視覺在云斑天牛成蟲選擇寄主和尋找配偶中的作用

楊 樺， 王保新， 楊 偉＊， 楊春平， 蔡 艷， 何曉華

（1．四川農(nóng)業(yè)大學林學院四川省林業(yè)生態(tài)工程省級重點實驗室，雅安 625014；2．南充市林業(yè)科學研究所，南充 637000）

昆蟲對寄主進行定位主要是依靠寄主揮發(fā)性氣味物質(zhì)，但是視覺信號也在定位中起著重要作用［1－2］。Fukaya等［3］研究發(fā)現(xiàn)白斑星天牛［Anoplophor a mal asiaca（Tho mson）］雌蟲和雄蟲在互相尋找配偶的過程中依靠嗅覺和視覺進行定位。菜粉蝶［Pieris r apae（Linnaeus）］在遠距離尋找植物產(chǎn)卵時主要依靠視覺，特別對藍色和藍綠色的反應強烈［4］。尹 姣 等［5］發(fā) 現(xiàn) 黏 蟲 （Mythi mna separ ata Wal ker）在選擇產(chǎn)卵場所時，顏色對其定位的作用明顯。溝渠龜甲（Cassida canalicul ata Laich）是草地鼠尾草（Sal via pr atensis L．）的單食性害蟲，主要通過爬行來找到復雜的寄主棲息地，嗅覺在其找尋寄主的過程中可能不起主要作用，主要是依靠視覺來定位其寄主［6］。

云斑天牛（Batocera lineolata Chevrolat）隸屬于鞘翅目（Coleoptera）天?？疲–erambycidae），又名云斑白條天牛，是我國重要林木蛀干害蟲，為害楊樹（Populus spp．）、核桃（Juglans regia L．）等多種樹木。其主要以幼蟲在寄主樹干內(nèi)鉆蛀為害，樹干內(nèi)的蛀道常?？v橫交錯，在短期內(nèi)造成整株樹木死亡或風折，木材完全失去利用價值［7］。但是由于其生活的隱蔽性，給常用的防治措施增加難度，防治費工且效果不佳［8］。出孔活動的成蟲是云斑天牛唯一裸露的蟲態(tài)，也是有明顯行為導向的蟲態(tài)［9］。本文通過云斑天牛成蟲對不同色卡的選擇性試驗，以及動物行為儀分析不同處理（遮眼和正常）的雌、雄成蟲尋偶過程，旨在探明視覺因素是否對云斑天牛成蟲寄主顏色選擇和尋偶行為產(chǎn)生作用，為云斑天牛行為控制技術(shù)的研究提供基礎(chǔ)科學數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1．1 供試蟲源

2013年4月下旬，于四川省德陽市羅江縣采集剛羽化未交配的楊樹云斑天牛成蟲，鑒別雌雄蟲后分別放入60 c m×60 c m×60 cm的不銹鋼網(wǎng)養(yǎng)蟲籠內(nèi)，用水培法國冬青（Viburnum awabuki K．Koch）枝條室溫下飼養(yǎng)備用。已交配雄蟲腹部絨毛磨損，形成明顯的交配斑；已交配雌蟲為背部絨毛磨損，形成明顯交配斑［10］。

1．2 云斑天牛成蟲對色卡選擇試驗

為消除寄主氣味和外形的干擾，采用標準色卡（勞爾國際標準色卡，深圳拓撲貿(mào)易有限公司）替代自然寄主。試驗前預先用色卡比對，篩選出補充營養(yǎng)寄主法國冬青和產(chǎn)卵寄主楊樹在云斑天牛成蟲活動季節(jié)里所能呈現(xiàn)的各種顏色所對應的色卡板。

色卡選擇試驗參照王健敏等［11］的方法。試驗將預先選好的色板均勻等距地放入圓柱形容器（d＝90 c m）內(nèi)壁，在容器中央放置一個上下端敞口的小圓筒（d＝6 c m），每次向筒中放入1頭成蟲，待天牛安靜后將圓筒移開，記錄其對容器內(nèi)不同顏色色板的選擇趨向。試驗以云斑天牛爬向某種顏色的色板位置并于該色板上停留超過10 s以上記為對該顏色作出選擇。試驗分別在自然光（09：00－12：00）和人造光（40 W 冷白日光色熒光燈，波長360 nm）（20：00－23：00）下各進行一次。試驗分未交配雌、雄成蟲和已交配雌蟲3種處理，每種處理各60頭，試驗重復3次。

1．3 視覺對云斑天牛尋偶行為的影響

1．3．1 試驗區(qū)域設(shè)置

選取直徑為90 c m的圓柱形容器作為一個試驗區(qū)域，并在試驗區(qū)域內(nèi)劃分不同處理的云斑天牛成蟲投放區(qū)，如圖1所示：

圖1 試驗區(qū)域設(shè)置Fig．1 The setting of test area

1．3．2 行為儀分析

試驗所用天牛設(shè)雌蟲遮眼和正常、雄蟲遮眼和正常4個處理，用石蠟封住復眼，將不同處理的云斑天牛成蟲兩兩放入投放區(qū)，使用Etho Vision 3．1行為儀（荷蘭Noldus Infor mation Technology公司）分析處理，記錄成蟲的活動情況，包括移動速度變化、搜索路線、搜索時間、活躍程度等。每組試驗重復6次，每頭成蟲只使用1次，視頻記錄時間以雌、雄成蟲體軀接觸為止。

1．4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

所有試驗數(shù)據(jù)采用SPSS18．0軟件進行統(tǒng)計分析。云斑天牛成蟲色卡選擇試驗和行為儀分析所得數(shù)據(jù)采用Duncan’s多重分析法比較。

2 結(jié)果與分析

2．1 云斑天牛未交配雌蟲對寄主顏色的選擇率

在自然光和人造光下云斑天牛未交配雌蟲對寄主顏色的視覺選擇率見表1?？v向比較結(jié)果表明，未交配雌蟲對寄主不同顏色的選擇率差異明顯，在自然光下未交配雌蟲對玄武石灰色的選擇率（18．89%）最高，其次是橄欖綠色（15%），對米灰色和石英灰色的選擇率最低；在人造光下未交配雌蟲對褐齊墩果色的選擇率（16．11%）最高，對米灰色和石英灰色的選擇率最低。經(jīng)配對T檢驗表明，未交配雌蟲對自然光與人造光下的橄欖綠色、珍珠綠色和玄武石灰色選擇率有顯著差異（P＜0．05），對其余10種顏色的選擇率差異不顯著（P＞0．05）。

表1 云斑天牛未交配雌蟲對寄主不同顏色的視覺選擇率1）Table 1 Visual selection rate of unmated B．lineol ata females to different host colors

2．2 云斑天牛未交配雄蟲對寄主顏色的選擇率

在自然光和人造光下云斑天牛未交配雄蟲對寄主顏色的視覺選擇率見表2?？v向比較結(jié)果表明，在自然光下未交配雄蟲對深黃色（14．44%）和米灰色（13．89%）的選擇率顯著高于其他的顏色（P＜0．05），對戈亞紅色的選擇率（1．11%）最低；在人造光下未交配雄蟲對深黃色的選擇率（14．44%）顯著高于其他顏色（P＜0．05），而對玉米黃色、米褐色和褐齊墩果色的選擇率（3．87%）顯著低于其他顏色（P＜0．05）。經(jīng)配對T 檢驗表明，未交配雄蟲對自然光與人造光下的橄欖綠色、褐齊墩果色、銀灰色和米灰色選擇率有顯著差異（P＜0．05），對其余9種顏色的選擇率差異不顯著（P＞0．05）。

表2 云斑天牛未交配雄蟲對寄主不同顏色的視覺選擇率1）Table 2 Visual selection rate of un mated B．lineol ata males to different host colors

2．3 云斑天牛已交配雌蟲對寄主顏色的選擇率

在自然光和人造光下云斑天牛已交配雌蟲對寄主顏色的視覺選擇率見表3。縱向比較結(jié)果表明，在自然光下，已交配雌蟲對綠松石綠色（15．56%）和深黃色（13．89%）的選擇率顯著高于其他顏色（P＜0．05），對玄武石灰色的選擇率（2．78%）最低；在人造光下已交配雌蟲對綠松石綠色的選擇率（14．44%）最高，對褐齊墩果色 （2．78%）的選擇顯著低于其他顏色（P＜0．05）。經(jīng)配對T檢驗表明，已交配雌蟲對自然光與人造光下的橄欖綠色、瓶綠色、珍珠綠色和玄武石灰色選擇率有顯著差異（P＜0．05），對其余9種顏色的選擇率差異不顯著（P＞0．05）。

表3 云斑天牛已交配雌蟲對寄主不同顏色的視覺選擇率Table 3 Visual selection rate of mated B．lineolata females to different host colors

2．4 視覺對云斑天牛尋偶行為的影響

不同處理的云斑天牛成蟲尋偶行為的軌跡見圖2。從圖可以看出，雌、雄成蟲在都正常的情況下尋偶軌跡很短。當天牛放入釋放區(qū)后，雄蟲很快就搜索到雌蟲；當雌、雄成蟲都被遮眼后，搜尋軌跡和時間變長；而當雌蟲或雄蟲其中一只被遮眼后，相應一只的搜尋軌跡延長。

圖2 不同處理的云斑天牛成蟲尋偶軌跡圖Fig．2 Different treat ments of mating trajectory of B．lineolata adults

通過Etho Vision3．1行為儀分析，4種不同處理的云斑天牛成蟲在圖像采集區(qū)的行為指標比較見表4。當雌雄成蟲都被遮眼后，搜尋時間（1 156．15 s）顯著長于其他處理（P＜0．05），雌雄成蟲正常情況搜尋時間最短（47．78 s）；雌雄成蟲都被遮眼的處理中雌、雄成蟲在移動距離上顯著長于其他處理（P＜0．05）；當雌蟲或雄蟲被遮眼后，相應的頭部轉(zhuǎn)動角度和頭部仰起次數(shù)都顯著增加。

表4 不同處理云斑天牛成蟲行為指標比較 （平均值±標準誤）Table 4 Comparison of behavioral indexes of B．lineol ata adults（mean±SE）under different treat ments

3 討論

植食性昆蟲對寄主植物的定位選擇，可分為遠距離的尋找和到達植物上識別是否能作為寄主的近距離反應2個步驟［12］，在這個過程中，植食性昆蟲利用了多重感覺的作用，有嗅覺、視覺、味覺和觸覺等多種行為模式［13］。試驗表明，視覺信號在云斑天牛成蟲寄主定位過程中發(fā)揮著重要的作用，而成蟲對綠色系的顏色有明顯的趨向性。米灰色和石英灰色是云斑天牛產(chǎn)卵寄主楊樹樹干的相似色，在顏色選擇試驗中，未交配雌蟲對其選擇率顯著低于別的顏色，而已交配雌蟲對其選擇率明顯增加。這同云斑天牛成蟲羽化出木后主要在補充營養(yǎng)寄主植物上活動，而生殖期的雌成蟲會選擇產(chǎn)卵寄主的行為是一致的［14］。不同光源下的成蟲對寄主顏色的選擇存在著一定的差異，可能與光源、光質(zhì)的不同以及天牛視覺系統(tǒng)在不同光環(huán)境下對光的感知偏差等有關(guān)［11］，而本試驗對于夜晚的處理是使用人造光源照射，與林間實際情況有所不同。在試驗中所選用的色卡均為云斑天牛成蟲活動季節(jié)內(nèi)寄主植物的正常生理顏色，除產(chǎn)卵寄主楊樹樹干顏色差異較大外，其余顏色差異不明顯，可能是導致成蟲對各種顏色選擇率不高的原因。

Etho Vision3．1是一個集自動探測和記錄為一體的動物運動及行為分析系統(tǒng)，利用此系統(tǒng)可以進行昆蟲行為學的研究。Jones等［15］對大谷蠹［Prostephanus tr uncatus（Hor n）］及其天敵行為進行了研究。楊樺 等［16－18］對 川 硬 皮 腫 腿 蜂 （Scleroder ma sichuanensis Xiao）搜尋行為和云斑天牛兩性相遇行為進行了研究。本試驗利用此系統(tǒng)記錄了視覺在云斑天牛成蟲兩性搜尋行為中的作用，當雌、雄成蟲都被遮眼后，從軌跡圖和分析參數(shù)上都直觀反映出與其他3種處理的差異。頭部轉(zhuǎn)動角度和仰起是云斑天牛主要的搜尋行為表現(xiàn)，當雌蟲或雄蟲被遮眼后，相應的這2個參數(shù)都顯著增加。

視覺信息用于行為抉擇的過程是一個極其復雜的腦信息處理過程，昆蟲對外界環(huán)境的學習是以價值權(quán)衡控制的，并可影響其行為抉擇，以實現(xiàn)利益的最大化或避免一定的損失［19］。Todd等［20］研究發(fā)現(xiàn)，只有化學氣味刺激時，玉米黃翅葉蟬（Dalbul us maidis De Long）不離開試驗觀察室地面，不表現(xiàn)逆風定向反應，而在有視覺刺激存在時才表現(xiàn)出對氣味的反應，表明這類昆蟲在寄主定位過程中利用了視覺和嗅覺的相互作用。本試驗只是通過成蟲寄主顏色選擇和行為儀分析中，初步探明了視覺在成蟲寄主定位和兩性搜尋行為中的作用，但是誘導成蟲作出行為導向的因素不單單是視覺。因此，視覺與嗅覺的復合作用還有待進一步系統(tǒng)研究。

［1］ Prokopy R J，Owens E D．Visual detection of plants by her bivorous insects［J］．Annual Review of Entomology，1983，28：337－364．

［2］ 趙冬香，高景林，陳宗懋．植食性昆蟲對寄主植物的定向行為研究進展［J］．熱帶農(nóng)業(yè)科學，2004，24（2）：62－68．

［3］ Fukaya M，Yasui H，Yasuda T，et al．Female orientation to the male in the white－spotted longicorn beetle，Anoplophora malasiaca（Thomson）（Coleoptera：Cerambycidae）by visual and olfactory cues［J］．Applied Entomology and Zoology，2005，40（1）：63－68．

［4］ 欽俊德．昆蟲與植物的關(guān)系－論昆蟲與植物的相互作用及其演化［M］．北京：科學出版社，1987：1364－1365．

［5］ 尹姣，薛銀根，喬紅波，等．粘蟲（Mythi mna separ ata Walker）選擇產(chǎn)卵場所的意義及顏色在定位中的作用［J］．生態(tài)學報，2007，27（6）：2483－2489．

［6］ Heisswolf A，Ul mann S，Ober maier E，et al．Host plant finding in the specialized leaf beetle Cassida canalicul ata：an analysis of small－scale movement behaviour［J］．Ecological Entomology，2007，32（2）：194－200．

［7］ 李建慶，楊忠岐，梅增霞，等．云斑天牛的風險分析及其防控對策［J］．林業(yè)科學研究，2009，22（1）：148－153．

［8］ 李娟，王滿囷，張志春，等．云斑天牛成蟲對植物氣味的行為反應［J］．林業(yè)科學，2008，44（6）：168－170．

［9］ 梁瀟予，楊偉，楊遠亮，等．云斑天牛對補充營養(yǎng)寄主的選擇性［J］．昆蟲知識，2008，45（1）：78－82．

［10］嵇保中，錢范俊，嚴敖金．云斑天牛研究方法的改進［J］．森林病蟲通訊，1996（1）：45－46．

［11］王健敏，代艷梅，陳曉鳴，等．松墨天牛成蟲對寄主顏色的視覺選擇研究［J］．環(huán)境昆蟲學報，2012，34（2）：236－239．

［12］Finch S，Collier R H．Host－plant selection by insects－a theory based on appropriate／inappropriate landings’by pest insects of cr ucifer ous plants ［J］．Ento mological Experi mental Applications，2000，96：91－102．

［13］Ko?t’ál V．Physical and chemical factors influencing landing and oviposition by the cabbage root fly on host－plant models［J］．Entomological Experi mental Applications，1993，66（2）：109－118．

［14］嚴敖金，嵇保中，錢范俊，等．云斑天牛Batocer a horsf iel di（Hope）的研究［J］．南京林業(yè)大學學報，1997，21（1）：1－6．

［15］Stewart－Jones A，Hodges R J，F(xiàn)ar man D I，et al．Solvent extration of cues in the dust and frass of Prostephanus truncatus and analysis of behavioural mechanisms leading to arrest mentof the predator Teretrius nigrescens ［J］．Physiological Entomology，2006，31（1）：63－72．

［16］楊樺，楊偉，楊春平，等．學習經(jīng)歷對川硬皮腫腿蜂寄生云斑天牛幼蟲的影響［J］．林業(yè)科學，2011，47（8）：95－101．

［17］楊樺，楊偉，楊春平，等．室內(nèi)條件下云斑天牛成蟲相遇行為反應［J］．昆蟲學報，2012，55（1）：70－76．

［18］楊樺，楊偉，楊春平，等．三種殺蟲劑亞致死濃度對川硬皮腫腿蜂繁殖和搜尋行為的影響［J］．生態(tài)學報，2013，33（5）：1405－1412．

［19］馬奇，張立明．模擬昆蟲視覺行為抉擇的強化學習模型［J］．生物物理學報，2008，24（3）：211－220．

［20］Todd J L，Phelan P L，Nault L R．Interaction bet ween visual and olfactory sti muli during host－finding by leaf hopper，Dalbul us maidis（Ho moptera：Cicadellidae）［J］．Jour nal of Chemical Ecology，1990，16（7）：2121－2133．