溫度和光周期對虎斑蝶幼期生長發育的影響

陳禎， 周成理， 陳曉鳴， 石雷

(1. 玉溪師范學院化學生物與環境學院，云南玉溪653100； 2. 中國林業科學研究院資源昆蟲研究所，昆明650224)

虎斑蝶Danausgenutia隸屬蛺蝶科Nymphalidae斑蝶亞科Danainae斑蝶屬Danaus，又名粗脈棕斑蝶、黑脈樺斑蝶、擬阿檀蝶、虎紋青斑蝶和青紅條紅斑蝶等。國內分布于河南、四川、云南、西藏、江西、浙江、福建、廣東、廣西、臺灣和海南等地，國外分布于中南半島、西太平洋諸島和澳大利亞(周堯，1998)。成蟲中大體型，訪花，翅膀正面色彩鮮艷，飛行緩慢，姿態優美，是生態觀賞、喜慶放飛和工藝制作的優良蝶種，無危害經濟和園林植物記錄。該種蝴蝶在國內蝴蝶觀賞園及慶典蝴蝶放飛中被廣泛利用，但其主要生物學、生理生態學特征等鮮見報道。在國內，陳曉鳴等(2008)首次對虎斑蝶的主要寄主、幼期形態特征及成蟲和幼蟲習性進行了初步記述；陳禎等(2017)對云南元江虎斑蝶種群的全蟲期形態特征、幼期發育歷期、在云南昆明溫室中的代生活史和生殖力、寄主范圍、成蟲及幼蟲的行為習性進行了詳細報道。在國外，Meyer(1995)簡略描述了澳大利亞虎斑蝶D.genutiaalexis的1齡、5齡幼蟲及蛹的形態，幼蟲期和蛹期在自然條件下的發育歷期；Bhuyan等(1999)研究了虎斑蝶成蟲對4種蜜源植物的選擇性；Atluri等(2010)報道了印度Visakhapatnam地區虎斑蝶的幼期形態、幼期發育歷期及幼蟲取食寄主植物Pergulariadaemia后的生長發育情況；此外，學者也對虎斑蝶的寄主植物進行了報道(Meyer，1995；Igarashi & Fukuda，2000；Robinsonetal.，2001；Atlurietal.，2010)。

近10多年來，野生虎斑蝶因美麗的顏色斑紋及輕緩的飛行方式被大量采集，用于商業放飛和工藝品制作，野生種群數量急劇下降，野生資源在數量和質量上都無法滿足國內迅猛發展的市場需要，開展人工繁育勢在必行。為此，本文作者近年來對云南省元江縣虎斑蝶的主要生物學、生理生態學特征進行了較為系統的持續研究，以期篩選出優良寄主植物，找出最佳幼期發育條件和成蟲繁殖條件，研發出高效的規?；斯し庇夹g。本文報道溫度和光周期對虎斑蝶幼期生長發育的影響。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

虎斑蝶：成蟲種源采自云南省元江縣野外，將采回的野生雌雄成蟲置于云南省昆明市盤龍區中國林業科學研究院資源昆蟲研究所蝴蝶試驗大棚內放養，建立實驗種群。采集新產的卵供實驗用。

飼養幼蟲的寄主植物：青羊參Cynanchumotophyllum(蘿藦科Asclepiadaceae)。

成蟲補充營養：10%蜂糖水。

1.2 實驗方法

1.2.1溫度和光周期對虎斑蝶幼期生長發育的影響在人工氣候箱(型號：SPX-400；上海博訊醫療設備廠)內設置2個光照處理[長光照(LD=15∶9)和短光照(LD=9∶15)，依據Goehring和Oberhauser(2002)對虎斑蝶近緣種君主斑蝶Danausplexippus相關研究中的光周期，并結合元江冬、夏季最短和最長光照時數考慮]。長光照下設7個溫度梯度：17.5 ℃、20.0 ℃、22.5 ℃、25.0 ℃、27.5 ℃、30.0 ℃和35.0 ℃；短光照下設5個溫度梯度：17.5 ℃、20.0 ℃、25.0 ℃、30.0 ℃和35.0 ℃。以上處理組的濕度均恒定為70%。

由于卵的孵化率和初齡幼蟲成活率存在差異，各處理中使用不同初始卵量以保證每個處理中至少有60頭幼蟲存活至2齡初。故每個處理自80～150粒新產卵開始，幼蟲孵化后以保鮮枝葉單蟲飼養，直至化蛹、羽化。1～3齡期每2日更換1次食料，此后每日更換食料。每日記錄卵孵化數、幼蟲蛻皮數、化蛹數、羽化數，計算各蟲態發育歷期。

1.2.2幼期各蟲態發育起點溫度和有效積溫測定長光照下幼期各蟲態發育起點溫度(C)和有效積溫(K)，設置了17.5 ℃、20.0 ℃、22.5 ℃、25.0 ℃、27.5 ℃、30.0 ℃ 6個恒定溫度梯度，根據公式T=C+KV，式中，T為溫度，V為各溫度下的發育速率，采用“直線回歸法”計算虎斑蝶各個蟲態的發育起點溫度與有效積溫(張孝羲，2011)。

1.3 數據分析

利用SPSS 19.0對數據進行方差分析，平均數進行Duncan’s檢驗，顯著性水平α=0.05；多元相關分析采用偏相關分析。

2 結果

2.1 溫度和光周期對卵發育歷期的影響

不同溫度條件下，長光照組虎斑蝶卵的發育歷期為2～11 d，短光照組為2～10 d(表1)。在相同光照和設定溫度范圍內，隨著溫度上升，卵的發育加快，發育歷期縮短。無論是在長光照還是短光照條件下，同一溫度條件下實驗卵的發育均較為整齊。在長、短光照處理中，當溫度設定為35 ℃時，卵均不能孵化。偏相關分析表明，在固定溫度條件下，光照與卵的發育歷期呈不顯著正相關(R2=0.376，P=0.406)；在固定光照條件下，溫度與卵的發育歷期呈極顯著負相關(R2=-0.950，P=0.005)。

2.2 溫度和光周期對幼蟲發育歷期的影響

不同溫度條件下，長光照組虎斑蝶幼蟲的發育歷期為9～50 d，短光照組為8～40 d(表2)。在相同光照和設定溫度范圍內，隨著溫度上升，幼蟲的生長發育加快，發育歷期縮短。無論是在長光照還是短光照條件下，同一溫度下幼蟲不同齡期的發育歷期為：5齡>1齡>4齡>2齡和3齡。偏相關分析表明，在固定溫度條件下，光照與幼蟲的發育歷期呈不顯著負相關(R2=-0.110，P=0.814)；在固定光照條件下，溫度與幼蟲的發育歷期呈顯著負相關(R2=-0.847，P=0.016)。

表1 不同溫度和光周期下虎斑蝶卵的發育歷期Table 1 Developmental durations of the egg of Danaus genutia under different temperatures and photoperiods

注： 同列數據(平均數±標準誤)后標有不同字母表示差異有統計學意義； 下同

Notes： The different letters in the same column indicate there is a significant difference； the same below

2.3 溫度和光周期對蛹發育歷期的影響

不同溫度條件下，長光照組虎斑蝶蛹的發育歷期為6～28 d，短光照組為5～24 d(表3)。在相同光照和設定溫度范圍內，隨著溫度上升，蛹的發育加快，發育歷期縮短。方差分析表明，無論是在長光照還是短光照條件下，不同溫度條件下蛹的發育歷期差異均有高度統計學意義(P<0.01)。偏相關分析表明，在固定溫度條件下，光照與蛹的發育歷期呈不顯著負相關(R2=-0.005，P=0.991)；在固定光照條件下，溫度與蛹的發育歷期呈極顯著負相關(R2=-0.911，P=0.004)。

2.4 溫度和光周期對整個幼期發育歷期的影響

不同溫度條件下，長光照組虎斑蝶從卵到成蟲羽化整個幼期的發育歷期為18～82 d，短光照組為17～70 d(表4)。在相同光照和設定溫度范圍內，隨著溫度上升，幼期的生長發育加快，發育歷期縮短。偏相關分析表明，在固定溫度條件下，光照與幼期的發育歷期呈不顯著負相關(R2=-0.018，P=0.969)；在固定光照條件下，溫度與幼期的發育歷期呈極顯著負相關(R2=-0.885，P=0.008)。

表2 不同溫度和光周期下虎斑蝶幼蟲的發育歷期Table 2 Developmental durations of the larvae of Danaus genutia under different temperatures and photoperiods

注Note： 括號內數字為樣本量Number in the bracket is the sample size

表3 不同溫度和光周期下虎斑蝶蛹的發育歷期Table 3 Developmental durations of the pupae of Danaus genutia under different temperatures and photoperiods

2.5 幼期各蟲態發育起點溫度和有效積溫

虎斑蝶完成整個幼期發育需要的有效積溫為286.28 d·℃±33.62 d·℃。其中，卵的發育起點溫度和有效積溫最低，分別為11.10 ℃±1.56 ℃和55.15 d·℃±6.68 d·℃；其次是蛹，分別為13.46 ℃±1.01 ℃和98.95 d·℃±9.27 d·℃；幼蟲的最高，分別為14.06 ℃±1.58 ℃和131.62 d·℃±20.49 d·℃，其有效積溫約占幼期各蟲態積溫總和的45%。幼蟲不同齡期的發育起點溫度由大到小依次是：3齡>5齡>1齡>2齡>4齡；幼蟲在不同齡期的有效積溫由大到小依次是：5齡>1齡>4齡>2齡>3齡(表5)。

表4 不同溫度和光周期下虎斑蝶幼期的發育歷期Table 4 Developmental durations of the immature stages of Danaus genutia under different temperatures and photoperiods

表5 長光照下虎斑蝶幼期各蟲態發育起點溫度和有效積溫Table 5 Developmental threshold temperatures and effective accumulated temperatures of the immature stages of Danaus genutia under long-day treatment

3 討論

本研究初步探討了溫度和光周期對虎斑蝶幼期蟲態發育的影響，基本確定了其適宜溫度范圍，為該重要觀賞蝶種的人工繁育提供了重要參數。結果表明，在17.5～30.0 ℃內，虎斑蝶卵、幼蟲和蛹均能正常發育；隨著溫度上升，各蟲態的生長發育加快，發育歷期顯著縮短；當溫度為15 ℃和35 ℃時，卵均不能孵化；溫度是影響幼期發育速率的主導因素。溫度不僅影響發育速率，也影響幼蟲成活率。初步觀察表明，在17.5 ℃和30.0 ℃下，虎斑蝶幼蟲的存活率較20.0～27.5 ℃下明顯降低(陳禎，2010)。Goehring和Oberhauser(2002)認為，30 ℃以上的高溫對君主斑蝶Danausplexippus幼蟲可能有亞致死作用，并大幅延長了其發育歷期。呂龍石等(2004)對麝鳳蝶Byasaalcinous的研究表明，30 ℃以上的溫度不利于幼蟲的生長與化蛹，34 ℃已經超出卵孵化與越冬蛹羽化的上限溫度。

本研究中，光照與虎斑蝶幼期各蟲態的發育歷期相關性均不顯著。但Goehring和Oberhauser(2002)發現，較短及漸短的光照都能加快君主斑蝶幼期發育，并誘發其成蟲進入生殖休眠。這種差異可能是2個物種間的光周期反應性不同所致，也可能與本研究中光周期設置較少有關。在其他蝶類中，易傳輝等(2007)發現鳳蝶科Papilionidae美鳳蝶Papiliomemnon在12～15 h光照內，幼蟲最長和最短發育歷期相差9.2 d，25 ℃時相差達10.6 d，差異十分顯著。與此類似，光周期對鳳蝶科柑橘鳳蝶Papilioxuthus幼期生長發育也有明顯影響，不同光周期下幼蟲發育歷期、幼蟲化蛹的發育歷期都存在明顯差異(易傳輝等，2009)。而Yoshio和Ishii(2004)的結果表明，光周期對馬來西亞沙巴美鳳蝶幼蟲發育歷期的影響并不明顯。這些差別可能是同一物種不同地理種群間的遺傳差異所致。

本研究還計算了幼期各蟲態的發育起點溫度和有效積溫。在虎斑蝶幼期蟲態中，卵的發育起點溫度最低(11.10 ℃±1.56 ℃)，這在我國絕大多數地方的晚春至初秋都能滿足。整個幼期發育需要的有效積溫為286.28 d·℃±33.62 d·℃，據此初步估算在我國南方低海拔地區可年養殖5代以上，而在熱帶和部分南亞熱河谷，年養殖更可高達10代以上。這種生物學特性賦予了虎斑蝶巨大的養殖利用潛力。在養殖生產上，建議將幼期養殖溫度控制在20.0～27.5 ℃，同時可調整養殖溫度以適時滿足市場對活體成蟲的需要。光照并非養殖生產中需要重點管理的條件，采用自然光照即可。

在蝴蝶的人工繁育中，溫度是關鍵的技術指標之一，但相關研究并不多見，且主要集中在鳳蝶科和蛺蝶科蛺蝶亞科種類中(易傳輝等，2007，2009)。斑蝶亞科Nymphalinae的大多數種類色彩艷麗、飛行緩慢，是當前國內蝴蝶生態觀賞園中的主流蝶種。這類蝴蝶年世代數多、繁殖力強，極具開發利用潛力。有關這個重要蝴蝶類群的生理生態研究國外已有一些報道(Malcolmetal.，1987；Goehring & Oberhauser，2002)，國內這方面的研究工作還需要進一步加強。

致謝：西南林業大學保護生物學學院曹永同學和蔣創同學參與了部分實驗觀察，昆明中林觀賞昆蟲科技開發有限公司趙燦繁協助采集實驗虎斑蝶種源。在此一并致謝！