張羅燕，汪 分，萬小雙，徐 進(jìn)，2*，葉 輝

(1. 西南林業(yè)大學(xué)云南生物多樣性研究院，昆明 650224；2. 西南林業(yè)大學(xué)西南山地森林資源保育與利用教育部重點實驗室，昆明 650224；3. 云南大學(xué)生態(tài)與環(huán)境學(xué)院，昆明 650091)

草地貪夜蛾Spodopterafrugiperda(Smith)，也稱秋粘蟲，隸屬于鱗翅目Lepidoptera夜蛾科Noctuidae灰翅夜蛾屬Spodoptera，原產(chǎn)于美洲熱帶和亞熱帶地區(qū)并在美洲大陸廣泛分布，是玉米ZeamaysL.、水稻OryzasativaL.等重要糧食作物上的重大遷飛性害蟲(Earlyetal., 2018; Kebede and Shimalis, 2018)。雖然草地貪夜蛾是一種長距離遷飛害蟲，但在2015年之前并沒有關(guān)于它在美洲以外分布的報道。自2016年開始，該害蟲入侵了非洲、亞洲、大洋洲等60多個國家和地區(qū)(齊國君等, 2019)。截至目前，草地貪夜蛾已在世界113個國家和地區(qū)發(fā)生為害(齊國君等, 2020)。該害蟲于2019年1月11日首次在我國云南省江城縣發(fā)現(xiàn)，之后便開始以驚人的速度在我國蔓延(孫曉玲等, 2020)。截至2019年底，已擴(kuò)散至我國 26省(自治區(qū)、直轄市)1 538個縣(區(qū))，其中包括長江流域、黃河流域和東北玉米、小麥TriticumaestivumL.等重要糧食作物主產(chǎn)區(qū)(張智等, 2020)。在非洲，草地貪夜蛾可造成玉米年產(chǎn)量減少21%～53%，經(jīng)濟(jì)損失估計為24.81～61.87億美元(Abrahamsetal., 2017)。在中國，草地貪夜蛾每年對玉米造成的經(jīng)濟(jì)損失估計為172.86～521.43億美元(秦譽(yù)嘉等, 2020)，對小麥造成的損失估計為155.71～901.43億美元(徐艷玲等, 2020)。除了長距離遷飛能力，草地貪夜蛾還具有較強(qiáng)的繁殖力和抗藥性(APRD, 2021)，探索其綠色可持續(xù)防治方法刻不容緩。

昆蟲生殖行為是性選擇和進(jìn)化理論的重要基礎(chǔ)(Anholtetal., 2020)，在害蟲防治方面也有重要價值(徐漢虹等, 2020)。生殖行為主要包括求偶、交配和產(chǎn)卵等與繁殖直接或間接相關(guān)的行為過程，這些行為的發(fā)生及其特征、節(jié)律以及內(nèi)外在因素是生殖行為研究的基本內(nèi)容。當(dāng)前，由于害蟲抗藥性不斷增強(qiáng)和化學(xué)農(nóng)藥大量使用，造成了日趨嚴(yán)峻的經(jīng)濟(jì)損失和環(huán)境安全問題，基于昆蟲信息素及生殖行為特征等建立起來的生物防治手段，例如性誘劑誘捕、交配干擾和雄性不育等，已經(jīng)在一些重要農(nóng)業(yè)害蟲的監(jiān)測和防治上成功應(yīng)用并顯示了巨大的潛力(徐漢虹等, 2020)。這些技術(shù)的成功運(yùn)用有賴于對目標(biāo)害蟲的生殖行為充分的認(rèn)識(Michereffetal., 2004)。草地貪夜蛾已對41種殺蟲劑產(chǎn)生了不同程度的抗性，且其抗性仍在快速進(jìn)化中(APRD, 2021)。開展草地貪夜蛾生殖行為等相關(guān)基礎(chǔ)研究，有重要的科學(xué)意義及迫切的現(xiàn)實需求。

由于草地貪夜蛾的快速入侵和大面積危害，近年來對草地貪夜蛾的研究迅速增多。這些研究主要集中在其基礎(chǔ)生物學(xué)、遷移和危害情況、防治技術(shù)的探索和建立等方面(Feldmannetal., 2019; Xiao, 2021)，對于草地貪夜蛾生殖行為方面的研究報道仍然較少。其遷飛性、夜行性及生殖周期較長(10 d左右)等因素，都為草地貪夜蛾生殖行為的觀測帶來困難。因此，到目前為止，對于草地貪夜蛾生殖行為及節(jié)律，仍然缺乏較為全面的認(rèn)識，亟需從性選擇和物種進(jìn)化角度進(jìn)一步對其進(jìn)行深入研究?；诖耍狙芯繉⒗碚撗芯亢同F(xiàn)實需求有機(jī)結(jié)合，在實驗室條件下通過永久配對及每日更換配偶等處理，對草地貪夜蛾一生的生殖行為(包括雌蟲召喚、雄蟲求偶、雌雄交配及雌蟲產(chǎn)卵等)和節(jié)律進(jìn)行了系統(tǒng)觀察和細(xì)致分析，并在此基礎(chǔ)上對其性選擇策略和生殖-生存權(quán)衡等進(jìn)化問題進(jìn)行了深入探討，其研究結(jié)果也為草地貪夜蛾的綜合治理提供了科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試蟲源

本研究所用草地貪夜蛾，其親代于2019年7月采自云南省曲靖市沾益區(qū)田間受害玉米植株上。親代幼蟲采回后在實驗室采用人工飼料進(jìn)行飼養(yǎng)和擴(kuò)繁，然后用其子代進(jìn)行試驗。本研究于2020年7月至9月進(jìn)行，研究前該蟲在實驗室里繁殖約9代。人工飼料配方及配制方法同李廣宏等(1998)，幼蟲飼養(yǎng)于透明塑料盒中(長23 cm×寬15 cm×高9 cm)，飼養(yǎng)溫度設(shè)為26℃±1℃，相對濕度為60%～80%，光周期為L ∶D=14 ∶10。待幼蟲老熟化蛹后，將蛹放置于同樣規(guī)格的裝有細(xì)沙的塑料盒中直至羽化，取性成熟雌雄成蟲進(jìn)行配對傳代以獲得足夠的試驗用蟲。

1.2 草地貪夜蛾生殖行為及其晝夜節(jié)律觀察

本試驗用成蟲采集過程中需確保其未交配過并記錄其日齡，具體方法如下：待幼蟲老熟化蛹后，根據(jù)蛹腹部特征(董前進(jìn)等, 2019)將雌雄蛹分開并分別放入不同的塑料盒中進(jìn)行羽化。羽化多發(fā)生在燈滅前1 h和燈滅后1 h這兩個小時之內(nèi)，為減少試驗誤差，只取這兩個小時之內(nèi)羽化的成蟲立即配對進(jìn)行下述生殖行為觀察。將羽化后的1個暗期和1個光期記為0日齡，再之后的1個暗期和1個光期記為1日齡，以此類推。

在上述環(huán)境條件下通過永久配對(Permanent pairing, PM)對及每日更換配偶(Change mate daily, CM)兩種處理，對草地貪夜蛾成蟲一生的生殖行為(包括雌蟲召喚、雄蟲求偶、雌雄交配及雌蟲產(chǎn)卵)及其節(jié)律進(jìn)行了觀察和比較分析。PM為一雌一雄在羽化后立即放入上述透明塑料盒進(jìn)行配對，然后每日進(jìn)行生殖行為觀察直至死亡(每對為1個重復(fù)，共20個重復(fù)，n=20)。CM為新羽化一雌一雄成蟲放入塑料盒中配對后關(guān)1 d，之后交換雄性配偶，再關(guān)1 d之后又交換雄性配偶，依此每日交換1次配偶直致雌蟲死亡，同一雌雄一生中只相遇1次，每日進(jìn)行生殖行為觀察直至死亡(每對為1個重復(fù)，共20個重復(fù)，n=20)。配偶交換處理均在天黑前20 min之內(nèi)完成。永久配對也在天黑前20 min之內(nèi)進(jìn)行相似處理，只是將雄蟲取出后再放入原雌蟲盒內(nèi)，并不交換配偶。在塑料盒中鋪上白紙作為產(chǎn)卵場所，盒中放入10%蔗糖水以供成蟲取食，產(chǎn)卵紙和糖水每日更換。

成蟲的行為觀察每10 min進(jìn)行一次(Wangetal., 2021)，每次快速掃描所有配對的成蟲并記錄以下行為：雄蟲求偶-雄蟲在雌蟲周圍及頭頂跳躍及扇翅或伸出其外生殖器試圖與雌蟲外生殖器結(jié)合；雌蟲召喚-雌蟲將它的腹部從兩翅間向上穿過且高高翹起并露出產(chǎn)卵器及性信息素腺；交配-雌與雄的外生殖器結(jié)合在一起。記錄觀察到的每頭蟲的每一種行為的發(fā)生時間。每天在光周期(白天)下收集當(dāng)天所產(chǎn)的卵并置于透明塑料培養(yǎng)皿(8.5 cm直徑×1.5 cm高)中進(jìn)行孵育，之后在解剖鏡下對每日產(chǎn)卵數(shù)和孵化數(shù)(幼蟲的孵化大概在產(chǎn)卵3 d后)進(jìn)行統(tǒng)計。在暗周期(夜間)下用30 W紅燈照明進(jìn)行行為學(xué)觀測。

1.3 數(shù)據(jù)分析

1.3.1數(shù)據(jù)整理

計算雌蟲召喚、雄蟲求偶和雌雄交配的實時及累計百分率，每日交配百分率，交配累計百分率，每日及一生交配次數(shù)、產(chǎn)卵量、孵化數(shù)和孵化率，前5 d產(chǎn)卵速率等，主要統(tǒng)計方法如下：

雌蟲召喚實時百分率(%)=每小時里發(fā)生了召喚行為的雌蟲數(shù)/處理重復(fù)數(shù)×100

雄蟲求偶實時百分率(%)=每小時里發(fā)生了求偶行為的雄蟲數(shù)/處理重復(fù)數(shù)×100

交配實時百分率(%)=每小時里發(fā)生了交配行為的雌蟲數(shù)/處理重復(fù)數(shù)×100

雌蟲召喚累計百分率=對雌蟲召喚實時百分率按小時進(jìn)行累加，每日分別計算

雄蟲求偶累計百分率=對雄蟲求偶實時百分率按小時進(jìn)行累加，每日分別計算

交配累計百分率=對交配實時百分率按小時進(jìn)行累加，每日分別計算

每日交配雌蟲按次分類百分率(%)=每日第幾交配的雌蟲數(shù)/處理重復(fù)數(shù)×100

按一生交配次數(shù)分類雌蟲百分率(%)=一生交配了某一次數(shù)的雌蟲數(shù)/處理重復(fù)數(shù)×100

前5 d產(chǎn)卵速率=前5 d產(chǎn)卵數(shù)/總卵數(shù)

1.3.2數(shù)據(jù)分析

對數(shù)據(jù)進(jìn)行正態(tài)分布檢驗及方差齊性分析，然后對滿足正態(tài)分布及方差齊性的處理進(jìn)行單因素方差分析(ANOVA)，并用LSD進(jìn)行多重比較。其中關(guān)于交配次數(shù)和交配持續(xù)時間的數(shù)據(jù)經(jīng)過ln(X)變換后滿足正態(tài)分布。經(jīng)嘗試不同數(shù)據(jù)變換后仍不滿足正態(tài)分布及方差齊性要求的數(shù)據(jù)則使用Kruskal-Wallis進(jìn)行非參數(shù)檢驗。

采用線性回歸分析探究了草地貪夜蛾雌蛾生殖行為(召喚時長、交配次數(shù)、總產(chǎn)卵數(shù)和前5 d產(chǎn)卵速率)與其壽命之間可能存在的相關(guān)性，以及草地貪夜蛾雄蛾生殖行為(求偶次數(shù)和交配次數(shù))與其壽命之間是否存在相關(guān)性。

所有數(shù)據(jù)分析均使用SPSS Statistics 25.0統(tǒng)計軟件進(jìn)行。拒絕水平設(shè)為α<0.05。如無特殊說明，本研究的數(shù)值為算術(shù)平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤(means±SE)。

2 結(jié)果與分析

2.1 雌蟲召喚行為節(jié)律與雄蟲求偶行為節(jié)律

本研究采用永久配對(Permanent pairing, PM)和每日更換配偶(Change mate daily, CM)兩種處理，對草地貪夜蛾成蟲羽化后10 d(羽化當(dāng)天開始直至9日齡)的生殖行為節(jié)律進(jìn)行了觀察和分析，結(jié)果表明雌蟲召喚行為存在明顯的晝夜節(jié)律，即均發(fā)生在夜間，并受到日齡和配偶的影響(圖1, 圖2)。從日齡上看，雌蟲在羽化當(dāng)日(0日齡)即可出現(xiàn)召喚行為，但發(fā)生頻率和比率較低；1日齡召喚行為頻率和比率顯著提升，所有雌蟲在這一日均出現(xiàn)了召喚行為；2～5日齡期間均保持了較高的召喚行為頻率和比率，每日累計召喚發(fā)生比率在兩種處理下均在80%以上；6～9日齡間召喚行為逐漸減少。從召喚行為在夜間發(fā)生的時間上來看，0日齡時主要發(fā)生在后半夜，1～5日齡多發(fā)生在前半夜，之后的6～9日齡間在夜間各時段發(fā)生頻率相似。從總體上看，兩種配對處理下雌蟲召喚行為日節(jié)律相似，但是在CM下雌蟲后期(6～9日齡)召喚行為與PM相比下降較慢。

圖1 草地貪夜蛾雌蟲召喚、雄蟲求偶和雌雄蟲交配的實時百分率Fig.1 Real-time percentage of female calling, male courtship, and mating of Sopdoptera frugiperda

圖2 草地貪夜蛾雌蟲召喚、雄蟲求偶和雌雄蟲交配的累計百分率Fig.2 Cumulative percentage of female calling, male courtship, and mating of Sopdoptera frugiperda

同樣，雄蟲的求偶行為也出現(xiàn)了明顯的晝夜節(jié)律，并因日齡和配偶的不同而不同(圖1, 圖2)。雄蟲在羽化當(dāng)日(0日齡)也出現(xiàn)了較低頻率和比率的求偶行為；求偶行為在1日齡出現(xiàn)了顯著提升，大部分(>80%)雄蟲在這一日出現(xiàn)了求偶行為；從2～7日齡期間雄蟲均保持了較高的求偶行為頻率和比率，每日累計求偶發(fā)生率均在80%以上；在8～9日齡，PM雄蟲求偶行為顯著下降，CM雄蟲求偶行為也有所下降，但下降幅度相對較低。從求偶行為在夜間發(fā)生的時間點上來看，兩種處理間也存在明顯差異，其差異主要表現(xiàn)在CM雄蟲求偶高峰多發(fā)生在天剛黑之后，也即剛與新配偶配對之后不久。

求偶與召喚行為節(jié)律間存在較高的相似性和同步性，但也存在一定差異(圖1, 圖2)。從實時行為發(fā)生比率來看(圖1)，在0～1日齡，召喚行為明顯高于求偶行為；在2～4日齡，召喚行為與求偶行為相差不大；而從5日齡開始直到9日齡為止，求偶行為明顯高于召喚行為。從累計行為發(fā)生比率來看(圖2)，在0～1日齡，召喚行為高于求偶行為；而從2日齡開始直到9日齡，求偶行為多數(shù)情況下高于召喚行為。

雌蟲召喚行為多為一個持續(xù)的過程(最高可持續(xù)數(shù)小時)，而雄蟲求偶行為多為偶發(fā)過程，且持續(xù)時間較短，幾秒到幾分鐘不等。基于這些特性，對召喚時長和求偶次數(shù)進(jìn)行了統(tǒng)計。結(jié)果表明，在兩種處理下，各日齡的召喚時長均隨日齡的增長呈現(xiàn)下降趨勢(PM:F9,190=18.431,P<0.0001; CM:F9,190=14.728,P<0.0001; 圖3-a)，PM和CM之間只在最后2個日齡(8日齡和9日齡)存在顯著差異(P<0.05)。CM雌蟲一生召喚時長高于PM雌蟲，但差異不顯著(F1,38=1.735,P=0.1956; 圖3-b)。各日齡的求偶次數(shù)均隨日齡的增長呈現(xiàn)先上升再下降的趨勢(PM:F9,190=13.625,P<0.0001; CM:F9,190=7.306,P<0.0001; 圖3-c)，處理之間在5日齡、8日齡和9日齡(P<0.05)存在顯著差異。CM雄蟲一生求偶次數(shù)高于PM雄蟲，但差異不顯著(F1,38=1.416,P=0.2414; 圖3-d)。

圖3 草地貪夜蛾召喚時長、求偶次數(shù)、交配時間及壽命Fig.3 Calling duration, number of courtships, mating duration and lifespan of Spodoptera frugiperda注：a，每日召喚時長；b，一生召喚時長；c，每日求偶次數(shù)；d，一生求偶次數(shù)；e，每日交配時長；f，一生交配時長；g，前4次交配時長；h，雌雄壽命。Note: a, Daily calling duration; b, Lifetime calling duration; c, Daily courtship numbers; d, Lifetime courtship numbers; e, Daily mating duration; f, Lifetime mating duration; g, Mating duration of the first four matings; h, Male and female lifespan.

2.2 交配行為及其節(jié)律

草地貪夜蛾雌雄蟲均可在羽化當(dāng)日出現(xiàn)召喚或求偶行為，但在這1日未見交配現(xiàn)象(圖1, 圖2)。交配行為最早發(fā)生于1日齡成蟲中。交配均發(fā)生于夜間，從交配發(fā)生的時間點來看，交配高峰多出現(xiàn)在召喚和求偶高峰之后。交配的發(fā)生多以雄蟲主動為主，少數(shù)情況下幾次求偶和嘗試即可成功開始交配，多數(shù)情況下需要多次求偶和嘗試才能成功。交配過程中，雌雄蛾多呈“一”字形(圖4-a)，少數(shù)呈“八”字形(圖4-b)，雌雄蟲均靜止不動。交配開始至10 min之內(nèi)，人為地移動交尾過程中的成蟲較易打斷其交配；交配開始10 min之后，人為移動不易打斷其交尾。交尾完成后，雌雄成蟲分開，但多靜止不動，活動性較低。

圖4 草地貪夜蛾交配、產(chǎn)卵及幼蟲Fig.4 Mating, egg laying and larvae of Spodoptera frugiperda注：a，雌雄蛾呈“一”字形交配過程；b，雌雄蛾呈“八”字形交配過程；c～h，初生卵，呈白色、灰色和淡紫色等；i，即將孵化的卵，棕黑色；j, k，初孵幼蟲。Note：a, “-” liked mating posture; b, “v” liked mating posture; c～h, Neonatal eggs with white, gray or lavender color; i, Mature eggs, brown-black; j, k, Neonatal larvae.

交配行為節(jié)律同樣與日齡和配偶密切相關(guān)。從每日交配雌蟲按次分類百分率來看(圖5-a, b)，PM雌蟲不論是第1次還是后面幾次交配多表現(xiàn)出先高后低的趨勢，而CM雌蟲多表現(xiàn)為先低后高再降低的趨勢；類似趨勢也表現(xiàn)在每日平均交配次數(shù)(圖5-c)和每日交配雌蟲百分率(圖5-e)上。從每日交配累計次數(shù)(圖5-d)來看，1～4日齡期間PM高于CM，而5～9日齡間CM高于PM。從每日交配雌蟲累計百分率(圖5-f)來看，1～3日齡間PM高于CM，4～9日齡間CM高于PM。CM雌蟲到5日齡時均發(fā)生了至少1次交配，即交配雌蟲比率在這1日已達(dá)100%(圖5-f)；而PM雌蟲直至7日齡才達(dá)到最高交配比率95%，之后至死依然有5%的雌蟲未進(jìn)行交配(圖5-f)。

圖5 草地貪夜蛾交配次數(shù)及日節(jié)律Fig.5 Mating frequency and daily rhythm of Spodoptera frugiperda注：a，永久配對的每日交配雌蟲按次分類百分率；b，每日更換雄配偶的每日交配雌蟲按次分類百分率；c，每日交配次數(shù)；d，每日交配累計次數(shù)；e，每日交配雌蟲百分率；f，每日交配雌蟲累計百分率；g，按雌蟲一生交配次數(shù)分類百分率；h，一生平均交配次數(shù)。Note: a, Percentage of daily mating females of different mating number from PM; b, Percentage of daily mating females of different mating number from CM; c, Daily mating numbers; d, Accumulated daily mating numbers; e, Daily percentage of mated females; f, Accumulated daily percentage of mated females; g, Percentage of females mated different times in the lifetime; h, Average mating times.

從一生交配次數(shù)來看，處理間也出現(xiàn)了明顯差異(圖5-g)。PM雌蟲有5%終生未發(fā)生交配，一生中只交配了1次的雌蟲占比最高(35%)，其余雌蟲發(fā)生了2次及以上交配，單頭雌蟲最高交配了6次。CM雌蟲一生中只交配了1次的只占5%，其余的雌蟲發(fā)生了2次及以上交配，一生只交配了2次或3次的雌蟲占比最高(均為30%)，單頭雌蟲最高交配了5次。CM雌蟲一生平均交配次數(shù)為3.1±0.261次，高于PM雌蟲的2.5±0.373次(圖5-h)。

從每次交配的持續(xù)時間來看，各日齡的每次交配時長均無顯著差異(PM:χ2=10.511,P=0.1047；CM:χ2=11.396,P=0.0769；圖3-e)。CM雌蟲一生交配時長高于PM雌蟲，但差異不顯著(F1,38=1.206,P=0.2791；圖3-f)。在PM中，雌蟲第1次、第2次、第3次和第4次交配的持續(xù)時間之間沒有顯著差異(F3,43=1.1，P=0.3595；圖3-g)；而在CM中，第1次交配的持續(xù)時間明顯高于第2次、第3次和第4次交配的持續(xù)時間(F3,55=6.374，P=0.0009；圖3-g)。雌蟲第1次、第2次和第4次交配的持續(xù)時間在處理間沒有顯著差異(P>0.05)，僅在第3次交配上有顯著差異(P<0.05；圖3-g)。

2.3 產(chǎn)卵行為及節(jié)律

草地貪夜蛾雌蟲在交配結(jié)束后當(dāng)夜未觀察到產(chǎn)卵現(xiàn)象，多數(shù)雌蟲在交配后下一夜開始產(chǎn)卵。卵呈圓頂型，直徑0.4 mm，高為0.3 mm，通常100～200粒卵堆積成塊狀，卵塊上多覆蓋有黃色鱗毛，初產(chǎn)時為淺綠、白色、灰色和淡紫色等(圖4-c, h)，孵化前漸變?yōu)樽睾谏?圖4-i)，之后幼蟲開始孵化(圖4-j, k)。雌蟲日產(chǎn)卵量存在明顯的單峰形產(chǎn)卵節(jié)律(圖6-a, b)。PM雌蟲日產(chǎn)卵高峰發(fā)生在5日齡，當(dāng)日產(chǎn)卵量為209±44粒(圖6-a)；CM雌蟲日產(chǎn)卵量高峰發(fā)生于6日齡，當(dāng)日產(chǎn)卵量為279±45粒(圖6-b)。PM雌蟲一生的產(chǎn)卵數(shù)和孵化數(shù)分別為1 079±121粒和1 033±127粒(圖6-c)；CM雌蟲一生的產(chǎn)卵數(shù)和孵化數(shù)為1 214±106粒和1 128±126粒(圖6-d)，均高于PM，但差異不顯著(產(chǎn)卵數(shù):χ2=1.026,P=0.3112; 孵化數(shù):χ2=0.360,P=0.5483)。從日孵化率來看，PM在最后2 d較低，CM在最后 1 d 較低(圖6-e)；PM總孵化率稍高于CM，但差異不顯著(F1,38=0.29,P=0.5934，圖6-f)。

圖6 草地貪夜蛾產(chǎn)卵量、孵化數(shù)及孵化率Fig.6 Number of eggs laid, number of hatched eggs and hatching rate of Spodoptera frugiperda注：a，永久配對的日產(chǎn)卵量及孵化數(shù)；b，每日更換雄配偶的日產(chǎn)卵量及孵化數(shù)；c，永久配對的累計產(chǎn)卵量和累計孵化數(shù)；d，每日更換雄配偶的累計產(chǎn)卵量和累計孵化數(shù)；e，永久配對和每日更換雄配偶的日孵化率；f，永久配對和每日更換雄配偶的總孵化率。Note: a, Daily eggs laid and hatched eggs of PM; b, Daily eggs laid and hatched eggs of CM; c, Accumulated daily eggs laid and hatched eggs of PM; d, Accumulated daily eggs laid and hatched eggs of CM; e, Daily hatching rate; f, Total hatching rate.

2.4 生殖行為與成蟲壽命關(guān)系

雄蟲平均壽命高于雌性，雌雄壽命差異在PM中顯著(F1,38=37.027,P<0.0001, 圖3-h)，而在CM中不顯著(F1,38=0.56,P=0.44, 圖3-h)。CM雌蛾壽命顯著高于PM雌蛾(F1,38=10.851,P=0.0027, 圖3-h)，而雄蛾壽命在兩種處理間沒有顯著差異(F1,38=3.51,P=0.0518, 圖3-h)。

為了進(jìn)一步解析生殖與生存間可能存在的權(quán)衡關(guān)系，對成蟲一生的生殖行為與壽命之間可能存在的相關(guān)性進(jìn)行了線性回歸分析。對于雌蟲，前5 d產(chǎn)卵速率與壽命間在兩種處理條件下均存在顯著負(fù)相關(guān)性(圖7)；然而交配次數(shù)或召喚時長與壽命之間在兩種處理下均不存在相關(guān)性(P>0.05)。對于雄蟲，交配次數(shù)或求偶次數(shù)與壽命之間相關(guān)性在兩種處理條件下均不顯著(P>0.05)。

圖7 草地貪夜蛾前5 d產(chǎn)卵速率與雌蟲壽命的線性關(guān)系Fig.7 Linear relationship between the egg laying rate in the first 5 days and female lifespan of Spodoptera frugiperda注：a，永久配對處理；b，每日更換雄配偶處理。Note: a, Relationship in PM; b, Relationship in CM.

3 結(jié)論與討論

許多鱗翅目昆蟲的生殖行為和其他活動并不全天出現(xiàn)，其中產(chǎn)卵、交配、進(jìn)食或飛行發(fā)生在白天或夜間的特定時期，存在明顯的晝夜節(jié)律性(Lazzari and Insausti, 2008)。對于夜蛾科昆蟲，生殖活動通常發(fā)生在夜間(Cardé, 1973)。本研究也顯示，草地貪夜蛾的生殖行為活動均發(fā)生在夜間。晝夜節(jié)律是昆蟲界最普遍的生物節(jié)律，是一種最常見的生物鐘現(xiàn)象，而光周期是影響昆蟲晝夜節(jié)律最重要的因素之一。光周期的存在及其引起的轉(zhuǎn)錄、翻譯負(fù)反饋環(huán)路中出現(xiàn)的轉(zhuǎn)錄激活物和抑制物是昆蟲生物鐘形成和維持的基礎(chǔ)(Giebultowicz, 1999)。光周期作為影響昆蟲生活節(jié)律的重要因子，直接影響昆蟲的發(fā)育、生理代謝以及種群季節(jié)性變動等(陳廣平等, 2009)。除了受到光周期和生物鐘的主調(diào)節(jié)，昆蟲行為節(jié)律也受到外界環(huán)境的影響，如氣溫、降雨等環(huán)境變化可能影響昆蟲的生殖行為(吳少會等, 2006)。晚上溫度比白天低，濕度比白天高，更容易躲避天敵的捕食，這些條件可能更有利于夜蛾的羽化、展翅和尋找配偶(Pompanonetal., 1995)。

本研究在實驗室模擬自然條件下可能出現(xiàn)的擇偶現(xiàn)像，采用永久配對(Permanent pairing, PM)和每日更換配偶(Change mate daily, CM)兩種處理，對草地貪夜蛾成蟲一生(約10 d)的生殖行為和節(jié)律進(jìn)行了連續(xù)觀察和分析，結(jié)果表明，雄蟲求偶行為節(jié)律與雌蟲召喚行為節(jié)律存在明顯相似性和同步性，同時交配高峰多出現(xiàn)在召喚和求偶行為高峰之后(圖1, 圖2)，表明召喚和求偶行為是交配發(fā)生的重要因素。前人研究表明，雌蛾召喚(釋放性信息素)等生殖活動與雄蛾飛行活動以及對雌蛾的應(yīng)答能力相吻合(Prestwich and Blomquist, 1987)。雄性和雌性之間的這種性行為的協(xié)調(diào)性一方面確保了覓偶的高成功率，并有效地提高了種間的生殖隔離(Grootetal., 2015)。這些行為的發(fā)生和持續(xù)時間也受到昆蟲年齡(Wangetal., 2015)、交配狀況(Yangetal., 2011)以及外源(如光周期和溫度)(Lietal., 2015)和內(nèi)源(如荷爾蒙)(Blochetal., 2013)性因子的影響。對蛾類昆蟲的這些行為節(jié)律研究，有利于有針對性的制定其精準(zhǔn)防控策略，例如可根據(jù)目標(biāo)害蟲的生殖行為節(jié)律及生殖周期來確定最佳誘捕時期，或在雄性不育技術(shù)中確定不育雄性個體投放時間，以達(dá)到精準(zhǔn)高效的防控目的(Vernonetal., 2014)。

雌蟲通過召喚吸引雄蟲，當(dāng)雄蟲找到雌蟲后，雄蟲一般需要進(jìn)行或簡單或復(fù)雜的求偶過程才能獲得交配(Phelan and Baker, 1990)。蛾類交配過程中，雌蟲的產(chǎn)卵器完全收回，雄蟲外生殖器的抱器抱住雌蟲的第7腹節(jié)，幾丁質(zhì)化的插入器插入雌蟲交配囊的頸部，可以外翻的陰莖伸入到交配囊的深處，然后在那里形成精包(Norris, 1932)。本研究發(fā)現(xiàn)草地貪夜蛾在交配開始10 min之后，人為移動不易打斷其交尾，其原因可能是精包這時已經(jīng)開始形成，精包生成過程中無法在不造成損傷的情況下人為終止其交配(徐進(jìn)和陳鵬, 2018)。交配完成后，精包中的精子需通過精子導(dǎo)管到達(dá)前庭再最終到達(dá)儲精器(Friedlanderetal., 2005)。精子需在儲精器中成熟后才可重新進(jìn)入前庭使卵受精(Friedlanderetal., 2005)。鱗翅目昆蟲精子一般需要數(shù)小時到十幾小時不等才能從精包中遷移到儲精器(Howell, 1991)，這可能正是大部分鱗翅目昆蟲(包括草地貪夜蛾；圖6)一般在交配后第2天才開始產(chǎn)卵的主要原因。

研究表明，在許多昆蟲中，由于雌蟲具有較好的儲精能力或?qū)ｉT的儲精器官，一次交配足以使雌性獲得足夠多的精子用于使其所有卵子受精(Arnqvist and Nilsson, 2000)。盡管如此，絕大多數(shù)雌性昆蟲不僅與不同的雄性而且與同一個雄性進(jìn)行多次交配。昆蟲的交配活動是一個非常耗時耗能的生理過程，此外，還存在身體傷害、病原菌傳播和被捕食等風(fēng)險(Arnqvist and Nilsson, 2000)。從進(jìn)化意義上來講，多次交配帶來的好處應(yīng)該高于交配可能造成的損失。性選擇及進(jìn)化理論研究表明多次交配有助于雌蟲獲得物質(zhì)(營養(yǎng))利益或基因(遺傳)利益(胡陽等, 2010)。物質(zhì)利益主要包括精子補(bǔ)充以及從精液中獲得營養(yǎng)補(bǔ)充從而有助于提高生殖力和壽命(Arnqvist and Nilsson, 2000; Thonhauseretal., 2013)?；蚶嬷饕ǘ啻谓慌溆兄跍p少子代基因不相容性、提高子代基因質(zhì)量或基因多樣性等(Suzakietal., 2013)。為了最大限度地獲取基因利益，雌性在再次交配過程中已經(jīng)進(jìn)化出了更喜歡新配偶的擇偶策略(Zehetal., 1998)。到目前為止，已經(jīng)在8種無脊椎動物中發(fā)現(xiàn)存在喜好新配偶的擇偶現(xiàn)象(Bateman, 1998; Zehetal., 1998; Archer and Elgar, 1999; Eakley and Houde, 2004; Ivyetal., 2005; Xu and Wang, 2009; Tanetal., 2013; Mestreetal., 2015)。本研究結(jié)果表明，CM雌性與PM雌性相比表現(xiàn)出較高的生殖行為活力(圖1～圖3,圖5)，PM雌性早中期產(chǎn)卵量較高而CM雌性中期產(chǎn)卵量最高(圖6)。這些結(jié)果表明，草地貪夜蛾雌性可以區(qū)分新的和以前的配偶，并表現(xiàn)出明顯的喜新厭舊的趨勢。雌蟲在遇到新的配偶或與新配偶交配后，延緩產(chǎn)卵或下調(diào)產(chǎn)卵速率可能有助于新配偶的精子參與授精并提高精子競爭以獲取基因利益的最大化(Archer and Elgar, 1999; Xu and Wang, 2009; Lietal., 2014; Mestreetal., 2015)。

本研究結(jié)果表明，前5 d產(chǎn)卵速率與雌蟲壽命間存在顯著負(fù)相關(guān)性(圖7)，這一結(jié)果暗示早期產(chǎn)卵量較高的雌蟲壽命較短，反之亦然。前人研究表明雌蟲能夠通過交配從雄蟲獲得營養(yǎng)物質(zhì)，如精液、附腺物質(zhì)等，從而可以改善和補(bǔ)充生殖消耗，有助于提高雌蟲生殖力和壽命(Gillott, 2003)。另一方面，精液中來自雄性附腺分泌的活性物質(zhì)可以促進(jìn)卵的發(fā)育和成熟，這些因子在促進(jìn)雌性生殖力提升的同時可能對其生存帶來負(fù)面影響(Xu and Wang, 2011; Yuetal., 2014)。生殖-生存權(quán)衡模型指出，基因在早期繁殖和后期生存之間具有拮抗作用，即早期生殖力較高的雌性壽命較短，反之亦然(Silbermann and Tatar, 2000; Okadaetal., 2014)。該模型已經(jīng)在果蠅中基于熱激蛋白表達(dá)獲得了一些證據(jù)(Silbermann and Tatar, 2000; Okadaetal., 2014)。本研究表明草地貪夜蛾生殖與壽命之間的關(guān)系符合早期繁殖-后期存活基因拮抗假說，其相關(guān)生理和基因等內(nèi)在調(diào)節(jié)機(jī)制值得進(jìn)一步深入研究。