食物種類和飼養基質對門源蝠蛾(Hepialus menyuanicus)幼蟲生長發育特性的影響

曹正飛,王 濤,李秀璋,唐楚煜,賀 輝,李玉玲

(青海大學畜牧獸醫科學院,青海 西寧 810016)

門源蝠蛾(Hepialusmenyuanicus)幼蟲是冬蟲夏草菌(Ophiocordycepssinensis)侵染的優勢種之一[1],主要分布于我國四川、云南、甘肅、青海、西藏等地,表現出明顯的地帶性和垂直分布特性。以上地區氣候特點為典型的青藏高原氣候,日照充足、年積溫低、強紫外線輻射、晝夜溫差大、無絕對無霜期、凍土時間長,小氣候差異大且局部存在現代冰山;土壤種類為高寒草甸土;植被種類較多,但均存在大量的金露梅、銀露梅、蕨麻、嵩草等[3]。在青海省內主要分布在三江源4 000 m左右的高海拔地區,單個分布區內受山脈坡向、海拔、小氣候等影響較大[2]。研究發現蝙蝠蛾屬幼蟲更傾向于在富含腐殖質的土壤中構筑蟲道,這種蓬松的黑色沙土是由密集腐朽草根構成的,幼蟲較易向下鉆挖,且因植被根系較多而易取食。蝙蝠蛾幼蟲取食習性為雜食性,通過對白馬蝠蛾有關文獻報道進行分析,發現在實驗室單一食物種類飼養、混合食物種類飼養和野外雜食性飼養三種不同條件下,雜食性幼蟲的氨基酸種類較多,但水平不高,幼蟲生長緩慢;室內混合材料飼養的氨基酸種類和水平均不高幼蟲生長較快;單一材料飼養具有最高的氨基酸水平,但種類比雜食性少,多為必需氨基酸,幼蟲生長發育最快,齡期跨越所需時間較短。研究認為食物種類可以加速或延長幼蟲的發育周期[4]。其中,野外飼養組在多個營養成分上顯著優于人工飼育組,可能是由于人工模擬的環境與自然環境存在差異而導致的。

也有學者發現,共有10個科15種植物可以供康定蝠蛾幼蟲正常取食生長,但缺少對其蛻皮、化蛹變態發育的深入研究。從文獻報道來看,蝙蝠蛾幼蟲對植被種類的取食喜好,顯著影響了幼蟲自身的生長發育水平[5]。李全平[6]通過考察蝙蝠蛾幼蟲的存活率、幼蟲歷期、雌蛹重和產卵量,分析不同食物種類胡蘿卜(Daucuscarota)、圓穗蓼(Polygonummacrophyllum)、珠芽蓼(Polygonumviviparum)、蕨麻(Potentillaanserina)、小大黃(Rheumpalmatum)、慈姑(Sagittariatrifolia)、菊芋(Helianthustuberosus)等對幼蟲的營養效果,其中蕨麻的飼養效果最好,但其它組幼蟲也可以完成整個生活史。劉飛等[7]通過對幼蟲的飼養試驗證實,胡蘿卜組幼蟲生長發育最快、存活率最高,達到30.30%,許多實驗室的試驗結果也表明其存活率處于較高水平。隨著對食物種類營養成分的進一步分析,更有趣的結果出現了,胡蘿卜僅有較好的水分含量,蛋白質、粗灰分和可溶性糖均較低,較高的水含量有助于改善培養基的濕度,保持幼蟲生長的環境濕度,這可能是幼蟲具有較高存活率的原因之一[8-10]。有研究指出,環境濕度也會影響幼蟲的生長發育。干燥環境會刺激幼蟲抗逆激素的合成,如JHⅢ、蛻皮激素等,從而抑制幼蟲的生長發育[11]。

因此,幼蟲蟲體的營養水平并不能夠簡單地反應幼蟲的發育水平,關于食物種類和飼養基質對幼蟲生長發育的影響仍需進一步研究。本文在實驗室中常用的蝙蝠蛾幼蟲飼養食物基礎上,結合陳一凱等[12-14]對蝙蝠蛾幼蟲進行飼養發現的多個喜食性植物種類與青海省海北州門源回族自治縣(H:3 200 m,N:101.621 9°,S:37.376 1°)門源蝠蛾分布區內的優勢種植被,經綜合分析,選擇4種飼養食物Z1:珠芽蓼、J2:蕨麻、D3:大黃和H4:胡蘿卜。飼養基質的選擇參考已有報道,G(高寒土)>Y(椰糠粉)>N(泥炭土)。土壤基質和飼養材料按2∶1配置,蟲口密度按200頭·Kg-1·m-2,按照比例進行幼蟲飼養。采用灰色關聯度分析法,通過分析6種營養物質(CP、CF、SS、Ash、H2O和CHO)的含量,對飼養材料的綜合營養水平進行評價;分析食物種類營養水平和飼養基質對幼蟲生長發育的影響,為門源蝠蛾幼蟲的人工飼育提供參考。

1 試驗材料

1.1幼蟲與飼養食物

3～5齡期是幼蟲取食量較大、生長發育較快的時期,故選擇剛剛蛻皮的門源蝠蛾3齡幼蟲為試驗材料(見表1)。幼蟲采集于青海省海北藏族自治州門源回族自治縣(H:3 200 m,N:101.621 9°,S:37.376 1°),由青海大學畜牧獸醫科學院冬蟲夏草研究室提供。因該地區氣候寒冷、常常處于高原反射、風雪等惡劣天氣條件下,并且生長的溫度條件相對苛刻,最適合的生長溫度范圍為5℃～20℃之間。這里是冬蟲夏草的重要產區之一。冬蟲夏草一般分布在海拔3 000～5 000 m的地區,具有喜冷涼、耐濕的特性。因此,高海拔地區寒冷、潮濕的氣候很適合蟲草的生長。

表1 幼蟲飼養前發育現狀

1.2試驗設計

試驗采用食物種類和飼養基質的雙因素互作的完全隨機設計(見表2)。其中,采用灰色關聯度法對4種飼養食物Z1、J2、D3和H4的營養物質及營養水平進行綜合評價;飼養基質的選擇基于自然條件下最適宜的G1、人工飼養較適宜的Y2、一般性飼養基質適宜性較低的N3,共設Z1G1、Z1Y2、Z1N3、J2G1、J2Y2、J2N3、D3G1、D3Y2、D3N3、H4G1、H4Y2和H4N3共12個處理,飼養50 d,3次重復,每處理小區0.25 m2。如Z1G1:將83 g珠芽蓼切成3 cm×3 cm的小塊和167 g高寒土(1∶2)混合后放入0.25 m2(50 cm×50 cm)的透明塑料飼養框(高15 cm)內,投入50頭幼蟲開始飼養,隔絕光照,溫度為16℃,基質濕度為60%,其它處理類似[13]。

表2 食物種類和基質設計表

1.3試驗方法

采用灰色關聯度將CP、CF、SS、Ash、H2O和CHO 6個指標視為一個整體,綜合評價4個植物種類營養水平的高低。因各指標測定值相差較大,不易比較,所以采用均值化法進行標準化處理。先分析各指標之間的相關性(見表3),正相關用各測定值除以參考數列相應的期望指標,負相關取其倒數得到均值化新數列Mi。以6個營養指標進行綜合評價,不同食物種類用N表示,指標用k表示,各食物種類在指標處的值構成比較數列Nk,選擇各指標最大值組成母序列N0。使用以下公式計算關聯度系數、等權關聯度、權重系數及加權關聯度。P為分辨系數,一般取P=0.5。

表3 營養指標之間的相關性分析

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

其中,xi(k)為原始數據,x0(k)為母序列,min(i)min1x0(k)-x1(k)1為兩個層次的最小差;max max1x0(k)-xi(k)1為兩個層次的最大差;Mi為原始數據均值化后的數列值;ξ i(k)為關聯度系數;γi為等權關聯度;ωi為權重系數;γi＇為加權關聯度。

1.4數據處理

食物種類、基質及其互作對幼蟲頭殼寬、體長、體重及存活率的影響。實驗數據經Excel軟件處理后,采用SPSS 23.0軟件進行雙因素分析,并對各組合內測定數據分別進行頭殼寬、體長、體重及存活率的差異顯著性分析,結果以Mean±SEM表示,顯著性水平為P<0.05;最后對頭殼寬、體長、體重和存活率分別進行食物種類和飼養基質的Person相關分析。

2 結果與分析

2.14種食物的營養成分分析及綜合評價

在4個不同的食物種類中,胡蘿卜具有最高的水分含量(P<0.05);珠芽蓼具有最高的CF、SS、Ash和H2O(P<0.05);大黃具有最高的CHO(P<0.05);蕨麻具有最高的CP和水分含量(P<0.05)(見表3)。4種食物富含的營養物質各有差異,因此,需要借助灰色關聯度分析法對食物種類的營養水平進行綜合評價(見表4)。在灰色關聯分析中,關聯度的大小反映了各因子重要性的差異,關聯度越大該因子的作用越大,等權關聯度排序和加權關聯度排序結果一致,其結果能夠更真實地反映各個食物種類營養水平的高低。排序表明:珠芽蓼具有最高的營養水平,蕨麻具有較高的營養水平,大黃和胡蘿卜的營養水平較低(見表5)。

表5 不同食物種類的營養物質比較

2.2食物種類和飼養基質互作對門源蝠蛾幼蟲頭殼寬的影響

食物種類和飼養基質對幼蟲頭殼寬具有顯著影響(P<0.05),且存在互作效應(P<0.05)。同一飼養基質下,隨著食物種類營養水平的升高,頭寬為Z1>J2>D3>H4(P<0.05);同一食物種類下,隨著飼養基質的適宜性升高,頭殼寬為G1>Y2>N3(P<0.05),且在各個飼養基質下,幼蟲頭殼寬隨食物營養水平的提高而增加(見表6)。

表6 食物種類和飼養基質互作對幼蟲頭殼寬的影響

2.3食物種類和飼養基質互作對門源蝠蛾幼蟲體長的影響

食物種類和飼養基質對幼蟲體長具有顯著影響(P<0.05),且存在互作效應(P<0.05)。同一飼養基質下,隨著食物種類營養水平的升高,體長為Z1>J2=D3=H4(P<0.05);同一食物種類下,隨著飼養基質的適宜性升高,G1=Y2>N3(P<0.05),且在各個飼養基質下,幼蟲體長在食物營養水平最高時體長最大(見表7)。

表7 食物種類和飼養基質互作對幼蟲體長的影響

2.4食物種類和飼養基質互作對門源蝠蛾幼蟲體重的影響

食物種類和飼養基質對幼蟲體重具有顯著影響(P<0.05),互作效應顯著(P<0.05)。同一飼養基質下,隨著食物種類營養水平的升高,體重為Z1>J2>D3>H4(P<0.05);同一食物種類下,隨著飼養基質的適宜性升高,體重為G1>Y2>N3(P<0.05),且在各個飼養基質下,幼蟲體重隨食物營養水平的提高而增加(見表8)。

表8 食物種類和飼養基質互作對幼蟲體重的影響

2.5食物種類和飼養基質互作對門源蝠蛾幼蟲存活率的影響

食物種類和飼養基質對幼蟲存活率均有顯著影響(P<0.05),但不存在互作(P>0.05)。同一飼養基質下,隨著食物種類營養水平的升高,Z1具有最高的存活率(P<0.05),但H4組幼蟲存活率高于J2和D3(P<0.05);同一食物種類下,隨著飼養基質的適宜性升高,存活率為G1>Y2>N3(P<0.05)。因此,當幼蟲飼養死亡率較高時,可以考慮更換食物種類,將胡蘿卜作為飼養食物(見表9)。

表9 食物種類和飼養基質互作對幼蟲存活率的影響

2.6相關性分析

食物種類與頭寬、體重、體長和存活率呈顯著正相關(P<0.05),相關關系依次為:頭寬>體重>體長>存活率,表明食物種類對頭寬的促進作用最大。飼養基質與頭寬、體長、體重、存活率均呈顯著正相關(P<0.05),相關關系依次為:體重>頭寬>體長>存活率,表明飼養基質對體重的促進作用最大(見表10)。

表10 食物種類和基質與頭殼寬、體長、體重及存活率的相關性研究

3 討論與結論

昆蟲與寄主植物的關系一直是相關學者研究的熱點問題,傳統觀點認為植物是昆蟲進行生命活動所需營養的重要來源。雖然有些幼蟲屬雜食性,也可以土壤腐殖質為食,如蝙蝠蛾屬幼蟲,但這種取食方式對幼蟲的生長發育是不利的,幼蟲長期取食腐殖質,導致其體內氨基酸水平降低,生長發育受限[12]。因此,食物種類的選擇是蝙蝠蛾屬昆蟲人工飼養的關鍵問題。

冬蟲夏草的寄主昆蟲主要生長在青藏高原,是生態分布中植被蓋度與豐度較大的優勢種,因此本試驗對所選擇的4種食物種類的分析結果與陳一凱[13]通過葉碟法對蝙蝠蛾13種伴生植物所做取食試驗結果相似。4個食物種類中,珠芽蓼具有最高的粗纖維、可溶性糖、粗灰分和水含量,蕨麻具有最高的粗蛋白和水含量。飼養結果顯示,用珠芽蓼或蕨麻飼養幼蟲,其生長發育較好[14]。此外,黃雪峰和高有華等[5,15]認為,胡蘿卜是較為經濟實用的飼養食物,而且胡蘿卜可以有效控制環境濕度,加快幼蟲生長發育的速度。魯增輝等[8]發現,在飼養過程中,胡蘿卜僅適用于低齡幼蟲的飼養,長期使用胡蘿卜飼養易使高齡幼蟲(6齡)因出現蛻皮障礙而致死,用珠芽蓼飼養則不會出現這種現象。再者,在人工飼養過程中,飼養食物還出現過發霉現象,因此,后續研究可以嘗試添加防腐劑避免飼養食物出現發霉問題。防腐劑應具備以下特點:一是無氣味。幼蟲為地下昆蟲,在取食時多依靠嗅覺尋找食物[16],添加有氣味的添加劑將會影響幼蟲對飼養材料的取食;二是不宜過于干燥。幼蟲生活的土壤基質對環境濕度有較高要求。李文佳等[17]在對小金蝠蛾的室內飼養試驗中發現,高寒草甸土為30%時最佳,椰糠粉為80%時最佳,泥炭土為40%時最佳,過于干燥的防腐劑會使飼養基質的環境濕度降低,影響幼蟲的生長發育?？梢酝ㄟ^對基質的濕度控制達到幼蟲生長所需的濕度需求,從而提高幼蟲的存活率,說明基質飼養的環境要求低于無基質飼養。在食物和基質飼養中,幼蟲在食物和基質的內部活動,這一活動空間不僅為幼蟲提供了安全穩定的生存環境,食物中的部分微量元素和基質中的部分有機質也能被幼蟲取食吸收,為幼蟲提供了豐富的營養物質,從而提升了幼蟲的存活率。

蝙蝠蛾屬幼蟲的飼養方法多年來不斷改善,但仍有許多問題尚未被解決。本試驗采用室內天然飼料飼養方法,將食物種類與飼養基質和幼蟲按照一定比例加入到塑料框中進行飼養。由于幼蟲鉆到土壤深層,實驗員難以觀察到幼蟲的生長發育狀況,如蛻殼、死亡等,多次更換或翻動土壤基質會破壞幼蟲已經建成的蟲道,導致幼蟲的死亡[18,19]。許多實驗室采用離土培養即培養皿飼養方法,在滅菌培養皿內,以胡蘿卜作為食物,在一塊胡蘿卜上放入一頭幼蟲,飼養方法簡單,也可以隨時觀察到幼蟲的生長發育狀況,解決了土壤基質的問題,但這種飼養方法成本較高,不適于人工規?；曫B[20]。今后可以考慮對飼養蝙蝠蛾幼蟲的主要食物種類進行適當調整,以提高飼養水平。本文通過分析研究不同食物種類和飼養基質對門源蝠蛾幼蟲生長發育的影響,初步明確了門源蝠蛾的較佳食源和飼養基質,對提高冬蟲夏草寄主蝙蝠蛾人工繁殖率具有重要意義。因此,蝙蝠蛾幼蟲的人工飼養,從優勢寄主昆蟲的選擇、食物種類和飼養基質的選擇,到飼養方法的優化等,仍需要科研人員的不懈努力,以達到人工規?；曫B的需求[21]。

食物種類和飼養基質的選擇有助于充分發揮門源蝠蛾資源性昆蟲的生殖潛力。本試驗對比分析了幾種食物和飼養基質對門源蝠蛾幼蟲生長發育的影響,發現食物種類與飼養基質可以顯著影響門源蝠蛾幼蟲的生長發育水平且二者存在互作效應。隨著食物種類營養水平的提高,幼蟲的頭寬、體長、體重以及存活率均顯著提高,且在以珠芽蓼為飼養食物、以高寒土為飼養基質的條件下,門源蝠蛾幼蟲生長發育最好。