煙青蟲胚胎發(fā)育經(jīng)歷影響初孵幼蟲的嗅覺偏好性

吳廣慶，郭線茹，楊淑芳*

(1.聊城大學(xué)東昌學(xué)院，山東聊城 252000；2.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院，河南鄭州 450002)

昆蟲的卵在發(fā)育生物學(xué)、生理學(xué)、生態(tài)學(xué)和進(jìn)化等多學(xué)科的交叉點上占據(jù)獨特的研究地位。卵是一個由卵殼包被的相對封閉的系統(tǒng)，其中幼蟲的外周神經(jīng)系統(tǒng)是隨著胚胎發(fā)育的過程逐漸出現(xiàn)的。Woods[1]認(rèn)為，胚胎發(fā)育經(jīng)歷的環(huán)境驅(qū)動了隨后蟲態(tài)尤其是幼蟲階段的表型可塑性。鱗翅目的初孵幼蟲容易受到各種生物因子和非生物因子的脅迫[2]，并且寄主植物被取食完或者從初生寄主植物上掉落地面之后，幼蟲能夠識別和評測一株陌生的寄主植物[3-4]。初生經(jīng)歷或許可以為初孵幼蟲提供能夠促進(jìn)其寄主選擇決策的信息[5]。目前，關(guān)于取食經(jīng)歷對隨后幼蟲取食行為以及成蟲產(chǎn)卵行為的影響的研究報道較多[6-11]。?；页嵋苟?Spodopteralittoralis)成蟲的求偶行為也會被自身幼蟲期的取食經(jīng)歷調(diào)控[12]。然而，有關(guān)胚胎發(fā)育經(jīng)歷影響隨后初孵幼蟲寄主選擇的試驗證據(jù)相對比較缺乏。

煙青蟲[Helicoverpaassulta(Guenée)]是一種寡食性昆蟲，主要在茄科植物如煙草、辣椒和酸漿屬(Physalis)的植物上取食。其幼蟲嗜好取食煙草和其他寄主植物的花蕾等繁殖器官，造成比較嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失[13]。筆者以2種主要寄主作物辣椒和煙草作為供試植物，每種植物進(jìn)一步分為營養(yǎng)器官和繁殖器官，將這些材料的乙醇提取物涂布在紗布上作為產(chǎn)卵基質(zhì)，測試了從中孵化的煙青蟲幼蟲的嗅覺偏好性，旨在為透視經(jīng)歷在昆蟲生活史中的功能提供參考。

1　材料與方法

1.1材料

1.1.1供試?yán)ハx。煙青蟲幼蟲采集于鄭州市毛莊綠色蔬菜基地的辣椒果實上，帶回室內(nèi)后放在指形管(10 cm×2 cm)中，用新鮮辣椒果實飼養(yǎng)(15 L∶9 D，光照期溫度為30 ℃，暗期溫度為28 ℃，相對濕度為60%～70%)。末齡幼蟲轉(zhuǎn)移到濕潤潔凈的細(xì)沙上化蛹。羽化后的成蟲飼喂10%(W/V)的蔗糖溶液。 隨后世代的幼蟲用混入麥胚基人工飼料[14]飼養(yǎng)。室內(nèi)種群用人工飼料純化取食背景達(dá)到12個世代之后用于測試。

1.1.2供試植物。煙草[Nicotianatabacum(var.NC89)]和辣椒[Capsicumannum(var.Zhongshu No.6)]常規(guī)種植。測試用的株高約30 cm。4種植物材料(煙草花器、煙草葉片、辣椒果實和辣椒葉片)采集后放在隔離的自封袋中并帶回實驗室當(dāng)天使用。

1.2方法

1.2.1卵期經(jīng)歷的誘導(dǎo)。供試材料用無菌水沖洗、晾干并稱重。經(jīng)過勻漿后加入與相應(yīng)材料相等重量的無水乙醇，在室溫下提取48 h之后過濾。棉紗布剪裁成約30 cm×30 cm的方塊，分別用上述4種材料的乙醇提取物飽和(每塊紗布大約可以吸收10 mL提取物)，在通風(fēng)櫥中揮發(fā)溶劑20 min。無水乙醇浸漬并晾干處理的紗布作為對照組。上述5個處理組分別稱為TL(煙葉粗提物經(jīng)歷組)、TF(煙草花器粗提物經(jīng)歷組)、HF(辣椒果實粗提物經(jīng)歷組)、HL(辣椒葉片粗提物經(jīng)歷組)和CK(對照組)。

試驗時，將5對羽化后3 d的煙青蟲蛾釋放到錐形的塑料籠(上口直徑20 cm，底部直徑15 cm)中，迅速將各種粗提物或者無水乙醇處理過的棉紗布罩在上口，然后將籠子轉(zhuǎn)移到和上述幼蟲飼養(yǎng)條件相同的人工氣候箱中。每天早上移除攜帶新產(chǎn)卵的紗布并更換相應(yīng)處理的紗布，實時觀察并分離出孵化的個體，立即進(jìn)行嗅覺偏好性測試。

1.2.2嗅覺偏好性測試。嗅覺偏好性在4項選擇的條件下測試。將濾紙剪成直徑1.5 cm的小圓碟，取4個濾紙碟以“十”字交叉的方式放在1個底部灌裝2%瓊脂膠的培養(yǎng)皿(直徑14 cm)中，分別在4個濾紙碟中央滴加40 μL上述4類提取物。培養(yǎng)皿底部灌裝瓊脂膠的目的是促進(jìn)幼蟲爬行選擇，另外由于初孵幼蟲取食量很小，故僅測試了嗅覺趨向反應(yīng)。待溶劑揮發(fā)后，將來自特定經(jīng)歷誘導(dǎo)組的1頭初孵幼蟲釋放到培養(yǎng)皿底部的中央，在均勻的光照下觀察并記錄幼蟲首次做出的選擇。5 min內(nèi)未做出選擇反應(yīng)的個體放棄記錄并測試下一頭。為了避免孵化之后發(fā)生的漸進(jìn)性學(xué)習(xí)現(xiàn)象，每頭幼蟲僅測試1次。不同氣味源的位置隨機(jī)化。每個處理組重復(fù)測試100頭。

1.3統(tǒng)計分析采用χ2測驗分析幼蟲的選擇頻次。從4個不同角度進(jìn)行統(tǒng)計分析：①整體差異顯著性；②處理組之間選擇趨勢的差異；③相同處理組在不同氣味源之間選擇頻次的差異；④每個處理組和無經(jīng)歷組之間的差異。為了鑒別出顯著性的處理×氣味源組合，進(jìn)一步將測試數(shù)據(jù)分為6個亞組，每個亞組含有2個氣味源及其相應(yīng)的寄主組織粗提物處理組，采用χ2測驗分辨卵期發(fā)育經(jīng)歷效應(yīng)是正面的還是負(fù)面的。為了分析究竟是寄主種類的經(jīng)歷還是寄主植物組織的經(jīng)歷對初孵幼蟲的寄主選擇影響更大，相應(yīng)的頻次合并之后用χ2測驗(針對組內(nèi)差異)或χ2似然比測驗(針對組間差異)。在上述分析中，凡是自由度只有1的案例，χ2測驗采用Yates連續(xù)性校正法。

2　結(jié)果與分析

表1卵期經(jīng)歷不同寄主化學(xué)刺激的煙青蟲初孵幼蟲選擇頻次的組內(nèi)差異與組間差異

Table1Within-andbetween-groupdifferencesamongchoicefrequenciesofH.assultaneonatesafterexperienceddifferenthostchemicalstimuliduringeggstage

卵期經(jīng)歷組Groups不同氣味源被選擇頻次ChoicefrequencyofdifferentodorsourcesTFTLHFHLχ2P顯著性SignificanceTF1418511736.40<0.0001***TL233121252.240.5241nsHF4015212413.680.0034**HL1615531641.84<0.0001***CK222026323.360.3394nsχ220.3612.0133.0511.6965.14P0.00040.0173<0.00010.0198<0.0001顯著性Significance***********

注：TF.煙草花器；HF.辣椒果實；TL.煙草葉片；HL.辣椒葉片;ns.無顯著性差異(P>0.05)；*.0.01>P>0.05；**.0.01 >P>0.001；***.P<0.001

Note：TF.Tobacco flower；HF.Hot pepper fruit；TL.Tobacco leaf；HL.Hot pepper leaf.ns.No significant difference(P>0.05)；*.0.01>P>0.05；**.0.01>P>0.001；***.P<0.001

表2　各個經(jīng)歷組分別與對照組之間寄主選擇反應(yīng)的比較

注：TF.煙草花器；HF.辣椒果實；TL.煙草葉片；HL.辣椒葉片;ns.無顯著性差異(P>0.05)；*.0.01>P>0.05；**.0.01>P>0.001；***.P<0.001

Note：TF.Tobacco flower；HF.Hot pepper fruit；TL.Tobacco leaf；HL.Hot pepper leaf；ns.No significant difference(P>0.05)；*.0.01>P>0.05；**.0.01>P>0.001；***.P<0.001

注：TF.煙草花器；HF.辣椒果實；TL.煙草葉片；HL.辣椒葉片;ns.無顯著性差異(P>0.05)；*.0.01>P>0.05；**.0.01>P>0.001；***.P<0.001Note：TF.Tobacco flower；HF.Hot pepper fruit；TL.Tobacco leaf；HL.Hot pepper leaf；ns.No significant difference(P>0.05)；*.0.01>P>0.05；**.0.01>P>0.001；***.P<0.001圖1　煙青蟲初孵幼蟲對有經(jīng)歷寄主和與其配對的無經(jīng)歷寄主選擇頻次比較Fig.1　Choice frequencies of H.assulta neonates with different egg experiences to selected paired options with corresponding egg experiences

3　結(jié)論與討論

在影響植食性昆蟲初孵幼蟲嗅覺偏好性的因素中，卵期經(jīng)歷的寄主化學(xué)刺激物對隨后寄主選擇影響的信息相對比較缺乏，尤其是不了解寄主種類、寄主植物器官或者是二者特定的組合經(jīng)歷效應(yīng)的大小。該研究發(fā)現(xiàn)，煙青蟲初孵幼蟲的嗅覺偏好性受卵期發(fā)育環(huán)境的顯著影響，但這些幼蟲并非對經(jīng)歷過的寄主植物或者其組織嗅覺偏好性增強(qiáng)。

在4類測試材料中，只有卵期經(jīng)歷過來自辣椒葉片和煙草花器的化學(xué)刺激物，初孵幼蟲的嗅覺偏好性才和對照組相比有顯著差異。這些結(jié)果恰好和自然雌蟲的產(chǎn)卵位置選擇一致。Han等[15]在辣椒田調(diào)查了不同器官上煙青蟲的落卵量，發(fā)現(xiàn)葉片上的產(chǎn)卵比例占76.2%，而辣椒果實、莖干和花上的產(chǎn)卵百分比僅是16.8%、6.5%和0.4%。然而在煙草上，開花期是對煙青蟲雌蛾產(chǎn)卵引誘力最強(qiáng)的生育期[13]。田間調(diào)查表明，6月和7月煙草花器上的煙青蟲卵所占的比例分別為88.71%和94.44%[16]。

注：ns.無顯著性差異(P>0.05)；*.0.01>P>0.05；***.P<0.001Note：ns.No significant difference(P>0.05)；*.0.01>P>0.05；***.P<0.001圖2　寄主種類或者寄主組織類型合并之后的經(jīng)歷效應(yīng)分析Fig.2　Experience effect after host species or part types pooled

卵期經(jīng)歷過辣椒葉片或煙草花器化學(xué)刺激的初孵幼蟲，總是誘導(dǎo)出對辣椒果實氣味源的嗅覺偏好性，但是卵期經(jīng)歷過辣椒果實化學(xué)刺激的初孵幼蟲卻并沒有對其嗅覺偏好性增強(qiáng)。也就是說，卵期經(jīng)歷的效應(yīng)并不是正面的，這和此前的多數(shù)報道是相反的[17-18]。當(dāng)前僅報道過東方云杉卷葉蛾(Choristoneurafumiferana)有類似的現(xiàn)象，雌成蟲偏好在幼蟲期沒有取食經(jīng)歷的寄主植物上產(chǎn)卵[19]。然而，盡管該研究結(jié)果也發(fā)現(xiàn)經(jīng)歷的效應(yīng)是負(fù)面的，但供試對象卻是不食不動的卵。

該研究發(fā)現(xiàn)，卵發(fā)育期間經(jīng)歷的寄主植物組織而不是寄主植物的種類，對初孵幼蟲的嗅覺偏好性才有顯著的影響。尤其明顯的是，卵期經(jīng)歷過繁殖器官化學(xué)刺激的初孵幼蟲，對繁殖器官的嗅覺偏好性非常強(qiáng)。這可以用化學(xué)遺產(chǎn)假說來解釋，而不是霍普金斯寄主選擇原理，因為卵期并不會攝入食物，來自卵發(fā)育環(huán)境的痕量化學(xué)物質(zhì)可能存在于初孵幼蟲的血淋巴中或者在卵殼之外。后續(xù)研究需了解寄主繁殖器官中究竟是哪些活性成分誘導(dǎo)了這種嗅覺偏好性。

總之，煙青蟲卵期經(jīng)歷過煙草花器或者辣椒葉片的化學(xué)刺激，會導(dǎo)致初孵幼蟲嗅覺偏好性的變化，二者也正是自然雌蛾偏好產(chǎn)卵的部位。卵發(fā)育期間經(jīng)歷過繁殖器官化學(xué)刺激的煙青蟲初孵幼蟲對繁殖器官的嗅覺偏好性明顯增強(qiáng)。盡管煙青蟲的卵產(chǎn)在煙草花器和辣椒葉片上，但是幼蟲可以自行運動到繁殖器官上，為該害蟲卵與幼蟲分布的不一致性提供了一個嶄新的解釋。

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