光周期和溫度對虎斑蝶卵、幼蟲及蛹存活的影響

陳 禎，周成理

(1.玉溪師范學(xué)院化學(xué)生物與環(huán)境學(xué)院，云南玉溪 653100；2.中國林業(yè)科學(xué)研究院資源昆蟲研究所，昆明 650000)

近些年來，過度采捕、棲息地遭破壞和大量使用化學(xué)殺蟲劑造成野生蝴蝶種群數(shù)量急劇下降(Bonebrakeetal., 2010)。野生蝴蝶資源在數(shù)量和質(zhì)量上都無法滿足蝴蝶生態(tài)觀賞、商業(yè)放飛及工藝品制作等行業(yè)對蝴蝶日益增加的需求，開展人工養(yǎng)殖是滿足國內(nèi)市場需求的首要途徑。此外，將人工繁育個體釋放到自然生境也是恢復(fù)瀕危野生種群的有效手段之一(Croneetal., 2007)。

虎斑蝶Danausgenutia隸屬蛺蝶科Nymphalidae斑蝶亞科Danainae斑蝶屬Danaus，國內(nèi)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(tài)優(yōu)美，是生態(tài)觀賞、喜慶放飛和工藝制作的優(yōu)良蝶種，無危害經(jīng)濟(jì)和園林植物記錄(陳曉鳴等，2008)。在云南，該蝶種以成蟲越冬，馬纓丹Lantanacamara和馬利筋A(yù)sclepiascurassavica是云南野外成蟲最常訪的蜜源植物(陳禎，2017)。目前，該種蝴蝶在國內(nèi)蝴蝶觀賞園及慶典蝴蝶放飛中被廣泛利用，但其種源均來自于野外采捕，這也造成了野生種群數(shù)量急劇下降，有瀕臨滅絕的風(fēng)險(陳禎，2018)。本文作者初步估算該種蝴蝶在我國南方低海拔地區(qū)可年養(yǎng)殖5代以上，而在熱帶和部分南亞熱帶河谷，年養(yǎng)殖更可高達(dá)10代以上(陳禎等，2018)。這種生物學(xué)特性賦予了虎斑蝶巨大的養(yǎng)殖利用潛力。

光溫是影響昆蟲生長發(fā)育的重要因子，也是資源昆蟲工廠化繁育的關(guān)鍵因素(Saunders, 1981; Malcolmetal., 1987)。迄今為止，光周期與溫度協(xié)同影響蝴蝶生長發(fā)育及存活的研究鮮見報道，國內(nèi)僅見對枯葉蛺蝶Kallimainachus、美鳳蝶Papiliomemnon及麝鳳蝶Byasaalcinous的報道(呂龍石等，2004；易傳輝等，2007，2008)。有關(guān)虎斑蝶的研究國內(nèi)外主要集中于其不同蟲態(tài)形態(tài)特征、幼期發(fā)育歷期、生活史和生殖力、寄主范圍、幼蟲及成蟲的行為習(xí)性等方面(Meyer, 1995; Bhuyanetal., 1999; Igarashi and Fukuda, 2000; Robinsonetal., 2001; 陳曉鳴等，2008；Atlurietal., 2010; 陳禎等，2017，2018)。

為進(jìn)一步開發(fā)蝴蝶資源，促進(jìn)蝴蝶產(chǎn)業(yè)的快速健康發(fā)展和減少對野生資源的過度采捕，有必要對光溫等環(huán)境因素對虎斑蝶生長發(fā)育及存活等生物學(xué)特性影響進(jìn)行深入研究。本文報道光周期和溫度對虎斑蝶卵孵化率、幼蟲存活率及蛹羽化率的影響。

1 材料與方法

1.1 實(shí)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(qū)中國林業(yè)科學(xué)研究院資源昆蟲研究所蝴蝶試驗大棚內(nèi)放養(yǎng)，建立實(shí)驗種群。采集新鮮產(chǎn)的卵供實(shí)驗用。

飼養(yǎng)幼蟲的主要寄主植物：青羊參CynanchumotophyllumSchneid(蘿藦科Asclepiadaceae)。

成蟲補(bǔ)充營養(yǎng)：10%蜜糖水。

1.2 試驗方法

在人工氣候箱(型號：SPX-400；上海博訊醫(yī)療設(shè)備廠)內(nèi)設(shè)置2個光照處理[長光照(L ∶D=15 ∶9)和短光照(L ∶D=9 ∶15)，光照強(qiáng)度均恒定為10 000 lux，依據(jù)Goehring和Oberhauser(2002)對虎斑蝶近緣種君主斑蝶Danausplexippus相關(guān)研究中的光周期，并結(jié)合元江冬、夏季最短和最長光照時數(shù)考慮]。長光照下設(shè)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(shè)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，各處理中使用了不同初始卵量，是為了保證每個處理中至少有40頭幼蟲存活至2齡初期。故每個處理自60～100粒新產(chǎn)卵開始，幼蟲孵化后以保鮮枝葉單蟲飼養(yǎng)，直至化蛹、羽化。1～3齡期幼蟲每2天更換一次食料，此后每天更換食料。每天記錄卵孵化數(shù)、不同齡期幼蟲存活數(shù)及蛹羽化數(shù)，計算各蟲態(tài)的存活率，制作各種溫度條件下的存活率曲線。

1.3 數(shù)據(jù)分析

利用SPSS 19.0對數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，平均數(shù)進(jìn)行Duncan’s檢驗，顯著性水平α=0.05；多元相關(guān)分析采用偏相關(guān)分析。虎斑蝶幼期存活率曲線的擬合參照Pinder等(1978)和黃明度等(1987)，以Weibull分布函數(shù)作為擬合幼期存活率曲線的數(shù)學(xué)模型，利用SPSS 19.0對數(shù)據(jù)進(jìn)行非線性回歸分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 光周期和溫度對卵孵化率的影響

不同溫度條件下，長光照組虎斑蝶卵的孵化率為59.56%～75.00%(67.14%±5.54%)，短光照組為67.06%～86.36%(76.48%±7.95%)(表1)。在長、短光照處理中，當(dāng)溫度設(shè)定為35℃時，卵均不能孵化。偏相關(guān)分析表明，在固定溫度條件下，光照與卵的孵化率呈不顯著負(fù)相關(guān)(r=-0.007，P=0.982)；在固定光照條件下，溫度與卵的孵化率亦呈不顯著負(fù)相關(guān)(r=-0.116，P=0.705)。

表1 不同光周期和溫度下虎斑蝶卵的孵化率Table 1 Hatching rate of the egg of Danaus genutia under different photoperiods and temperatures

2.2 光周期和溫度對幼蟲存活率的影響

不同溫度條件下，長光照組虎斑蝶幼蟲的存活率為71.28%～94.39%(84.28%±10.52%)，其1齡幼蟲的存活率為55.26%～94.67%(71.28%±15.86%)，2齡為54.00%～90.24%(74.71%±13.74%)，3齡為66.67%～97.37%(89.50%±11.47%)，4齡為86.49%～96.97%(91.53%±4.19%)，5齡為90.62%～100.00%(94.39%±3.36%)；短光照組虎斑蝶幼蟲的存活率為63.58%～100.00%(84.04%±16.38%)，其1齡幼蟲的存活率為55.84%～73.68%(63.58%±7.66%)，2齡為62.96%～81.40%(71.15%±8.13%)，3齡為66.67%～100.00%(86.31%±14.06%)，4齡為100.00%(100.00%±0.00%)，5齡為96.67%～100.00%(99.17%±1.67%)(表2)。無論是在長光照還是短光照條件下，不同溫度下不同齡期的幼蟲存活率為：5齡>4齡>3齡>2齡>1齡。偏相關(guān)分析表明，在固定溫度條件下，光照與幼蟲的存活率呈不顯著正相關(guān)(r=0.205，P=0.597)；在固定光照條件下，溫度與幼蟲的存活率呈不顯著負(fù)相關(guān)(r=-0.531，P=0.142)。

表2 不同光周期和溫度下虎斑蝶幼蟲的存活率Table 2 Survival rate of the larvae of Danaus genutia under different photoperiods and temperatures

2.3 光周期和溫度對蛹羽化率的影響

不同溫度條件下，長光照組虎斑蝶蛹的羽化率為82.76%～100.00%(95.97%±6.70%)，短光照組為93.30%～100.00%(96.86%±3.65%)(表3)。偏相關(guān)分析表明，在固定溫度條件下，光照與蛹羽化率呈不顯著負(fù)相關(guān)(r=-0.176，P=0.650)；在固定光照條件下，溫度與蛹羽化率呈顯著正相關(guān)(r=0.684，P=0.042)。

表3 不同光周期和溫度下虎斑蝶蛹的羽化率Table 3 Eclosion rate of the pupae of Danaus genutia under different photoperiods and temperatures

2.4 不同光周期和溫度下虎斑蝶幼期存活率的擬合

采用Weibull分布函數(shù)擬合不同溫度和光周期下虎斑蝶幼期的存活率(表4；圖1～2)。從Weibull分布函數(shù)擬合幼期存活率曲線來看，不同光溫條件下的擬合效果均較理想。各光溫條件下的c值均小于1，說明其幼期存活率曲線均屬于Ⅲ型，即死亡率為時間的降函數(shù)。從總體變化趨勢上看，幼期存活率曲線隨溫度升高由Ⅲ型向Ⅱ型靠近，即死亡率接近一常數(shù)。不同光溫下b值存在差異，長光照下，22.5℃下的b值最大，為5.538，30℃下的b值最小，為2.019；短光照下，17.5℃下的b值最大，為4.658，30℃下的b值最小，為2.658。這表明，在長光照下，22.5℃下幼期的存活率最高；短光照下，17.5℃下的存活率最高；30℃下幼期存活率在長、短光照下均最低。

圖1 不同恒溫下幼期的存活率曲線(長光照)Fig.1 Survival rate curve of the immature stages of Danaus genutia under different temperatures and long-day treatment

表4 Weibull分布函數(shù)擬合不同光溫條件下虎斑蝶幼期存活率曲線參數(shù)Table 4 Relevant parameters of survival rate of the immature stages of Danaus genutia under different photoperiods and temperatures by Weibull distribution function

圖2 不同恒溫下幼期的存活率曲線(短光照)Fig.2 Survival rate curve of the immature stages of Danaus genutia under different temperatures and short-day treatment

3 結(jié)論與討論

光周期、溫度是影響昆蟲生長發(fā)育的重要因子，也是蝶類滯育發(fā)生與解除，以及工廠化繁育的關(guān)鍵因素(Saunders, 1981; Malcolmetal., 1987)。本研究探討了光周期和溫度對虎斑蝶卵、幼蟲及蛹存活的影響，初步確定了其適宜的溫度范圍，為該重要觀賞蝶種的人工繁育提供了重要參數(shù)。結(jié)果表明，在17.5～30.0℃內(nèi)，虎斑蝶卵、幼蟲和蛹均能正常發(fā)育。但總體來看，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，表明20.0～27.5℃是虎斑蝶幼期生長發(fā)育較適宜的溫度范圍。當(dāng)溫度為15.0℃和35.0℃時，卵均不能孵化；溫度是影響幼期存活的主導(dǎo)因素。溫度不僅影響成活率，也影響幼期發(fā)育速率。陳禎等(2018)對虎斑蝶的研究表明，在17.5～30.0℃內(nèi)，隨著溫度上升，各蟲態(tài)的生長發(fā)育加快，發(fā)育歷期顯著縮短。Goehring和Oberhauser(2002)認(rèn)為，30.0℃以上的高溫對虎斑蝶近緣種君主斑蝶Danausplexippus幼蟲可能有亞致死作用，并大幅延長了其發(fā)育歷期。呂龍石等(2004)對麝鳳蝶的研究表明，30℃以上的溫度不利于幼蟲的生長與化蛹，34℃已經(jīng)超出卵孵化與越冬蛹羽化的上限溫度。易傳輝等(2007，2008)對美鳳蝶和枯葉蛺蝶的研究表明，30.0℃時美鳳蝶和枯葉蛺蝶幼蟲的存活率均較20℃和25℃顯著下降，表明30℃時可能已對這兩種蝴蝶幼蟲生長發(fā)育不利。本研究還發(fā)現(xiàn)，無論在哪種光溫組合下，隨著齡期的增大，虎斑蝶幼蟲的存活率明顯增加，3～5齡幼蟲的存活率顯著高于1～2齡幼蟲(P<0.05)。這表明隨著齡期的增大，幼蟲對外界不利因素的抵抗能力也在增強(qiáng)。因此，在養(yǎng)殖生產(chǎn)上，要特別加強(qiáng)對1～2齡幼蟲的管護(hù)。

多元相關(guān)分析表明，長光照更利于虎斑蝶幼蟲的存活，短光照則更利于卵的孵化和蛹的羽化；在17.5～30.0℃內(nèi)，較高的溫度更利于虎斑蝶蛹的羽化，而較低的溫度則更利于卵的孵化和幼蟲的存活。值得注意的是，光周期與虎斑蝶幼期各蟲態(tài)存活率之間的相關(guān)性不顯著，溫度與羽化率之間的相關(guān)性顯著，與卵的孵化率和幼蟲的存活率之間的相關(guān)性不顯著。但總體來看，溫度對虎斑蝶卵的孵化、幼蟲的存活及蛹的羽化影響大于光周期。在其他蝶類中，易傳輝等(2007，2008)發(fā)現(xiàn)溫度對美鳳蝶和枯葉蛺蝶幼蟲存活的影響顯著大于光周期。考慮到虎斑蝶的人工飼養(yǎng)既要降低死亡率，又要縮短飼養(yǎng)周期，結(jié)合本項研究建議卵置于25.0～27.5℃為宜，1齡幼蟲飼養(yǎng)以22.5～27.5℃為宜，2齡幼蟲飼養(yǎng)以22.5～25.0℃為宜，3齡幼蟲飼養(yǎng)以20.0～25.0℃為宜，4齡幼蟲飼養(yǎng)以25.0～27.5℃為宜，5齡幼蟲飼養(yǎng)以22.5～25.0℃為宜，蛹期置于27.5～30.0℃為宜。對于光照的選擇，建議幼蟲期飼養(yǎng)在長光照下為宜，卵和蛹期置于短光照下為宜。

致謝：西南林業(yè)大學(xué)保護(hù)生物學(xué)學(xué)院曹永同學(xué)和蔣創(chuàng)同學(xué)參與了部分實(shí)驗觀察，昆明中林觀賞昆蟲科技開發(fā)有限公司趙燦繁協(xié)助采集實(shí)驗虎斑蝶種源。在此一并致謝！