模擬不同因素對狼蛛嗅覺器官定位獵物的影響

黃穎 顏亨梅

摘要[目的]了解狼蛛捕食行為的影響因子。[方法]以擬水狼蛛為研究對象，采用 L9（34）正交試驗設計，探討了狼蛛嗅覺感受器對捕食行為（尋覓、選擇與定位獵物）的影響，并對不同反應觀察時長提出試驗設計方案。試驗全過程在25 ℃恒溫環(huán)境完成，采用四臂嗅覺儀測定。[結(jié)果]間距對狼蛛定位果蠅靈敏度的影響最大，其次是果蠅組織液濃度和狼蛛反應時長觀察。經(jīng)正交試驗統(tǒng)計檢驗，得出狼蛛定位獵物的最佳優(yōu)化組合為果蠅體液濃度80%、距離為6 cm、狼蛛反應時長300 s，此時狼蛛嗅覺感受器靈敏度最高。[結(jié)論]試驗結(jié)果為制定保護和利用蜘蛛防治害蟲的措施提供了理論依據(jù)。

關鍵詞擬水狼蛛；果蠅；四臂嗅覺儀；正交試驗

中圖分類號S476.2文獻標識碼A文章編號0517-6611（2017）09-0008-04

Effects of Olfactory Receptor on Locating Prey of Pirata subpiraticus in Different Factors

HUANG Ying1，YAN Hengmei2*

（1.College of Geographical Sciences，Guangzhou University，Guangzhou，Guangdong 510006；2.Zhuhai Campus，Beijing Normal University ，Zhuhai，Guangdong 519087）

Abstract[Objective] The aim was to understand influencing factors of feeding behavior of Pirata subpiraticus. [Method] We used L9（34） orthogonal experiment for Pirata subpiraticuss olfactory receptor and tested at 25 ℃ environment to explore factors that Pirata subpiraticuss olfactory receptors how to find， to select and locate prey（fruit fly） through several experiments， and used fourarm olfactometer experimental device to explore the accuracy in predation prey of the Pirata subpiraticus and proposed experimental design options for different experimental observations with Pirata subpiraticuss reaction. [Result] The distance had the biggest effect on the chemoreceptor sensitivity of Pirata subpiraticus， secondly were fruit fly fluid concentration and experimental observation. The optimal combination that Pirata subpiraticuss olfactory receptors appeared the highest sensitivity was as followed： the fruit fly fluid concentration of 80%， a distance of 6 cm， the experimental observation of 300 s reaction time. [Conclusion] The results provide theoretical basis for making measures for protecting and using Pirata subpiraticus to control pests.

Key wordsPirata subpiraticus；Fruit fly；Fourarm olfactometer；Orthogonal experiment

擬水狼蛛屬節(jié)肢動物門螯肢亞門蛛形綱蜘蛛目狼蛛科[1]。我國蜘蛛生物學研究落后于分類學，在已知的2 361 種蜘蛛中，了解其生活史和生物學特性的僅20 多種[2]，蜘蛛對化學物質(zhì)反應靈敏，蜘蛛進化過程中最初極可能是通過化學通訊來進行個體之間信息交流的方式，從而使雌雄個體相互吸引以完成物質(zhì)交換[3]。

很早就有行為證據(jù)能夠證明蜘蛛具有嗅覺功能[4]，普遍認為琴形器是蜘蛛的嗅覺器官，它分布在步足各節(jié)末端以及鰲肢和胸板上。Dumpert[5]隨后證實多種揮發(fā)性物質(zhì)能夠激發(fā)跗節(jié)器的電生理反應，但蜘蛛的遠距離化學感受器即嗅覺感受器目前仍存在爭議。

從擬水狼蛛的生物學、行為學和生態(tài)學特性看，該蛛生長歷期長、繁殖力強、孵化率和成活率高、環(huán)境適應性好、田間種群數(shù)量大[6]、對水稻害蟲的捕食量大控制作用強[7]，有重要的保護和利用價值。其嗅覺是由揮發(fā)性物質(zhì)的分子所激發(fā)，可在一定距離內(nèi)發(fā)揮作用。

影響蜘蛛捕食行為的因素很多，包括環(huán)境溫度、濕度、光照強度、獵物密度等，這些因素綜合地對蜘蛛的捕食行為產(chǎn)生影響，利用蜘蛛進行防治蟲害時，必須充分考慮這些因素，盡可能地把這些因素控制在一個最合適的范圍，增強蜘蛛的捕食行為，提高控制蟲害的效率。

筆者運用室內(nèi)試驗與資料考查相結(jié)合的方法對擬水狼蛛的行為學特性進行了觀察，通過獵物氣味濃度與定位距離來測定其行為反應，通過分別設置不同的間距、不同的濃度梯度和不同試驗觀察時長研究了狼蛛的最適定位間距、最適獵物濃度和兩者的行為閾值范圍，并初步探討了不同試驗觀察時長下氣味濃度對狼蛛捕食行為反應的影響，旨在為進一步了解狼蛛捕食行為的影響因子，制定保護利用蜘蛛防治害蟲的措施提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1材料

1.1.1狼蛛。

采自北京師范大學珠海分校校園內(nèi)麗澤湖邊草叢間，共10只，雌蛛3只，雄蛛7只，均為成熟狼蛛。將狼蛛分別置于10個250 mL錐形瓶中，瓶口用棉花塞住，內(nèi)置1塊加水濕潤脫脂棉，放置于恒溫實驗室飼養(yǎng)。

1.1.2獵物。

白蟻：采自北京師范大學珠海分校校園內(nèi)麗澤湖邊草叢間，屬昆蟲綱等翅目，營巢穴居昆蟲，是多型性社會昆蟲，取食木材或其他植物，造成巨大危害[8]。

蚊子：采自北京師范大學珠海分校校園內(nèi)麗澤湖邊草叢間，是昆蟲綱雙翅目的一種具有刺吸式口器的纖小飛蟲。吸血種類和腐蝕性種類是重要的傳病介體[8]。

蚜蟲：采自北京師范大學珠海分校校園內(nèi)麗澤湖邊草叢間，又稱蜜蟲、膩蟲等，屬于同翅目蚜科，為刺吸式口器的害蟲，常群集于葉片、嫩枝、花序或幼芽上，少數(shù)在根部刺吸汁液，使葉片皺縮、卷曲、畸形，嚴重時引起枝葉枯萎甚至整株死亡。蚜蟲是農(nóng)業(yè)重要害蟲[8]。

果蠅（Drosophila melanogaster）：雙翅目成蟲，來自北京師范大學珠海分校汪波老師培育，喜腐敗發(fā)酵味，產(chǎn)卵于腐敗果實或植物上，繁殖快，生活史短[8]。

1.2方法

1.2.1嗜口試驗。

將10只狼蛛進行饑餓處理，3 d后進行試口試驗。如圖1所示，將低溫處理后的狼蛛放于A點，在四臂嗅覺儀一端接放有活體獵物的圓底燒瓶，其余端口接蒸餾水，選擇出狼蛛最喜歡的獵物進行下一步試驗。

1.2.2

嗜好獵物的正交試驗。

給狼蛛喂食3 d最喜愛獵物，建立條件反射和適口試驗后，停止供給食物，使狼蛛處于饑餓狀態(tài)，5 d后再進行正式試驗。為了系統(tǒng)觀察狼蛛定位獵物的最佳行為，選取了3因子3水平的 L9（34）正交表進行試驗，測定9個條件對狼蛛定位獵物靈敏度的影響，從而確定最優(yōu)組合，隨后進行正交試驗驗證其效果。

1.2.3

四臂嗅覺儀測定方法。

將四臂嗅覺儀放置于經(jīng)過暗處理的環(huán)境中，將狼蛛低溫處理（4 ℃冰箱中1 min），以減少狼蛛的活躍性，調(diào)節(jié)環(huán)境溫度至25 ℃，將獵物或沾有獵物體液的紗布放在四臂嗅覺儀端口處，后將狼蛛放于中心點A處，用黑色垃圾袋暗處理，根據(jù)一定試驗時間，記錄最終結(jié)果，狼蛛走向獵物處，記為“1”，沒有反應，記為“0”，錯誤亂跑，記為“X”反應。

每次試驗結(jié)束后，均用無水乙醇消毒四臂嗅覺儀和橡膠管道，待乙醇揮發(fā)后，更換紗布和狼蛛，在4個端點不同位置重復多次，以排除狼蛛留下的痕跡及獵物氣味對某個方向的偏好性。

1.3數(shù)據(jù)處理

采用Excel軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，對試驗數(shù)據(jù)進行單因素分析，檢測自變量與因變量之間的關系，結(jié)合 L9（34）的正交表進行試驗，然后對試驗結(jié)果進行極差分析，以探明最優(yōu)的因子組合[9-10]。

2結(jié)果與分析

2.1狼蛛對不同獵物種類的嗜好性

試驗活體獵物狀況分別為蚜蟲0.977 8 g、果蠅1.002 0 g、蚊子0.988 9 g、白蟻1011 0 g。試驗在25 ℃恒溫實驗室完成，均采用相同質(zhì)量的活體獵物，距離中心6 cm處進行，反應時長180 s。

由圖2可知，饑餓狀態(tài)下的狼蛛對不同獵物的嗜好性有明顯差異，狼蛛停留在有活體果蠅的方向占72.5%，停留在有活體蚜蟲方向占50.0%，表明狼蛛對不同獵物嗜好大小順序為果蠅、蚜蟲、蚊子、白蟻。故選擇果蠅進行后續(xù)試驗。

2.2單因素試驗結(jié)果

2.2.1果蠅組織液濃度對狼蛛定位的影響。

在排除溫度和距離（6 cm）的影響條件下（A？B1C2），無水乙醇浸泡1 h后取出50只果蠅研磨碾碎，以1 mL配比，按100%、80%和50%加蒸餾水稀釋，取充分振蕩混勻后溶液進行試驗，對比不同果蠅組織液濃度狼蛛反應觀察300 s的靈敏度。

由圖3可知，在該試驗條件下，狼蛛對果蠅組織液均有較強烈的反應，集中選擇80%果蠅組織液濃度端口的蜘蛛比例最大，占60%。在試驗濃度范圍內(nèi)，有效分子擴散與濃度無正相關關系，可能存在80%果蠅組織液濃度左右氣味有效分子最大化的臨界值。

安徽農(nóng)業(yè)科學2017年

2.2.2間距對狼蛛定位獵物的影響。

在排除溫度和果蠅組織液濃度80%的影響下（A2B？C2），對比在3個不同間距情況下，狼蛛反應觀察300 s后，觀察到狼蛛定位獵物的靈敏度。

由圖4可知，在3個距離梯度下，果蠅越近，狼蛛可接受的有效分子濃度越大，化學感受器靈敏度越高，在6 cm處達60%，并且隨著距離的增加，正確定位的狼蛛個數(shù)越來越少，錯誤定位和無反應的狼蛛個數(shù)不斷增加，具有明顯的規(guī)律性。

2.2.3

狼蛛反應時長對定位獵物的影響。

試驗觀察時長的設定是以狼蛛放入實驗設備中即開始計時。該研究將低溫處理的狼蛛放在四臂嗅覺儀A點處，觀察狼蛛開始蘇醒活動觸肢時，打開真空抽氣泵開始計時試驗狼蛛反應觀察，并提出不同的時間設置。

在距離6 cm、果蠅組織液濃度為80%的條件下，直接記錄最后蜘蛛所選擇方向的正確率見表1。在距離6 cm、果蠅組織液濃度為80%的條件下，測定狼蛛試驗期間正確選擇的比率見表2。

根據(jù)狼蛛試驗最終反應選擇和狼蛛試驗期間反應選擇的正確方向進行分析，結(jié)果見圖5。

結(jié)果表明，試驗最終選擇有果蠅的狼蛛僅45.0%以上，而試驗期間能夠完成正確選擇的狼蛛在62.5%以上。狼蛛尤為敏銳，嗅覺感受器做出選擇的時間快、準確率高，但是隨著時間推移氣味逐漸擴散被抽出，準確率逐漸下降。狼蛛在試驗期間選擇正確，氣味濃度降低離開正確端口，可能存在氣味濃度隨著時間呈倒“U”型變化。試驗以狼蛛最終選擇為依據(jù)完成。

2.3狼蛛嗅覺定位獵物最佳因子水平組合

根據(jù)試驗方案提出3因素（獵物濃度、獵物距離、狼蛛反應時間）3水平正交試驗，依次測定狼蛛依靠嗅覺尋覓定位獵物的最佳組合因子。正交試驗因素與水平見表3。

極差最大，對試驗結(jié)果影響最大，也就是最重要的因素水平。

由表4可知，B因素影響最大，C因素影響最小。優(yōu)方案應挑選每個因素k值最大的值對應的水平，所以優(yōu)方案為A2B1C1，即當果蠅組織液濃度為80%、間距為6 cm、試驗觀察時長為180 s時，狼蛛的捕食反應速度達到最大值，為最優(yōu)方案，但理論數(shù)據(jù)不一定為最后實際最優(yōu)方案，故進行驗證試驗。

在驗證試驗中，以狼蛛定位果蠅的正確率為指標，狼蛛定位果蠅的最佳因素組合是A2B1C1，狼蛛靈敏度最好。以理論計算所得最佳試驗條件進行試驗，與已完成的最佳試驗組結(jié)果進行對比，將優(yōu)方案A2B1C1與正交表中較好的第6號試驗A2B1C2、第1號試驗A1B1C1、第4號試驗A2B2C3和第9號試驗A3B2C1作對比試驗，可以明顯發(fā)現(xiàn)A2B1C2是真正的最優(yōu)方案，狼蛛定位獵物的正確選擇率為60%，明顯高于其他已進行過的試驗結(jié)果（表5）。

3結(jié)論與討論

試驗證明狼蛛的化學感受器存在的同時，也發(fā)現(xiàn)了影響狼蛛定位獵物靈敏度的主次因素。通過3因素3水平對比分析、正交試驗檢驗，發(fā)現(xiàn)狼蛛依靠嗅覺定位獵物果蠅最佳優(yōu)化組合為狼蛛反應觀察300 s、果蠅組織液濃度80%、間距6 cm，在上述條件下狼蛛的化學感受器定位獵物的靈敏度最高。

該研究結(jié)果為探明游獵型蜘蛛與獵物之間的信息聯(lián)系機制提供了基礎資料，有利于后續(xù)進行狼蛛的其他感受器作用的探測，以得出狼蛛在獵食果蠅的過程中嗅覺感受器配合選擇獵物作用的側(cè)重點及綜合效應。了解和掌握狼蛛的行為特性，對于最大限度地保護和利用天敵蜘蛛、有機地結(jié)合其他措施，在害蟲管理中減少化學農(nóng)藥的使用、保護生態(tài)環(huán)境、協(xié)調(diào)害蟲控制效果具有重要意義。

該試驗是通過狼蛛定位獵物果蠅，然后在試驗過程中利用距離、果蠅體內(nèi)組織液濃度、觀察時間觀察狼蛛的反應和測定相關數(shù)值。

試驗過程中仍存在以下問題：

①所選用的間距數(shù)量級范圍較大。由于受四臂嗅覺儀的最短中心距離限制，結(jié)論所得出的最佳距離無法進一步縮小間距，因此，對有效間距的臨界點有待進一步研究。

②試驗設備的振動隔音。無法對裝置四周進行完全隔音，所以在試驗過程中可能存在一定回聲或者是聲音的干擾，從而對試驗數(shù)據(jù)造成一定的影響。

③氣流問題。由于試驗設備不夠完善，無法測得試驗中的詳細流速，而且不少狼蛛在試驗中出現(xiàn)被氣流驚嚇的情況，導致正確選擇率水平明顯低于文獻報道的試驗數(shù)據(jù)。

目前，國內(nèi)對蜘蛛感受器選擇方面的試驗觀察非常少，大多選擇初始選擇或最終選擇，而試驗全程觀察記錄狼蛛活動可發(fā)現(xiàn)狼蛛反應不同觀察時長對正確選擇率影響非常大，明顯可見試驗期間正確率高于初始或最終選擇。該研究僅對擬水狼蛛的嗅覺作用進行了初步探測，以及狼蛛反應不同觀察時長提出一定的試驗設計依據(jù)，有關其具體的行為和作用機理有待進一步研究。

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