雙斑長跗螢葉甲成蟲對α-紅沒藥醇等棉花和玉米揮發(fā)物的嗅覺行為反應(yīng)

張志虎，陳 靜，唐思瓊，張 靜，李 倫

(石河子大學(xué)農(nóng)學(xué)院/新疆綠洲農(nóng)業(yè)病蟲害治理與植保資源利用自治區(qū)普通高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆石河子 832003)

0 引 言

【研究意義】雙斑長跗螢葉甲Monoleptahieroglyphica(Motschulsky)又名雙斑螢葉甲鞘翅目(Coleoptera)葉甲總科(Chrysomeloidea)葉甲科(Chrysomelidae)螢葉甲亞科(Galerucinae)，是一種我國分布很廣的多食性害蟲[1]。主要為害棉花、玉米、谷子等糧食作物，大豆、向日葵等經(jīng)濟(jì)作物，筒篙、胡蘿卜等十字花科蔬菜，同時(shí)還取食多種雜草、果樹及園林植物，是一種多食性害蟲[2-4]。成蟲具有聚集特性，中午天熱時(shí)常躲藏在近地面花穗和葉背中。主要危害上部寄主植物葉片，取食上表皮及葉肉，危害部位由原先的綠色逐漸變?yōu)辄S褐色，最后變成花葉。危害嚴(yán)重時(shí)，形成葉片缺刻、空洞，或僅殘留網(wǎng)狀葉脈，嚴(yán)重影響葉片及植株的生長發(fā)育，導(dǎo)致植株?duì)I養(yǎng)缺失，易形成枯苗、弱苗等，阻礙寄主植物的正常生長發(fā)育[5]。植食性昆蟲與寄主植物之間經(jīng)過長期的協(xié)同進(jìn)化逐漸形成了特定的營養(yǎng)關(guān)系，植物次生物質(zhì)是寄主植物與昆蟲之間相互作用的化學(xué)信息通道，主要影響植食性昆蟲對寄主的選擇和取食行為[6-8]。植食性昆蟲對寄主植物的選擇機(jī)制，一方面是遠(yuǎn)距離定位尋找，另一方面是找到植物后的識(shí)別，是否可以作為寄主的近距離適應(yīng)性反應(yīng)[9]。寄主植物釋放的揮發(fā)物為植食性昆蟲提供了識(shí)別和定位其寄主的重要信息[10]。揮發(fā)性物質(zhì)可以是活體植物、揮發(fā)性物質(zhì)粗提物、揮發(fā)性物質(zhì)單體等[11]。昆蟲對揮發(fā)性物質(zhì)的行為反應(yīng)主要利用嗅覺行為反應(yīng)來測定[12]。昆蟲在接受揮發(fā)性物質(zhì)的刺激后，并對不同的揮發(fā)性物質(zhì)做出選擇[13]。【前人研究進(jìn)展】葉醇、香葉醇和α-蒎烯對雙斑長跗螢葉甲有較強(qiáng)的引誘作用，也可以引入郭丹丹的文章，薄荷精油和松節(jié)油對雙斑長跗螢葉甲有趨避作用[14]；α-蒎烯影響松墨天牛成蟲需找合適的寄主植物[15]；月桂烯、檸檬烯、水芹烯、乙酸芳樟酯對花椒窄吉丁蟲具有引誘作用，α-蒎烯、β-蒎烯和石竹烯對花椒窄吉丁蟲有趨避作用。【本研究切入點(diǎn)】試驗(yàn)在電生理反應(yīng)的基礎(chǔ)上，選用雙斑長跗螢葉甲成蟲對EAG反應(yīng)較大的揮發(fā)物：α-紅沒藥醇、α-蒎烯、α-長葉蒎烯、3-蒈烯、月桂烯，通過“Y”型嗅覺儀進(jìn)行嗅覺行為反應(yīng)，進(jìn)一步篩選對雙斑長跗螢葉甲有明顯吸引或趨避的化合物?！緮M解決的關(guān)鍵問題】通過研究雙斑長跗螢葉甲對寄主揮發(fā)物的選擇性差異，篩選對雙斑長跗螢葉甲有趨性的關(guān)鍵揮發(fā)物，進(jìn)一步利用寄主揮發(fā)物，研發(fā)新型無污染植物引誘劑，為應(yīng)用引誘劑進(jìn)行田間監(jiān)測和控制雙斑長跗螢葉甲的危害提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材 料

1.1.1 供試?yán)ハx

雙斑長跗螢葉甲：采自石河子大學(xué)實(shí)驗(yàn)站棉花地，和瑪納斯蘭州灣附近玉米地，分別用棉花和玉米葉片飼養(yǎng)。試驗(yàn)前將供試?yán)ハx饑餓24 h，然后進(jìn)行嗅覺行為反應(yīng)試驗(yàn)。

1.1.2 供試化合物

在電生理反應(yīng)的基礎(chǔ)上，選用對雙斑長跗螢葉甲均有明顯反應(yīng)的揮發(fā)物作為嗅覺行為反應(yīng)的供試化合物，其中月桂烯、3-蒈烯、α-蒎烯來自棉花葉片中揮發(fā)物：α-長葉蒎烯、α-紅沒藥醇來自棉花和玉米葉片共有的揮發(fā)物。表1

表1 試驗(yàn)中標(biāo)準(zhǔn)化合物

Table 1 The standard chemical samples in the experiment

揮發(fā)物volatilesCAS號(hào)CAS number純度Purity (%)來源Producerα-長葉蒎烯 Tricyclo5989-08-299Sigama公司α-蒎烯 α-Pinene80-56-898江西環(huán)球天然香料有限公司α-紅沒藥醇 Dragosantol515-69-595Alfa3-蒈烯 3-Carene13466-78-998TCI月桂烯 Myrcene123-35-370TCI正己烷 n-Hexane110-54-399天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所

1.2 方 法

1.2.1 測定指標(biāo)

Y形嗅覺儀的兩臂及直管均長15.0 cm，內(nèi)徑0.7 cm，兩臂夾角75°。Y形嗅覺儀上方放置兩盞30 W臺(tái)燈，裝置連接順序：大氣采樣儀-活性炭過濾器-蒸餾水加濕器-氣味源裝置-氣體流量計(jì)-Y形嗅覺儀。先滴加20 μL樣品于濾紙(2×2) cm上，樣品濃度為10 μg/mL，再滴加20 μL石蠟濾紙(2×2) cm上作對照，再將濾紙放置于氣味源瓶底，處理臂氣體流量為500 mL/min，每次測定一只雙斑長跗螢葉甲，觀察其在兩臂間的選擇性。選擇標(biāo)準(zhǔn)如下：當(dāng)雙斑長跗螢葉甲成蟲爬至超過測定臂1/3處，記為該蟲對該臂處理有選擇性，如果超過3 min 后，不作出選擇，則記錄為無選擇。每頭成蟲測定1次，每處理分別測定80頭成蟲，每測10頭后用95%乙醇清晰1次裝置，烘干后調(diào)換兩臂與不同處理的連接位置，以消除可能存在的兩臂不對稱造成的誤差。測試時(shí)間為10:00～01:00，04:00～07:00，溫度(25±2)℃，濕度(75±5)%。

1.2.2 配方

將供試化合物按不同組合形成不同配方，共形成6個(gè)配方。每組配方中各化合物以等比例組合，濃度均為10 μg/mL。配方1：α-蒎烯、3-蒈烯、月桂烯；配方2：α-蒎烯、3-蒈烯、α-紅沒藥醇；配方3：α-長葉蒎烯、月桂烯、3-蒈烯；配方4：α-長葉蒎烯、3-蒈烯、α-紅沒藥醇；配方5：α-蒎烯、α-長葉蒎烯；配方6：α-蒎烯、α-長葉蒎烯、月桂烯、3-蒈烯、α-紅沒藥醇。

1.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)分析使用SPSS 20.0進(jìn)行χ2分析檢驗(yàn)，并且計(jì)算出χ2值和相應(yīng)的顯著性水平P值。

2 結(jié)果與分析

2.1 雙斑長跗螢葉甲雄成蟲對5種揮發(fā)物的嗅覺行為反應(yīng)

雙斑長跗螢葉甲雄成蟲對5種揮發(fā)物的偏好性從大到小依次為α-紅沒藥醇(χ2= 15.21，P< 0.001，n=80)>α-蒎烯(χ2=7.39，P<0.001，n=80)>月桂烯(χ2=2.20，P>0.05，n=80)>α-長葉蒎烯(χ2=0.82，P>0.05，n=80)>3-蒈烯(χ2=0.20，P>0.05，n=80)。其中對α-紅沒藥醇和α-蒎烯的嗅覺行為反應(yīng)顯著高于其他三種揮發(fā)物。圖1

圖1 雙斑長跗螢葉甲雄成蟲對5種揮發(fā)物單品的嗅覺行為反應(yīng)

Fig.1 Behavior response of Monolepta hieroglyphica of male adults to the volatiles from five kinds

2.2 雙斑長跗螢葉甲雌成蟲對5種揮發(fā)物的嗅覺行為反應(yīng)

雙斑長跗螢葉甲雌成蟲對五種揮發(fā)物的偏好性從大到小依次為α-紅沒藥醇(χ2=7.91，P<0.001，n=80)>α-蒎烯(χ2=3.74，P<0.05，n=80)>α-長葉蒎烯(χ2=1.03，P>0.05，n=80)>月桂烯(χ2=0.47，P>0.05，n=80)>3-蒈烯(χ2=0.01，P>0.05，n=80)。其中對α-紅沒藥醇和α-蒎烯的嗅覺行為反應(yīng)顯著高于其他三種揮發(fā)物。圖2

圖2 雙斑長跗螢葉甲雌成蟲對5種揮發(fā)物單品的嗅覺行為反應(yīng)

Fig.2 Behavior response of Monolepta hieroglyphica of female adults to the volatiles from five kinds

2.3 雙斑長跗螢葉甲雄成蟲對6種揮發(fā)物配方的嗅覺行為反應(yīng)

雙斑長跗螢葉甲雄成蟲對六種揮發(fā)物配方的偏好性從大到小依次為配方6(χ2=8.12，P<0.001，n=80)>配方2(χ2=6.87，P<0.001，n=80)>配方1(χ2=4.15，P<0.05，n=80)>配方4(χ2=1.28，P>0.05，n=80)>配方3(χ2=0.11，P>0.05，n=80)>配方5(χ2=0.05，P>0.05，n=80)。其中對配方1、2、6的嗅覺行為反應(yīng)顯著高于其他三種配方。圖3

圖3 雙斑長跗螢葉甲雄蟲對6種單品配方的嗅覺行為反應(yīng)

Fig.3 Behavior response of Monolepta hieroglyphica of male adults to the volatiles from six kinds of formulas

2.4 雙斑長跗螢葉甲雌成蟲對6種揮發(fā)物配方的嗅覺行為反應(yīng)

雙斑長跗螢葉甲雌成蟲對六種揮發(fā)物配方的偏好性從大到小依次為配方2(χ2=9.23，P<0.001，n=80)>配方6(χ2=5.73，P<0.05，n=80)>配方4(χ2=2.85，P>0.05，n=80)>配方1(χ2=2.20，P>0.05，n=80)>配方3(χ2=0.46，P>0.05，n=80)>配方5(χ2=0.21，P>0.05，n=80)。其中對配方2、6的嗅覺行為反應(yīng)顯著高于其他四種配方。圖4

圖4 雙斑長跗螢葉甲雌蟲對6種單品配方的嗅覺行為反應(yīng)

Fig.4 Behavior response of Monolepta hieroglyphica of female adults to the volatiles from six kinds of formulas

3 討 論

植物揮發(fā)物屬于植物產(chǎn)生的次生化學(xué)物質(zhì)，是由植物表面和葉片組織中的貯存位點(diǎn)釋放的揮發(fā)性化合物質(zhì)。這些揮發(fā)物大多是分子質(zhì)量為100～200的烴、醇、醛、酮、酯和萜烯類化合物等[16]，由這些微濃度的揮發(fā)性次生物質(zhì)組成的復(fù)雜混合[17]。昆蟲能利用植物釋放的特異性揮發(fā)物來準(zhǔn)確的寄主進(jìn)行遠(yuǎn)程定位、尋找、選擇取食、產(chǎn)卵、交配的場所等[16, 17]。

研究表明 α-紅沒藥醇和 α-蒎烯對雙斑長跗螢葉甲雌、雄成蟲都具有引誘作用，α-蒎烯為棉花葉片中的揮發(fā)物， α-紅沒藥醇為棉花和玉米葉片中共有的揮發(fā)物。α-蒎烯對該蟲的引誘作用與劉航的研究結(jié)果相同[18]，α-蒎烯同時(shí)對華山松大小蠹[19]、綠盲蝽[20]、榆紫葉甲[14]、松墨天牛[21]也具引誘作用。蒎烯是萜中最重要的代表，萜類化合物在植物揮發(fā)物中廣泛存在，對植物的引誘和趨避作用有重要作用[22]。用萜類化合物作為植物源引誘劑中的主要成分，其引誘活性具廣譜性，同時(shí)也可以增強(qiáng)性引誘劑引誘活性的作用[23]。一般來說，調(diào)控植食性昆蟲對寄主定位及取食等行為的化合物并不單一，主要是由寄主植物揮發(fā)性中的多個(gè)主要活性較強(qiáng)或含量較高的揮發(fā)物以一定的濃度比例合成的混合揮發(fā)物，即化學(xué)指紋圖譜[19,24-26]。

當(dāng)單一的揮發(fā)物不能引起雙斑長跗螢葉甲強(qiáng)烈的嗅覺行為反應(yīng)時(shí)，選用5種EAG反應(yīng)較明顯的揮發(fā)物單品進(jìn)行配比，對6種配方進(jìn)行了嗅覺行為反應(yīng)的測定，尋找多種揮發(fā)物之間的協(xié)同作用。研究表明，配方1、2、6對雙斑長跗螢葉甲雄蟲具有引誘作用，配方2、6對雙斑長跗螢葉甲雌蟲具有引誘作用。配方1中嗅覺行為反應(yīng)較強(qiáng)的揮發(fā)物為 α-蒎烯，配方2、6中共有嗅覺行為反應(yīng)較強(qiáng)的揮發(fā)物為 α-蒎烯、α-紅沒藥醇。結(jié)果顯示，并未發(fā)現(xiàn)對嗅覺行為反應(yīng)有協(xié)同作用的揮發(fā)物。

雙斑長跗螢葉甲對3-蒈烯、月桂烯、α-長葉蒎烯的嗅覺行為反應(yīng)不明顯，這與觸角電生理測定結(jié)果有一定差異，這說明觸角電生理反應(yīng)只能在一定程度上反應(yīng)昆蟲對該化合物的敏感程度，但并不代表具有觸角電生理反應(yīng)就同時(shí)具有嗅覺行為反應(yīng)[19]。因此，在篩選對雙斑長跗螢葉甲有效的揮發(fā)物時(shí)需要觸角電位儀和Y型嗅覺儀相結(jié)合，從而獲得有較強(qiáng)引誘活性的揮發(fā)物及配方。研究中選擇的揮發(fā)物濃度較少，可通過多濃度的揮發(fā)物及配方進(jìn)行嗅覺行為反應(yīng)測定，摸索出最佳的誘集濃度，還可利用有引誘作用的揮發(fā)物及配方進(jìn)行野外誘集試驗(yàn)，進(jìn)一步篩選出具引誘或趨避作用的揮發(fā)物及配方。

4 結(jié) 論

通過“Y”型嗅覺儀測定雙斑長跗螢葉甲對5種棉花和玉米揮發(fā)物的嗅覺行為反應(yīng)，其中10 μg/mL的α-紅沒藥醇和α-蒎烯對雙斑長跗螢葉甲雌雄成蟲均有明顯的引誘作用。有引誘作用的配方1：α-蒎烯、3-蒈烯、月桂烯；配方2：α-蒎烯、3-蒈烯、α-紅沒藥醇；配方6：α-蒎烯、α-長葉蒎烯、月桂烯、3-蒈烯、α-紅沒藥醇。配方1、2和6中共有揮發(fā)物為α-蒎烯，配方2、6中共有揮發(fā)物為α-蒎烯和α-紅沒藥醇，表明α-蒎烯、α-紅沒藥醇對雙斑長跗螢葉甲有較強(qiáng)的吸引作用，可作為該葉甲引誘劑成分。