棉鈴蟲幼蟲味覺反應(yīng)特性與植物源拒食劑篩選

張巨琴

摘 要：本文研究了棉鈴蟲Helicoverpa armigera對人類基本呈味物質(zhì)的味覺反應(yīng)，然后采用一系列生物測定追蹤的化學(xué)分析手段從28種芳香植物中篩選拒食活性物質(zhì)，發(fā)現(xiàn)了兩種廣譜性拒食物質(zhì)，最后對這些物質(zhì)在不同饑餓處理時(shí)間、不同昆蟲種類、不同使用劑量方面進(jìn)行了拓展研究，以探索出應(yīng)用的范圍和限制。以期待篩選出能夠調(diào)節(jié)棉鈴蟲幼蟲味覺感受器的幾種原味。

關(guān)鍵詞：棉鈴蟲；山椒醇；胡椒堿；呈味物質(zhì)；拒食劑

一、文獻(xiàn)綜述

1.動物味覺感受系統(tǒng)對呈味物質(zhì)的識別

人類有酸、甜、苦和咸 4 種基本味覺，引起這 4 種味覺反應(yīng)的物質(zhì)稱為基本呈味物質(zhì)。通常 H+引起酸味感覺，糖類、多元醇類和部分氨基酸引起甜味感覺，生物堿、萜類和部分糖苷引起苦味感覺，無機(jī)鹽類特別是氯化鹽引起咸味感覺，這些基本呈味物質(zhì)以不同的濃度和比例組合時(shí)，就可形成千差萬別的味道。近年來，隨著分子生物學(xué)技術(shù)和電生理試驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展，動物味覺機(jī)理研究成為新的研究熱點(diǎn)，已經(jīng)明確哺乳動物通過專一的感受細(xì)胞來分別檢測不同的基本呈味物質(zhì)。根據(jù)氣味環(huán)渡理論，人類嗅覺系統(tǒng)感受食品風(fēng)味時(shí)存在著相鄰補(bǔ)強(qiáng)、對角補(bǔ)缺的規(guī)律，通過若干種基本呈味物質(zhì)的搭配，即可實(shí)現(xiàn)食品調(diào)香和調(diào)味。對于植食性昆蟲來說，與植物接觸后主要通過味覺感受器來感知植物中的營養(yǎng)成分和次生代謝產(chǎn)物，從而做出“接受”或“拒絕”的選擇。其中營養(yǎng)成分以糖類和氨基酸為主，構(gòu)成昆蟲的基本味感，但昆蟲食譜的范圍是由 D 細(xì)胞感知植物中的次生代謝產(chǎn)物實(shí)現(xiàn)的。一些引起人類味感的物質(zhì)對于昆蟲取食的影響已經(jīng)得到研究。如能發(fā)現(xiàn)誘導(dǎo)或驅(qū)避昆蟲取食、產(chǎn)卵等生命活動行為的幾種原味（primary tastants）物質(zhì)，就有可能通過相互搭配來研發(fā)有針對性的拒食劑。

2.植物次生代謝物對昆蟲生命行為的影響

植物次生代謝物是對植物細(xì)胞生命活動或生長發(fā)育并非必需的小分子有機(jī)物。這類物質(zhì)種類繁多、結(jié)構(gòu)迥異，包括酚類、黃酮類、香豆素、木質(zhì)素、生物堿、糖苷、萜類、甾類、皂苷、多炔類和有機(jī)酸等，其產(chǎn)生和分布通常又表現(xiàn)出明顯的種類、器官、組織及生育時(shí)期的特異性，在應(yīng)對環(huán)境脅迫、植物競爭、植食者攻擊及抵御病原微生物侵襲中起著重要的作用。對植食性昆蟲而言，主要影響幼蟲取食和成蟲產(chǎn)卵，其中成蟲產(chǎn)卵選擇包括遠(yuǎn)距離寄主定向、產(chǎn)卵試探行為等許多步驟。為便于敘述起見，本文主要討論對幼蟲取食行為的影響和對成蟲產(chǎn)卵器與植物葉面直接接觸后行為的影響。

3.植物次生代謝物的收集和化學(xué)鑒定方法

收集植物次生代謝物的方法較多，本文主要介紹非揮發(fā)性次生物質(zhì)的收集方法，主要包括：索氏提取法 ，柱層析法 ，滲透汽化法。

4.植物次生代謝物生物測定方法

植物次生物質(zhì)種類繁多，選擇能夠快速篩選出對昆蟲具有忌避、拒食或者毒殺活性的次生質(zhì)至關(guān)重要。到目前為止，應(yīng)用最多的生物測定方法是葉碟法，近幾年觸角電位技術(shù)和生物自顯影技術(shù)的快速發(fā)展，為快速篩選對害蟲有控制作用的活性物質(zhì)提供了新方法。

5.制約拒食劑實(shí)踐應(yīng)用的因素

害蟲拒食劑相對于工業(yè)合成的殺蟲劑來說其優(yōu)點(diǎn)是安全、環(huán)保、不易產(chǎn)生抗性，但是拒食劑在應(yīng)用方面也存在著許多制約因素，如害蟲對拒食劑出現(xiàn)的馴化（習(xí)慣化），有些拒食劑還會誘導(dǎo)害蟲取食偏好性的改變等。

二、棉鈴蟲幼蟲對人類基本呈味物質(zhì)正交組合的取食反應(yīng)

1.花椒不同溶劑提取物對棉鈴蟲幼蟲的拒食活性比較

為了確定最佳提取溶劑，比較了花椒采用蒸餾水、乙醇、丙酮、二氯甲烷和正己烷 5 種極性不同的溶劑提取所得的溶液對棉鈴蟲幼蟲的拒食活性。稱取 2 g 花椒粉末，置于一個(gè) 20 mL具刻度的棕色玻璃瓶中，分別加入上述 5 種溶劑各 15 mL。然后，將上述棕色玻璃瓶置于 HZQ-C空氣浴振蕩器中在 180 r/min、40℃條件下振動 48 h，靜置并取上清液進(jìn)行測定。測定時(shí)，每個(gè)培養(yǎng)皿放入 4 枚煙草葉碟，處理每個(gè)葉碟涂布 20 μL 待測溶液和 20 μL 蒸餾水，對照添加相應(yīng)于待測溶液的溶劑 20 μL 以及 20μL 蒸餾水，3 min 后置于培養(yǎng)皿中進(jìn)行測試，其他測試條件同上。每個(gè)配對試驗(yàn)重復(fù) 10 次。

2.最佳“椒鹽比”的混合液劑量反應(yīng)測定

上述試驗(yàn)確定最佳“椒鹽比”為 25/15，但多數(shù)試驗(yàn)組處理對棉鈴蟲幼蟲的拒食率將近達(dá)到100%，因此，本試驗(yàn)的目的是測定在保證接近 100%拒食率的前提下該最佳配比混合液所需的最低用量及其拒食率隨劑量增加而變化的回歸方程。首先配制 25/15 的乙醇+水混合溶液（下稱“補(bǔ)償液”），然后再每個(gè)培養(yǎng)皿放入 4 枚煙草葉碟，分別涂布 0 μL、10 μL、20 μL、30 μL 共 4個(gè)劑量的最佳“椒鹽比”混合試液，并分別用補(bǔ)償液補(bǔ)償至 40 μL。每個(gè)處理重復(fù) 18 次。

3.黑胡椒和晉產(chǎn)花椒粗提物的柱層析分離

所用層析柱長度為 50 cm，內(nèi)徑為 1 cm。將 Florisil 硅膠粉在 160℃的恒溫鼓風(fēng)干燥箱中處理 6 h，冷卻后與 60～90℃沸程的石油醚混合，然后將糊狀物填充到層析柱的 2/3 高度處，并在上面鋪一個(gè) 2 cm ID 的紙碟。 花椒濃縮物添加量為 5 mL，在上樣到灌裝第一種溶劑之前收集的產(chǎn)物稱為“殘液”，然后依次用下述重蒸溶劑淋洗：正己烷（2×15 mL），乙醚（2×15 mL），二氯甲烷（2×15 mL），乙醇（5×15 mL）。在更換混合溶劑的同時(shí)更換下部的接液瓶。分別取各柱層析餾分 20 μL 涂抹在煙草葉碟上，進(jìn)行生物測定，每個(gè)餾分重復(fù) 20 次以上。黑胡椒濃縮物的柱層析僅淋洗溶劑與花椒不同，試驗(yàn)時(shí)，依次用下述重蒸溶劑淋洗：正己烷（15 mL），乙醚（2×15 mL），二氯甲烷（2×15 mL），乙醇（4×15 mL）。分別取各柱層析餾分 20 μL 涂抹在煙草葉碟上，進(jìn)行生物測定，每個(gè)餾分重復(fù) 18～23 次。

三、結(jié)語

從調(diào)控取食選擇行為來避免害蟲取食為害，則可能是一個(gè)值得開拓的領(lǐng)域。將這些在室內(nèi)測定有拒食活性的物質(zhì)噴灑于田間，是否可以調(diào)控棉鈴蟲的取食選擇行為，避免目標(biāo)作物受到為害，有待進(jìn)一步研究。