棗飛象對不同棗樹品種揮發(fā)物的嗅覺行為反應(yīng)

張 鵬，楊 杰，閻雄飛，馬信興，張 權(quán)，史慧芳

（榆林學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院，陜西榆林 719000）

0 引言

棗飛象(Pachyrhinus yasumatsui)別名棗月象、食芽象甲、桑飛象等，屬鞘翅目象甲科飛象屬，是棗樹上危害棗芽的重要害蟲[1-2]。該蟲主要以成蟲取食棗樹棗芽補(bǔ)充營養(yǎng)進(jìn)行為害，將剛剛萌發(fā)的棗芽全部吃光，出現(xiàn)棗股光禿和抽干的現(xiàn)象，迫使棗樹消耗積累的營養(yǎng)進(jìn)行二次萌芽，再次萌發(fā)的棗芽，由于營養(yǎng)不足，相鄰的棗芽節(jié)間縮短，導(dǎo)致棗果個(gè)體變小、果肉呈黃色棉絮狀、味道發(fā)苦，嚴(yán)重影響棗果的品質(zhì)和產(chǎn)量[3]。

近些年，干旱頻發(fā)、管理粗放、濫用農(nóng)藥等原因造成棗飛象在陜北棗園種群大規(guī)模暴發(fā)，尤其是在綏德、清澗、吳堡、佳縣、神木等黃河沿岸的棗區(qū)，因?yàn)闂楋w象長期得不到有效的監(jiān)測和控制，已造成大量棗樹樹勢衰弱，甚至出現(xiàn)成片死亡的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了陜北棗區(qū)生態(tài)環(huán)境建設(shè)和區(qū)域特色經(jīng)濟(jì)的發(fā)展[4-5]。

棗飛象是危害棗樹的重要食芽害蟲之一，在國外未見報(bào)道，在國內(nèi)新疆、陜西、山西等各大紅棗產(chǎn)區(qū)均有成災(zāi)報(bào)道[6]。前人在棗飛象形態(tài)特征[7]、觸角感器[8]、生活史[9]、發(fā)生規(guī)律及危害特點(diǎn)[10]、化學(xué)防治技術(shù)[11-12]等方面進(jìn)行了大量的研究。關(guān)于棗飛象寄主定向選擇和抗性研究方面，閻雄飛等[13]利用風(fēng)洞裝置，研究了棗飛象成蟲對6個(gè)品種棗樹棗芽和棗葉揮發(fā)物的嗅覺行為反應(yīng)，棗飛象雌雄成蟲對‘壺瓶棗’、‘贊皇棗’和‘駿棗’3 種棗樹的棗芽揮發(fā)物均有明顯趨性，對棗葉揮發(fā)物無明顯趨性。王晶玲等[14]研究了棗飛象對11個(gè)品種棗樹揮發(fā)物的嗅覺行為反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)棗飛象成蟲對‘木棗’、‘梨棗’、‘駿棗’、‘冬棗’、‘晉棗’和‘佳縣長棗’6個(gè)品種棗樹棗芽揮發(fā)物有明顯趨性。兩者的研究均未明確棗飛象成蟲是否有取食經(jīng)歷，研究結(jié)果出現(xiàn)了不一致的情況，究竟剛剛羽化的棗飛象成蟲偏好何種棗樹并不清楚。鑒于此，本研究選取5種棗樹的棗芽、棗葉和棗枝為供試材料，在室內(nèi)采用Y型管嗅覺儀和圓盤陷阱嗅覺儀，研究剛剛羽化的棗飛象成蟲對棗樹不同部位揮發(fā)物的嗅覺行為反應(yīng)，明確剛剛羽化的棗飛象成蟲偏好的棗樹品種，以期為闡明棗飛象成蟲寄主定向的化學(xué)通訊機(jī)制和篩選抗性品種棗樹提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試棗樹品種

供試棗樹品種共5 種，分別為‘木棗’、‘狗頭棗’、‘贊皇棗’、‘酸棗’和‘駿棗’。2021年4月24日—5月16日于陜西榆林佳縣王家砭鎮(zhèn)村(38°13′36″N，110°16′50″E)，采集上述棗樹品種的新鮮棗芽、棗葉和棗枝，采集前先用蒸餾水清洗采集部位，隨后用枝剪進(jìn)行采集，帶回基地實(shí)驗(yàn)室，將植物材料置于4℃便攜式冰箱備用。

1.2 棗飛象采集與飼養(yǎng)

2021年3月23—28日，用過篩法采集棗飛象蛹帶回實(shí)驗(yàn)室，覆蓋5 cm沙土埋于花盆中，置于溫度為23～26℃、相對濕度為25%～40%、光照和黑暗的時(shí)間均為12 h的養(yǎng)蟲室內(nèi)，待其羽化為成蟲后，按照雌雄性別分開，每頭分別置于直徑為3 cm、高為10 cm 的指形管內(nèi)，管口上面覆蓋紗布，只飼水，不飼食，挑選大小一致且健康活潑的棗飛象成蟲用于試驗(yàn)。

1.3 Y型管嗅覺測定法

Y型管嗅覺測定參考閻雄飛等[13]的方法，測定在以空氣為對照的條件下，棗飛象成蟲對不同品種棗樹部位的嗅覺行為反應(yīng)。Y型管嗅覺測定裝置包括Y型透明玻璃管（主臂1支長度20 cm，側(cè)臂2支長度24 cm，主臂和側(cè)臂的內(nèi)徑均為30 mm，外徑均為34 mm，兩側(cè)臂間夾角為60°）、樣品瓶、加濕瓶、活性炭干燥塔、玻璃轉(zhuǎn)子儀、超靜音空氣泵，各部分之間用醫(yī)用無味硅膠管連接。氣體流過的順序?yàn)槌o音空氣泵、玻璃轉(zhuǎn)子儀、活性炭干燥塔、蒸餾水加濕瓶、樣品瓶和Y型透明玻璃管。

將Y 型透明玻璃管置于無影燈下，稱取棗芽（棗葉、棗枝）5.0 g 放入樣品瓶中，打開超靜音空氣泵，調(diào)節(jié)玻璃轉(zhuǎn)子儀，使兩邊氣流均為160 mL/min，待氣體平穩(wěn)3 min后，每次將棗飛象成蟲1頭用醫(yī)用棉簽引入進(jìn)蟲口，當(dāng)棗飛象進(jìn)入主臂開始計(jì)時(shí)，3 min 內(nèi)進(jìn)入任何一側(cè)臂，如果在側(cè)臂中爬行超過16 cm 或者在側(cè)臂中停留時(shí)間超過120 s，即判為有效選擇，其他任何情況均計(jì)為無選擇。每種材料總共測試30 頭棗飛象成蟲，每10頭分為一組，測定5頭試蟲后兩側(cè)臂互換，一組（10頭）結(jié)束后先用無水乙醇清洗玻璃管件，然后用蒸餾水進(jìn)行沖洗，用電吹風(fēng)吹干。

1.4 圓盤陷阱嗅覺測定法

圓盤陷阱嗅覺測定法參照王晶玲等[14]的方法略有改動，用于測定棗飛象對5 種棗樹部位揮發(fā)物的嗅覺選擇。圓盤陷阱嗅覺測定裝置由圓盤選擇臺（直徑為25 cm 的培養(yǎng)皿，鉆有6 個(gè)等距直徑為2.5 cm 的孔洞，每個(gè)孔洞距離培養(yǎng)皿壁1 cm）、玻璃管和6個(gè)陷阱裝置（250 mL 礦泉水瓶）。將6 根玻璃管上端于圓形培養(yǎng)皿孔徑相接，下端各連接1個(gè)陷阱，用封口膜封好。

將5種棗樹棗芽（或棗枝）各5.0 g分別放入陷阱裝置中，對照為空的陷阱裝置，分別放入陷阱裝置中，在圓盤選擇臺中心，每次接入30頭同一性別的棗飛象成蟲，用直徑為30 cm透明帶孔玻璃板蓋住，25 min后統(tǒng)計(jì)掉入每個(gè)陷阱中的棗飛象成蟲數(shù)量。重復(fù)5 組，每組結(jié)束后更換陷阱裝置和植物材料，清洗圓盤選擇臺和玻璃管件。

1.5 數(shù)據(jù)分析

Y 型管嗅覺測定法采集到的數(shù)據(jù)，棗飛象成蟲在以空氣為對照下的嗅覺行為測定，根據(jù)式(1)計(jì)算選擇率S，使用DPS 7.5對選擇味源臂和空氣對照臂總成蟲數(shù)量進(jìn)行卡方檢驗(yàn)差異顯著水平分析。

式中，S為選擇率，L為選擇味源臂的總成蟲數(shù)，M為選擇對照臂的棗飛象總數(shù)。

圓盤嗅覺測定法采集到的數(shù)據(jù)，棗飛象成蟲對不同品種棗樹的嗅覺選擇，根據(jù)式(2)計(jì)算選擇率Si，用單因素方差分析Tukey 多重比較法，分析棗飛象對不同品種棗樹揮發(fā)物選擇率差異性。

式中，Si為棗飛象對某種棗樹的選擇率，Li為掉入某種棗樹植物材料陷阱中棗飛象的數(shù)量，Ki為掉入所有陷阱中棗飛象的總數(shù)量。

2 結(jié)果與分析

2.1 空氣對照下棗飛象成蟲對5種棗芽揮發(fā)物的嗅覺行為反應(yīng)

在空氣對照下棗飛象成蟲對5種棗芽揮發(fā)物的嗅覺行為反應(yīng)如表1。棗飛象成蟲對‘贊皇棗’、‘木棗’、‘駿棗’、‘狗頭棗’和‘酸棗’5種棗芽的選擇率為69.0%～79.2%，棗飛象雌雄成蟲對‘木棗’芽揮發(fā)物的選擇率最高分別為79.2%和75.0%?？ǚ綑z驗(yàn)結(jié)果表明：棗飛象成蟲選擇5 種棗芽味源臂的數(shù)量均顯著高于對照(P＜0.05)，雌雄成蟲選擇‘木棗’芽味源臂成蟲數(shù)量極顯著高于對照(P＜0.01)。說明在空氣作為對照的條件下，5種棗芽揮發(fā)物對棗飛象雌雄成蟲均有明顯吸引作用?！緱棥繐]發(fā)物對棗飛象雌雄成蟲吸引作用最明顯。

表1 空氣對照下棗飛象成蟲對5種棗芽揮發(fā)物的嗅覺行為反應(yīng)

2.2 空氣對照下棗飛象成蟲對5種棗葉揮發(fā)物的嗅覺行為反應(yīng)

在空氣對照下棗飛象成蟲對5種棗葉揮發(fā)物的嗅覺行為反應(yīng)結(jié)果如表2。棗飛象成蟲對5 種棗葉揮發(fā)物的選擇率為52.2%～68.0%，其中棗飛象雌雄成蟲對‘木棗’葉揮發(fā)物的選擇率最高分別為68.0%和62.5%，對‘贊皇棗’葉揮發(fā)物的選擇率最低分別為55.6%和52.2%。棗飛象成蟲對5 種棗葉揮發(fā)物的選擇率均大于50%，但卡方檢驗(yàn)表明，棗飛象雌雄成蟲選擇5種棗葉味源臂的數(shù)量與選擇空氣對照數(shù)量差異不顯著(P＞0.05)。說明在以空氣為對照的條件下，5 種棗葉揮發(fā)物對棗飛象成蟲無明顯吸引作用。

表2 空氣對照下棗飛象對5種棗葉揮發(fā)物的嗅覺行為反應(yīng)

2.3 空氣對照下棗飛象成蟲對5種棗枝揮發(fā)物的嗅覺行為反應(yīng)

在空氣對照下棗飛象對5種棗枝揮發(fā)物的嗅覺行為反應(yīng)結(jié)果如表3。棗飛象成蟲對5 種棗枝揮發(fā)物的選擇率為66.7%～75.0%，棗飛象雌蟲對‘木棗’枝揮發(fā)物的選擇率最高為75.0%，雄蟲對‘狗頭棗’枝揮發(fā)物的選擇率最高為72.0%?？ǚ綑z驗(yàn)表明，棗飛象雌雄成蟲選擇‘木棗’、‘狗頭棗’、‘駿棗’和‘酸棗’枝味源臂的數(shù)量均顯著高于選擇對照數(shù)量(P＜0.05)，棗飛象雌雄蟲選擇‘贊皇棗’枝味源臂數(shù)量與選擇空氣對照數(shù)量差異均不顯著(P＞0.05)。說明在以空氣為對照的條件下，‘狗頭棗’、‘木棗’、‘酸棗’和‘駿棗’枝揮發(fā)物對棗飛象成蟲均具有明顯吸引作用，‘贊皇棗’枝揮發(fā)物對棗飛象雌雄成蟲吸引作用不明顯。

表3 空氣對照下棗飛象對5種棗枝揮發(fā)物的嗅覺行為反應(yīng)

2.4 棗飛象成蟲對5種棗芽揮發(fā)物的嗅覺選擇

棗飛象成蟲對5種棗芽揮發(fā)物的嗅覺選擇結(jié)果如圖1。在5種氣味源條件下，棗飛象雌雄成蟲對‘木棗’芽揮發(fā)物的選擇率最高分別為23.3%和21.3%，雌蟲對‘木棗’芽揮發(fā)物選擇率顯著高于‘贊皇棗’、‘駿棗’和空氣對照(P＜0.05)，棗飛象雌蟲對‘贊皇棗’和‘駿棗’芽揮發(fā)物選擇率較低分別為14.3%和15.7%，同對照差異不大。雄蟲對‘木棗’芽揮發(fā)物的選擇率顯著高于‘酸棗’和對照(P＜0.05)。說明棗飛象成蟲對不同品種棗芽揮發(fā)物存在明顯的選擇性，‘木棗’芽揮發(fā)物對棗飛象成蟲吸引作用最強(qiáng)，‘贊皇棗’和‘駿棗’芽揮發(fā)物對棗飛象雌蟲吸引較弱。

圖1 棗飛象雌蟲和雄蟲對5種棗芽揮發(fā)物的嗅覺選擇

2.5 棗飛象成蟲對5種棗枝揮發(fā)物的嗅覺選擇

棗飛象成蟲對5 種棗枝揮發(fā)物的嗅覺選擇如圖2。在5種氣味源共存條件下，棗飛象對棗枝揮發(fā)物的選擇和棗芽揮發(fā)物得到類似的結(jié)果，棗飛象成蟲對不同品種棗枝揮發(fā)物存在明顯的選擇性，其中對‘木棗’枝揮發(fā)物的選擇率最高分別為21.3%和20.0%，棗飛象雌蟲對‘贊皇棗’和‘駿棗’芽揮發(fā)物選擇率較低分別為15.3%和15.4%，同對照差異不大。雄蟲對‘駿棗’、‘狗頭棗’、‘酸棗’和‘贊皇棗’枝揮發(fā)物的選擇率與對照相比差異均不顯著(P＞0.05)。

圖2 棗飛象和雄蟲對5種棗枝揮發(fā)物的嗅覺選擇

3 結(jié)論

試驗(yàn)研究表明，在以空氣為對照的條件下，5種棗芽揮發(fā)物對棗飛象成蟲均表現(xiàn)出顯著吸引作用，其中‘木棗’芽揮發(fā)物對棗飛象表現(xiàn)出極顯著吸引作用；5種棗葉揮發(fā)物對棗飛象成蟲無明顯吸引作用；‘木棗’、‘狗頭棗’、‘酸棗’和‘駿棗’的棗枝揮發(fā)物對棗飛象雌雄成蟲均具有顯著吸引作用，‘贊皇棗’枝揮發(fā)物對棗飛象成蟲吸引作用不明顯。在5 種氣味源條件下，棗飛象成蟲對不同品種棗芽和棗枝揮發(fā)物存在明顯的選擇性，棗飛象成蟲對‘木棗’芽和棗枝揮發(fā)物的選擇均顯著高于對照，雌蟲對‘贊皇棗’和‘駿棗’芽和枝的選擇率均和對照相差不大?！緱棥亢椭l揮發(fā)物對棗飛象成蟲吸引作用最強(qiáng)，從抗性角度來說，‘木棗’對棗飛象的抗性最弱，‘贊皇棗’和‘駿棗’對棗飛象的抗性較強(qiáng)。

4 討論

植物揮發(fā)物即植物釋放出的有機(jī)化合物(VOCs)在植食性昆蟲定向寄主過程中起著重要作用。每種植物、同一植物的不同品種、同一植物的不同部位釋放出的有機(jī)化合物都有各自的特點(diǎn)，都以精確的種類和比例組成特異化學(xué)指紋譜[15-18]。植食性昆蟲依靠頭部的嗅覺感器精準(zhǔn)識別寄主植物或部位的特異化學(xué)指紋譜，從而實(shí)現(xiàn)對寄主植物或部位的精準(zhǔn)定向。例如菘蝽(Bagrada hilaris)依靠寄主花椰菜幼苗揮發(fā)出的有機(jī)化合物三環(huán)二萜烴定向寄主[19]，橄欖果蠅(Bactrocera oleae)成蟲依靠橄欖釋放的有機(jī)化合物組成特異化學(xué)指紋譜尋找寄主[20]。

植食性象甲也不例外，例如野豌豆象(Pisum sativum)成蟲依靠豌豆葉片揮發(fā)出的物質(zhì)遠(yuǎn)距離定位寄主[21]；綠豆象(Callosobruchus chinensin)成蟲依靠綠豆豆莢釋放出的揮發(fā)性有機(jī)物定向寄主[22]。本研究發(fā)現(xiàn)‘木棗’、‘狗頭棗’、‘酸棗’、‘贊皇棗’和‘駿棗’的棗芽揮發(fā)物對剛剛羽化的棗飛象成蟲均具有顯著吸引作用，這同前人的報(bào)道棗飛象對‘壺瓶棗’、‘駿棗’、‘贊皇棗’，‘佳縣長棗’、‘晉棗’、‘梨棗’、‘冬棗’、‘木棗’和‘駿棗’的部分研究結(jié)果一致。說明棗飛象依靠棗芽釋放的揮發(fā)物進(jìn)行定向。此外，本研究還發(fā)現(xiàn)4 種棗樹（除‘贊皇棗’外）的棗枝對剛剛羽化的棗飛象具有明顯吸引作用，說明剛剛羽化的棗飛象還可以通過棗枝揮發(fā)物進(jìn)行定向。Y型管嗅覺試驗(yàn)還證實(shí)了5種棗樹葉對棗飛象成蟲均無明顯引誘作用與閻雄飛等[13]研究結(jié)果一致。

在以空氣為對照的條件下，剛剛羽化的棗飛象對5 種棗芽和4 種棗樹（‘贊皇棗’除外）的棗枝均有顯著趨向性。為了進(jìn)一步明確剛剛羽化的棗飛象成蟲偏好的棗樹品種，使用圓盤陷阱嗅覺進(jìn)行試驗(yàn)，研究在5種氣味源條件下，棗飛象對5種棗芽和棗枝的嗅覺選擇，發(fā)現(xiàn)棗飛象對‘木棗’芽和棗枝的嗅覺選擇率最高，說明剛剛羽化的棗飛象的偏好棗樹品種為‘木棗’，這與王晶玲等[14]報(bào)道棗飛象成蟲對‘梨棗’、‘駿棗’、‘冬棗’和‘晉棗’揮發(fā)性氣味有明顯偏好的研究結(jié)果不一致，可能是棗飛象成蟲取食經(jīng)歷不同造成的結(jié)果。通常，植食性昆蟲會因?yàn)槿∈辰?jīng)歷的不同，對氣味的嗅覺選擇發(fā)生變化[23]，即植食性昆蟲存在學(xué)習(xí)行為。有學(xué)者報(bào)道復(fù)葉槭上羽化的光肩星天牛成蟲取食旱柳后，會偏好選擇旱柳的氣味[24]。蔗根非耳象(Diaprepes abbreviatus)是一種雜食性昆蟲，取食柑桔葉后就會表現(xiàn)出對柑桔葉片揮發(fā)性氣味的明顯偏好，取食青豆葉后，就會對青豆葉氣味表現(xiàn)出明顯的偏好[25]。

從植食性昆蟲的嗅覺選擇與抗性蟲性關(guān)系來看，雷劍等[26]報(bào)道了甘薯小象甲對不同甘薯品種的趨性行為反應(yīng)，通過甘薯小象甲對不同品種甘薯氣味揮發(fā)物的嗅覺的喜好，篩選出了抗小象的甘薯品種。一般來說，棗飛象的雌蟲比雄蟲提前羽化2～5 d[7]，雌蟲對揮發(fā)性物質(zhì)反應(yīng)比雄蟲更為敏感，雌蟲在選擇寄主種比雌蟲發(fā)揮著更重要的作用[5]。說明棗飛象雌蟲對‘木棗’的選擇率最高，其次為‘狗頭棗’和‘酸棗’，‘贊皇棗’和‘駿棗’芽揮發(fā)物選擇率最低同對照差異不大，‘木棗’對棗飛象抗性最弱，‘贊皇棗’和‘駿棗’對棗飛象抗性較強(qiáng)。

今后的研究可以將5種棗樹棗芽和4種棗樹（‘贊皇棗’除外）棗枝揮發(fā)的特異化學(xué)指紋譜進(jìn)行比較，通過GC-MS 和生物測定法進(jìn)一步篩選出具有活性的揮發(fā)性信息化合物，從而更準(zhǔn)確掌握棗飛象成蟲定向棗樹的化學(xué)通訊機(jī)制，為棗飛象植物源引誘劑的開發(fā)與利用提供理論依據(jù)。從紅棗產(chǎn)業(yè)的長期規(guī)劃來看，選擇一些優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、抗蟲性強(qiáng)的棗樹品種并進(jìn)行合理配植，有利于發(fā)展棗飛象的生態(tài)調(diào)控策略，從而實(shí)現(xiàn)對棗飛象的科學(xué)監(jiān)測和有效控制。