 結果與分析

從圖2可以看出，經Kruskal-Wallis檢驗發現溫度對紅火蟻的遷移行為有顯著影響(χ2= 42.484，P<0.000 1)。在溫度18 ℃ 條件下，紅火蟻的遷移比率僅為0.012，即平均只有3.6頭從溫度18 ℃的玻璃管內遷移至25 ℃玻璃管內。當低溫恒溫槽內的玻璃管內溫度升至38 ℃ 時，超過85%的紅火蟻遷移至25 ℃玻璃管內。

圖2 紅火蟻在不同溫度條件下的遷移比率Fig.2 The migration rate of S.invicta under different temperatures

第1頭工蟻從處理玻璃管遷移至25 ℃的玻璃管內所需時間在不同溫度處理間差異顯著(χ2=21.361，P=0.002，表1)。在溫度18 ℃條件下，第1頭工蟻遷移至25 ℃玻璃管所需時間接近10 min；在22～40 ℃條件下，第1頭工蟻離開所需時間僅為1.5 min左右。38和40 ℃條件下，50%和90%工蟻離開所需的時間差異不顯著。

表1試管內不同大小工蟻離開所需時間

Table1Thetimerequiredfordifferentsizeofworkerantsintesttubes

溫度Tempera?ture℃第1頭工蟻離開所需時間Migrationtimerequiredforthefirstworkermin50%工蟻離開所需時間Migrationtimerequiredfor50%workers∥min90%工蟻離開所需時間Migrationtimerequiredfor90%workersmin10———14———189．90±3．90a——221．78±0．34b——302．11±0．27b——331．38±0．21b——351．14±0．14b——381．60±0．33b26．56±2．03a71．58±14．67a402．36±0．19b21．17±1．44a40．04±3．35a

注：同列不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)

Note:Different small letters in the same column indicated significant differences(P<0.05)

同時，在不同溫度處理條件下，大型工蟻和小型工蟻的遷移比率也不相同(圖3)。在33、40和38 ℃處理下，小型工蟻從處理溫度條件下遷移至25 ℃的數量顯著多于大型工蟻。

注：*表示與小型工蟻存在顯著差異(P<0.05)Note:* indicated significant differences with minor worker ant (P<0.05)圖3 不同溫度處理下120 min后玻璃管內大型工蟻和小型工蟻的殘余數量 Fig.3 Number of major and minor worker ants remained in the tube after 120 min at different temperatures

3 討論

紅火蟻生存的極限高溫可達到41.18 ℃[11]，研究發現紅火蟻更喜歡35 ℃以下的溫度。在10和14 ℃處理下的玻璃管內的紅火蟻并沒有遷移出來。因此推測紅火蟻生存的適宜溫度為18～35 ℃。調查發現，高溫處理下，小型工蟻遷移至25 ℃玻璃管的速度要明顯快于大型工蟻。這可能有以下原因：第一，由不同品級工蟻在蟻巢內的不同分工造成的。Porter等[12]發現紅火蟻會將其幼體放置于30～32 ℃環境下。紅火蟻小型工蟻在蟻巢的主要工作是照看幼體[13]，因此小型工蟻可能比其他體型螞蟻對溫度更加敏感。第二，由2種體型螞蟻的耐熱性造成的。Kaspari[14]認為螞蟻的耐熱性與其體型大小相關。對沙漠蟻(Cataglyphisvelox)和C.cursor研究發現，大型工蟻比小型工蟻更耐熱[15-16]。因此，推測大型紅火蟻的耐熱能力顯著高于小型工蟻。這個假設需要進一步試驗驗證。

4 結論

溫度是影響昆蟲生長發育和分布的一個重要環境因子。該研究通過將紅火蟻工蟻放置于管內溫度分別為10、14、18、22、30、33、35、38、40 ℃的玻璃管內，并將該玻璃管與管內溫度25 ℃的玻璃管相連，結果表明當處理試管內的溫度超過25 ℃時，試管內的少量紅火蟻開始遷移到溫度25 ℃的試管內；當處理試管內的溫度超過38 ℃時，大多數紅火蟻工蟻遷移至25 ℃試管內。此外，在33、38和40 ℃條件下，遷移到25 ℃試管內的紅火蟻小型工蟻數量都顯著多于大型工蟻。這表明大型紅火蟻的耐熱能力要顯著高于小型工蟻。

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