樟子松種子小蜂成蟲對(duì)寄主植物代謝物質(zhì)的行為反應(yīng)1)

鮑 倩 景天忠 葛士林 王志英

(東北林業(yè)大學(xué)，哈爾濱，150040)

樟子松(Pinus sylvestrisvar.mongolica)是我國北方干旱地區(qū)主要造林樹種，內(nèi)蒙古紅花爾基樟子松林是我國最大的天然母樹林基地，為其它地區(qū)提供了大量優(yōu)良的種源［1］。但在樟子松大量結(jié)實(shí)期間，經(jīng)常受到樟子松種子小蜂(Eurytomasp.)的嚴(yán)重危害，不僅影響樟子松種子產(chǎn)量和質(zhì)量，并帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)損失，對(duì)樟子松種子小蜂的有效控制已成為種子生產(chǎn)面臨的課題。20世紀(jì)60年代以來，昆蟲與植物的協(xié)同進(jìn)化，植物次生物質(zhì)在害蟲防治中的作用成為熱點(diǎn)研究領(lǐng)域之一［2］。植物揮發(fā)物質(zhì)在植物與昆蟲間的化學(xué)通訊中起著決定性的作用，植物揮發(fā)物能夠調(diào)控昆蟲的多種行為，如引誘昆蟲趨向寄主植物、刺激昆蟲取食、引導(dǎo)昆蟲選擇產(chǎn)卵場(chǎng)所、傳粉和防御等，有些植物在受到植食性昆蟲危害時(shí)釋放出一些引誘害蟲天敵的互利素［3－4］。在長期的協(xié)同進(jìn)化過程中，植食性昆蟲逐漸形成了利用寄主植物的氣味尋找寄主植物的習(xí)性［5－8］。本研究利用5種樟子松球果揮發(fā)物質(zhì)的單組分對(duì)該害蟲進(jìn)行了行為反應(yīng)和電生理反應(yīng)測(cè)定，為探索樟子松球果揮發(fā)物質(zhì)的調(diào)控機(jī)制和對(duì)該昆蟲進(jìn)行生態(tài)調(diào)控提供參考。

1 材料與方法

樟子松種子小峰來源:2010和2011年5月下旬，于內(nèi)蒙古自治區(qū)呼倫貝爾市紅花爾基林場(chǎng)采集受樟子松種子小蜂危害的球果，將球果放于紗網(wǎng)中恒溫養(yǎng)蟲室中培養(yǎng)，溫度為25℃，白天黑夜分別為15、9 h，成蟲羽化后取其觸角制樣備用。

供試揮發(fā)性藥品:參考樟子松健康球果和被害球果揮發(fā)物質(zhì)分析結(jié)果，分別購置了99%的叔丁胺(上海市化學(xué)試劑采購供應(yīng)五聯(lián)化工廠)、95%的4－羥基－2－丁酮(東京化成工業(yè)株式會(huì)社)、99%的1，2－二氯乙烷(天津市富宇細(xì)化工有限公司)、99%的異辛烷(天津市精細(xì)化工研究所)、95%的1，3，5－環(huán)庚三烯5種揮發(fā)物組分。

主要儀器設(shè)備:QC－1(S)型大氣采樣儀(北京市勞動(dòng)保護(hù)科學(xué)研究所)、觸角電位儀(荷蘭Syntech公司的智能化數(shù)據(jù)獲取控制器IDAC－4、刺激氣流控制器(Syntech CS－55)、微動(dòng)操作儀(Syntech MN－151)及軟件處理系統(tǒng)4部分組成)、自制“Y”型嗅覺儀［9－15］和味源瓶。

種子小蜂的行為反應(yīng)測(cè)定:樟子松種子小蜂經(jīng)室內(nèi)飼養(yǎng)、羽化后，用20%蜂蜜水飼喂，分別利用叔丁胺、4－羥基－2－丁酮、1，2－二氯乙烷、異辛烷、1，3，5－環(huán)庚三烯各2.00%、0.20%、0.02%的3 個(gè)體積分?jǐn)?shù)梯度，測(cè)試雌雄蜂“Y”型嗅覺儀的行為反應(yīng)(見圖1)。測(cè)試在室內(nèi)(溫度25～28℃，相對(duì)濕度60% ～70%)進(jìn)行。為避免室內(nèi)光線的影響，用紙箱蓋住“Y”型嗅覺儀，在嗅覺儀上方置一盞60 W日光燈管為光源，日光燈管與嗅覺儀平行。測(cè)試時(shí)，將大氣采樣儀接通電源，調(diào)節(jié)流速計(jì)，使兩邊的流速相等;大氣采樣儀的流量設(shè)為500 mL/min。在對(duì)各處理進(jìn)行比較之前，先做空白試驗(yàn)，即兩臂都連接干凈空氣，觀察種子小蜂對(duì)兩臂選擇有無差異。將每頭種子小蜂接到嗅覺儀入口，觀察其選擇行為，記錄30 min內(nèi)進(jìn)入兩側(cè)管內(nèi)的數(shù)量。當(dāng)該雌蜂爬過兩臂中任何一側(cè)的1/3后，并不斷敲打觸角持續(xù)30 s以上，就記錄該蜂對(duì)該氣味源作出選擇;10 min內(nèi)未做出選擇的則記為無反應(yīng)。每處理至少測(cè)試30頭。為避免光線、氣流等帶來的影響，每測(cè)試一組交換一次氣味瓶。每處理測(cè)試完后，用酒精徹底清洗整個(gè)裝置并放入烘箱烘干，以消除殘留氣味的影響。為減少環(huán)境震動(dòng)可能引起的干擾，在嗅覺儀下方放置泡沫板。

圖1 嗅覺測(cè)定裝置示意圖

觸角電位(EAG)的反應(yīng)測(cè)定:將叔丁胺、4－羥基－2－丁酮、1，2－二氯乙烷、異辛烷、1，3，5－環(huán)庚三烯5種標(biāo)準(zhǔn)化合物分別配制成2.000%、0.200%、0.020%、0.002% 的4個(gè)體積分?jǐn)?shù)梯度(除4－羥基－2－丁酮用蒸餾水做溶劑外，其他藥品均用液體石蠟做溶劑)。將配制好的揮發(fā)物密閉于兩端開口玻璃皿中，其中一端連接氣體凈化裝置，另一端插入微動(dòng)操作儀上氣味混合管外側(cè)的小孔內(nèi)。將羽化1～2 d的雌雄種子小蜂觸角尖端切除少許后，用導(dǎo)電膠將其橫搭在電極上，氣味混合管的管口與觸角相距約1 cm。刺激氣流流速為60 mL/s，每次刺激時(shí)間為0.5 s，2次刺激之間間隔30 s，以確保觸角活性的完全恢復(fù)［16］。每種化合物對(duì)雄蟲或雌蟲每根觸角均重復(fù)3次，每種測(cè)試10根觸角。數(shù)據(jù)結(jié)果用SPSS軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 成蟲的形態(tài)及生活習(xí)性

雌蜂體長1.8～5.0 mm，黑色有光澤。觸角膝狀，11節(jié)，柄節(jié)長，梗節(jié)短，環(huán)節(jié)小，索節(jié)五節(jié)，均長大于寬，4、5索節(jié)近方形，棒節(jié)三節(jié)，幾乎愈合。產(chǎn)卵管短，露出尾端。雄蜂體長約2 mm，觸角11節(jié)其上具有長輪毛。

樟子松種子小蜂在內(nèi)蒙古紅花爾基地區(qū)1年1代，以老齡幼蟲在受害球果種子內(nèi)越冬。翌年5月中旬幼蟲開始化蛹，成蟲6月開始羽化，并產(chǎn)卵于樟子松幼嫩的球果上;幼蟲于6月下旬—9月中旬危害種子。該蜂在交尾時(shí)雄性較雌性活躍，一般雄性不斷爬行、跳躍、振動(dòng)雙翅、追逐雌性;雌蜂背負(fù)雄蜂爬行，雄蜂則用觸角敲擊雌蜂的觸角。交尾時(shí)，雄蜂腹部末端向下彎曲，雌蜂腹部末端微向上翹起，雌雄蜂尾部相接進(jìn)行交尾。交尾過程中，雄性邊振動(dòng)雙翅邊用觸角猛烈敲擊雌蜂的觸角;交尾時(shí)間較短，一般為數(shù)秒鐘。交尾完畢，雄蜂離開雌蜂，雌蜂靜止片刻后緩慢爬行，開始尋找球果產(chǎn)卵。

成蟲的壽命與補(bǔ)充營養(yǎng)具有一定的關(guān)系。一般羽化后，補(bǔ)充營養(yǎng)的個(gè)體壽命長于未補(bǔ)充營養(yǎng)的個(gè)體。在室內(nèi)(26±1)℃條件下，對(duì)成蟲的壽命與補(bǔ)充營養(yǎng)的關(guān)系進(jìn)行了測(cè)定，補(bǔ)充20%蜂蜜水的雌雄成蜂平均壽命分別為 7.00、7.96 d，最長可達(dá) 13 d;未補(bǔ)充營養(yǎng)的雌雄成蜂平均壽命分別為6.50、6.54 d，最長可達(dá)9 d。

2.2 種子小蜂對(duì)5種揮發(fā)物的行為反應(yīng)

利用“Y”型嗅覺儀，測(cè)定了樟子松種子小蜂雌雄成蟲對(duì)叔丁胺、4－羥基－2－丁酮、1，2－二氯乙烷、異辛烷、1，3，5－環(huán)庚三烯5種標(biāo)準(zhǔn)化合物的行為反應(yīng)。結(jié)果表明:雌性成蟲對(duì)5種揮發(fā)化合物的行為反應(yīng)表現(xiàn)為，在體積分?jǐn)?shù)為0.02%條件下，對(duì)異辛烷選擇率最高(60.00%)，其次為 1，2－二氯乙烷(50.00%);在體積分?jǐn)?shù)為 0.20%條件下，對(duì) 4－羥基－2－丁酮選擇率最高(56.67%);在體積分?jǐn)?shù)為2.00%條件下，對(duì)叔丁胺選擇率最高(66.67%)，其次為 1，3，5－環(huán)庚三烯(63.33%)。隨著體積分?jǐn)?shù)的增加，雌性成蟲對(duì)4－羥基－2－丁酮和 1，3，5－環(huán)庚三烯選擇率逐漸增加，而對(duì)叔丁胺、1，2－二氯乙烷和異辛烷的選擇性未表現(xiàn)出隨體積分?jǐn)?shù)增加而增強(qiáng)的趨勢(shì)。

雄性成蟲對(duì)5種揮發(fā)化合物的行為反應(yīng)表現(xiàn)為:在體積分?jǐn)?shù)為0.02%條件下，對(duì)1，2－二氯乙烷選擇率最高(60.00%)，其次為 4－羥基－2－丁酮(53.33%);在體積分?jǐn)?shù)為 0.20%條件下，對(duì) 4－羥基－2－丁酮、1，2－二氯乙烷和 1，3，5－環(huán)庚三烯的選擇率均達(dá)53.33%，對(duì)其余2種組分的選擇率均在43.33%以下;在體積分?jǐn)?shù)為2.00%條件下，對(duì)1，3，5－環(huán)庚三烯選擇率最高(63.33%)，其次為叔丁胺(60.00%)。雄性成蟲對(duì)5種揮發(fā)物組分的反應(yīng)趨勢(shì)為:對(duì)1，3，5－環(huán)庚三烯，隨體積分?jǐn)?shù)的增加其選擇率逐漸提高;對(duì)4－羥基－2－丁酮和1，2－二氯乙烷，則表現(xiàn)出隨體積分?jǐn)?shù)增加選擇率下降的趨勢(shì)(見表1)。

表1 樟子松種子小蜂對(duì)5種揮發(fā)性化合物的行為反應(yīng)結(jié)果

2.3 種子小蜂對(duì)5種揮發(fā)化合物的觸角電位反應(yīng)

利用5種揮發(fā)化合物對(duì)種子小蜂成蟲的觸角電位(EAG)反應(yīng)測(cè)定。從揮發(fā)物不同的體積分?jǐn)?shù)看，雌雄成蟲對(duì)供試揮發(fā)物的電生理反應(yīng)程度存在差異。雌成蟲對(duì)2.000%的叔丁胺的EAG反應(yīng)最強(qiáng)(反應(yīng)值為0.186 4)，其次為2.000%的1，3，5－環(huán)庚三烯(反應(yīng)值為0.116 6);對(duì)0.020%的1，3，5－環(huán)庚三烯和0.020%的異辛烷反應(yīng)較弱，反應(yīng)值分別為0.009 0、0.009 6;對(duì) 1，2－二氯乙烷的反應(yīng)呈現(xiàn)出隨體積分?jǐn)?shù)增加而反應(yīng)強(qiáng)度增強(qiáng)的趨勢(shì)，而對(duì)其余4種揮發(fā)性化合物的反應(yīng)未表現(xiàn)出上述關(guān)系(見表2)。

雄成蟲對(duì)2.000%的1，2－二氯乙烷的EAG反應(yīng)最強(qiáng)(反應(yīng)值為0.292 2)，其次為2.000%的4－羥基－2－丁酮(反應(yīng)值為 0.116 6);對(duì) 0.002%的 1，3，5－環(huán)庚三烯反應(yīng)最弱(反應(yīng)值為0.011 2);對(duì)1，2－二氯乙烷和1，3，5－環(huán)庚三烯的反應(yīng)呈現(xiàn)出隨體積分?jǐn)?shù)增加而反應(yīng)強(qiáng)度增強(qiáng)的趨勢(shì)，而對(duì)其余3種揮發(fā)性化合物的反應(yīng)未表現(xiàn)出上述關(guān)系(見表2)。經(jīng)配對(duì)T檢驗(yàn)表明:雌、雄成蟲對(duì)1，2－二氯乙烷和1，3，5－環(huán)庚三烯的EAG反應(yīng)沒有顯著差異(P＞0.05);差異較為顯著的為4－羥基－2－丁酮，其次為叔丁胺。

表2 樟子松種子小蜂雌雄成蟲對(duì)5種揮發(fā)化合物的EAG反應(yīng)

3 討論

樟子松種子小蜂成蟲，主要通過嗅覺感受器對(duì)球果揮發(fā)的特異性化學(xué)物質(zhì)來尋找適宜的樟子松球果產(chǎn)卵。本研究利用樟子松健康球果5種主要揮發(fā)物質(zhì)的單組分，測(cè)定了樟子松成蟲的行為和電生理反應(yīng)。在5種揮發(fā)物體積分?jǐn)?shù)為0.02%、0.02%和2.00%時(shí)，雌成蟲對(duì)揮發(fā)物選擇率較高的分別為異辛烷、4－羥基－2－丁酮和叔丁胺，而雄性成蟲對(duì)揮發(fā)物選擇率較高的分別為1，3，5－環(huán)庚三烯、叔丁胺和1，2－二氯乙烷。結(jié)果說明:雌雄成蟲在尋找寄主、繁殖后代中所起的作用不同，從而反應(yīng)了雌雄成蟲對(duì)球果揮發(fā)物質(zhì)行為反應(yīng)上的差異。另外，本文只對(duì)樟子松球果揮發(fā)物的單組分進(jìn)行了測(cè)定，由于單組分對(duì)樟子松種子小蜂成蟲行為的影響與多組分混合后的作用效果可能不同，各組分不同配比的作用和野外生物測(cè)定效果還有待于進(jìn)一步的研究。

樟子松種子小蜂雌成蟲對(duì)2.000%的叔丁胺的EAG反應(yīng)最強(qiáng)，與“Y”型嗅覺儀行為測(cè)定結(jié)果一致，推測(cè)叔丁胺可能是樟子松種子小蜂雌性成蟲寄主定位的主要行為調(diào)控物質(zhì)。雄性成蟲對(duì)1，2－二氯乙烷的EAG反應(yīng)最強(qiáng)，而“Y”型嗅覺儀行為測(cè)定結(jié)果確為叔丁胺和1，2－二氯乙烷的選擇率較高，兩者之間并不完全一致。EAG僅僅記錄了昆蟲對(duì)活性物質(zhì)刺激時(shí)產(chǎn)生電生理反應(yīng)的總和，只是作為昆蟲對(duì)外界氣味刺激感受的體現(xiàn)，并不能確定該物質(zhì)對(duì)昆蟲具有吸引或驅(qū)避作用。另外，昆蟲的行為不僅受到一種活性物質(zhì)的影響，可能受到多種活性物質(zhì)的調(diào)控，甚至各種活性物質(zhì)的不同體積分?jǐn)?shù)組合對(duì)昆蟲行為的影響也是不同的。該研究僅測(cè)定了樟子松球果揮發(fā)化合物單組分對(duì)樟子松種子小蜂成蟲的EAG反應(yīng)，其結(jié)果可能與自然界樟子松球果同時(shí)揮發(fā)多種活性物質(zhì)對(duì)該昆蟲行為的影響存在一定差異。有關(guān)多種活性物質(zhì)及其不同體積分?jǐn)?shù)組合對(duì)樟子松種子小蜂行為調(diào)控的影響有待進(jìn)一步研究。

［1］樸哲浩，孫玉芬，張永衛(wèi).樟子松種實(shí)害蟲防治的初步探討［J］.內(nèi)蒙古林業(yè)，2004(2):25－26.

［2］樊春燕，黃壽山.植物揮發(fā)性次生物質(zhì)與昆蟲誘導(dǎo)因子研究進(jìn)展［J］.廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2003(4):36－39.

［3］Mei H，Zilinskas B A，Knipple D C，et al.Cis-3-Hexenal production in tabacco is stimulated by 16-carbon monounsaturated fatty acids［J］.Phytochemistry，2004，65:159－168.

［4］Reddy G V P，Guerrero A.Ineractions of insect pheromones and plant semiochemicals［J］.Trends in Plant Science，2004，9(5):253－261.

［5］程紅.青楊脊虎天牛觸角感器類型及其對(duì)植物揮發(fā)物的反應(yīng)［D］.哈爾濱:東北林業(yè)大學(xué)，2006:1－11.

［6］莫圣書，趙冬香，陳青.植物揮發(fā)物與昆蟲行為關(guān)系研究進(jìn)展［J］.熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)，2006(6):84－89.

［7］杜家緯.植物—昆蟲間的化學(xué)通訊及其行為控制［J］.植物生理學(xué)報(bào)，2001，27(3):193－200.

［8］嚴(yán)善春，張丹丹，遲德富.植物揮發(fā)性物質(zhì)對(duì)昆蟲作用的研究進(jìn)展［J］.應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2003，14(2):310－313.

［9］嚴(yán)善春，程紅，楊慧等.青楊脊虎天牛對(duì)植物源揮發(fā)物的EAG和行為反應(yīng)［J］.昆蟲學(xué)報(bào)，2006，49(5):759－767.

［10］張同心，孫緒艮，崔為正，等.松阿扁葉蜂對(duì)不同樹種的選擇行為［J］.林業(yè)科學(xué)，2006，42(6):66－70.

［11］孟慶英.核桃扁葉甲生物學(xué)特性及寄主選擇性研究［D］.泰安:山東農(nóng)業(yè)大學(xué)，2007.

［12］曲愛軍，孫緒艮，盧西平，等.異色瓢蟲顯現(xiàn)變種對(duì)寄主的尋找行為研究［J］.昆蟲天敵，2004(3):12－17.

［13］喬魯芹.山楂葉螨對(duì)不同寄主植物的選擇性研究［D］.泰安:山東農(nóng)業(yè)大學(xué)，2001.

［14］韓寶瑜，陳宗懋.蚜繭蜂對(duì)不同味源的選擇性［J］.茶葉科學(xué)，1999，19(1):29－34.

［15］孫緒艮，尹淑艷，李波.針葉小爪螨—寄主植物—芬蘭鈍綏螨相互關(guān)系的研究(I):針葉小爪螨對(duì)寄主植物和芬蘭鈍綏螨對(duì)獵物的嗅覺反應(yīng)［J］.林業(yè)科學(xué)，2002，38(1):76－81.

［16］趙新成，閻云花，王睿，等.昆蟲神經(jīng)生物學(xué)研究技術(shù):觸角電位圖記錄［J］.昆蟲知識(shí)，2004，41(3):270－274.