樟子松種子小蜂成蟲對寄主植物代謝物質的行為反應1)

鮑 倩 景天忠 葛士林 王志英

(東北林業大學，哈爾濱，150040)

樟子松(Pinus sylvestrisvar.mongolica)是我國北方干旱地區主要造林樹種，內蒙古紅花爾基樟子松林是我國最大的天然母樹林基地，為其它地區提供了大量優良的種源［1］。但在樟子松大量結實期間，經常受到樟子松種子小蜂(Eurytomasp.)的嚴重危害，不僅影響樟子松種子產量和質量，并帶來了巨大的經濟損失，對樟子松種子小蜂的有效控制已成為種子生產面臨的課題。20世紀60年代以來，昆蟲與植物的協同進化，植物次生物質在害蟲防治中的作用成為熱點研究領域之一［2］。植物揮發物質在植物與昆蟲間的化學通訊中起著決定性的作用，植物揮發物能夠調控昆蟲的多種行為，如引誘昆蟲趨向寄主植物、刺激昆蟲取食、引導昆蟲選擇產卵場所、傳粉和防御等，有些植物在受到植食性昆蟲危害時釋放出一些引誘害蟲天敵的互利素［3－4］。在長期的協同進化過程中，植食性昆蟲逐漸形成了利用寄主植物的氣味尋找寄主植物的習性［5－8］。本研究利用5種樟子松球果揮發物質的單組分對該害蟲進行了行為反應和電生理反應測定，為探索樟子松球果揮發物質的調控機制和對該昆蟲進行生態調控提供參考。

1 材料與方法

樟子松種子小峰來源:2010和2011年5月下旬，于內蒙古自治區呼倫貝爾市紅花爾基林場采集受樟子松種子小蜂危害的球果，將球果放于紗網中恒溫養蟲室中培養，溫度為25℃，白天黑夜分別為15、9 h，成蟲羽化后取其觸角制樣備用。

供試揮發性藥品:參考樟子松健康球果和被害球果揮發物質分析結果，分別購置了99%的叔丁胺(上海市化學試劑采購供應五聯化工廠)、95%的4－羥基－2－丁酮(東京化成工業株式會社)、99%的1，2－二氯乙烷(天津市富宇細化工有限公司)、99%的異辛烷(天津市精細化工研究所)、95%的1，3，5－環庚三烯5種揮發物組分。

主要儀器設備:QC－1(S)型大氣采樣儀(北京市勞動保護科學研究所)、觸角電位儀(荷蘭Syntech公司的智能化數據獲取控制器IDAC－4、刺激氣流控制器(Syntech CS－55)、微動操作儀(Syntech MN－151)及軟件處理系統4部分組成)、自制“Y”型嗅覺儀［9－15］和味源瓶。

種子小蜂的行為反應測定:樟子松種子小蜂經室內飼養、羽化后，用20%蜂蜜水飼喂，分別利用叔丁胺、4－羥基－2－丁酮、1，2－二氯乙烷、異辛烷、1，3，5－環庚三烯各2.00%、0.20%、0.02%的3 個體積分數梯度，測試雌雄蜂“Y”型嗅覺儀的行為反應(見圖1)。測試在室內(溫度25～28℃，相對濕度60% ～70%)進行。為避免室內光線的影響，用紙箱蓋住“Y”型嗅覺儀，在嗅覺儀上方置一盞60 W日光燈管為光源，日光燈管與嗅覺儀平行。測試時，將大氣采樣儀接通電源，調節流速計，使兩邊的流速相等;大氣采樣儀的流量設為500 mL/min。在對各處理進行比較之前，先做空白試驗，即兩臂都連接干凈空氣，觀察種子小蜂對兩臂選擇有無差異。將每頭種子小蜂接到嗅覺儀入口，觀察其選擇行為，記錄30 min內進入兩側管內的數量。當該雌蜂爬過兩臂中任何一側的1/3后，并不斷敲打觸角持續30 s以上，就記錄該蜂對該氣味源作出選擇;10 min內未做出選擇的則記為無反應。每處理至少測試30頭。為避免光線、氣流等帶來的影響，每測試一組交換一次氣味瓶。每處理測試完后，用酒精徹底清洗整個裝置并放入烘箱烘干，以消除殘留氣味的影響。為減少環境震動可能引起的干擾，在嗅覺儀下方放置泡沫板。

圖1 嗅覺測定裝置示意圖

觸角電位(EAG)的反應測定:將叔丁胺、4－羥基－2－丁酮、1，2－二氯乙烷、異辛烷、1，3，5－環庚三烯5種標準化合物分別配制成2.000%、0.200%、0.020%、0.002% 的4個體積分數梯度(除4－羥基－2－丁酮用蒸餾水做溶劑外，其他藥品均用液體石蠟做溶劑)。將配制好的揮發物密閉于兩端開口玻璃皿中，其中一端連接氣體凈化裝置，另一端插入微動操作儀上氣味混合管外側的小孔內。將羽化1～2 d的雌雄種子小蜂觸角尖端切除少許后，用導電膠將其橫搭在電極上，氣味混合管的管口與觸角相距約1 cm。刺激氣流流速為60 mL/s，每次刺激時間為0.5 s，2次刺激之間間隔30 s，以確保觸角活性的完全恢復［16］。每種化合物對雄蟲或雌蟲每根觸角均重復3次，每種測試10根觸角。數據結果用SPSS軟件進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 成蟲的形態及生活習性

雌蜂體長1.8～5.0 mm，黑色有光澤。觸角膝狀，11節，柄節長，梗節短，環節小，索節五節，均長大于寬，4、5索節近方形，棒節三節，幾乎愈合。產卵管短，露出尾端。雄蜂體長約2 mm，觸角11節其上具有長輪毛。

樟子松種子小蜂在內蒙古紅花爾基地區1年1代，以老齡幼蟲在受害球果種子內越冬。翌年5月中旬幼蟲開始化蛹，成蟲6月開始羽化，并產卵于樟子松幼嫩的球果上;幼蟲于6月下旬—9月中旬危害種子。該蜂在交尾時雄性較雌性活躍，一般雄性不斷爬行、跳躍、振動雙翅、追逐雌性;雌蜂背負雄蜂爬行，雄蜂則用觸角敲擊雌蜂的觸角。交尾時，雄蜂腹部末端向下彎曲，雌蜂腹部末端微向上翹起，雌雄蜂尾部相接進行交尾。交尾過程中，雄性邊振動雙翅邊用觸角猛烈敲擊雌蜂的觸角;交尾時間較短，一般為數秒鐘。交尾完畢，雄蜂離開雌蜂，雌蜂靜止片刻后緩慢爬行，開始尋找球果產卵。

成蟲的壽命與補充營養具有一定的關系。一般羽化后，補充營養的個體壽命長于未補充營養的個體。在室內(26±1)℃條件下，對成蟲的壽命與補充營養的關系進行了測定，補充20%蜂蜜水的雌雄成蜂平均壽命分別為 7.00、7.96 d，最長可達 13 d;未補充營養的雌雄成蜂平均壽命分別為6.50、6.54 d，最長可達9 d。

2.2 種子小蜂對5種揮發物的行為反應

利用“Y”型嗅覺儀，測定了樟子松種子小蜂雌雄成蟲對叔丁胺、4－羥基－2－丁酮、1，2－二氯乙烷、異辛烷、1，3，5－環庚三烯5種標準化合物的行為反應。結果表明:雌性成蟲對5種揮發化合物的行為反應表現為，在體積分數為0.02%條件下，對異辛烷選擇率最高(60.00%)，其次為 1，2－二氯乙烷(50.00%);在體積分數為 0.20%條件下，對 4－羥基－2－丁酮選擇率最高(56.67%);在體積分數為2.00%條件下，對叔丁胺選擇率最高(66.67%)，其次為 1，3，5－環庚三烯(63.33%)。隨著體積分數的增加，雌性成蟲對4－羥基－2－丁酮和 1，3，5－環庚三烯選擇率逐漸增加，而對叔丁胺、1，2－二氯乙烷和異辛烷的選擇性未表現出隨體積分數增加而增強的趨勢。

雄性成蟲對5種揮發化合物的行為反應表現為:在體積分數為0.02%條件下，對1，2－二氯乙烷選擇率最高(60.00%)，其次為 4－羥基－2－丁酮(53.33%);在體積分數為 0.20%條件下，對 4－羥基－2－丁酮、1，2－二氯乙烷和 1，3，5－環庚三烯的選擇率均達53.33%，對其余2種組分的選擇率均在43.33%以下;在體積分數為2.00%條件下，對1，3，5－環庚三烯選擇率最高(63.33%)，其次為叔丁胺(60.00%)。雄性成蟲對5種揮發物組分的反應趨勢為:對1，3，5－環庚三烯，隨體積分數的增加其選擇率逐漸提高;對4－羥基－2－丁酮和1，2－二氯乙烷，則表現出隨體積分數增加選擇率下降的趨勢(見表1)。

表1 樟子松種子小蜂對5種揮發性化合物的行為反應結果

2.3 種子小蜂對5種揮發化合物的觸角電位反應

利用5種揮發化合物對種子小蜂成蟲的觸角電位(EAG)反應測定。從揮發物不同的體積分數看，雌雄成蟲對供試揮發物的電生理反應程度存在差異。雌成蟲對2.000%的叔丁胺的EAG反應最強(反應值為0.186 4)，其次為2.000%的1，3，5－環庚三烯(反應值為0.116 6);對0.020%的1，3，5－環庚三烯和0.020%的異辛烷反應較弱，反應值分別為0.009 0、0.009 6;對 1，2－二氯乙烷的反應呈現出隨體積分數增加而反應強度增強的趨勢，而對其余4種揮發性化合物的反應未表現出上述關系(見表2)。

雄成蟲對2.000%的1，2－二氯乙烷的EAG反應最強(反應值為0.292 2)，其次為2.000%的4－羥基－2－丁酮(反應值為 0.116 6);對 0.002%的 1，3，5－環庚三烯反應最弱(反應值為0.011 2);對1，2－二氯乙烷和1，3，5－環庚三烯的反應呈現出隨體積分數增加而反應強度增強的趨勢，而對其余3種揮發性化合物的反應未表現出上述關系(見表2)。經配對T檢驗表明:雌、雄成蟲對1，2－二氯乙烷和1，3，5－環庚三烯的EAG反應沒有顯著差異(P＞0.05);差異較為顯著的為4－羥基－2－丁酮，其次為叔丁胺。

表2 樟子松種子小蜂雌雄成蟲對5種揮發化合物的EAG反應

3 討論

樟子松種子小蜂成蟲，主要通過嗅覺感受器對球果揮發的特異性化學物質來尋找適宜的樟子松球果產卵。本研究利用樟子松健康球果5種主要揮發物質的單組分，測定了樟子松成蟲的行為和電生理反應。在5種揮發物體積分數為0.02%、0.02%和2.00%時，雌成蟲對揮發物選擇率較高的分別為異辛烷、4－羥基－2－丁酮和叔丁胺，而雄性成蟲對揮發物選擇率較高的分別為1，3，5－環庚三烯、叔丁胺和1，2－二氯乙烷。結果說明:雌雄成蟲在尋找寄主、繁殖后代中所起的作用不同，從而反應了雌雄成蟲對球果揮發物質行為反應上的差異。另外，本文只對樟子松球果揮發物的單組分進行了測定，由于單組分對樟子松種子小蜂成蟲行為的影響與多組分混合后的作用效果可能不同，各組分不同配比的作用和野外生物測定效果還有待于進一步的研究。

樟子松種子小蜂雌成蟲對2.000%的叔丁胺的EAG反應最強，與“Y”型嗅覺儀行為測定結果一致，推測叔丁胺可能是樟子松種子小蜂雌性成蟲寄主定位的主要行為調控物質。雄性成蟲對1，2－二氯乙烷的EAG反應最強，而“Y”型嗅覺儀行為測定結果確為叔丁胺和1，2－二氯乙烷的選擇率較高，兩者之間并不完全一致。EAG僅僅記錄了昆蟲對活性物質刺激時產生電生理反應的總和，只是作為昆蟲對外界氣味刺激感受的體現，并不能確定該物質對昆蟲具有吸引或驅避作用。另外，昆蟲的行為不僅受到一種活性物質的影響，可能受到多種活性物質的調控，甚至各種活性物質的不同體積分數組合對昆蟲行為的影響也是不同的。該研究僅測定了樟子松球果揮發化合物單組分對樟子松種子小蜂成蟲的EAG反應，其結果可能與自然界樟子松球果同時揮發多種活性物質對該昆蟲行為的影響存在一定差異。有關多種活性物質及其不同體積分數組合對樟子松種子小蜂行為調控的影響有待進一步研究。

［1］樸哲浩，孫玉芬，張永衛.樟子松種實害蟲防治的初步探討［J］.內蒙古林業，2004(2):25－26.

［2］樊春燕，黃壽山.植物揮發性次生物質與昆蟲誘導因子研究進展［J］.廣東農業科學，2003(4):36－39.

［3］Mei H，Zilinskas B A，Knipple D C，et al.Cis-3-Hexenal production in tabacco is stimulated by 16-carbon monounsaturated fatty acids［J］.Phytochemistry，2004，65:159－168.

［4］Reddy G V P，Guerrero A.Ineractions of insect pheromones and plant semiochemicals［J］.Trends in Plant Science，2004，9(5):253－261.

［5］程紅.青楊脊虎天牛觸角感器類型及其對植物揮發物的反應［D］.哈爾濱:東北林業大學，2006:1－11.

［6］莫圣書，趙冬香，陳青.植物揮發物與昆蟲行為關系研究進展［J］.熱帶農業科學，2006(6):84－89.

［7］杜家緯.植物—昆蟲間的化學通訊及其行為控制［J］.植物生理學報，2001，27(3):193－200.

［8］嚴善春，張丹丹，遲德富.植物揮發性物質對昆蟲作用的研究進展［J］.應用生態學報，2003，14(2):310－313.

［9］嚴善春，程紅，楊慧等.青楊脊虎天牛對植物源揮發物的EAG和行為反應［J］.昆蟲學報，2006，49(5):759－767.

［10］張同心，孫緒艮，崔為正，等.松阿扁葉蜂對不同樹種的選擇行為［J］.林業科學，2006，42(6):66－70.

［11］孟慶英.核桃扁葉甲生物學特性及寄主選擇性研究［D］.泰安:山東農業大學，2007.

［12］曲愛軍，孫緒艮，盧西平，等.異色瓢蟲顯現變種對寄主的尋找行為研究［J］.昆蟲天敵，2004(3):12－17.

［13］喬魯芹.山楂葉螨對不同寄主植物的選擇性研究［D］.泰安:山東農業大學，2001.

［14］韓寶瑜，陳宗懋.蚜繭蜂對不同味源的選擇性［J］.茶葉科學，1999，19(1):29－34.

［15］孫緒艮，尹淑艷，李波.針葉小爪螨—寄主植物—芬蘭鈍綏螨相互關系的研究(I):針葉小爪螨對寄主植物和芬蘭鈍綏螨對獵物的嗅覺反應［J］.林業科學，2002，38(1):76－81.

［16］趙新成，閻云花，王睿，等.昆蟲神經生物學研究技術:觸角電位圖記錄［J］.昆蟲知識，2004，41(3):270－274.