松癭小卷蛾及其寄生蜂對落葉松揮發物的嗅覺行為反應

狄貴秋,李 杰,盧旭弘,孟昭軍,嚴善春,*

1 東北林業大學林學院,哈爾濱 150040 2 東北林業大學森林生態系統可持續經營教育部重點實驗室，哈爾濱 150040 3 大興安嶺森保站,加格達奇 165000

在植食性昆蟲與植物間的化學通訊系統中,植物釋放的特定揮發性物質能夠誘導昆蟲定位寄主、選擇適宜的產卵場所或對植物產生逃避行為,也可為寄生蜂定位寄主棲境提供線索[1-2]。前期大量行為學試驗表明,無論是植食性昆蟲還是寄生蜂都能對植物揮發物產生趨向反應。例如,Tang等[3]研究發現桑樹揮發物對美國白蛾(Hyphantriacunea)有引誘和定位作用,其植食性誘導的揮發物也能吸引寄生天敵白蛾周氏嚙小蜂(Chouioiacunea)。張宇皓等[4]也發現水稻揮發物對二化螟(Chilosuppressalis)及其寄生性天敵二化螟盤絨繭蜂(Apanteleschilonis)與稻虱纓小蜂(Anagrusnilaparvatae)均具有引誘作用。而昆蟲及寄生蜂對植物揮發物的識別和響應,是影響森林害蟲綜合治理或害蟲監測效率的重要因素[5]。例如,信息化學物質作為天敵昆蟲遠距離定向寄主棲息地以及近距離定位寄主所依賴的重要信號,在生物防治中,是決定寄生蜂對害蟲控制效力的主要因子之一[6-7]。此外,受寄主生境化學信號的影響,寄生蜂在尋找寄主昆蟲時會對寄主生存環境表現出一定的偏好性,如對寄主昆蟲在喜食植物上的寄生率顯著高于非喜食植物[8-10]。因此,研究昆蟲及其天敵對寄主植物揮發物的行為反應,對有效防治害蟲有著重要意義。

松癭小卷蛾(Cydiazebeana)是鱗翅目(Lepidoptera)卷蛾科(Tortricidae)落葉松人工幼林的重要枝梢害蟲,主要危害落葉松人工林當年生主梢和主干上新生側枝基部的皮層及韌皮部,引起流脂和癭狀膨大,嚴重時可導致主干分叉、干形不良,以及多梢現象,甚至造成幼樹從被害部位以上枯死[11],其在人工林中的發病率是天然林發病率的3.84倍[12]。近年,松癭小卷蛾在黑龍江省的中東部地區及大興安嶺地區發生較重[12],危害嚴重林塊被害株率可達100%,危害較輕林塊平均被害株率也達70%以上[11-12],嚴重影響人工育林及落葉松的更新造林。小卷蛾革腹繭蜂(Ascogasterolethreuti)和卷蛾長體繭蜂(Macrocentrussp.)均屬膜翅目(Hymenoptera)繭蜂科(Braconidae)昆蟲,是松癭小卷蛾幼蟲的兩種寄生性天敵,可應用其在林間對該害蟲進行生物防治,但二者的寄生率均僅在10%—45%之間。為確定松癭小卷蛾對寄主的定位習性,以及提高寄生蜂對松癭小卷蛾的防治效果,本文通過研究松癭小卷蛾及其2種寄生蜂對興安落葉松(Larixgmelinii)9種揮發物的行為反應,探索揮發物在松癭小卷蛾產卵定位中的作用,以及寄生蜂對松癭小卷蛾寄生定位的增強作用,進而為開發昆蟲行為調控劑,以及利用化學生態措施防控害蟲提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 供試昆蟲

松癭小卷蛾及其天敵采自黑龍江省大興安嶺營林局科研站落葉松林內。5月下旬將被害的落葉松枝條采下帶回實驗室,將其兩端封蠟,放于60目養蟲網內,待其羽化。

1.2 落葉松揮發物

依據前期研究測定結果[13],從測得的37種揮發物中選取針葉樹主要揮發性化合物萜烯類,且同時為落葉松中含量較高的9種主要組份作為氣味源(見表1),并將這9種揮發物的標樣物質均配制成4×10-4、4×10-3、4×10-2和4×10-1mol/L 等4個濃度梯度的石蠟溶液,在漩渦混合器上混合均勻,以石蠟油為對照。

1.3 松癭小卷蛾及寄生蜂對9種揮發物的嗅覺行為反應

生物測定裝置為改進的自制Y型玻璃管,其兩側臂等長10cm,夾角75°,內徑2.5cm；適應臂長20cm,內徑3cm；錐形瓶陷阱底部直徑8cm。兩側臂分別用硅膠管依次連接錐形瓶陷阱、氣體采樣儀(QC-1B型,北京市勞動保護科學研究所)及活性炭空氣過濾裝置。將Y型管嗅覺儀置于通風廚中,其上為兩盞40 W熒光燈,與Y型管平行,使光線均勻。測試前,開啟試驗室的排氣扇換氣2h。測試時,以2cm2濾紙上滴10μL揮發物作為氣味源,對照組滴10μL石蠟油,分別置于錐形瓶內。有氣味源的一側為處理臂,另一側為對照臂。調節氣體采樣儀的氣體流量為400mL/min。

表1 落葉松揮發物名稱、純度及來源Table 1 Names,purity and sources of larch volatiles

取新羽化的未交配松癭小卷蛾雌、雄成蟲,從引蟲口單只引入。生測行為選擇標準為：在5min內成蟲飛入側臂超過2.5cm,并保持1min,則認為對壁內物質有趨向反應,否則認為無反應[14-15]。每種物質每種濃度測試30只,為避免光線、氣流等可能造成的誤差,每測試3只調換一次Y型管兩側臂方向,并更換新的錐形瓶及濾紙。同種物質測試濃度按從低到高順序進行。更換不同物質氣味源時用酒精擦拭Y型管,自然晾干以消除殘留氣味。

對兩種寄生天敵小卷蛾革腹繭蜂和卷蛾長體繭蜂的生測方法同上,不分雌雄。

1.4 數據統計及分析

生測反應的驅避率、引誘率及反應率,公式[16]如下：

驅避率=(對照臂內總蟲數/測試總蟲數)×100%

引誘率=(處理臂內總蟲數/測試總蟲數)×100%

反應率=(對照臂內總蟲數+處理臂內總蟲數)/測試總蟲數×100%

以χ2檢驗分析生測試驗中揮發物對松癭小卷蛾及寄生蜂誘引、驅避的差異顯著性。

2 結果與分析

2.1 松癭小卷蛾成蟲對落葉松揮發物的嗅覺行為反應

松癭小卷蛾雌、雄成蟲對落葉松的9種揮發物均能產生嗅覺行為反應,且反應率都在85%以上,但響應趨勢因揮發物種類和處理濃度而異(表2,表3)。由表2可知,對于松癭小卷蛾雌成蟲,月桂烯、羅勒烯均僅在濃度為4×10-2mol/L時表現為顯著的驅避作用,且驅避率分別為引誘率的4.80、2.22倍,而3-蒈烯在該濃度時表現為顯著的引誘作用,引誘率為驅避率的3.14倍,莰烯僅在濃度為4×10-3mol/L時表現為顯著的驅避作用,且驅避率為引誘率的2.33倍；水芹烯僅在濃度為4×10-3mol/L時才產生引誘反應,表現為引誘率極顯著高于驅避率,為驅避率的4.60倍(P<0.05)。(R)-α-蒎烯在濃度為4×10-1mol/L時表現為顯著的驅避作用,驅避率是引誘率的2.22倍,而在4×10-4mol/L時表現為顯著的引誘作用,引誘率是驅避率的3.37倍(P<0.05)。其余揮發物及濃度對松癭小卷蛾雌成蟲均未產生顯著的趨向作用(P>0.05)。

由表3可知,對松癭小卷蛾雄成蟲,濃度為4×10-3mol/L的月桂烯和3-蒈烯,以及濃度為4×10-2mol/L的S-α-蒎烯和莰烯均表現為顯著的驅避作用,且驅避率依次為引誘率的3.29、4.80、3.67和2.33倍；在濃度為4×10-4mol/L時,(S)-β-蒎烯表現為顯著引誘作用,且引誘率是驅避率的3.14倍(P<0.05)；其余揮發物及濃度對松癭小卷蛾雄成蟲均未產生顯著的趨向作用(P>0.05)。

表2 松癭小卷蛾雌成蟲對9種揮發物成分的嗅覺行為反應Table 2 Olfactory responses of C.zebeana female moths to the nine volatiles

注：“ns”表示P>0.05,“*”表示P<0.05,“**”表示P<0.01

表3 松癭小卷蛾雄成蟲對9種揮發物成分的嗅覺行為反應Table 3 Olfactory responses of C.zebeana male moths to the nine volatiles

“ns”表示P>0.05,“*”表示P<0.05,“**”表示P<0.01

2.2 松癭小卷蛾兩種寄生蜂對落葉松揮發物的嗅覺行為反應

小卷蛾革腹繭蜂和卷蛾長體繭蜂成蟲對落葉松的9種揮發物均能產生嗅覺反應,反應率都在85%以上,但響應趨勢也因揮發物種類和濃度不同而異(表4,表5)。由表4可知,對小卷蛾革腹繭蜂,濃度為4×10-2mol/L的(S)-β-蒎烯,以及4×10-4mol/L的(S)-α-蒎烯和葉醇均表現為顯著的引誘作用,引誘率依次為驅避率的2.37、4.60和2.33倍；而濃度為4×10-3mol/L的羅勒烯和水芹烯,以及4×10-2mol/L的莰烯均表現為顯著的驅避作用,且驅避率依次為引誘率的2.86、4.60和2.33倍(P<0.05)；其余揮發物及濃度對小卷蛾革腹繭蜂均未產生顯著的趨向作用(P>0.05)。

由表5可知,對卷蛾長體繭蜂,濃度為4×10-2mol/L的(S)-β-蒎烯、(S)-α-蒎烯和(R)-α-蒎烯,以及濃度為4×10-4mol/L的葉醇均表現為顯著的引誘作用,引誘率依次為驅避率的2.50、2.86、2.50和2.86倍；濃度為4×10-1mol/L的羅勒烯以及4×10-3mol/L的水芹烯表現為顯著驅避作用,且驅避率依次是引誘率的2.22和3.67倍(P<0.05)；其余揮發物及濃度對卷蛾長體繭蜂均未產生顯著的趨向作用(P>0.05)。

表4 小卷蛾革腹繭蜂對9種揮發物成分的嗅覺行為反應Table 4 Olfactory responses of A.olethreuti to the nine volatiles

“ns”表示P>0.05,“*”表示P<0.05,“**”表示P<0.01

表5 卷蛾長體繭蜂對9種揮發物成分的嗅覺反應Table 5 Olfactory responses of Macrocentrus sp.to the nine volatiles

“ns”表示P>0.05,“*”表示P<0.05,“**”表示P<0.01

3 結論與討論

寄主植物揮發物因濃度和種類不同,可能對害蟲及其天敵共同產生引誘或驅避作用[17],且同一種植物揮發物可能具有多種功能[18]。本研究發現,可對雌蛾產生驅避作用的揮發物為月桂烯、羅勒烯、莰烯,3-蒈烯對雌蛾表現為引誘作用,而(R)-α-蒎烯表現為低濃度引誘高濃度驅避；可對雄蛾產生驅避作用的揮發物為月桂烯、3-蒈烯、(S)-α-蒎烯、莰烯。對兩種寄生蜂,(S)-α-蒎烯表現為引誘作用,羅勒烯表現為驅避作用,月桂烯無定向作用,葉醇表現為引誘作用而對松癭小卷蛾無定向作用,莰烯對卷蛾革腹繭蜂有驅避作用(表6)。因此,在本研究所測定的9種揮發物中,月桂烯、葉醇和(S)-α-蒎烯可驅避松癭小卷蛾危害,并引誘天敵,提高寄生天敵對害蟲的定位能力。有研究發現當落葉松受到松毛蟲危害時,月桂烯、α-蒎烯的釋放量會增加[19],干擾松毛蟲產卵,達到防御植食害蟲的作用[20],由此可以推斷月桂烯、α-蒎烯很可能是落葉松釋放的主動防御物質。

表6 松癭小卷蛾及兩種寄生蜂對9種落葉松揮發物趨向行為反應總結Table 6 Summary on olfactory responses of C.zebeana adults and wasps to the nine volatiles from larch

“+”表示引誘,“-”表示驅避。Note:“+” mean attractive “-” mean repellent

推拉策略防治法的基本原理是利用行為調控因素,將害蟲“推”離或將害蟲天敵“拉”至被保護區域,同時,利用相應行為調控因素將害蟲“拉”至誘餌區域殺滅[21-22]。現有大量研究表明[23-26],在農林生態系統中,采用推拉策略,將昆蟲信息素、驅避劑和引誘劑聯合使用能夠顯著提升防治效率,并且可大量降低化學農藥的使用,是IPM的一種有效工具。農業上,利用報警信息素(E)-β-法尼烯(EBF)和水楊酸甲酯(MeSA)結合,防治豌豆(Pisumsativum)和小麥(Triticumaestivum)免受蚜蟲(Acyrthosiphonpisum,Metopolophumdirhodum,Sitobionavenae,Rhopalosiphumpadi)危害已取得顯著成效[23],此外,推拉策略對防治棉鈴蟲(Helicoverpaarmigera)[24]、點蜂緣蝽(Riptortuspedestris)[25]、灰茶尺蠖(Ectropisgrisescens)[26]等害蟲也具有顯著效果及潛力。目前在林業上,推拉策略防治法也取得一定成效,但應用較少。根據本研究結果,可將月桂烯和(S)-α-蒎烯作為“推拉策略防治”中“推”策略成分,而葉醇對寄生蜂有引誘作用,對松癭小卷蛾無作用,可與“推”策略成分結合施用于目標林,進而達到更好的防治效果。水芹烯對松癭小卷蛾有引誘作用,對兩種寄生蜂有驅避作用,可作為“拉”策略成分,結合化學防治施于餌木林,以誘殺害蟲,驅避保護天敵。4×10-2mol/L的(S)-α-蒎烯是本實驗中唯一既“推”出害蟲,又“拉”來天敵的寄主植物揮發物,是推拉策略中利用信息物防治害蟲的最優選擇。

現有大量研究表明,昆蟲對氣味的識別和反應是由嗅覺相關基因調控的,經由相關基因所表達的氣味結合蛋白和氣味受體與相應的配體即氣味分子結合,從而使昆蟲的大腦神經中樞對各種氣味做出相應反應[27-29],產生不同的趨向行為。本實驗中,可以引起松癭小卷蛾雌蛾和雄蛾及兩種寄生性天敵趨向反應的氣味種類及濃度,有重疊部分,也有差異部分,這可能是與其長期協同進化及相應基因表達的氣味相關蛋白的異同有關,而對于同種物質的反應濃度不同,可能是與相關蛋白的表達量及敏感性有關。

致謝：楊忠歧先生幫助鑒定寄生蜂種，特此致謝。