正十五烷對狼蛛嗅覺定位的影響

汪 波， 黃若儀， 譚昭君， 黃 婷， 顏亨梅

(1.北京師范大學珠海分校，廣東 珠海 519087;2.湖南師范大學生命科學學院，湖南 長沙 410081)

狼蛛是農林生態系統中最常見的蜘蛛類群，隸屬于節肢動物門(Arthropoda)螯肢動物亞門(Chelicerata)蛛形綱(Arachnida)蜘蛛目(Araneae)狼蛛科(Lycosidae)，是稻田害蟲重要的捕食性天敵［1］。

狼蛛屬于游獵型蜘蛛，相比于結網型蜘蛛，游獵型蜘蛛在覓食過程中，除了聽覺、視覺和觸覺等感覺模式外，嗅覺定位也起著非常重要的作用，狼蛛可感受到獵物發出的揮發性化學信息素，據此尋覓和定位獵物。舒迎花等［2］采用視覺屏蔽法的研究結果表明擬環紋豹蛛能利用嗅覺正確定位獵物從而進行捕食活動。而通過嗅覺功能尋覓定位獵物本質上是依賴于蜘蛛與獵物之間的信息聯系，尤其是化學通訊。

雖然中國的蛛形學研究較早，但對蜘蛛化學通訊的研究開展較晚，研究的廣度和深度也遠不如昆蟲類［3］。目前國內外在蜘蛛化學通訊領域的研究主要是蜘蛛種內的性化學通訊方面，集中于測定性信息素的生物學功能［4］，對于種間化學通訊方面，尤其是蜘蛛與獵物間的化學信息聯系、揮發性化合物對蜘蛛覓食行為影響的研究相對較少。但近年來研究人員已經總結出蜘蛛與獵物間的化學信息物質主要有3類:一是獵物本身的氣味，如食蟻蜘蛛常受到獵物氣味的顯著引誘作用;二是獵物的排泄物或遺留物，如有觀察發現狼蛛常選擇在其獵物活動過的場所覓食;三是獵物的食料，如蟹蛛根據花的氣味來選擇捕食蜜蜂的場所，有人體氣味的地方更容易吸引吸血蜘蛛前來尋覓瘧蚊［5］。還有研究發現，蜘蛛能分辨出低濃度的化學氣味并做出一定的行為反應，如聞到臭味會迅速避開或至少做出踢腿動作［2］;蜘蛛還可根據與獵物有關的化學信息來選擇覓食［6-7］。目前國內已有王國昌等［8］在研究植物揮發物對蜘蛛覓食行為的影響，然而關于獵物利他素對蜘蛛覓食過程中嗅覺定位的影響還有待進一步研究。

本試驗采用Y型嗅覺儀法在視覺屏蔽條件下研究狼蛛對其獵物果蠅的揮發性化合物正十五烷的嗅覺反應，旨在探明獵物利他素在狼蛛捕食過程中嗅覺定位的作用，為蜘蛛的保護及其在農林害蟲生物防治中的應用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料和裝置

擬環紋豹蛛(Pardosa pseudoannulata)采自廣東省珠海市草叢間，共12只，雌雄各半，均為體型大小一致的成熟狼蛛。將狼蛛先飼養1周，期間每只狼蛛每天飼喂3只果蠅成蟲，使其熟悉果蠅體表的揮發性信息素氣味，再進行3 d饑餓處理，便可進行試驗。飼養條件和饑餓處理方法參考舒迎花等［2］的方法。

正十五烷，化學式CH3(CH2)13-CH3，常溫常壓下為無色液體，揮發時為有微弱特殊氣味的無色氣體，是蜘蛛獵物身上的主要信息素之一。正十五烷不溶于水，溶于乙醇，故本試驗使用經75%乙醇溶液稀釋后的十五烷溶液。

Y型嗅覺儀的Y型管兩側臂等長10 cm，柄長20 cm，內徑2.5 cm，兩臂夾角90°。Y型管兩臂分別放置不同氣味源(無十五烷的乙醇溶液脫脂棉、不同濃度的正十五烷乙醇溶液脫脂棉)。

1.2 試驗方法

采用動物行為學觀察和單因子變量方法，觀察并記錄在不同濃度、距離、溫度條件下，狼蛛在正十五烷氣味源端的停留時間。分別對正十五烷濃度、距離、溫度3個單因子變量進行試驗，每個變量的試驗均是從12只狼蛛中隨機抽取3只進行，以每只狼蛛為1個試驗組進行梯度試驗，每個梯度重復10次，每次3 min。此外，為避免狼蛛視覺的影響，試驗在視覺屏蔽條件下進行。

1.2.1 濃度對狼蛛嗅覺靈敏度的影響試驗 設置的變量為正十五烷乙醇溶液濃度，分別是10%、20%、40%、80%，控制的定量為室溫23℃、氣味源與狼蛛距離5 cm。詳細方法參考汪波等［9］的研究。

1.2.2 距離對狼蛛嗅覺靈敏度的影響試驗 設置的變量為氣味源與狼蛛間距離，分別是5 cm、10 cm、15 cm、20 cm，控制的定量為室溫23℃、正十五烷乙醇溶液濃度為20%。

1.2.3 溫度對狼蛛嗅覺靈敏度的影響試驗 設置的變量為環境溫度。由于狼蛛的活動對溫度有一定要求，最適溫度為20～30℃，過低的溫度(15℃以下)及過高的溫度(30℃以上)都會對其嗅覺等生物學特性造成影響［10-11］，因此溫度設置為17℃、23℃、28℃。控制的定量為氣味源與狼蛛距離5 cm，正十五烷乙醇溶液濃度為20%。此外，試驗前將狼蛛置于試驗溫度條件下20 min，使其適應環境溫度。

1.3 數據記錄與處理

觀察并記錄狼蛛在每次試驗時間內(180 s)對不同氣味源端的選擇結果和停留時間。試驗開始后，當狼蛛開始反應并產生位移時開始計時，狼蛛停留在柄管處的時間不計在內。最后統計選擇指數和停留時間，數據記錄與統計分析參考王瑞剛的方法［12］。

2 結果

2.1 正十五烷濃度對狼蛛嗅覺靈敏度的影響

試驗結果(表1)顯示，當正十五烷濃度在40%以內時，狼蛛都能正確選擇有正十五烷氣味源端，且在有正十五烷氣味源端的停留時間比較長，均大于90 s，超過總觀察時間的一半，其選擇指數和端停留時間均顯著大于無正十五烷氣味源端(P＜0.05);當濃度達80%時，狼蛛對有正十五烷氣味源端的選擇指數及在該端的停留時間均顯著低于無正十五烷氣味源端(P＜0.05)，未能依靠嗅覺正確定位;20%正十五烷氣味對狼蛛正確定位的導向作用最為明顯，其選擇指數最高，停留時間最長(P＜0.05);當濃度低于20%或者高于20%時，狼蛛對各梯度濃度十五烷氣味源端的選擇指數顯著下降(P＜0.05)，停留時間逐漸變短，其嗅覺靈敏度逐漸降低，各梯度濃度之間差異顯著 (P＜0.05)。

表1 不同正十五烷濃度下狼蛛對氣味源端的選擇指數和停留時間Table 1 Selection index and residence time of wolf spiders to n-pentadecane odor source at different concentrations

2.2 距離對狼蛛嗅覺靈敏度的影響

當狼蛛與氣味源間距離在15 cm以內時，狼蛛均能正確選擇有正十五烷氣味源端，在有正十五烷氣味源端的停留時間較長，均大于90 s，超過總觀察時間的一半，其選擇指數和停留時間均顯著大于無正十五烷氣味源端(P＜0.05);當狼蛛與氣味源間距離達20 cm時，狼蛛對兩端的選擇指數和停留時間均無顯著差異(P＞0.05)，選擇具有隨機性，未能依靠嗅覺正確定位(表2)。狼蛛正確選擇的指數在距離為5 cm時最高，隨著狼蛛與氣味源之間距離的延長，狼蛛對各梯度距離的正十五烷氣味源端的選擇指數顯著下降，在有正十五烷氣味源端的停留時間逐漸變短(P＜0.05)，其嗅覺靈敏度逐漸降低，各梯度距離間差異顯著 (P＜0.05)。回歸分析結果顯示，狼蛛對有正十五烷氣味源端的選擇指數和在有正十五烷氣味源端的停留時間均與狼蛛和氣味源間的距離呈極顯著負相關關系(P＜0.01)，R2=0.992。

表2 不同距離下狼蛛對氣味源端的選擇指數和停留時間Table 2 Selection index and residence time of wolf spiders to n-pentadecane odor source at different distances

2.3 溫度對狼蛛嗅覺靈敏度影響

當溫度在23～28℃時，狼蛛均能正確選擇有正十五烷氣味源端，在有正十五烷氣味源端的停留時間較長，均大于90 s，超過總觀察時間的一半，其選擇指數和停留時間均顯著大于無正十五烷氣味源端(P＜0.05);當溫度降低到17℃時，狼蛛對兩端的選擇指數及在兩端的停留時間都無顯著差異(P＞0.05)，選擇具有隨機性，未能依靠嗅覺正確定位(表3)。狼蛛正確選擇的指數在溫度為28℃時最高，隨著溫度的降低，狼蛛對各梯度溫度下正十五烷氣味源端的選擇指數顯著下降，在有十五烷氣味源端的停留時間逐漸變短(P＜0.05)，其嗅覺靈敏度逐漸降低。回歸分析結果顯示，狼蛛對有正十五烷氣味源端的選擇指數及在有十五烷氣味源端的停留時間均與溫度呈極顯著正相關關系(P＜0.01)，R2=0.931。

表3 不同溫度下狼蛛對氣味源端的選擇指數和停留時間Table 3 Selection index and residence time of wolf spiders to n-pentadecane odor source at different temperatures

3 討論

狼蛛是農林生態系統中常見的蜘蛛類群，對許多作物害蟲如飛虱、葉蟬、蚜蟲、蝗蟲和蠅類等有很強控制作用［13-15］，是稻田害蟲主要的捕食性天敵［14，16］。

蜘蛛的化學通訊是其重要的信息交流方式，不同個體間可通過信息化合物實現信息的傳遞。蜘蛛的化學通訊有2種，即種內化學通訊和種間化學通訊［17］。在種間化學信息通訊方面，蜘蛛可利用獵物釋放的利他素尋找捕捉獵物，還通過化學擬態模擬釋放獵物的性信息素來提高捕食效率［18-19］以及逃避捕食者［20］。在游獵型蜘蛛與獵物之間的信息聯系上，化學通訊更是起著非常關鍵作用。狼蛛可感受到獵物的揮發性化學信息素，據此尋覓和定位獵物，但目前關于獵物利他素對蜘蛛覓食過程中嗅覺定位的影響還有待研究。

本試驗研究了狼蛛對其獵物果蠅的揮發性化合物正十五烷的嗅覺反應。結果表明:在屏蔽視覺的情況下，狼蛛能分辨出適當濃度、距離、溫度條件下的正十五烷氣味，正確選擇覓食，且對2種氣味源端的選擇指數存在顯著差異(P＜0.05)，說明正十五烷氣味對狼蛛覓食過程中的嗅覺定位具有一定的引導作用。王國昌等［5］在研究茶葉揮發物對鞍形花蟹蛛覓食行為的影響時也發現揮發性化合物能引導鞍形花蟹蛛的嗅覺定位。趙冬香等［21］的研究結果也表明揮發性化合物對白斑獵蛛具有明顯的引誘活性。這些研究結果證實嗅覺在狼蛛覓食定位過程中起著很關鍵的作用，狼蛛可感受到獵物的揮發性化學信息素，利用化學信息尋覓和正確定位獵物，與舒迎花等［2］關于擬環紋豹蛛對白背飛虱的嗅覺反應試驗結論相符合。

本研究還發現，同是正十五烷氣味，在不同濃度、距離、溫度條件下，狼蛛對其反應靈敏度有所差異。當濃度為20%時狼蛛對正十五烷氣味的反應最為靈敏，低于或者高于此適宜濃度時，其嗅覺靈敏度均顯著下降(P＜0.05)，甚至出現負趨性，可見狼蛛嗅覺靈敏度與揮發性化合物濃度不是呈簡單相關關系。存在拐點的原因可能是濃度太低時揮發物無法完全傳達至狼蛛的嗅覺感受器，從而不能引起較大的嗅覺反應;濃度太高又容易擴散到無正十五烷端，干擾狼蛛判斷氣味源方向，難以作出正確選擇，這與前人的研究結果［22-25］有類似之處。距離和溫度也是影響狼蛛對揮發性化合物的嗅覺靈敏度的重要因素。在距正十五烷氣味源端5 cm時狼蛛反應最為靈敏，隨著距離的增大，嗅覺靈敏度與距離呈顯著負相關關系(P ＜0.01)，李建光［26］和蘇榮［27］的研究試驗也有相似結果。17℃時狼蛛反應最遲緩，在不同氣味源端的選擇指數和停留時間無顯著差異(P＞0.05)，隨著溫度的上升嗅覺靈敏度與溫度呈顯著正相關關系(P＜0.01)。狼蛛依靠嗅覺感受機制進行獵物定位時對溫度要有一定要求，推測是由于正十五烷在溫度較低時揮發性相對較弱，或者是狼蛛在低溫時自身活動能力減弱，反應遲鈍。

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