雙斑長跗螢葉甲對13 種揮發(fā)物的觸角電生理反應(yīng)

楊 陳，李 倫，阿爾曼，段 鑫，張建萍，陳 靜

(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重點實驗室，新疆石河子 832003)

0 引 言

【研究意義】雙斑長跗螢葉甲Monoleptahieroglyphica(Motschulsky)屬鞘翅目Coleoptera，葉甲科Chrysomelidae，螢葉甲亞科Galerucinae，長跗螢葉甲屬MonoleptaChevrolat，簡稱雙斑螢葉甲。該葉甲在我國主要分布在黑龍江、吉林、遼寧、內(nèi)蒙古、河北、山西、浙江、湖南、湖北、四川、貴州等省份[1]。1998年在新疆奎屯發(fā)現(xiàn)為害棉花[2]，現(xiàn)已上升為主要害蟲[3-4]。該蟲主要為害棉花、玉米、谷類作物以及十字花科蔬菜，還為害田邊雜草，是一種多食性害蟲。幼蟲主要取食植物的根，成蟲以葉片為食，造成葉片缺刻、孔洞，影響光合作用，導(dǎo)致作物減產(chǎn)[5]。常以化學(xué)防治為主，易引起環(huán)境污染、抗性等問題。尋找綠色、環(huán)保、安全、有效的防治方法是亟待解決的問題?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】植物與植食性昆蟲以植物揮發(fā)性化合物作為化學(xué)信號建立聯(lián)系[6-7]。植物釋放的揮發(fā)性化學(xué)物質(zhì)在植食性昆蟲選擇取食和產(chǎn)卵場所時起到至關(guān)重要的作用。植物揮發(fā)物可分為兩類：一類是植物自身在生長發(fā)育過程中釋放的揮發(fā)性化學(xué)物質(zhì)；另一類是植物受到昆蟲攻擊或外界機(jī)械刺激后誘導(dǎo)釋放的化學(xué)物質(zhì)[8]。植食性昆蟲利用寄主植物釋放的化學(xué)物質(zhì)來確定自己的飛行，準(zhǔn)確找到寄主植物[9]。在此過程中取食誘導(dǎo)以后產(chǎn)生的揮發(fā)物尤為重要，使昆蟲對寄主植物更加偏好或驅(qū)避[10]。研究發(fā)現(xiàn)，馬鈴薯甲蟲Leptinotarsadecemlineata取食后的馬鈴薯葉會聚集更多的馬鈴薯甲蟲前來取食[11]；損傷后的興安落葉松對落葉松毛蟲Dendrolimussuperans幼蟲有趨避作用[12]；蟲害誘導(dǎo)的水稻揮發(fā)物中，低濃度的(E)-2-己烯醛和芳樟醇對褐飛虱成蟲有明顯的趨避作用[13]，因此，這些揮發(fā)性化合物可作為昆蟲的引誘劑或驅(qū)避劑。Carroll等[14]報道發(fā)現(xiàn)草地貪夜蛾Spodopterafrugiperda幼蟲利用其危害玉米后釋放的萜類等揮發(fā)性物質(zhì)來確定寄主植物的位置。Yoneya等[15]發(fā)現(xiàn)柳藍(lán)葉甲Plagioderaversicolora能夠利用同種昆蟲危害柳樹葉片后釋放的揮發(fā)性物質(zhì)來進(jìn)行種群的再聚集反應(yīng)。張志虎等[16-17]對棉花和玉米10種揮發(fā)物進(jìn)行觸角電位檢測和嗅覺行為反應(yīng)測定，結(jié)果表明，α-紅沒藥醇對雙斑長跗螢葉甲有明顯的引誘作用。這些現(xiàn)象的發(fā)生主要是因為植食性昆蟲能夠利用蟲害誘導(dǎo)植物揮發(fā)物尋找合適的食物資源或配偶，即蟲害誘導(dǎo)植物揮發(fā)物具有聚集信息素或性信息素功能[15]。昆蟲糞便亦對昆蟲有一定的聚集作用[18-19]。亞洲小車蝗Oedaleusasiaticus雄成蟲對雌成蟲糞便揮發(fā)物均有電生理活性[20]，從東亞飛蝗Locustamigratoriamanilensis糞便揮發(fā)性化合物中選取部分化合物進(jìn)行電生理和行為活性測定，發(fā)現(xiàn)壬醛、2,5,-二甲基吡嗪、環(huán)己醇以及苯甲醛這4種揮發(fā)物是東亞飛蝗聚集信息素的活性成分[21]。【本研究切入點】昆蟲聚集信息素是由昆蟲產(chǎn)生的聚集作用信息素，包括昆蟲糞便揮發(fā)物及昆蟲危害誘導(dǎo)植物產(chǎn)生揮發(fā)物等[22-24]。雙斑長跗螢葉甲危害誘導(dǎo)棉花玉米產(chǎn)生的揮發(fā)物有葎草烯、β-蒎烯、反-2-己烯醛和橙花叔醇等。雙斑長跗螢葉甲糞便揮發(fā)物中有壬酸、十九烷、己二酸二辛酯等[25]。雙斑長跗螢葉甲危害棉花和玉米后誘導(dǎo)產(chǎn)生的揮發(fā)物及其成蟲糞便中的揮發(fā)物對雙斑螢葉甲是否有聚集作用，目前尚未見報道。但需要確定這些揮發(fā)物是否會引起雙斑長跗螢葉甲觸角電生理反應(yīng)。研究通過氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀對雙斑螢葉甲危害后棉花、玉米及成蟲糞便揮發(fā)物進(jìn)行成分分析，測定雙斑長跗螢葉甲對這些揮發(fā)物的觸角電生理反應(yīng)?！緮M解決的關(guān)鍵問題】對棉花和玉米誘導(dǎo)后產(chǎn)生的幾種揮發(fā)物及雙斑長跗螢葉甲成蟲分糞便中的幾種揮發(fā)物進(jìn)行電生理測定，篩選出對雙斑長跗螢葉甲有明顯趨性的化合物，為研發(fā)雙斑長跗螢葉甲的聚集信息素提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

1.1.1 供試?yán)ハx

在石河子大學(xué)試驗站棉花地和瑪納斯涼州戶鄉(xiāng)玉米地旁雜草上采集雙斑長跗螢葉甲成蟲，區(qū)分雌雄后帶回室內(nèi)，放入自制的飼養(yǎng)裝置中，將其放入培養(yǎng)箱中(GXZ-270B，溫度26℃，光照L∶D =16∶8 )，用棉花葉片進(jìn)行飼喂，每天更換棉花葉片。備用。

1.1.2 供試揮發(fā)物

供試揮發(fā)物購于北京偶和科技有限公司，純度均為98%。其中棉花和玉米中共有的為橙花叔醇、葎草烯、β-蒎烯、反-2-己烯醛、葉醇；棉花中獨有的為庚烯、反-2-己烯-1-醇、水芹烯；糞便中有十六烷、壬酸、十九烷、十七烷、己二酸二辛酯。表1

表1 試驗中的標(biāo)準(zhǔn)化合物Table 1 The standard chemical samples

1.2 方 法

采用觸角電位儀測定。觸角電位儀(荷蘭Syntech公司) 由數(shù)據(jù)采集器IDAC-2、EAG 探頭、氣流控制器CS-55和觸角電位記錄軟件GcEad這6個部分組成，除此之外還有防干擾的法拉第籠。刺激氣流設(shè)置為600 mL/min，連續(xù)氣體流量為500 mL/min。

選擇健壯、活躍的雙斑長跗螢葉甲成蟲，用眼科手術(shù)刀將其觸角從基部剪下，隨后剪除少許端部，用鑷子夾住觸角基端部固定在涂有Spectra360導(dǎo)電膠的EAG探頭上，調(diào)試儀器，使其基線平穩(wěn)。用液體石蠟對揮發(fā)物進(jìn)行稀釋，濃度設(shè)置為10-3、10-2、10-1、1、10 μg/mL的5個濃度梯度。取10 μL處理后的揮發(fā)物滴在5 mm×4 cm的濾紙條上，再將濾紙條放入1 mL槍頭中，堵住槍頭兩端使揮發(fā)物揮發(fā)30 s后測定。每次刺激1 s，2次刺激間隔為30 s。以液體石蠟為對照，正己烷為參照，每個測試樣6次重復(fù)，每次重復(fù)的測定順序為：對照，參照，揮發(fā)物單品(4個樣左右)，對照，參照。每個揮發(fā)物單品雌雄分別重復(fù)6次。

計算公式為：

式中：Sr為刺激樣品的觸角電位反應(yīng)的相對值；Sc為刺激樣品的觸角電位反應(yīng)值；CKm為刺激樣品請后對照對觸角電位的反應(yīng)之的平均值；Rm為刺激樣品觸角電位前后標(biāo)準(zhǔn)化合物觸角電位的平均值[26]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

用SPSS 22.0進(jìn)行方差分析和Duncan多重比較，相同濃度之間的雌雄差異用獨立樣本t檢驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 雙斑長跗螢葉甲雌蟲對13種揮發(fā)物的EAG反應(yīng)

研究表明，雙斑長跗螢葉甲雌蟲對10-2μg/mL的庚烯，10-1μg/mL的十六烷，10-1、10 μg/mL 2個濃度的橙花叔醇和反-2-己烯-1-醇，1、10 μg/mL 2個濃度的葎草烯、水芹烯、β-蒎烯、反-2-己烯醛和葉醇的EAG反應(yīng)值相對較大；對壬酸、十九烷、十七烷、己二酸二辛酯的反應(yīng)值相對較小。13種揮發(fā)物中，該葉甲雌蟲對10 μg/mL葉醇的反應(yīng)值最大，對水芹烯、反-2-己烯醛和葉醇的EAG反應(yīng)值隨著濃度的升高也逐漸增加。表2

2.2 雙斑長跗螢葉甲雄蟲對13種揮發(fā)物的EAG反應(yīng)

研究表明，雙斑長跗螢葉甲雄蟲對10 μg/mL的庚烯，1 μg/mL的橙花叔醇和反-2-己烯-1-醇，10-1、1、10 μg/mL 3個濃度的水芹烯和β-蒎烯，10-1、10 μg/mL 2個濃度的反-2-己烯醛，，1、10 μg/mL 2個濃度的的葉醇，10-1、1、10 μg/mL 3個濃度的己二酸二辛酯的反應(yīng)值相對較高；對十六烷、葎草烯、壬酸、十九烷、十七烷的EAG反應(yīng)值相對較小。在這13種揮發(fā)物中，該葉甲雄蟲對10 μg/mL的β-蒎烯反應(yīng)值最高，對葎草烯、己二酸二辛酯的EAG反應(yīng)值隨濃度升高而增加。表2

2.3 雙斑長跗螢葉甲雌雄蟲對13種揮發(fā)物的EAG反應(yīng)差異

研究表明，雙斑長跗螢葉甲雌雄成蟲對13種揮發(fā)物EAG反應(yīng)存在不同的差異，雌雄蟲之間對同一濃度的同一揮發(fā)物的EAG反應(yīng)也存在一定的差異性。雄蟲對10 μg/mL的β-蒎烯的EAG反應(yīng)值最高，雌蟲對10 μg/mL葉醇的反應(yīng)值最高，且均高于其它化合物。雌蟲對10-3、10-2、10-1μg/mL的庚烯，10-1μg/mL的十六烷，1μg/mL的葎草烯，10-1、1、10 μg/mL的壬酸，10-2、1 μg/mL的十六烷，10-3、1 μg/mL的反-2-己烯醛，10-1μg/mL的反-2-己烯-1-醇，10-2μg/mL的葉醇的反應(yīng)顯著高于雄蟲；對10-1、10 μg/mL的橙花叔醇，10-3μg/mL的十六烷，10 μg/mL的葎草烯，10-2μg/mL的水芹烯，10 μg/mL的葉醇，10-3、10-2μg/mL的己二酸二辛酯反應(yīng)也高于雄蟲，但未達(dá)到顯著差異水平。表2

表2 雙斑長跗螢葉甲對13種化合物的EAG相對反應(yīng)值Table 2 Relative EAG response of Monoleptahieroglyphica of 13 kind of compounds

續(xù)表2 雙斑長跗螢葉甲對13種化合物的EAG相對反應(yīng)值Table 2 Relative EAG response of Monoleptahieroglyphica of 13 kind of compounds

續(xù)表2 雙斑長跗螢葉甲對13種化合物的EAG相對反應(yīng)值Table 2 Relative EAG response of Monoleptahieroglyphica of 13 kind of compounds

3 討 論

對雙斑長跗螢葉甲成蟲取食為害棉花和玉米誘導(dǎo)后產(chǎn)生的及其糞便中的13種揮發(fā)物進(jìn)行觸角電生理測定，結(jié)果表明，雙斑長跗螢葉甲雌、雄蟲對水芹烯、β-蒎烯、反-2-己烯醛、葉醇的反應(yīng)值均相對較高，其中對β-蒎烯和葉醇的反應(yīng)值最大，這與光肩星天牛Anoplophoraglabripennis、松墨天牛Monochamusalternatus、銅綠麗金龜Anomalacorpulenta、紅脂大小蠹Dendroctonusvalens[27-32]研究結(jié)果相似。在這13種化合物中，雙斑長跗螢葉甲對烷烴化合物反應(yīng)大都不顯著，而對烯烴化合物及醛類化合物反應(yīng)較顯著，表明該葉甲對不同類型的化合物有不同的敏感性和選擇性。

同一種昆蟲的不同性別對同一種化合物的反應(yīng)有所不同。雙斑長跗螢葉甲雌蟲對低濃度庚烯的反應(yīng)顯著高于高濃度，相反雄蟲對高濃度庚烯的反應(yīng)顯著高于低濃度。這種現(xiàn)象不僅存在于雙斑長跗螢葉甲中，在甘薯蟻象Cylasformicarius(Fabricius)[33]、花椒窄吉丁Agriluszanthoxylumi[34]、牧草盲蝽Lyguspmtensis[35]中也存在雌雄蟲對同一化合物有不同反應(yīng)的現(xiàn)象。

大多數(shù)昆蟲對揮發(fā)物的敏感程度與揮發(fā)物濃度有關(guān)。雙斑長跗螢葉甲雌蟲對水芹烯、β-蒎烯、反-2-己烯醛、葉醇的反應(yīng)值隨濃度的增加而增加，雄蟲對葎草烯、β-蒎烯、己二酸二辛酯的EAG相對反應(yīng)值隨濃度增加而增加。這與光肩星天牛、松墨天牛、花椒窄吉丁、棗飛象ScythropusyasumatsuiKono結(jié)果一致[27,29,34,36]。

雙斑長跗螢葉甲在取食寄主植物時，會誘導(dǎo)寄主植物產(chǎn)生特殊的揮發(fā)性化學(xué)物質(zhì)，這些揮發(fā)性化學(xué)物質(zhì)對雙斑長跗螢葉甲是否繼續(xù)取食起著重要作用。昆蟲糞便中也含有聚集活性的化學(xué)物質(zhì)，其中以鞘翅目居多[22]。實驗僅測定了雙斑長跗螢葉甲對13種揮發(fā)物單品的EAG反應(yīng)，還需進(jìn)行嗅覺行為反應(yīng)的測定，才能篩選出對雙斑長跗螢葉甲有趨性的物質(zhì)。同時植物和糞便釋放的氣味是由多種微濃度的揮發(fā)次生物質(zhì)組成的復(fù)雜混合物[37]，昆蟲對氣味的反應(yīng)受到多種揮發(fā)物的協(xié)調(diào)作用，由于揮發(fā)物單品數(shù)目的局限性，后續(xù)仍需大量篩選，對揮發(fā)物單品進(jìn)行組合，并與性信息素進(jìn)行組合，選擇出對雙斑長跗螢葉甲有較好趨性的物質(zhì)，為田間使用聚集信息素防治雙斑長跗螢葉甲提供理論依據(jù)。試驗僅研究了雙斑長跗螢葉甲對13種揮發(fā)物單品的觸角電位反應(yīng)，還需要對其行為反應(yīng)進(jìn)行測定，確定對雙斑長跗螢葉甲有趨性的信息化合物，為田間引誘劑的研發(fā)提供基礎(chǔ)依據(jù)。

4 結(jié) 論

雙斑長跗螢葉甲對13種揮發(fā)物均有EAG反應(yīng)，且雌雄成蟲對同種化合物的同一濃度的反應(yīng)值有些差異。雙斑長跗螢葉甲雌、雄成蟲均對水芹烯、β-蒎烯、反-2-己烯醛、葉醇的反應(yīng)值較高，對壬酸、十九烷、十七烷的反應(yīng)值較低。雌蟲對10 μg/mL的葉醇反應(yīng)值最大，對10 μg/mL的橙花叔醇、葎草烯、水芹烯、β-蒎烯、反-2-己烯醛、反-2-己烯-1-醇的反應(yīng)值也相對較大；雄蟲對10 μg/mL的β-蒎烯反應(yīng)值最大，對10 μg/mL的庚烯、水芹烯、反-2-己烯醛、葉醇、己二酸二辛酯反應(yīng)值也相對較大，雌、雄蟲均對這些物質(zhì)較為敏感。雙斑長跗螢葉甲雌蟲對葎草烯、水芹烯、反-2-己烯醛、葉醇的反應(yīng)值隨濃度升高而升高；雄蟲對葎草烯、己二酸二辛酯的反應(yīng)值隨濃度升高而升高。水芹烯、β-蒎烯、反-2-己烯醛、葉醇這4種物質(zhì)有可能成為雙斑螢葉甲聚集素的主要成分。