刺桐姬小蜂雌成蟲對寄主植物揮發(fā)物的嗅覺行為反應(yīng)

李軍，梁廣文，郭強，蔣露，戴建青，韓詩疇

(1廣東省昆蟲研究所，廣東省野生動物保護(hù)與利用公共實驗室，廣東廣州 510260; 2華南農(nóng)業(yè)大學(xué)昆蟲生態(tài)研究室，廣東廣州 510642;3深圳市野生動植物保護(hù)管理處，廣東深圳 518008)

刺桐姬小蜂雌成蟲對寄主植物揮發(fā)物的嗅覺行為反應(yīng)

李軍1，2，梁廣文2，郭強3，蔣露3，戴建青1，韓詩疇1

(1廣東省昆蟲研究所，廣東省野生動物保護(hù)與利用公共實驗室，廣東廣州 510260; 2華南農(nóng)業(yè)大學(xué)昆蟲生態(tài)研究室，廣東廣州 510642;3深圳市野生動植物保護(hù)管理處，廣東深圳 518008)

【目的】探明刺桐姬小蜂Quadrastichus erythrinaeKim對寄主植物的嗅覺行為反應(yīng).【方法】利用Y型嗅覺儀測定了刺桐姬小蜂對寄主植物11種揮發(fā)物(乙酸葉醇酯、4-溴丁醚芐酯、苯甲腈、1，2-二甲苯、α-法呢烯、3-蒈烯、奎諾二甲基丙烯酸酯、柏木烯醇、水楊酸甲酯、芳樟醇、法呢醇)的嗅覺行為反應(yīng).【結(jié)果和結(jié)論】刺桐姬小蜂雌成蟲對刺桐屬植物揮發(fā)物中的11種化合物均具有較強的行為反應(yīng);通過嗅覺反應(yīng)率、選擇反應(yīng)率及選擇系數(shù)的研究比較，明確了不同物質(zhì)及不同濃度溶液對刺桐姬小蜂的行為影響;刺桐姬小蜂對寄主揮發(fā)物具有一定的嗅覺反應(yīng)，而且隨著各物質(zhì)濃度的增大而趨于強烈;除苯甲腈外，其余化合物的選擇反應(yīng)率均在50%以上，而且隨著化合物濃度的增大而增大;苯甲腈在原樣和稀釋10倍濃度時，刺桐姬小蜂呈負(fù)趨性，并且與其他化合物的反應(yīng)差異顯著.

刺桐姬小蜂;刺桐樹;植物揮發(fā)物;行為反應(yīng)

刺桐姬小蜂Quadrastichus erythrinae屬于姬小蜂科Eulophidae嚙小蜂亞科Tetrastichinae跨姬小蜂屬Q(mào)uadrastichus，目前分布于毛里求斯、留尼旺、新加坡［1］、夏威夷［2］、以及中國的臺灣［3］、深圳、廣州、廈門和三亞等地.其專一為害具有重要觀賞價值的刺桐屬Erythrinaspp.植物，繁殖能力強，成蟲羽化不久即能交配，雌蟲先用產(chǎn)卵器刺破寄主表皮后將卵產(chǎn)于寄主新葉、葉柄、嫩枝或幼芽表皮組織內(nèi)，幼蟲孵出后取食葉肉組織，引起葉肉組織畸變，受害部位逐漸膨大，形成蟲癭.該蟲造成寄主受害部位出現(xiàn)畸形、腫大、生長點壞死，形成的蟲癭還影響光合作用，嚴(yán)重時引起植物大量落葉，植株死亡，造成重大經(jīng)濟(jì)損失.

昆蟲主要利用植物揮發(fā)性物質(zhì)進(jìn)行寄主定位，這是其在長期的進(jìn)化中對環(huán)境適應(yīng)的結(jié)果.為了探明植物揮發(fā)物對昆蟲的引誘作用及其有效成分，人們進(jìn)行了相關(guān)方面的研究［4-7］.本研究為了弄清刺桐姬小蜂對刺桐樹揮發(fā)物不同濃度化合物的行為反應(yīng)，對在寄主植物上測定到的化學(xué)成分(另文發(fā)表)，利用自行設(shè)計的Y型嗅覺測定儀測定刺桐姬小蜂對刺桐屬植物揮發(fā)物的嗅覺反應(yīng)，為刺桐姬小蜂的防治提供理論依據(jù).

1 材料與方法

1.1 試驗材料和裝置

刺桐姬小蜂成蟲采自廣州市大學(xué)城綠化行道樹刺桐Erythrinaspp.東方變種，取蟲癭葉帶回實驗室置人工氣候箱(溫度25℃、相對濕度75%、光照周期為12 h光∶12 h暗)進(jìn)行飼養(yǎng)，羽化后挑選觸角、附肢等完好無損、活性強的雌性成蟲作為供試材料.

選取刺桐姬小蜂危害較為嚴(yán)重的刺桐東方變種、金脈刺桐Erythrina variegate‘parcellii’及危害較輕的龍牙花Erythrina corallodendron作為試驗材料，從這些植物中萃取揮發(fā)物標(biāo)樣進(jìn)行趨性試驗，主要有4-溴丁醚芐酯、1，2-二甲苯、3-蒈烯、乙酸葉醇酯、苯甲腈、α-法呢烯、奎諾二甲基丙烯酸酯、柏木烯醇、芳樟醇、水楊酸甲酯和法呢醇.另外稀釋試劑用正己烷，清洗用丙酮.

試驗裝置Y型嗅覺儀在Honda［8］的基礎(chǔ)上加以改進(jìn)，包括Y型嗅覺儀主體、試流量計、水過濾裝置、氣泵(Qc-1型大氣采樣儀)、活性炭過濾器，各部分之間用硅膠管相連接，如圖1所示.Y形嗅覺儀臂長30 cm，適應(yīng)臂長30 cm，內(nèi)徑6.0 cm，兩臂夾角75°，口均為標(biāo)準(zhǔn)磨口.其中氣泵為空氣的流動提供動力;活性炭裝置可過濾空氣中可能的干擾水分;水過濾裝置可濕潤空氣.

圖1 刺桐姬小蜂嗅覺測定裝置Fig.1 The olfactometer for Quadrastichus erythrinae

1.2 試驗方法

刺桐姬小蜂成蟲對刺桐樹揮發(fā)物的趨性試驗方法參照陳華才等［9］的方法并略加改動.為減少自然光的變化對趨性試驗的影響，試驗時在Y形管上方20 cm處安置一30 W日光燈.Y形管兩臂分別與味瓶相連.在氣流進(jìn)入味源瓶前先經(jīng)過一個活性炭過濾器和一個蒸餾水瓶，以凈化空氣和增加空氣濕度.每種揮發(fā)性物質(zhì)均由正己烷稀釋，配制成倍數(shù)為10×、100 ×、1 000×、10 000×和原液5種濃度系列樣品，然后將處理樣品和對照溶劑(正己烷)各100 μL分別滴于2張小濾紙片上(2 cm×4 cm).將滴有待測物質(zhì)的濾紙條放入嗅覺測定裝置的樣品室中，將滴加對照溶劑的同樣規(guī)格的濾紙條放入另一側(cè)測試臂的樣品室中作為對照.打開氣泵，調(diào)節(jié)氣流300 mL/min，試驗前先行通15 min，然后對刺桐姬小蜂分別進(jìn)行趨性試驗，在放蟲室放入10頭刺桐姬小蜂，20 min后分別記錄進(jìn)入或停留在測試臂、對照測臂、適應(yīng)臂及放蟲室的蟲數(shù).以刺桐姬小蜂飛出或爬行超過某臂1/3處，并持續(xù)3 min以上或一直到達(dá)出口的記做對該氣味源有趨性反應(yīng)，如5 min后仍未作出選擇，則記為不反應(yīng).

每個處理設(shè)3個重復(fù)，每測完1個重復(fù)后，用丙酮清洗嗅覺測定儀的內(nèi)臂，然后用蒸餾水沖洗干凈，最后用吹風(fēng)機(jī)吹干，以消除上述味源殘留，同時互換引誘臂和對照臂，調(diào)整測定儀的擺放方向，以消除昆蟲趨光性對試驗結(jié)果的可能影響.

1.3 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計

根據(jù)以下3個公式分別計算反應(yīng)率、選擇反應(yīng)率和選擇系數(shù)［10-11］：

如果選擇系數(shù)＞0，表示該試蟲對味源物質(zhì)有吸引作用，數(shù)值越大，吸引力越強，最大值為 1;當(dāng)選擇系數(shù)＜0時，表示該試蟲對味源具有驅(qū)避性.

數(shù)據(jù)統(tǒng)計采用SPSS13.0軟件，用Duncan’s法對各樣品間進(jìn)行顯著性檢驗.

2 結(jié)果與分析

2.1 刺桐姬小蜂雌成蟲對植物揮發(fā)性物質(zhì)的行為反應(yīng)

將刺桐姬小蜂雌成蟲放入放蟲室后，一般情況下該蟲在放蟲室壁上爬行、跳躍或短暫飛行，偶爾會停下來不斷地用觸角探索，有些靜止不動.

當(dāng)其爬到適應(yīng)臂與2個測試臂交匯處時，大多數(shù)刺桐姬小蜂在放慢爬行速度的同時不斷擺動觸角.一般在1個或2個測試臂來回爬行，最終分別停留在味源臂、對照臂或在附近活動.個別刺桐姬小蜂會很快直接爬至味源的樣品室，在放有樣品的濾紙條上來回爬行;也有的刺桐姬小蜂在適應(yīng)臂和測試臂爬行幾個回合后，會回到放蟲室附近活動.

2.2 刺桐姬小蜂雌成蟲對不同濃度刺桐樹揮發(fā)物的嗅覺反應(yīng)

由圖2可知，刺桐姬小蜂雌成蟲對刺桐樹揮發(fā)物具有一定的嗅覺反應(yīng)，雖然各濃度對該蟲引起的反應(yīng)差異不顯著，但是從圖2中可以看出，隨著濃度的增加，整體的反應(yīng)趨于強烈.

除苯甲腈外，刺桐姬小蜂雌成蟲對刺桐樹揮發(fā)物的其余10種化合物的不同濃度溶液的選擇反應(yīng)率，均在50%以上(圖3)，且基本上隨著化合物的濃度增大而增大.苯甲腈正好相反，當(dāng)濃度增大時，刺桐姬小蜂的反應(yīng)率反而減小，并且與其他化合物的反應(yīng)差異顯著(P＜0.05).

由圖4可知，刺桐姬小蜂雌成蟲對不同揮發(fā)物不同濃度的選擇系數(shù)表現(xiàn)的趨性不盡相同.基本上表現(xiàn)為選擇系數(shù)隨著化合物濃度的增加而增大.當(dāng)苯甲腈稀釋為10 000×、1 000×、100×溶液時，刺桐姬小蜂的選擇系數(shù)為正值，說明表現(xiàn)為正趨性，在稀釋為10×溶液或不稀釋的原樣時，選擇系數(shù)為負(fù)值，表明刺桐姬小蜂表現(xiàn)為負(fù)趨性，即對該蟲具有趨避性.在圖4中還可以看出，刺桐姬小蜂對這幾種受害的刺桐樹中釋放的揮發(fā)物均有較強的選擇性.

圖2 刺桐姬小蜂雌成蟲對刺桐樹揮發(fā)物不同濃度的嗅覺反應(yīng)率Fig.2 The olfactory reactive rate of female Quadrastichus erythinae to various volatiles of Erythrina spp.under different concentrations

圖3 刺桐姬小蜂雌成蟲對刺桐樹揮發(fā)物不同濃度的嗅覺選擇反應(yīng)率Fig.3 The olfactory selective reactive rate of female Quadrastichus erythinae to various volatiles of Erythrina spp.under different concentrations

圖4 刺桐姬小蜂雌成蟲對刺桐樹揮發(fā)物不同濃度的嗅覺選擇系數(shù)Fig.4 The olfactory selective coefficient of female Quadrastichus erythinae to the various volatiles of Erythrina spp.under different concentrations

3 討論與結(jié)論

植物揮發(fā)物對刺桐姬小蜂雌成蟲的行為反應(yīng)的研究和分析，能夠揭示刺桐姬小蜂寄主定位與植物的相互關(guān)系.如通過人為來干擾降低害蟲對目標(biāo)寄主的搜尋，放置揮發(fā)物使得其搜尋時間延長，從而降低其寄生率.所以，研究植物揮發(fā)物具有重要科學(xué)意義和應(yīng)用價值［12］.

昆蟲對揮發(fā)性化學(xué)物質(zhì)的行為反應(yīng)分為正、負(fù)趨性.正趨性表明該物質(zhì)對昆蟲具有吸引作用，而負(fù)趨性則與之相反，說明該化合物對昆蟲具有趨避作用.試驗表明，刺桐姬小蜂對寄主植物釋放的揮發(fā)物具有較強的趨性，不同的刺桐樹揮發(fā)物對刺桐姬小蜂雌成蟲所引起的行為反應(yīng)不同.同一揮發(fā)物的不同濃度所引起的刺桐雌成蟲的行為反應(yīng)也存在一定差異.比如在刺桐東方變種中釋放的3-蒈烯等幾種物質(zhì)都對刺桐姬小蜂雌成蟲具有較大的正趨性，反應(yīng)率在25%以上，最小的選擇反應(yīng)率也在60%左右，并且隨著濃度的增大，趨性也逐漸增強，充分說明寄主的這些揮發(fā)物在刺桐姬小蜂的寄主選擇過程中發(fā)揮著重要的作用.而苯甲腈在濃度稀釋10倍和原樣(φ≥99%)時對該蟲呈負(fù)趨性，說明可能部分揮發(fā)物組分在量上對該蟲的取食危害存在著一定的調(diào)節(jié)，因此可以理解為何該蟲對不同品(變)種刺桐樹具有不同的喜好.經(jīng)前期研究發(fā)現(xiàn)，每種刺桐樹都釋放了比較多的揮發(fā)物，未受危害的本地刺桐樹所釋放的揮發(fā)物在其他受害刺桐樹中也存在，但有些揮發(fā)物卻只存在于受害樹中.因此刺桐樹所釋放的揮發(fā)物是許多化合物的混合物，因為化學(xué)信息素是按一定比例組成一個能被寄生蜂識別的化學(xué)指紋圖.在自然狀態(tài)下，能被寄生蜂所識別的化學(xué)信息索包括質(zhì)量和數(shù)量是經(jīng)常處于變化之中［13-15］.但是，目前對寄生蜂如何識別化學(xué)指紋圖中的有效組分以及識別過程了解得非常少，這就需要多學(xué)科協(xié)作，其中包括化學(xué)指紋圖的成分分析、行為試驗和神經(jīng)生理反應(yīng)等.然而對該蟲以上的研究僅限于刺桐姬小蜂對單體化合物行為反應(yīng)的研究，刺桐姬小蜂對各物質(zhì)以各種比例相互混合后的行為反應(yīng)在本研究未能闡述;同時如何更好地利用植物揮發(fā)物對刺桐姬小蜂行為進(jìn)行調(diào)控，使之達(dá)到更加理想的生物防治效果，都還有待下一步深入研究.

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【責(zé)任編輯霍歡】

The olfactory behavioral responses of Quadrastichus erythrinae Kim to volatiles of host plant Erythrina spp.

LI Jun1，2，LIANG Guangwen2，GUO Qiang3，JIANG Lu3，DAI Jianqing1，HAN Shichou1
(1 Guangdong Wild Animals Protection and Utilization Public Laboratory，Guangdong Entomological Institute，Guangzhou 510260，China; 2 Laboratory of Insect Ecology，South China Agricultural University，Guangzhou 510642，China; 3 Shenzhen Wildlife Conservation Management Department，Shenzhen 518008，China)

【Objective】Quadrastichus erythrinaeKim is a new invasive pest on host plantErythrinaspp.in China.Investigation on interaction between the pest and its host plant can be helpful for developing control strategies.【Method】The olfactory behavioral responses of the adult wasps toward eleven host plant volatiles were tested under the Y-type olfactometer.【Result and conclusion】Adults ofQ.erythrinaeshowed strong responses to all tested volatiles.Wasps displayed different behavioral responses to different substances in different concentrations.Different olfactory parameters，such as olfactory reactive rate，olfactory selective reactive rate，and olfactory selective coefficient were used to value the wasps’responses.The selective reaction rates of volatiles were above 50%except for compounds of benzonitile，which became more intense with the increase of compound concentration.The adult wasps were negatively chemotactic when under the concentration of unvarnished benzonitrile and 10-fold diluted benzonitrile，which showed significant differences compared with other volatiles.

Quadrastichus erythrinaeKim;Erythrinaspp.;volatile;behavioral response

Q968.1

A

1001-411X(2014)01-0055-05

李軍，梁廣文，郭強，等.刺桐姬小蜂雌成蟲對寄主植物揮發(fā)物的嗅覺行為反應(yīng)［J］.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2014，35(1)：55-59.

2013-01-16優(yōu)先出版時間：2013-11-07

優(yōu)先出版網(wǎng)址：http:∥www.cnki.net/kcms/detail/44.1110.S.20131107.1609.011.html

李軍(1976—)，男，助理研究員，博士，E-mail:junlee100@163.com;通信作者:韓詩疇(1957—)，男，研究員，E-mail:Hansc@gdei.gd.cn

廣東省科技計劃項目(2010B031000018);深圳市野生動植物保護(hù)管理處合作項目