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红火蚁Solenopsis invicta Buren是世界上最具危害性的百种外来有害生物之一。目前红火蚁已入侵我国广东、湖南、福建等地,并在局部地区大发生,对我国经济、公共安全和生态环境造成巨大威胁。本文以广东地区红火蚁种群为对象,系统研究了红火蚁雌性生殖发育与印楝素等药剂对蚁后生殖的干扰及其机理。主要结果如下:
1.红火蚁雌性生殖发育研究
(1)蚁后内生殖系统结构蚁后内生殖系统包括卵巢、输卵管、受精囊管、受精囊、受精囊腺、子宫、阴道、交尾囊和阴门等部分。蚁后每只卵巢中平均具有92.33±9.56根卵巢管;蚁后受精囊的腹面已与阴道背管壁完全分离,说明蚁后受精囊与阴道并不共用囊壁。
(2)雌蛹内生殖器官的形成及发育进度卵巢于化蛹当天即明显可见,此时期的卵巢白色,呈蟠桃形,且其长径明显短于宽径,卵巢与腹壁呈近似垂直的角度着生于第二腹节,表明蛹期卵巢处于发育初始阶段,且随蛹后日龄的增长卵巢大小明显增加。蛹期卵巢管数量快速增长,从化蛹当天的31.67±1.45根显著增加至化蛹后12d的62.67±4.06根。侧输卵管和中输卵管雏形见于化蛹当天,子宫、受精囊、受精囊腺雏形于化蛹第2d开始明显可见;受精囊管和交尾囊雏形于化蛹第4d开始明显可见。以上各雌性内生殖器官仅受精囊管和交尾囊二者的发育只表现在厚度的增加上;而其余各内生殖器官基本表现为由皱形阶段的膨胀状态逐渐收缩增厚,并最终维持在一稳定水平。
(3)羽化后不同同龄处女蚁后内生殖器官发育进度随羽化后日龄的增长供试处女蚁后卵巢大小明显增加。新羽化处女蚁后的卵巢管数量也有一定幅度的增长。羽化后约1w处女蚁后卵巢中的卵母细胞即开始摄取卵黄原蛋白,并发育为成熟卵。此外,仅侧输卵管长径随羽化后日龄的增长有显著增长;其余各内生殖器官主要表现为囊壁的明显增厚。
(4)脱翅不同日龄处女蚁后内生殖器官发育进度有翅处女蚁后脱翅后,卵巢会进一步发育成熟,其卵巢长径在脱翅后4-6d和10.12d两时间段增加最快;而其宽径则于脱翅后4-8d增长最明显。卵巢管数量从脱翅后0d的72.67±2.67根显著增长至脱翅后30d的86.33±1.20根。在未受蚁后抑制和未供食物条件下有翅处女蚁后脱翅10d内,成熟卵、总卵量和基端卵室大小均随脱翅日龄的增长均表现为先显著增加的趋势;而随后成熟卵量变化不明显,但总卵量和基端卵室大小开始明显下降。有脱翅处女蚁后脱翅后,除侧输卵管长径呈显著增加外,其余各内生殖器官主要表现在厚度的进一步增加上。
2.印楝素等对红火蚁处女蚁后生殖力的影响解除蚁后抑制条件下,印楝素、虫酰肼和喜树碱3药剂可明显降低有翅处女蚁后脱翅率;而苯氧威对脱翅具有显著促进作用,处理后2d供试有翅处女蚁后100%脱翅;20-羟基蜕皮酮对脱翅无影响。苯氧威处理在短期内对供试处女蚁后产卵起促进作用;但处理后60d,印楝素、苯氧威和虫酰肼3药剂均可显著抑制处女蚁后产卵,并以印楝素的抑制效果显著为高,而喜树碱和20-E较前三者显著为低。印楝素等药剂处理后60d,均致使供试处女蚁后卵巢中卵量和总蛋白含量降低,并以虫酰肼处理降低幅度显著为高、苯氧威次之、印楝素再次。以上结果说明,印楝素、苯氧威和虫酰肼3药剂可导致处女蚁后的产卵力显著降低。
对抑制处女蚁后产卵力的机理研究显示,印楝素、苯氧威、虫酰肼、20-羟基蜕皮酮及喜树碱均能导致处女蚁后腹部脂肪含量降低,但印楝素、喜树碱、20-羟基蜕皮酮3药剂对脂肪含量的影响具可恢复性;而苯氧威和虫酰肼两处理导致脂肪含量的持续降低。因脂肪体是合成卵黄原蛋白的场所,印楝素、苯氧威及虫酰肼3药剂引起其含量的显著下降,表明三者可能影响了卵黄原蛋白的合成与分泌。
印楝素等药剂均可引致有翅处女蚁后体内JH-Ⅲ滴度显著降低,并以苯氧威和虫酰肼2药剂降低幅度最为显著,印楝素次之;但苯氧威处理还可引发处理后初期试蚁体内JH-Ⅲ滴度的显著增高。并且,印楝素、苯氧威和虫酰肼3药剂导致了有翅处女蚁后卵巢Na+-K+-ATPase活力显著降低,并以虫酰肼处理降低幅度最为显著,而印楝素和苯氧威两处理之间无显著差异;同样,苯氧威处理还可引发处理初期试蚁卵巢Na+-K+-ATPase活力的显著增高。由此可知,印楝素、苯氧威和虫酰肼通过引起JH滴度降低与抑制卵巢中Na+-K+-ATPase活力,从而造成对蚁后脂肪体中受一定JH阈值滴度启动的卵黄原蛋白合成受阻和因Na+-K+-ATPase活力受抑进而干扰卵巢中卵母细胞对卵黄原蛋白的摄取,最终导致蚁后生殖功能的破坏。
3.印楝素等药剂对雌性生殖发育及蚁后生殖的影响
(1)对蛹生殖器官发育的影响印楝素、苯氧威和虫酰肼3药剂均可引致由处理蛹羽化之有翅处女蚁后卵巢大小和卵巢管数显著降低,且以虫酰肼处理的降低幅度最明显。此外,3药剂还可导致处理蛹羽化处女蚁后的其他内生殖器官缩小。以上结果表明,印楝素、苯氧威和虫酰肼可对蛹期雌性生殖器官的发育具抑制作用。
(2)对蚁后生殖的影响印楝素、苯氧威和虫酰肼3药剂点滴处理后7w可引起蚁后卵巢大小、卵巢管数量、卵巢中成熟和总卵量、卵巢中基端卵室大小以及体重显著降低,且以苯氧威处理的降低幅度最大。这表明印楝素、苯氧威和虫酰肼对已发育成熟的蚁后生殖系统同样具有破坏效应。
此外,苯氧威和虫酰肼2药剂均可引致合成卵黄原蛋白的脂肪体中脂球数量减少、脂球膨大,脂肪体细胞崩解,即二者对红火蚁蚁后脂肪体有显著的破坏作用;但印楝素处理无此影响。由此进一步明确了,对脂肪体的破坏而引致卵黄原蛋白的合成受阻是苯氧威和虫酰肼二者显著抑制蚁后产卵力的机制之一,而印楝素则无此作用。
4.化学药剂诱导的清后行为及机理初探
(1)解除蚁后抑制条件下处女蚁后信息素的产生规律随从信息素(retinue phromone)于脱翅后1d开始产生,于5d后达到第一个峰值,7d随从信息素的强度有所降低,但随后至脱翅30d又呈逐渐增强的趋势;但不同脱翅日龄处女蚁后的随从信息素强度均低于蚁后。另外,抑制有翅处女蚁后脱翅的引发型信息素于脱翅后1d开始产生,并以脱翅30d处理显著为高、脱翅14d次之。
(2)化学药剂诱导的工蚁清后行为及机理初探经印楝素、苯氧威、虫酰肼和20-羟基蜕皮酮4种IGRs药剂0.10μg/头点滴处理后发现,苯氧威能诱导工蚁对同巢处女蚁后的自残行为,且自残率达100%;解除蚁后抑制脱翅后1d的处女蚁后与有翅处女蚁后对照未能引发同巢工蚁的自残行为;而脱翅后7、14d的脱翅处女蚁后均可诱发同巢工蚁对其自残行为。但自残行为的引发须以功能蚁后的存在为前提,即清后行为受蚁后信息素介导。苯氧威0.1、0.05、0.01μg/头三剂量处理诱导的工蚁对脱翅当天的处女蚁后起始攻击时间、全面攻击的起始时间和供试脱翅处女蚁后被100%自残致死的时间均以0.05μg/头处理显著为短。此外,工蚁对同剂量苯氧威点滴处理后不同天数的处女蚁后的起始攻击、全面攻击和100%自残时间均随点滴处理后时间延长而显著缩短。
但是,苯氧威处理不能引起同巢工蚁对受试功能蚁后的自残行为。
苯氧威诱导的工蚁清除同巢脱翅处女蚁后的机理研究结果表明,外源JH处理需达到一阈值后方可引发工蚁的清后行为。由于经苯氧威重复处理后因未引起工蚁起始攻击时间的延迟,因此可初步推断JH及JHA诱导的同巢工蚁清后机理为:在蚁后信息素介导下,超过某一阈值剂量的外源JH或JHA诱发受试处女蚁后启动特定的生理、生化反应,从而间接引致同巢工蚁对其自残。
5.红火蚁生殖抑制型饵剂的研制以诱聚取食工蚁数量以及将其与搬运速度结合为指标评价红火蚁生殖控制剂的研制。结果表明,7种食用油引诱剂中,花生油的诱食活性最高;6种载体中,直径为0.9-2.5mm的玉米花粒子适合作为载体;此粒径的玉米花粒子与花生油按3:7的比例组配对工蚁的诱食效果最好,且搬运速度最快。此外,通过向花生油中添加2.5-10%的助溶剂油酸可提高印楝素、苯氧威和虫酰肼三者在花生油中的溶解度,且在此添加剂量下油酸对工蚁的喜食活性无影响。本研究还证明了印楝素、苯氧威和虫酰肼三者在毒饵中的最高含量分别为0.1%、0.3%和0.2%时对工蚁无明显的拒食作用。
6.印楝素等药剂对红火蚁室内种群的控制效果以蚁后与幼蚁的存活率为关键考查指标,试验结果发现,(1)单次施药处理后20w,苯氧威处理蚁后存活率显著低于对照药剂多杀菌素,而印楝素、虫酰肼二者与药剂对照相当。此外苯氧威处理中已无幼蚁存在;印楝素、虫酰肼及药剂对照组幼蚁缺失率各为50%、66.67%和33.33%。可知,3种生殖控制剂均对红火蚁室内种群具有显著抑制效果,且以苯氧威处理最明显。(2)二次施药处理后10w,相比较于单次施药处理后20w试验结果,二次施药3药剂对蚁群中不同品级个体的致死作用有所降低,但印楝素、苯氧威和虫酰肼3处理组中幼蚁数量明显较药剂对照为低,且以苯氧威处理显著为低。(3)3种IGRs毒饵于二次施药后1w与毒杀型药剂多杀菌素结合处理后7w,印楝素、苯氧威和虫酰肼3处理及药剂对照对蚁群中蚁后及幼蚁存活率影响明显大于单次和二次施药处理。其中,对蚁后的致死作用以苯氧威显著为高,另二者与药剂对照无显著差异;而3毒饵对幼蚁的致死作用与药剂对照相当。(4)3种施药方法中,仅苯氧威处理组中的供试所有处女均完全脱翅,且被同巢工蚁100%自残,苯氧威处理后可有效阻断有翅蚁后的婚飞扩散。