基于多元比例分析研究4種潛蠅姬小蜂(膜翅目:姬小蜂科)的形態(tài)特征差異
——附2中國新紀(jì)錄種

張 楠,周 樂,康 寧,趙 倩,胡紅英

(新疆大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,烏魯木齊 830017)

潛蠅姬小蜂屬Diglyphus隸屬于小蜂總科Chalcidoidae姬小蜂科Eulophidae,1844年Walker以卡布潛蠅姬小蜂Diglyphuschabrias為模式種建立該屬。迄今,該屬全世界已知42個有效種,中國已知14種(Noyes, 2023)。潛蠅姬小蜂是危害蔬菜等經(jīng)濟(jì)作物的重要小型害蟲——潛葉蠅的優(yōu)勢寄生性天敵(劉萬學(xué)等,2013)。目前,利用自然天敵對潛葉蠅類害蟲進(jìn)行防治是“綠色防控”的有效途徑,可減少殺蟲劑的使用,降低殺蟲劑對環(huán)境的污染程度(顧丁等,2007)。寄生性天敵在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中普及使用的前提是屬種級水平的準(zhǔn)確鑒定。挖掘潛蠅姬小蜂種間的細(xì)微差異,將為潛蠅姬小蜂的物種進(jìn)化、系統(tǒng)演化、動物地理等方面研究提供形態(tài)學(xué)依據(jù)。

國內(nèi)外學(xué)者對潛蠅姬小蜂的生物學(xué)、生態(tài)學(xué)特性以及應(yīng)用等方面做了許多研究(馮紅云,2003;顧麗新,2010;Akutseetal., 2015),而對潛蠅姬小蜂的分類研究報(bào)道則相對較少,僅有少數(shù)學(xué)者對中國、土耳其以及歐洲種類進(jìn)行過分類研究,并在這些種間篩選出多個具有分類學(xué)意義的特征,諸如觸角索節(jié)長寬比、中胸盾片長寬比、前翅長寬比等(Zhuetal., 2000;Yefremovaetal., 2011;Hansson and Navone, 2017)。特征比值是小蜂分類中重要的形態(tài)特征之一(Graham, 1969),而現(xiàn)有的量化的特征,難以用于體型微小、形態(tài)相似的同形潛蠅姬小蜂D.isaea、波氏潛蠅姬小蜂D.poppoea、安納潛蠅姬小蜂D.anadolucus、卡布潛蠅姬小蜂D.chabrias的分類鑒定。

目前,國內(nèi)外學(xué)者已開始將多元比例分析(Multivariate ratio analysis, MRA)應(yīng)用于異金小蜂屬Anisopteromalus、刷盾短緣跳小蜂Encyrtussasakiicomplex、淡足常室繭蜂Peristenuspallipescomplex近似種的分類(Bauretal., 2014;Wangetal., 2016;Zhangetal., 2017)。多元比例分析是一種依靠主成分分析(Principal component analysis, PCA)和線性判別分析(Linear discriminant analysis, LDA)的形態(tài)分類學(xué)研究方法,其主要構(gòu)成包括:1. 線性判別分析比例提取器(Linear discriminant analysis ratio extractor, LDA ratio extractor),利用判別分析從多個組中篩選出最佳比值;2. PCA比例圖譜(PCA Ratio Spectrum),可將主成分各載荷因子間的關(guān)系從矩陣轉(zhuǎn)換為線性(Baur and Leuenberger, 2011)。

本研究采用非參數(shù)檢驗(yàn)和MRA對40頭標(biāo)本的25個形態(tài)特征的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,研究4種潛蠅姬小蜂的種間形態(tài)差異,篩選出了多個具有分類學(xué)意義的特征,以期為今后潛蠅姬小蜂屬的形態(tài)分類和系統(tǒng)發(fā)育研究提供更多的分類依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試?yán)ハx

本研究所用標(biāo)本均采自新疆伊犁西天山野果林,共4種40頭(表1),經(jīng)形態(tài)鑒定后保存于新疆大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院昆蟲研究室。形態(tài)結(jié)構(gòu)的術(shù)語遵循Gibson(1997),文中形態(tài)特征縮寫(表2)。

表1 本研究采集信息Table 1 Information of the specimens used in this study

表2 形態(tài)特征及其縮寫Table 2 Characteristics and abbreviations used in this study

1.2 拍攝圖像

使用Nikon SMZ745體式顯微鏡和Nikon ECLIPSE-Ci數(shù)碼生物顯微鏡對所研究的標(biāo)本進(jìn)行觀察,通過Nikon SMZ25-DSU3圖像采集系統(tǒng)對小蜂形態(tài)進(jìn)行圖像信息采集,之后使用NIS-Elements D對選取的形態(tài)特征(表2)進(jìn)行測量,最后使用Adobe photoshop CC和Adobe illustrate對圖像進(jìn)行處理和排版。

1.3 數(shù)據(jù)處理

運(yùn)用SPSS 16.0對25個形態(tài)特征的平均值進(jìn)行方差分析和Kaiser-Meyer-Olkin檢驗(yàn)以及Bartlett’s檢驗(yàn),利用MRA對數(shù)據(jù)進(jìn)行下一步分析,MRA是運(yùn)用R語言version 3.6.1實(shí)現(xiàn),其中數(shù)據(jù)可視化使用程緝包“ggplot2”,腳本參照Hannes等(Baur and Leuenberger, 2011;Bauretal., 2014)。

2 結(jié)果與分析

2.1 形態(tài)測量分析

以25個形態(tài)特征為檢驗(yàn)變量,4種小蜂為分組變量,進(jìn)行方差齊性驗(yàn)證,結(jié)果顯示25個特征sig.值均小于0.05,方差不齊,隨后進(jìn)行非參數(shù)檢驗(yàn)Kruskal-wallis test。在25個形態(tài)特征中,4種小蜂種間差異顯著(P<0.05)(圖1)。

2.2 多元比例分析

以25個形態(tài)特征的測量值為變量進(jìn)行Kaiser-Meyer-Olkin檢驗(yàn),KMO檢驗(yàn)系數(shù)為0.81,Bartlett’s檢驗(yàn)所得P值小于0.05,認(rèn)為變量間的相關(guān)程度無太大差異,適合作主成分分析。隨后進(jìn)行下一步分析,從碎石圖分析可知,前2個主成分累計(jì)方差貢獻(xiàn)率達(dá)99.8%,包含了原始變量的大部分信息。主成分1的貢獻(xiàn)率達(dá)95.3%,代表指標(biāo)為hw.l、fw.l和b.l,主成分2的貢獻(xiàn)率為4.5%,代表指標(biāo)為hw.w和b.l。將主成分1和2分別作為X、Y軸,作40個標(biāo)本的散點(diǎn)分布圖(圖2)。主成分分析結(jié)果顯示,4種潛蠅姬小蜂的散點(diǎn)都落于置信橢圓內(nèi);同一物種散點(diǎn)能聚集在同一區(qū);僅D.poppoea與D.anadolucus散點(diǎn)聚集區(qū)域出現(xiàn)部分重疊。

以25個形態(tài)特征為變量進(jìn)行PCA ratio spectrum,通過比值解釋特定主成分內(nèi)的變量間關(guān)系(圖3)。圖譜顯示,主成分1的圖譜比值主要是由ppd.l/hw.w決定;主成分2的圖譜比值主要是由mst.l/pmv.l決定,這些都與并胸腹節(jié)(ppd.l)、前翅(mst.l、pmv.l)和后翅(hw.w)形態(tài)有關(guān)。

使用LDA ratio extractor對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,篩選出各自分組間具有分類學(xué)意義的形態(tài)特征(表3)。各組將第1最佳比和第2最佳比分別作為X、Y軸,作20個標(biāo)本的散點(diǎn)分布圖(圖4)。散點(diǎn)圖顯示,2種間無散點(diǎn)重疊,表明這些特征比值均可用于物種的區(qū)分和鑒定。

圖2 4種潛蠅姬小蜂主成分1和主成分2的散點(diǎn)圖Fig.2 Scatter plots of PC1 and PC2 of the four Diglyphus species

圖3 主成分1和2的比值圖譜Fig.3 PCA Ratio Spectrum for shape component principal 1 and 2注:A,主成分1比值圖譜;B,主成分2比值圖譜。Note: A, PCA Ratio Spectrum for shape PC1; B, PCA Ratio Spectrum for shape PC2.

表3 4種潛蠅姬小蜂的第1和第2最佳比例Table 3 First-and second-best ratios found by the LDA ratio extractor for separating the four Diglyphus species

圖4 區(qū)分潛蠅姬小蜂2個最佳性狀特征比例散點(diǎn)圖Fig.4 Scatterplots of the two most discriminating ratios for the four Diglyphus species

3 結(jié)論與討論

研究結(jié)果表明,并胸腹節(jié)、前翅和后翅的大小可作為區(qū)分上述4種小蜂的主要特征。通過多元比例分析,本研究篩選出種級具有分類學(xué)意義的形態(tài)特征12個:體長與觸角棒節(jié)長之比,后翅寬與腹柄長之比可用于同形潛蠅姬小蜂和波氏潛蠅姬小蜂的分類鑒定;后翅寬與前翅翅緣毛長之比,并胸腹節(jié)長與腹柄長之比可用于安納潛蠅姬小蜂和同形潛蠅姬小蜂的分類鑒定;后翅長與后緣脈長之比,后翅寬與痣脈長之比可用于卡布潛蠅姬小蜂和同形潛蠅姬小蜂的分類鑒定;后緣脈長與痣脈長之比,后翅寬與中胸寬之比可用于卡布潛蠅姬小蜂和波氏潛蠅姬小蜂的分類鑒定;體長與腹柄長之比,前翅長與腹柄長之比可用于安納潛蠅姬小蜂和波氏潛蠅姬小蜂的分類鑒定;前翅翅緣毛長與痣脈長之比,中胸寬與腹柄長之比可用于安納潛蠅姬小蜂和卡布潛蠅姬小蜂的分類鑒定。

潛蠅姬小蜂是潛葉害蟲的優(yōu)勢寄生性天敵,由于其體型微小,形態(tài)相似;同時(shí),在傳統(tǒng)分類鑒定過程中易受鑒定者的經(jīng)驗(yàn)和主觀因素影響,故很難對其進(jìn)行準(zhǔn)確區(qū)分。MRA方法彌補(bǔ)了傳統(tǒng)分類鑒定中單一變量比較的不足,滿足了單位和的約束;通過PCA實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)降維,把多個原始變量合并成若干主成分,從中篩選出少量的具有代表性的變量;使用LDA ratio extractor從整體出發(fā),將所有形態(tài)特征進(jìn)行多重比較,從中篩選出具有代表性的最佳比例(Baur and Leuenberger, 2011)。MRA方法較幾何形態(tài)學(xué)方法和橢圓傅里葉分析,突破了固有思維,對來自全身的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一分析比較,篩選出具有代表性的差異特征(Baur and Leuenberger, 2011);但MRA方法也存在局限性,常受研究者所選特征變量框架限制,所以采用此方法時(shí),應(yīng)盡可能包含較全面的特征信息量。

在PCA分析中,安納潛蠅姬小蜂與波氏潛蠅姬小蜂的置信橢圓出現(xiàn)部分重疊(圖2),說明二者形態(tài)特征近似;本研究通過多元比例分析,獲得了二者的差異特征,b.l∶ptl.l和fw.l∶pt.l,前者體長和腹柄長比值為23.77～24.88,前翅長和前胸長比值為4.73～5.74;后者體長與腹柄長比值為44.72～52.12,前翅長與前胸長比值為9.46～13.45。在研究過程中發(fā)現(xiàn),篩選出的差異特征多集中于前翅和后翅,后續(xù)可通過幾何形態(tài)方法對其開展下一步研究,探尋種間前后翅的細(xì)微差異。δ值是用于衡量特征比受個體大小或形態(tài)差異的影響程度(Bauretal., 2014)。從表3可知,上述δ值都接近0,說明上述特征比差異主要受形態(tài)差異影響,而不是體型大小的影響。

Le等(2020)利用多元比例分析和DNA分子標(biāo)記對大痣小蜂屬M(fèi)egastigmus的種類進(jìn)行了修訂,并將M.judikingae、M.sichuanensis以及M.icipeensis作為M.zvimendeli的同物異名;Sugawara等利用多元比例分析和幾何形態(tài)學(xué)從2個長索跳小蜂Anagyrus近緣種中篩選出多個具有分類學(xué)意義的特征(Sugawaraetal., 2020)。本研究運(yùn)用多元比例對上述4種小蜂的形態(tài)特征的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,篩選出了多個具有分類學(xué)意義的特征,證實(shí)了該方法可輔助應(yīng)用于姬小蜂的形態(tài)比較研究,對分類學(xué)厘定和新階元的發(fā)現(xiàn)具有重要意義。

4種潛蠅姬小蜂分種檢索表(雌)

1. 觸角柄節(jié)深棕色具金屬光澤,各足腿節(jié)基部3/4深色具金屬光澤,其余淺色

2

觸角柄節(jié)基部1/4～1/3淺色,其余深棕色,各足腿節(jié)顏色各異

3

2. 前翅無透明斑,后翅長為前翅后緣脈長的16.11～17.54倍,后翅寬為前翅痣脈長的7.88～9.41倍

同形潛蠅姬小蜂DiglyphusisaeaWalker, 1838

前翅透明斑大,約伸達(dá)緣脈中部下方,下端閉合;后翅長為前翅后緣脈長的4.89～5.02倍,后翅寬為前翅痣脈長的1.96～2.06倍

卡布潛蠅姬小蜂Diglyphuschabrias(Walker, 1844)

3.各足脛節(jié)基部1/4深色具金屬光澤,其余淺色;體長為腹柄長的23.77～24.88倍,前翅長為前胸長的4.73～5.74倍

波氏潛蠅姬小蜂DiglyphuspoppoeaWalker, 1848

后足脛節(jié)基部具深色環(huán)帶,體長為腹柄長的44.72～52.12倍,前翅長為前胸長的9.46～13.45倍

安納潛蠅姬小蜂DiglyphusanadolucusDoganlar, 1982

附:中國新紀(jì)錄種

安納潛蠅姬小蜂DiglyphusanadolucusDoganlar,1982

DiglyphusanadolucusDoganlar, 1982: 75-78. New species, Holotype.

雌性(圖5-A):體長1.09～1.49 mm,體綠色,具藍(lán)綠色金屬光澤。上顎黃色,單眼紅色,復(fù)眼紅色;觸角柄節(jié)基部或腹面淺黃色,其余深棕色;中胸綠色,具藍(lán)綠色金屬光澤;前、后足基節(jié)和轉(zhuǎn)節(jié)同體色,其余淺黃色,后足腿節(jié)基部1/2深色具金屬光澤,前、中足脛節(jié)淺黃色,后足脛節(jié)有一深色環(huán)帶;腹部綠色,具藍(lán)色金屬光澤。

頭部:正面觀寬為高的0.69～0.89;觸角著生于復(fù)眼下緣連線之上;唇基平截;單眼排列呈鈍角三角形,單眼距是復(fù)眼-單眼距的1.99～2.19倍;復(fù)眼近三角形,大而光裸,復(fù)眼間距寬為復(fù)眼高的0.81～1.51倍;觸角索節(jié)2節(jié),棒節(jié)3節(jié),柄節(jié)長為復(fù)眼高的0.99～1.20倍,fn1.l長為寬的1.67～2.31倍,為梗節(jié)長的1.02～1.53倍,棒節(jié)長為寬的3.40～6.03倍,為索節(jié)長的0.85～1.32倍。

胸部(圖6-C):前胸背板近錐形,中胸長為寬的1.17～1.35倍,中胸盾片中葉和小盾片具網(wǎng)狀刻紋,小盾片長為寬0.7～1.26倍;;并胸腹節(jié)光滑無中脊和側(cè)褶,其長為小盾片長的0.67～0.85倍,體長為腹柄長的44.72～52.12倍。前翅(圖7-A)長為寬的2.65～2.91倍,為前胸長的9.46～13.45倍,翅緣毛長為翅寬的0.12～0.79倍,前緣室長為寬8.40～11.34倍,透明斑很小,緣脈長為痣脈的2.84～3.29倍,后緣脈長為痣脈的1.15～1.30倍。后翅(圖7-B)長為前翅后緣脈長的7.49～9.22倍,后翅寬為前翅痣脈長的1.88～2.29倍;中足脛節(jié)距短于基跗節(jié)。

腹部:柄后腹倒卵圓形,長為寬的1.43～2.48倍。

雄:未知。

寄主:未知。

分布:中國(新疆),土耳其。

圖6 4種潛蠅姬小蜂的胸部背面觀Fig.6 Dorsal view of thorax of four Diglyphus species注:A, 卡布潛蠅姬小蜂; B, 同形潛蠅姬小蜂; C, 安納潛蠅姬小蜂; D, 波氏潛蠅姬小蜂。Note: A, D. chabrias; B, D. isaea; C, D. andolucus; D, D. poppoea.

圖7 4種潛蠅姬小蜂前翅和后翅Fig.7 Fore-and hind wings of four Diglyphus species注:A, 安納潛蠅姬小蜂前翅; B, 安納潛蠅姬小蜂后翅; C, 卡布潛蠅姬小蜂前翅; D, 卡布潛蠅姬小蜂后翅; E, 同形潛蠅姬小蜂前翅; F, 同形潛蠅姬小蜂后翅; G, 波氏潛蠅姬小蜂前; H, 波氏潛蠅姬小蜂后翅。Note: A, Forewing of D. andolucus; B, Hindwing of D. andolucus; C, Forewing of D. chabrias; D, Hindwing of D. chabrias; E, Forewing of D. isaea; F, Hindwing of D. isaea; G, Forewing of D. poppoea; H, Hindwing of D. poppoea.

研究標(biāo)本:3♀,新疆新源縣改良場植物園雜草網(wǎng)掃,1 142 m,N: 42°19′30″,E: 81°36′43″,2018-Ⅵ-16,胡紅英團(tuán)隊(duì)采集。4♀,新疆鞏留縣大莫合鄉(xiāng)雜草網(wǎng)掃,1 173.41 m,N: 43°14′42″,E: 82°49′14″,2018-Ⅸ-14,胡紅英團(tuán)隊(duì)采集。3♀,新疆鞏留縣22團(tuán)8連雜草網(wǎng)掃,1 329.06 m,N: 43°14′42.74″,E: 82°50′30.51″,2018-Ⅸ-14,胡紅英團(tuán)隊(duì)采集。

注:安納潛蠅姬小蜂和波氏潛蠅姬小蜂形態(tài)相似,區(qū)別之處在于,前者前中足脛節(jié)淺色,體長與腹柄長比值為23.77～24.88,前翅長與前胸長比值為4.73～5.74;后者前中足脛節(jié)基部1/4深色,體長與腹柄長比值為44.72～52.12,前翅長與前胸長比值為9.46～13.45。

卡布潛蠅姬小蜂Diglyphuschabrias(Walker,1844)

AsecodeschabriasWalker, 1838.

CirrospiluschabriasWalker, 1838: 451. New species, Lectotype.

Diglyphuschabrias(Walker), 1844: 409. New combination forCirrospiluschabriasWalker.

AsecodeschabriasWalker: Dalla Torre, 1898: 46. New combination forCirrospiluschabriasWalker.

Diglyphuschabrias(Walker): Graham, 1959: 178; Hansson, 2017: 197-229.

雌(圖5-C):體長1.60～1.91 mm,蟲體綠色,具藍(lán)綠色金屬光澤,上顎為黃色;單眼紅色,復(fù)眼紅色;觸角柄節(jié)深色具金屬光澤,其余深棕色;胸部綠色,具藍(lán)紫色金屬閃光;前、后足基節(jié),轉(zhuǎn)節(jié)同體色,各足腿節(jié)基部3/4～4/5和脛節(jié)基部3/4～4/5深色具金屬光澤;腹部綠色,具藍(lán)綠色金屬光澤。

頭部:正面觀寬為高的0.75～0.91倍;觸角著生于復(fù)眼下緣連線之上;唇基平截;單眼排列呈鈍角三角形,單眼距是復(fù)眼-單眼距的2.68～3.17倍;復(fù)眼近橢圓形,大而光裸,復(fù)眼間距寬為復(fù)眼高的0.79～1.09倍;觸角索節(jié)2節(jié),棒節(jié)3節(jié),柄節(jié)長為復(fù)眼高的0.81～1.06倍,fn1.l長為寬的1.48～1.90倍,為梗節(jié)長的1.14～1.43倍,棒節(jié)長為寬的3.04～3.86倍,為索節(jié)長的1.07～1.16倍。

胸部(圖6-A):前胸背板近錐形,中胸長為寬的1.08～1.37倍,中胸盾片中葉和小盾片具網(wǎng)狀刻紋,小盾片長為寬的0.95～1.07倍;;并胸腹節(jié)光滑,無中脊和側(cè)褶,其長為小盾片長的0.41～0.52倍;體長為腹柄長的33.21～38.96倍。前翅(圖7-C)長為寬的2.29～2.42倍,為前胸長的8.42～9.03倍,翅緣毛長為翅寬的0.04倍,前緣室長為寬8.30～9.37倍,透明斑很小,緣脈長為痣脈的2.30～2.79倍,后緣脈長為痣脈的1.58～1.73倍。后翅(圖7-D)長為前翅后緣脈長的4.89～5.02倍,后翅寬為前翅痣脈長的1.96～2.06倍;中足脛節(jié)距短于基跗節(jié)。

腹部:柄后腹倒卵圓形,長為寬的1.75～2.09倍。

雄:未知。

寄主:主要外寄生于雙翅目潛葉蠅卵中。

分布:中國(新疆),巴基斯坦,俄羅斯,伊朗,以色列,土耳其,西班牙,葡萄牙,匈牙利,保加利亞,德國,英國,瑞士。

研究標(biāo)本:4♀,新疆伊寧縣吉爾格朗溝雜草網(wǎng)掃,1 030.04 m,N: 44°7′14″,E: 81°36′53″,2014-Ⅶ-14,胡紅英團(tuán)隊(duì)采集。2♀,新疆霍城縣大西溝雜草網(wǎng)掃,1 461 m,N: 44°26′43″,E: 82°17′65″,2019-Ⅵ-27,胡紅英團(tuán)隊(duì)采集。3♀,新疆鞏留縣小莫合雜草網(wǎng)掃,1 329.06 m,N: 43°14′42.69″,E: 82°44′13.35″,2019-Ⅶ-25,胡紅英團(tuán)隊(duì)采集。1♀,新疆霍城縣大西溝雜草網(wǎng)掃,1 461 m,N: 44°26′43″,E: 82°17′65″,2014-Ⅶ-26,胡紅英團(tuán)隊(duì)采集。

注:卡布潛蠅姬小蜂和同形潛蠅小蜂形態(tài)相似,區(qū)別之處在于,前者前翅透明斑大,約伸達(dá)緣脈中部下方,下端閉合,后翅長與前翅后緣脈長比值為4.89～5.02,后翅寬與前翅痣脈長比值為1.96～2.06;后者前翅無透明斑,后翅長與前翅后緣脈長比值為16.11～17.54,后翅寬與前翅痣脈長比值為7.88～9.41。