松褐天牛繁殖行為及其影響因素研究進展

鄭光楠，楊秀好，董子舒，韋曼麗，鄭霞林

（1.廣西大學 農學院，廣西南寧 530004；2.廣西壯族自治區(qū)林業(yè)科學研究院，廣西南寧 530002；3.廣西壯族自治區(qū)林業(yè)有害生物防治檢疫站，廣西南寧 530028）

松褐天牛（Monochamus alternatus）屬鞘翅目（Coleoptera）天牛科（Cerambycidae）墨天牛屬，主要危害馬尾松（Pinus massoniana）、黑松（P. thunber?gii）、雪松（Cedrus deodara）和火炬松（P.taeda）等樹種。該蟲在中國分布于除黑龍江、內蒙古、北京、寧夏、甘肅、青海和澳門外所有?。ㄊ小⒆灾螀^(qū)）[1]；在國外分布于日本、朝鮮、韓國、老撾、越南、加拿大、美國、墨西哥、希臘和葡萄牙等國家[1-2]。在中國，該蟲1年發(fā)生1 ～3 代，以老熟幼蟲在樹干中越冬[3-5]；室內人工飼養(yǎng)時發(fā)現(xiàn)，取食馬尾松的雌雄成蟲平均壽命分別為（63.13 ± 12.33）天和（59.04 ± 12.18）天[6]。該蟲還是檢疫性有害生物松材線蟲（Bursaphelen?chus xylophilus）的傳播媒介，由其傳播的松材線蟲病給中國林業(yè)產業(yè)發(fā)展造成了重大經濟損失。2017年，中國大陸松材線蟲病總成災面積達85 524 hm2,造成經濟損失約195 億元[7]。鑒于松褐天牛是松材線蟲病主要傳播媒介，國內外學者對松褐天牛開展了大量研究，包括生物學[8]、生態(tài)學[9-10]、行為學[11-14]、生理學[15]、分子生物學[16]和綜合防治[17]等。

繁殖是物種延續(xù)的前提。研究害蟲的繁殖行為，針對其行為采取相應的防治手段、制定針對性的防治策略，可有效控制害蟲種群。目前，關于松褐天牛繁殖行為方面的報道包括異性定位[18-19]、交配行為和節(jié)律[20-21]及產卵行為[22]等。部分研究結果已成功應用于生產實踐，且有效降低了松褐天牛種群數量。樊建庭等[23]研究明確了松褐天牛的聚集性信息素和對其有較強吸引作用的植物源信息素，這兩種物質組分復配的引誘劑對該蟲有較強的引誘效果；根據松褐天牛成蟲對初伐木有較強的趨性這一特性，在林間設置初伐木為誘木，引誘松褐天牛在其上產卵，然后集中銷毀誘木，可有效降低該蟲的子代種群數量[24]。為系統(tǒng)了解松褐天牛繁殖相關研究，該文對松褐天牛繁殖行為及其影響因素進行綜述，旨在為綜合利用其繁殖行為開展松褐天牛監(jiān)測和防控技術研究提供參考。

1 松褐天牛異性定位

松褐天牛首先依靠嗅覺和視覺器官定位受害松樹[25]，尤其偏好衰弱木和初伐木[19]。與健康松樹相比，受害松樹會釋放更多的α-蒎烯、β-蒎烯和D-檸檬烯，還會釋放樟腦烯、β-苯丙氨酸烯、可可烯、長葉烯和β-石竹烯等揮發(fā)物，這些揮發(fā)物被松褐天牛觸角上的毛形感器、錐形感器和耳形感器接收后，通過感器壁上的小孔進入感器淋巴液[26]，再通過CSP5、OBP1、OBP9 和OBP10 等氣味結合蛋白和化學結合蛋白對這些揮發(fā)物進行特異性結合，使松褐天牛成蟲能從遠距離進行聚集[27-30]。除嗅覺外，松褐天牛也可通過視覺識別衰弱木和瀕死松木的顏色[31]，進行更進一步的精準定位。當雄蟲在受害松樹聚集后，其產生的長距離信息素（2-十一烷氧-1-乙醇）與植物揮發(fā)物共同作用吸引雌蟲聚集[32]。

當雌雄成蟲聚集后，雄蟲可通過嗅覺和視覺發(fā)現(xiàn)雌蟲。雌蟲產生的短距離信息素和接觸信息素有助于雄蟲識別雌蟲，完成異性定位[18]。研究發(fā)現(xiàn)，當雄蟲嗅覺和視覺缺失時，抱對成功率顯著降低，視覺缺失處理下的抱對成功率顯著低于嗅覺缺失處理，可能是因為松褐天牛成蟲近距離接觸時更依賴視覺定位異性[33-34]。松褐天牛是否存在接觸信息素，目前仍存在分歧[35-36]。研究還發(fā)現(xiàn)在視覺和嗅覺均缺失的情況下，仍有松褐天牛能成功抱對[33]，可能還存在其他尚未發(fā)現(xiàn)的異性定位途徑。研究發(fā)現(xiàn)，部分天牛種類成蟲可利用異性發(fā)出的聲音覓偶[37-38]。松褐天牛成蟲是否可利用聽覺或其他途徑進行異性定位，尚需進一步研究。

2 松褐天牛交配行為及節(jié)律

2.1 松褐天牛交配行為

松褐天牛成蟲羽化出木后，多取食1 ～3年生的松枝韌皮部補充營養(yǎng)，尤其喜食馬尾松當年生嫩枝[39-40]；補充營養(yǎng)約10天后，進入交配期。松褐天牛有較長的交配前期，主要是因為成蟲羽化后需補充營養(yǎng)至性成熟才能進行交配[41]。松褐天牛成蟲羽化出木后15 ～20天為交配高峰期[42]。

松褐天牛成蟲完整的交配行為包括相遇抱對、插入輸精和配后保護3 個階段（圖1）。雄蟲發(fā)現(xiàn)雌蟲后，會在雌蟲附近停留十幾分鐘，然后突然爬向雌蟲抱對交配[43]；也有研究發(fā)現(xiàn)，部分性成熟雌蟲會主動靠近雄蟲，尋求交配[44]。當雌雄成蟲接觸后，雄蟲會用前足抱握雌蟲，調整身體爬到雌蟲體背，用前足與中足抱握雌蟲，用上顎咬住雌蟲鞘翅以形成能交配姿勢，有時雄蟲在阻止雌蟲反抗的過程中會咬掉其鞘翅[43]，出現(xiàn)咬掉雌蟲鞘翅這種情況是雄蟲的一種交配策略還是其未掌握好力度尚不明確。1對成蟲正在交配時，有時會有第2頭雄蟲出現(xiàn)，與正在交配的雄蟲打斗，直至一方落敗逃跑[12]。如果第2 頭雄蟲勝利，則其與該雌蟲發(fā)生交配；反之，原始配對的雄蟲繼續(xù)與雌蟲進行交配。也有研究發(fā)現(xiàn)，部分原始配對的雄蟲即使“勝利”，也會離開，不繼續(xù)與雌蟲交配[43]。在抱對過程中，有時會出現(xiàn)雌蟲強烈反抗和逃離使雄蟲不能與之交配的情況；有時會發(fā)生錯誤識別，出現(xiàn)雄蟲和雄蟲、雌蟲和雌蟲同性抱對并嘗試交配的現(xiàn)象，雄蟲同性抱對比例比雌蟲高[11]；有時甚至會出現(xiàn)與云杉花墨天牛（M.saltu?arius）嘗試交配的情況[45]。黑腹果蠅（Drosophila me?lanogaster）也有同性抱對行為，有過同性抱對行為的雄性在與雌性交配時成功率顯著提高[46]，推測雄蟲在同性性行為中學到了更多求偶經驗，提高了其與雌蟲的交配成功率[47]。松褐天牛同性抱對及與同屬其他昆蟲抱對是因錯誤識別還是為后續(xù)能成功交配而開展的練習，亦或是其他原因，尚不清楚。

圖1 松褐天牛覓偶、求偶和交配行為Fig.1 Behavior of mate location,courtship and mating of M.alternatus

成功抱對后，雄蟲腹部末端向下彎曲，外生殖器插入雌蟲體內，拉出輸精管開始輸精。觀察發(fā)現(xiàn)，松褐天牛成蟲在抱對過程中，雌蟲可爬動與取食；當雌蟲爬動而雄蟲又想交配時，雄蟲會用顎刮雌蟲的鞘翅使其靜止，然后將外生殖器插入雌蟲陰道完成輸精[43]。在輸精過程中，雄蟲外生殖器由白色透明逐漸變黃再變?yōu)槌赛S色[43]。在松褐天牛成蟲完整交配過程中，雄蟲有1 次或多次將外生殖器插入雌蟲體內的行為，每次插入時間為3 ～251 s，平均為（57.60±1.363）s[20]。松褐天牛的輸精行為有別于其他天?？评ハx的另一種交配方式“插而不拔”[48]，推測松褐天牛多次插入的輸精方式有助于其快速輸精、躲避同性競爭等風險。

雄蟲生殖器從雌蟲體內最后一次拔出至結束抱對期間為配后保護。在配后保護期間，雄蟲一直用前足抱握雌蟲的后胸，阻止其他雄蟲與該雌蟲交配，時長為0.50 ～115.68 min，平均（15.18 ±2.145）min[20]。

2.2 松褐天牛交配節(jié)律

松褐天牛在00:00 ～24:00 均有交配行為發(fā)生，交配高峰期為18:00 ～24:00[21,43-44]（表1）。有研究發(fā)現(xiàn)，松褐天牛在10:00 ～14:00 也有一個交配高峰期[44]。松褐天牛交配高峰期存在差異的原因可能是地理環(huán)境因素。

表1 松褐天牛晝夜交配節(jié)律Tab.1 Diurnal rhythm of mating of M.alternatus

3 松褐天牛產卵行為

松褐天牛出木后約16 天即可產卵[49]，卵多產于樹干陽面[50]。開始產卵前，松褐天牛雌蟲用下顎須、下唇須和觸角探觸松樹樹皮表面，尋找合適產卵的位置。在尋找到合適位置后，雌蟲用上顎在樹皮上咬出1個眼狀產卵刻槽，繼而旋轉身體180°，將產卵器插入刻槽內[43,51]，其產卵器受到松樹內皮黃烷醇葡糖苷和原花青素等揮發(fā)性物質刺激，將卵產在刻槽內[52-53]。雌蟲每次產卵1 ～3 粒，以1 粒居多；產卵后，并不立即從刻槽內拔出產卵器，而是先用產卵器分泌膠狀物質于刻槽中，再慢慢拔出產卵器[43,51]。雌蟲在刻槽內不產卵會形成空刻槽（約占刻槽總數的40% ～50%）[54]。推測松褐天牛雌蟲制作空刻槽的原因是既可進一步衰弱樹勢，有助于子代取食，又能減少其子代被天敵發(fā)現(xiàn)的機率，提高種群存活率。雌蟲咬出1 個刻槽需10 ～15 min，產1 粒卵需5 ～9 min[43,54]。根據卵在刻槽中的位置可分為縱產、橫產和斜產3種[55]。

研究發(fā)現(xiàn)，松褐天牛交配后1 ～3 天，雌蟲僅咬刻槽并不產卵，使刻槽中的松脂流出[56]，減弱松木的防御能力，交配后4 ～6 天開始產卵[51,54]。與體型較小雌蟲相比，體型較大雌蟲產卵前期更短，且產卵量更多，但所產卵粒較小[8]。雌蟲多在夜間產卵，平均每日產卵3 ～6 粒，產卵期約60 天，單雌產卵量40 ～180粒[54]。

4 影響松褐天牛繁殖行為的因素

4.1 非生物因素

4.1.1 溫度

松褐天牛最適繁殖溫度為25 ～30 ℃[39]。溫度偏低時，成蟲抱對率和交配率均降低；溫度下降至18 ℃時，成蟲潛伏不動。低溫還會影響雌蟲卵巢發(fā)育。夜間溫度過低（低于15 ℃）時，雌蟲卵巢發(fā)育減緩且大部分卵不能正常發(fā)育[57]；在年均氣溫低于8.2 ℃的地區(qū)，松褐天牛不能成功繁殖后代[58]。外界環(huán)境為高溫低濕時，松褐天牛雌蟲咬出的刻槽數量多且有效刻槽所占比例更高；低溫高濕時，雌蟲咬出的刻槽數量和產卵量均下降[59]。

4.1.2 降雨和氣流

降雨和氣流會使植物揮發(fā)物濃度降低或發(fā)生定向轉移，影響昆蟲對化學信息物質的接收[60]。在松褐天牛中也發(fā)現(xiàn)類似現(xiàn)象。降雨時，松褐天牛的成蟲交配行為減少，雌蟲產卵量明顯下降，可能是降雨影響信息素傳遞和成蟲自身活動[61]。

4.1.3 輻射

使用40 GY 及以上劑量的60Coγ 射線輻射松褐天牛雌雄成蟲，雖然雌雄成蟲仍能正常交配，但與健康異性交配后所產的卵均不能正常孵化；隨輻射劑量升高，成蟲壽命縮短[62-63]。進一步研究發(fā)現(xiàn)，射線處理后，松褐天牛體內糖酵解過程效率降低，該途徑中底物（葡萄糖和半乳糖）濃度和某些中間產物（蘋果酸等）濃度升高，推測輻射破壞了該途徑中某些基因，從而無法正常繁殖后代[63]。

4.1.4 殺蟲劑

魚藤酮影響松褐天牛呼吸，且對松褐天牛幼蟲有致畸作用[64]。試驗表明，在衰弱木或伐倒木上噴刷魚藤酮制劑，可有效減少松褐天牛在其上產卵[64]。

4.2 生物因素

4.2.1 自身因素

個體大小影響松褐天牛交配。大體型雄蟲與小體型雄蟲相比，更容易成功定位異性；大體型雄蟲與小體型雌蟲交配時，常難以成功交配[43]。可能是因為體型差異較大導致雄蟲在交配時需要進行的曲腹動作更大，投入的精力更多；或者是因為雄蟲在插入雌蟲體內時，會帶給雌蟲超過忍受限度的疼痛感，使得雌蟲劇烈反抗，阻止交配的發(fā)生[43-44]。

性比會影響松褐天牛繁殖。雄雌比例為2∶1時，雌蟲的平均產卵量為107.2 粒；雄雌比例為1∶1時，雌蟲的平均產卵量為153.6 粒；前者有效刻槽數低于后者，前者空刻槽數高于后者[65]。

不同交配次數影響雌蟲繁殖力和壽命。未交配雌蟲壽命顯著高于已交配雌蟲；只交配1 次雌蟲壽命與交配多次雌蟲壽命差異不顯著[20,66]。雄蟲向雌蟲體內輸入精子和精液等物質后，雌蟲會將更多的資源用于繁殖，壽命縮短。在其他昆蟲中也發(fā)現(xiàn)此類現(xiàn)象，如棉紅鈴蟲（Pectinophom gossypiella）[67]、褸裳夜蛾（Catocala remissa）[68]和茶尺蠖（Ectropis obliqua）[69]。松褐天牛雌雄成蟲均存在非專一性的多次交配現(xiàn)象[42,44]；交配次數不同，雌蟲繁殖力有一定差異。研究發(fā)現(xiàn)，多次交配雌蟲受精囊內的精子數量一直穩(wěn)定在12 萬個左右，僅交配1 次雌蟲受精囊內的精子數量隨時間推移不斷減少；交配后前3周，僅交配1 次雌蟲的產卵量和卵孵化率與多次交配雌蟲差異不顯著；從第4 周開始，僅交配1 次雌蟲的產卵量和卵孵化率急劇下降，多次交配雌蟲的產卵量和卵孵化率無顯著變化；總體來看，多次交配雌蟲的總產卵量（167.087 0 ± 9.187 7）和卵孵化率（94.4 ± 2.99）%均高于僅交配1 次雌蟲（113.521 7 ±8.046 8、（83.79±14.53）%）[70]。

4.2.2 寄主植物

不同寄主植物影響松褐天牛產卵量。取食馬尾松的松褐天牛雌蟲產卵量顯著高于取食濕地松（P.elliottii）和雪松的松褐天牛雌蟲[6]。同種寄主植物不同年齡枝條影響松褐天牛產卵量。取食馬尾松當年生枝條的雌蟲日均產卵量顯著高于取食2 和3年生枝條的雌蟲，且前者壽命更長[40,49]。不同健康狀態(tài)的寄主植物影響松褐天牛雌蟲產卵選擇。通常情況下，松褐天牛雌蟲優(yōu)先在衰弱木和伐倒木上產卵，其次為感染松材線蟲瀕死疫木和枯立木，最后為健康木。松褐天牛雌蟲在健康木上咬出的空刻槽所占比例顯著高于其在衰弱木、感染松材線蟲瀕死疫木和枯立木上所占比例[51]；雌蟲在健康木上的產卵量低且卵不能正常孵化，在伐倒木上的產卵量高且卵孵化率高[71]。相較于未感染松材線蟲病的松樹，雌蟲更喜歡在感染了松材線蟲病的松樹上產卵[13]。寄主植物直徑影響松褐天牛雌蟲產卵選擇。室內研究發(fā)現(xiàn)，松褐天牛雌蟲在直徑＞3 cm 寄主植物上咬出的有效刻槽數及含2 粒卵的比例均顯著高于直徑＜2 cm的寄主植物[55]。野外調查也發(fā)現(xiàn)，雌蟲主要選擇在直徑5 ～14 cm 的寄主植物上產卵?？赡苁羌闹髦参镏睆竭^小時，不能滿足幼蟲生長發(fā)育所需的空間；而直徑過大時，樹皮太厚，會影響雌蟲制作產卵刻槽。

松褐天牛雌蟲在寄主植物上形成的有卵刻槽、產卵分泌物和幼蟲蟲糞均會影響其產卵選擇。松褐天牛雌蟲對有產卵分泌物和幼蟲蟲糞的寄主植物有較強的產卵趨避性[14,72-73]。觀察發(fā)現(xiàn)，當松褐天牛雌蟲遇到未含有產卵分泌物的刻槽時，大多會在此產卵；當刻槽中含有產卵分泌物時，雌蟲會在此刻槽附近形成新的刻槽但不產卵[15]。產卵分泌物對松褐天牛產卵場所選擇的影響機制尚不明確。松褐天牛幼蟲蟲糞影響雌蟲對產卵場所的選擇，可能與其含有的特殊化合物有關，幼蟲蟲糞中的單萜和丁基化羥基甲苯混合物對雌蟲產卵有抑制作用[73]。

4.2.3 松材線蟲

松樹感染松材線蟲病后，其生長衰弱或死亡，吸引松褐天牛雌蟲產卵，在樹體中生長的松褐天牛又會攜帶松材線蟲進行傳播，形成松材線蟲-松褐天牛-松樹3 者間的循環(huán)[74]。松材線蟲影響松褐天牛繁殖。攜帶有松材線蟲的松褐天牛雄蟲在交配時會將松材線蟲一同輸入雌蟲受精囊內，使受精囊儲存的精子數減少，影響卵的受精[75]。

4.2.4 微生物

松材線蟲在進入松樹體內時，其伴生真菌或細菌會同時侵入，并與松材線蟲共同危害松樹。不同種類的伴生真菌影響松褐天牛體內攜帶松材線蟲的數量[76-77]。樹體內菌為小孢擬盤多毛孢（Pestaloti?opsis microspora）M32 時，松褐天牛體內攜帶的松材線蟲多于樹體內菌為松球殼孢（Sphaeropsis sapinea）E11和松球殼孢MHS7.3時，間接影響松褐天牛的精子傳輸[78]。球孢白僵菌（Beauveria bassiana）也會影響松褐天牛產卵。當松褐天牛感染球孢白僵菌后，雌雄成蟲的壽命均顯著降低，雌蟲日產卵量增加，總產卵量無顯著變化[79]。

5 展望

松褐天牛因其傳播松材線蟲而嚴重威脅我國乃至整個東亞地區(qū)的松林安全。其作為傳播松材線蟲的媒介昆蟲，可在自身補充營養(yǎng)時傳播，還可通過繁殖行為傳播。兩性交配時，雄性可向雌性體內輸入松材線蟲[45,75]，雌性產卵時將松材線蟲進一步傳播至新的松樹上[80]。因此，弄清松褐天牛繁殖與松材線蟲傳播間的關系和機理，能更有效地控制其種群繁殖，是保護松林和減少林業(yè)損失的關鍵突破口。

研究昆蟲繁殖行為有利于害蟲種群控制。目前，松褐天牛繁殖行為的一些研究結果已應用于松褐天牛種群動態(tài)預測及防控。研發(fā)的引誘劑是防治松褐天牛的關鍵技術之一[23]。目前，投入使用較多的APF-I型引誘劑由性信息素和植物揮發(fā)物復配而成[81]，在林間有較好的誘捕效果[82]。林間存在伐倒木或衰弱木會顯著降低松褐天牛引誘劑誘集效果[9]。針對這一現(xiàn)象，應深入研究規(guī)避技術，開發(fā)更高效的引誘劑。非寄主植物揮發(fā)物對松褐天牛產卵有趨避作用。從非寄主植物中提取出的苯甲醛、香茅醛、薄荷香精油、桉樹油、橙花醇、尼古丁和水楊醛均對松褐天牛雌蟲產卵有趨避作用，其中尼古丁的趨避作用最顯著[83]。在林間，將非寄主植物揮發(fā)物與現(xiàn)有引誘劑結合使用，采取“趨避-吸引”策略，是否能更好地控制松褐天牛種群值得深入探索；也可考慮在松林中種植對松褐天牛產卵趨避性較強的植物，降低松褐天牛種群密度。

雖然松褐天牛繁殖方面已有一些研究和報道，仍有很多問題值得深入研究。研究松褐天牛成蟲是否利用聽覺覓偶，有助于利用聲學技術干擾該蟲的覓偶和交配[84-85]，達到控制其種群的目的。松褐天牛異性定位、兩性選擇、“同性抱對”的機理及松褐天牛攜帶松材線蟲對其繁殖影響的機制等尚不明確?？赏ㄟ^行為學、分子生物學和化學生態(tài)學等學科的技術和手段，對其進行深入研究，不僅有助于明確松褐天牛的繁殖行為及其機理，也有助于制定松褐天牛防控策略。