光肩星天牛對寄主植物萜烯類化合物觸角活性和電位反應(yīng)1)

范麗清 嚴(yán)善春 程 紅

(東北林業(yè)大學(xué)，哈爾濱，150040)

孫宗華

(延邊州林業(yè)管理局)

光肩星天牛(Anoplophoraglabripennis(Motsch.))隸屬于鞘翅目天?？?Cerambycidae)，是多種闊葉樹的重要蛀干害蟲[1]。隨著種群數(shù)量增多，分布范圍不斷擴大，寄主種類在擴增，已給林業(yè)生產(chǎn)和園林建設(shè)造成了嚴(yán)重?fù)p失[2－6]。其中槭、楊、柳、榆和樺等屬的部分樹種受害嚴(yán)重，復(fù)葉槭為其嗜好寄主。光肩星天牛已侵入森林[7]，對其進行有效防控迫在眉睫，然而現(xiàn)有的方法很難取得滿意的效果，急需開發(fā)高效環(huán)保的防控措施。隨著昆蟲化學(xué)生態(tài)學(xué)的迅速發(fā)展，昆蟲與植物之間的化學(xué)信息聯(lián)系越來越受到國內(nèi)外相關(guān)學(xué)者重視。寄主所釋放的揮發(fā)性化學(xué)物質(zhì)直接決定成蟲對補充營養(yǎng)和產(chǎn)卵寄主的選擇[8－9]。分析寄主植物揮發(fā)物成分，篩選和利用植物源揮發(fā)性物質(zhì)制備相應(yīng)的引誘劑已成為防控蛀干害蟲的主要研究方向。從昆蟲寄主植物中篩選引誘性揮發(fā)物質(zhì)是制備引誘劑的一般原則，利用常規(guī)的電生理方法可以檢測出揮發(fā)物是否會引起昆蟲生理反應(yīng)[10－12]。研究表明，植物釋放的特定的揮發(fā)性氣味物質(zhì)能夠?qū)μ炫Ｆ鸬揭T或驅(qū)避作用[13]。

許多研究者對光肩星天牛寄主復(fù)葉槭、旱柳、合作楊、毛白楊、新疆楊、五角楓、華北五角楓和挪威槭等揮發(fā)物組成進行了分析報道[14－18]。李建光等[14]對復(fù)葉槭揮發(fā)物部分組分糠醛、青葉醛、青葉醇、甲基糠醛、苯甲醇、己醛、己醇、乙酸丁酯、丙酸丁酯、丁酸乙酯、反－2－己烯醇11種單體進行了EAG測定。筆者參考以上相關(guān)研究，結(jié)合本人對其它寄主揮發(fā)物成分分析，選擇其中12種植物揮發(fā)性氣味物質(zhì)進行如下研究:①光肩星天牛觸角敏感部位;②離體觸角活性隨時間變化規(guī)律;③植物源揮發(fā)物單體對光肩星天牛的電生理反應(yīng)及其差異性，篩選有效單體。以期為進一步的光肩星天牛電生理測試和后續(xù)的引誘劑和驅(qū)避劑的開發(fā)提供基礎(chǔ)資料。

1 材料與方法

1.1 供試?yán)ハx

試驗用光肩星天牛雌、雄成蟲于2010年8月采自東北林業(yè)大學(xué)校園內(nèi)的白樺林，采集后將其分別置于養(yǎng)蟲罐中饑餓12 h，待用。

1.2 供試植物源揮發(fā)性物質(zhì)及其配制

根據(jù)寄主植物各種揮發(fā)物的含量，參照同類試驗的研究[18－19]，確定 2 mol·L－1為測試濃度。將各種揮發(fā)物標(biāo)準(zhǔn)品分別溶于液體石蠟中，用渦旋混合器使其充分混合，配制成基本濃度為2 mol·L－1的溶液;以液體石蠟(天津市百世化工有限公司)做對照。

表1 12種標(biāo)準(zhǔn)揮發(fā)物的名稱、純度和來源

1.3 試驗方法

觸角電位儀由荷蘭Syntech公司智能化數(shù)據(jù)獲取控制器IDAC－4、微動操作儀Syntech MN－151、刺激氣流控制器Syntech CS－55及Syntech軟件處理系統(tǒng)組成。測定方法參照方宇凌等[20]、嚴(yán)福順等[21]的測試方法。刺激氣流流速、持續(xù)氣流均設(shè)定為400 mL·min－1，刺激時間 0.5 s，2 次刺激間隔60 s。將剪成1.5 cm×0.8 cm的定性濾紙紙條折成1.5 cm×0.4 cm作為試驗用揮發(fā)物的載體，測試劑量為 10 μL。

選擇活躍的光肩星天牛，用手術(shù)刀片將整根觸角從鞭節(jié)基部切下，再切除端節(jié)的少許末梢，然后用一端連有銀絲的2根導(dǎo)電管(內(nèi)部充滿導(dǎo)電液的自制細(xì)玻璃管)連接到兩電極上，相對端連接觸角的兩端，調(diào)整氣味混合管與觸角間距離為1 cm[19]。

觸角的活性因離體時間的延長而降低，測試過程中需定時標(biāo)定觸角的活性。標(biāo)定方法:在每種揮發(fā)物EAG測定的前后各做一次2 mol·L－1順－3－烯－1－醇標(biāo)樣的EAG測定，這樣不僅可以隨時觀察觸角活性降低情況，及時更換觸角，還可以通過測試單體和前后2次標(biāo)樣平均值的比值消除觸角活性隨時間的延長而降低給測試結(jié)果帶來的影響[14]。

觸角敏感部位測定:以順－3－烯－1－醇和月桂烯2種揮發(fā)物(初步測試EAG反應(yīng)明顯的2種揮發(fā)物)為刺激源，每種揮發(fā)物測試3根觸角，刺激順序從觸角基節(jié)至端節(jié)，每節(jié)重復(fù)測試3次，取其平均值。

離體觸角活性隨時間變化規(guī)律測定:雌、雄蟲分別測定3根觸角，測試間隔時間為24 min，刺激源為2 mol·L－1順 －3－ 烯 －1－ 醇，刺激部位為觸角最敏感節(jié)，3次重復(fù)，直至觸角失去活性測試結(jié)束。

觸角電位(EAG)測定:測定光肩星天牛雌、雄成蟲對12種植物揮發(fā)物2 mol·L－1的觸角電位(EAG)反應(yīng)。刺激部位為觸角最敏感節(jié)，以液體石蠟為對照，3次重復(fù)。

利用SPSS 17.0統(tǒng)計軟件對試驗數(shù)據(jù)進行方差分析和Duncan多重比較。EAG反應(yīng)均值用方差分析檢驗其顯著性(P＜0.05)，采用獨立樣本T檢驗檢測雌、雄成蟲對揮發(fā)物 EAG反應(yīng)的差異顯著性[22－23]。

2 結(jié)果與分析

2.1 觸角敏感部位測定

由圖1可知，光肩星天牛(雌、雄)不同個體的觸角各節(jié)對順－3－烯－1－醇和月桂烯EAG反應(yīng)敏感度不盡相同;但均呈現(xiàn)相似的規(guī)律性，端部第2節(jié)EAG反應(yīng)強度最大，第1節(jié)次之，3～9節(jié)逐漸變小，即觸角各節(jié)EAG反應(yīng)曲線均在第2節(jié)出現(xiàn)最大峰值。

圖1 觸角各節(jié)對順－3－烯－1－醇(成蟲1、2、3)和月桂烯(成蟲 4、5、6)的 EAG 反應(yīng)

2.2 雌、雄成蟲離體觸角活性隨時間變化規(guī)律

由圖2可知，光肩星天牛雌、雄成蟲離體觸角活性隨時間的變化趨勢是一致的，均呈現(xiàn)隨著時間的延長逐漸減弱的趨勢，并呈波浪式遞減。區(qū)別在于，雌性隨時間延長活性平緩減弱，活性保持時間較長，以觸角電位值減到近0.02 mV(認(rèn)定基本失去活性)計，用時達10 h;而雄性離體觸角活性0.8 h內(nèi)呈現(xiàn)陡減趨勢，而后進入平緩減弱狀態(tài)，電位值減到近0.02 mV 僅用時 2.8 h。

圖2 光肩星天牛觸角活性隨時間變化規(guī)律

2.3 2 mol·L－1揮發(fā)物的觸角電位

由表2可知，與對照相比，雌蟲觸角對12種單體的EAG反應(yīng)均達極顯著水平(P＜0.01);其中，順－3－烯－1－醇最強，達到0.816 mV;其次是月桂烯、乙酸乙酯和水芹烯;正己烷最弱，為0.23 mV;最強和最弱相差值為0.586 mV，較懸殊;12種揮發(fā)物EAG反應(yīng)差異顯著性由大到小依次為:順－3－烯－1－醇、月桂烯、乙酸乙酯、水芹烯、3－蒈烯、S－α－蒎烯、莰烯、R－α－蒎烯、S－β－蒎烯、檸檬烯、羅勒烯、正己烷。雄蟲觸角EAG反應(yīng)，除S－α－蒎烯無明顯反應(yīng)外(P＞0.05)，其余11種揮發(fā)物均達到顯著或極顯著水平(P＜0.05或P＜0.01)，其中乙酸乙酯EAG反應(yīng)最強，達到1.014 mV;其次是順－3－烯－1－醇和R－α－蒎烯;檸檬烯最弱，僅為0.160 mV;最強和最弱差值為0.854 mV，相差較雌成蟲更為懸殊;12種揮發(fā)物EAG反應(yīng)差異顯著性由大到小依次為:乙酸乙酯、順－3－烯－1－醇、R－α－蒎烯、S－β－蒎烯、水芹烯、羅勒烯、正己烷、莰烯、月桂烯、3－蒈烯、檸檬烯、S－α－蒎烯。獨立樣本T檢驗表明:光肩星天牛雌、雄成蟲觸角對12種揮發(fā)物單體的EAG反應(yīng)，除雌、雄成蟲對S－β－蒎烯EAG反應(yīng)差異不顯著(P＞0.05)外;對順－3－烯－1－醇和正已烷差異顯著(P＜0.05)，對其余9種揮發(fā)物差異達極顯著水平(P＜0.01)。雌、雄蟲之間EAG反應(yīng)存在顯著差異的11種揮發(fā)物中，雌蟲對月桂烯、3－蒈烯、S－α－蒎烯、水芹烯、檸檬烯、莰烯和順－3－乙烯醇7種揮發(fā)物的EAG反應(yīng)強于雄蟲;雄蟲對R－α－蒎烯、羅勒烯、乙酸乙酯和正己烷4種揮發(fā)物的EAG反應(yīng)強于雌蟲。

3 結(jié)論與討論

觸角是昆蟲主要感覺器官，昆蟲化學(xué)感受器主要分布在觸角上，觸角對昆蟲的求偶、覓食等行為起關(guān)鍵作用[24]。不同昆蟲之間，嗅覺感受器的大小、分布和數(shù)量變化很大，在果蠅中，嗅覺感受器位于觸角的第3節(jié)和口器的下顎須上[25]。利用電生理方法研究昆蟲對其寄主揮發(fā)物的生理反應(yīng)試驗，掌握昆蟲觸角嗅覺敏感部位是關(guān)鍵，尤其是觸角比較長的天牛類昆蟲。測試結(jié)果證明，光肩星天牛雌、雄蟲觸角嗅覺最敏感部位均為觸角端部第2節(jié)，這一結(jié)論與李建光等[14]報道的結(jié)論相吻合。

表2 光肩星天牛雌、雄成蟲對2 mol/L的不同揮發(fā)物單體的EAG反應(yīng)

昆蟲離體觸角隨時間延長活性會逐漸降低。試驗結(jié)果證明，光肩星天牛雌、雄離體觸角隨時間的延長活性的變化不盡相同，雌蟲觸角活性隨時間的延長呈現(xiàn)逐漸減弱的趨勢，活性保持時間較長，可長達10 h;雄蟲觸角在離體后短時間內(nèi)活性陡降，而后呈現(xiàn)緩慢降低，活性保持時間僅為2.8 h。電生理測試中，需根據(jù)情況靈活掌握具體更換時間。建議光肩星天牛雌蟲每只離體觸角使用時間在7 h之內(nèi)，雄蟲在2 h之內(nèi)。利用昆蟲觸角進行電生理測試之前，首先測試該種昆蟲離體觸角活性隨時間變化規(guī)律是必要的，可為電生理試驗過程中及時更換觸角提供依據(jù)，使測試結(jié)果更為準(zhǔn)確可靠。

不同性別的昆蟲在尋找寄主、繁殖后代等行為中所起的作用不同，反映出雌、雄成蟲觸角感受器可能存在特殊的與性別有關(guān)的數(shù)量上的差異，或存在嗅覺生理方面的定性差異[26－27]。電生理測試表明，光肩星天牛對測試的12種揮發(fā)物均有明顯的EAG反應(yīng)，雄蟲除對S－α－蒎烯不顯著外，其余均顯著(P＜0.01)，并且雌、雄蟲之間存在明顯的差異性(P＜0.05)。說明光肩星天牛雌、雄兩性對來自環(huán)境中的氣味具有不同的選擇性和敏感性，預(yù)示著雌、雄成蟲觸角感受器可能存在數(shù)量和類型上的差異，或存在嗅覺生理上的差異。這一結(jié)果與閻雄飛等[28]報道的光肩星天牛雌、雄個體之間觸角感受器的類型沒有明顯差異，但感受器的分布存在性二型現(xiàn)象是相符合的。

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