粟負泥蟲對不同植物的產(chǎn)卵和取食選擇

劉佳，馬繼芳，王永芳，白輝，張夢雅，董志平，李志勇

（河北省農(nóng)林科學(xué)院谷子研究所/國家谷子改良中心/河北省雜糧重點實驗室，河北 石家莊 050035）

粟負泥蟲〔Oulema tristis（Herbst）〕又名粟葉甲，俗稱肉蛋蟲，屬鞘翅目葉甲總科負泥蟲科[1]，主要為害谷子，也為害糜子、高粱、玉米、小麥及多種禾本科雜草[2，3]，在我國主要分布于黑龍江、吉林、遼寧、內(nèi)蒙古、寧夏、甘肅、陜西、山西、河北、河南、北京等?。ㄊ校4]。粟負泥蟲以幼蟲為害為主，成蟲也能造成一定的為害。幼蟲藏于心葉內(nèi)舔食葉肉，形成寬白條狀食痕，嚴重時造成枯心、爛苗或整株枯死[5]。成蟲沿葉脈取食葉肉，只留表皮，形成長白條，嚴重時導(dǎo)致葉片破碎，呈絲狀。近年來，一直推行的免耕制度使得該蟲越冬順利，逐年累積，蟲量越來越大，嚴重地塊百株蟲量達300～600 頭，單株蟲量多至20頭，被害株率達90%以上[4，6]，目前已成為谷子上的主要害蟲。由于該蟲幼蟲在谷子心葉內(nèi)包裹隱蔽為害，其癥狀表現(xiàn)不明顯，很難引起人們注意，待谷子進入拔節(jié)期，白焦葉片大量出現(xiàn)，已錯過最佳防治時期，此時用農(nóng)藥防治效果甚微。

植物揮發(fā)物能夠影響植食性昆蟲的寄主定位、取食、交配、產(chǎn)卵、逃避等多種行為反應(yīng)[7～9]。張艷玲等[10]研究發(fā)現(xiàn)，華北大黑鰓金龜（Holotrichia oblita）對蓖麻葉粗提物的選擇性顯著大于其他11 種供試寄主植物。張風(fēng)娟等[11]研究發(fā)現(xiàn)，不同植物的揮發(fā)物對光肩星天牛（Anoplophora glabripennis）的引誘效果不同，其中復(fù)葉槭對光肩星天牛的引誘效果最好，其次是五角楓。此外，也有研究報道了二點委夜蛾（Athetis lepigone）、煙粉虱（Bemisia tabaci）、綠盲蝽（Apolygus lucorum）、棉鈴蟲（Helicoverpa armigera）、小菜蛾（Plutella xylostella）等多種昆蟲對植物揮發(fā)性物質(zhì)具有明顯的定向作用[12]。

目前有關(guān)粟負泥蟲的研究僅限于觀察其為害特點和發(fā)生規(guī)律，尚未見對粟負泥蟲寄主選擇的研究。基于此，選取5 種糧食作物和1 種禾本科雜草為試驗材料，對粟負泥蟲成蟲的產(chǎn)卵選擇行為和幼蟲的取食選擇行為進行了比較，并測定了粟負泥蟲雌成蟲對這些植物揮發(fā)物的趨性，旨為后續(xù)研究該蟲的引誘劑以及綠色防控奠定理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試蟲源為粟負泥蟲。成蟲于2021 年6 月1 日采自河南省三門峽市澠池縣臺口村（北緯34°51′，東經(jīng)111°52′）谷子田，在河北省農(nóng)林科學(xué)院谷子研究所養(yǎng)蟲室〔溫度（26±1）℃，相對濕度60%～80%〕以鮮活谷子幼苗為食料進行繼代培養(yǎng)，待其產(chǎn)卵孵化后，挑取活潑健康的不同齡期幼蟲及成蟲進行試驗。

植物材料為5 種糧食作物和1 種禾本科雜草，其中，糧食作物為谷子（張雜谷16 號）、高粱（冀釀2號）、糜子（冀黍2 號）、玉米（鄭單958） 和小麥（冀麥22 號），禾本科雜草為狗尾草。均在河北省農(nóng)林科學(xué)院谷子研究所植物生長間種植，生長過程中合理澆水，不使用任何農(nóng)藥，待長至合適大小，一部分收集其幼嫩組織備用，一部分收集其揮發(fā)物備用。

供試藥劑有乙酸乙酯（購自上海麥克林試劑公司）、正己烷（色譜純，購自天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司）、無水乙醇（購自天津歐博凱化工有限公司）、丙酮（購自天津市津東天正精細化學(xué)試劑廠）、活性炭（購自北京艾克塞生物科技有限公司）和吸附劑Tenax-TA（購自北京艾克塞生物科技有限公司）。

儀器設(shè)備有“Y”型嗅覺儀（兩臂長18 cm，直管長度22 cm，內(nèi)徑2.5 cm，兩臂之間夾角75°，購自北京艾克塞生物科技有限公司）、法蘭反應(yīng)器〔上下兩部分罩體分別為20 cm（直徑）×30 cm（高），上下罩體分別留直徑2.5 cm 的口，配直徑2.5 cm 的通氣塞，購自北京興運博達化工玻璃儀器有限公司〕、電子天平（購自上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司）和大氣采樣儀（購自北京勞動保護科學(xué)研究所）。

1.2 試驗方法

1.2.1 粟負泥蟲成蟲對不同植物產(chǎn)卵選擇性的室內(nèi)測定 采用籠罩法測定粟負泥蟲成蟲對6 種植物試材的產(chǎn)卵選擇行為。根據(jù)6 種植物的生長特性，待其在花盆中長至5～6 葉期，每盆保留5 株，分別放入規(guī)格為60 cm（長）×60 cm（寬）×90 cm（高）的網(wǎng)罩，接入5 對剛羽化不久的粟負泥蟲成蟲，3 d 后檢查網(wǎng)罩內(nèi)粟負泥蟲的落卵量。5 次重復(fù)。

1.2.2 粟負泥蟲幼蟲對不同植物取食選擇性的室內(nèi)測定 采用葉碟法[13]分別測定粟負泥蟲不同齡期幼蟲對6 種植物試材的取食選擇行為。分別選用同一世代大小一致、健康活潑的1～4 齡試蟲，試驗前饑餓處理4 h。在直徑為20 cm 的培養(yǎng)皿底部鋪2 層相同直徑的濾紙并滴加少量蒸餾水保濕，選取完整的植株嫩葉，用打孔器打成直徑0.5 cm 的圓片，將培養(yǎng)皿二等分，利用對角線法將圓片等距放置于同培養(yǎng)皿邊緣，保證每個圓片到培養(yǎng)皿中心的距離相等。隨后，在培養(yǎng)皿的中心位置接入15 頭粟負泥蟲幼蟲，蓋上培養(yǎng)皿蓋子，5 h 后檢查不同植物葉片上的幼蟲數(shù)量，計算引誘率（植物葉片上的幼蟲數(shù)/總蟲數(shù)×100%）。若幼蟲不在植物材料上，則視為未選擇。6 次重復(fù)。

1.2.3 粟負泥蟲成蟲對不同植物揮發(fā)物粗提物趨性行為的室內(nèi)測定 采用動態(tài)頂空采集法收集植物揮發(fā)物。收集時，先用鋁箔紙將植株根部包裹住，將法蘭反應(yīng)器下半部分罩體適當傾斜，植株沿罩體輕輕放入，蓋上反應(yīng)器的上半部分罩體，用封口膜封好。反應(yīng)器下口接活性炭，反應(yīng)器上口接進氣管和吸附劑管。抽氣時大氣采樣儀的氣流量為500 mL/min，并用流量計檢查裝置的氣密性。連接整個裝置所用的硅膠管都是無揮發(fā)性氣體的Teflon 膠管。為避免整個裝置產(chǎn)生雜氣味，連接好收集系統(tǒng)，預(yù)抽氣30 min 后再連接吸附柱。所有植物的收集時間均設(shè)置為8 h（9:00～17:00）。收集完畢后立即將吸附柱取下，用1 mL 的色譜純正己烷淋洗吸附柱中收集到的植物揮發(fā)性物質(zhì)到進樣瓶中，-20 ℃保存?zhèn)溆?。同時收集空氣（空的法蘭反應(yīng)器，不放植物）8 h 作為空白對照。

利用“Y”型嗅覺儀，測定粟負泥蟲雌成蟲對6種植物揮發(fā)物的行為反應(yīng)。測試前，用等長硅膠管連接“Y”型管與氣味源。在氣流到達氣味源前，先經(jīng)過活性炭過濾裝置和蒸餾水洗氣瓶，以凈化氣流和增加氣流濕度。大氣采樣儀的流量控制在200 mL/min。對于抽取的粗揮發(fā)物，吸取20 μL 揮發(fā)物溶液作為氣味源。在“Y”型管兩側(cè)臂放入滴有揮發(fā)物的濾紙條，打開大氣采樣儀，通氣10 min，讓氣味充滿整個裝置；然后，用離心管將單頭粟負泥蟲成蟲引入嗅覺儀，觀察該蟲在10 min 內(nèi)的行為反應(yīng)。若該蟲飛至超過某一側(cè)臂的1/2 處，且停留30 s 以上或直接飛至該臂的端口處，記為對揮發(fā)物有反應(yīng)。若10 min 內(nèi)，該蟲只在直管內(nèi)徘徊或在兩側(cè)臂間快速移動，則認為對揮發(fā)物無明顯偏好，記為無反應(yīng)。每組氣味源組合測試50 頭試蟲。每測試5 頭試蟲，將“Y”型嗅覺儀的兩臂進行對換；每測試10 頭試蟲，用丙酮清洗“Y”型嗅覺儀并烘干。每頭試蟲只測試1 次。

1.3 數(shù)據(jù)分析

試驗所有數(shù)據(jù)均采用SPSS 26.0 軟件進行處理和分析，采用Duncan’s 新復(fù)極差法進行產(chǎn)卵選擇和幼蟲取食選擇的差異顯著性分析，采用卡方檢驗進行趨性選擇的差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 粟負泥蟲成蟲對不同植物的產(chǎn)卵選擇性

粟負泥蟲在6 種試驗植物上的落卵量差異顯著，其中在谷子上的產(chǎn)卵量最多，狗尾草次之，二者差異顯著，且均顯著高于其他4 種植物；在高粱、糜子、小麥和玉米上的產(chǎn)卵量少，四者差異均不顯著（表1）。表明粟負泥蟲最喜歡在谷子上產(chǎn)卵。粟負泥蟲在谷子上的平均產(chǎn)卵量高達19.84 粒/株，是狗尾草上產(chǎn)卵量的6.9 倍，是高粱、糜子、小麥、玉米上產(chǎn)卵量的20.7～165.3 倍。

表1 粟負泥蟲在不同植物上的落卵量 （粒/株）Table 1 Number of eggs laid on different plants by O. tristis

2.2 粟負泥蟲幼蟲對不同植物葉片的取食選擇性

粟負泥蟲不同齡期幼蟲對6 種植物的取食選擇性存在顯著差異，其中，谷子對1～4 齡幼蟲的引誘率均為最高且顯著高于其他植物，引誘率分別為74.44%、82.22%、85.56%和90.00%；其次是高粱和狗尾草，二者對粟負泥蟲各齡期幼蟲的引誘率均比較接近，為31%～45%；小麥的引誘率為24%～29%；玉米的引誘率為13%～18%；糜子對1～4 齡幼蟲的引誘率均為最低，在10%以下（圖1～4）。表明粟負泥蟲1～4 齡幼蟲對植物的取食選擇行為相同，表現(xiàn)為對谷子的選擇性均顯著高于其他植物。

圖1 粟負泥蟲1 齡幼蟲對不同植物葉片的取食選擇Fig.1 Feeding prefrence of the 1th instar larvae of O. tristis on different plants leaves

圖2 粟負泥蟲2 齡幼蟲對不同植物葉片的取食選擇Fig.2 Feeding prefrence of the 2th instar larvae of O. tristis on different plants leaves

2.3 粟負泥蟲雌成蟲對不同植物揮發(fā)物的行為反應(yīng)

圖3 粟負泥蟲3 齡幼蟲對不同植物葉片的取食選擇Fig.3 Feeding prefrence of the 3th instar larvae of O. tristis on different plants leaves

圖4 粟負泥蟲4 齡幼蟲對不同植物葉片的取食選擇Fig. 4 Feeding prefrence of the 4th instar larvae of O. tristis on different plants leaves

與對照相比，粟負泥蟲雌成蟲對6 種植物揮發(fā)物的趨性顯著，其中對谷子揮發(fā)物的趨性最強，且顯著高于對其他植物揮發(fā)物的趨性（圖5）。表明粟負泥蟲雌成蟲對谷子揮發(fā)物表現(xiàn)出明顯偏好。

圖5 粟負泥蟲雌成蟲對不同植物揮發(fā)物的行為選擇Fig.5 Orientational behavior of female adults of O. tristis to diffrent plant volatiles

3 結(jié)論與討論

害蟲種群的暴發(fā)受多種因素的影響，如寄主植物、氣候、天敵及種群內(nèi)部機制等。其中，選擇合適的寄主植物是害蟲種群能夠繁衍并積累為害的重要因素之一[12]。絕大多數(shù)植食性昆蟲喜歡把卵產(chǎn)在營養(yǎng)豐富的植物上，以利于其后代的生長發(fā)育[14]。而幼蟲的取食選擇也可能會受植物顏色、理化性質(zhì)以及植物揮發(fā)物等多種因素的綜合影響[15]。本研究中，我們選擇粟負泥蟲主要寄主的大田作物以及與谷子近緣的狗尾草作為植物試材，對雌成蟲的產(chǎn)卵選擇行為、不同齡期幼蟲的取食選擇行為以及雌成蟲對寄主植物揮發(fā)物的趨性進行研究，結(jié)果顯示，粟負泥蟲雌成蟲對谷子的揮發(fā)性物質(zhì)趨性最強，在谷子上的產(chǎn)卵量是狗尾草和其他作物上的6.9～165.3 倍，且1～4 齡幼蟲均最喜歡取食谷子，谷子對其引誘率高達74.44%～90.00%，遠高于高粱和狗尾草等其他植物的引誘率。據(jù)此，可以從理論上揭示該蟲嚴重為害谷子的原因：粟負泥蟲以成蟲越冬，早春出蟄時大田作物以小麥為主，粟負泥蟲更喜歡在狗尾草等雜草上棲息為害；谷子播種出苗后，粟負泥蟲會集中遷入谷田取食并產(chǎn)卵，孵化的幼蟲在營養(yǎng)豐富的谷子心葉為害，有利于群體繁衍和積累，而且近年來一直提倡的免耕播種更有利于該蟲越冬存活，導(dǎo)致該蟲在谷子上的為害呈逐年加重趨勢，成為目前谷子上的主要害蟲。

基于粟負泥蟲主要以幼蟲在谷子心葉內(nèi)包裹為害，隱蔽性強，且成蟲具有一定的飛行能力，而目前生產(chǎn)上以化學(xué)防治為主，因此防治效果并不理想。本研究初步探討了粟負泥蟲成蟲對谷子揮發(fā)物具有很強的趨性，下一步計劃分離并鑒定谷子中的揮發(fā)性物質(zhì)，從中篩選出對其具有引誘作用的具體化合物，為制定粟負泥蟲綠色防控技術(shù)提供了新思路。此外，本研究僅針對主要禾本科糧食作物和狗尾草進行了研究，栗負泥蟲對其他禾本科雜草是否有更強的趨性，還有待進一步研究。