綠盲蝽和中黑盲蝽對5種植物提取物的觸角電位和嗅覺反應

尹海辰 李文靜 許敏 許冬 萬鵬

摘要 ：近年來隨著轉基因棉的廣泛種植，我國盲蝽發生日益嚴重，急需開發一些高效、環境友好的新型防治技術。本文以花椒Zanthoxylum bungeanum、云木香Aucklandia costus、香加皮Periploca sepium、黃柏Phellodendron amurense、五倍子Rhus chinensis等5種中藥材乙醇提取物為材料，測定了綠盲蝽Apolygus lucorum和中黑盲蝽Adelphocoris suturalis對這5種提取物的電生理學及嗅覺反應。結果表明，5種提取物均可引起綠盲蝽雌、雄成蟲強烈的觸角電位反應。花椒和云木香提取物可引起中黑盲蝽雌、雄成蟲強烈的觸角電位反應。在嗅覺反應試驗中，綠盲蝽對云木香、香加皮提取物的選擇反應率低于30%，對花椒提取物選擇反應率高于60%。中黑盲蝽對花椒、云木香提取物的選擇反應率低于40%，顯示出這些提取物對兩種棉花盲蝽具有顯著的驅避或引誘作用。該研究為利用中藥材資源開發棉田盲蝽綠色防控藥物提供了理論基礎。

關鍵詞 ：綠盲蝽; 中黑盲蝽; 提取物; 觸角電位; 嗅覺反應

中圖分類號：

S 433

文獻標識碼： A

DOI： 10.16688/j.zwbh.2020390

Electroantennogram and olfactory response of Apolygus lucorum and Adelphocoris suturalis to extracts of five plants

YIN Haichen1， LI Wenjing1， XU Min2， XU Dong1， WAN Peng1*

（1.Key Laboratory of Integrated Pest Management on Crops in Central China， Ministry of Agriculture and Rural

Affairs， Hubei Key Laboratory for Control of Crop Diseases， Insect Pests and Weeds， Institute of Plant Protection，

Soil and Fertilizer， Hubei Academy of Agricultural Sciences， Wuhan 430064， China; 2.College of Plant

Science and Technology， Huazhong Agricultural University， Wuhan 430070， China）

Abstract

In recent years， with the widespread cultivation of transgenic cottons， the damage by mirid bugs has become more and more serious in China.It is urgent to develop some efficient and environment-friendly new control methods.The electrophysiological and behavioral responses of Apolygus lucorum and Adelphocoris suturalis to the extracts of Zanthoxylum bungeanum， Aucklandia costus， Periploca sepium， Phellodendron amurense and Rhus chinensis were studied.The results showed that all the five extracts could induce strong EAG responses in male and female A.lucorum， but only the extracts of Z.bungeanum and A.costus could induce strong EAG responses in male and female A.suturalis.In the olfactory test， the selection response rates of A.lucorum to the extracts of A.costus and P.sepium were less than 30%， but it was above 60% to Z.bungeanum.The selection response rates of A.suturalis to the extracts of Z.bungeanum and A.costus were less than 40%.Our results indicated that these extracts had significant repellent or attractive effects on the two cotton mirids.This study provides a theoretical basis for controlling mirid bugs in cotton fields by using Chinese herbal medicinal resources.

Key words

Apolygus lucorum; Adelphocoris suturalis; extracts; electroantennogram; olfactory response

近年來， 隨著轉Bt基因棉的廣泛種植，我國盲蝽發生日益嚴重。盲蝽科害蟲寄主植物范圍十分廣泛，已報道有50余科200多種，包括棉花、棗樹、葡萄、櫻桃、蘋果、茶樹等多種重要作物。其中， 綠盲蝽Apolygus lucorum Meyer Dür和中黑盲蝽Adelphocoris suturalis Jakovlev目前已成為長江與黃河流域棉區的優勢種。這兩種害蟲常混合發生，給我國棉花生產造成了重大損失[1]。目前棉盲蝽的防治主要采用化學殺蟲劑，然而其世代重疊嚴重、飛行能力強等特點給化學防治造成了較大困難，且殺蟲劑的使用使害蟲抗藥性問題日益嚴重[23]。因此尋找高效環保的盲蝽科害蟲防治手段成為一項重要課題。

在害蟲防治過程中，對植物抗蟲資源的開發利用是一個重要領域。研究昆蟲對植物組織揮發性小分子化合物的嗅覺反應，以此來發展害蟲新型防治技術是當前的研究熱點[46]。目前研究人員已篩選出許多具有驅避或引誘活性的植物提取物或植物揮發性化合物[79]。其中驅避物質能夠抑制昆蟲嗅覺感受器對寄主氣味物質的識別，或是使昆蟲直接感知到驅避化合物，產生主動躲避反應。有些驅避劑還可以與寄主氣味物質締合，使寄主的引誘力降低[1012]。而引誘劑則可以模擬寄主植物揮發物，干擾植食性昆蟲寄主定位過程[1314]。這些防治手段與傳統防治方法相比，對人畜安全，具有低毒低污染等優勢，擁有十分廣闊的應用前景。

中草藥植物是重要的藥用植物資源，目前也有將其應用于農業病蟲害防治的報道[1516]。本文選用花椒Zanthoxylum bungeanum、云木香 Aucklandia costus、香加皮Periploca sepium、黃柏Phellodendron amurense、五倍子Rhus chinensis等5種具有濃烈芳香氣味的中草藥植物組織，獲得了其乙醇提取物，通過觸角電位儀、嗅覺選擇儀等設備測定了中黑盲蝽、綠盲蝽雌雄蟲對這些提取物電生理及行為學反應，以期為利用中藥材資源開發害蟲防治藥物提供一些新的視角及試驗依據。

1 材料與方法

1.1 材料

風干的云木香、香加皮、花椒、五倍子、黃柏等5種供試中草藥原材料采購自湖北省武漢市中藥材市場，具體信息見表1。

1.2 試蟲

試驗所用綠盲蝽和中黑盲蝽采集自湖北省武漢市、鄂州市等地棉田，在實驗室內于（26±1）℃，光周期L∥D = 16 h∥8 h，相對濕度60%條件下用四季豆Phaseolus vulgaris、玉米Zea mays飼養多代。觸角電位與嗅覺反應試驗選用3～5日齡健康盲蝽成蟲，試驗開始前將試蟲饑餓4 h。

1.3 方法

1.3.1 供試中草藥粗提取物的制備

將風干的中藥用粉碎機磨制成干粉，稱取100 g粉末置于250 mL無水乙醇中室溫密封浸泡15 d后用布氏漏斗過濾，濾去藥渣后將上清液用旋轉蒸發儀在45℃、20～30 r/min條件下水浴加熱蒸干溶劑，獲得粗提物，保存于4℃冰箱中備用。

1.3.2 兩種盲蝽雌、雄蟲觸角電位（EAG）反應

試驗參考董文霞等的方法[17]并有所改進。測定時先用30 μL無水乙醇將粗提物制成糊狀，再用無菌水將其稀釋為15 mg/mL。對照組為30 μL無水乙醇用無菌水稀釋至 1 000 μL。取15 μL溶液滴于30 mm×10 mm濾紙上，將濾紙塞入1 000 μL移液槍槍頭中，連接刺激性氣體控制裝置。送氣管管口與觸角縱向垂直，并與觸角相距10 mm左右。用解剖刀從基部切下綠盲蝽、中黑盲蝽雌性和雄性成蟲的整個觸角，并切除少量觸角尖端。將直徑約0.2 mm 的銀絲電極插入到玻璃毛細管中，電極內徑注入適量濃度為0.9 mol/L的生理鹽水。將切下的觸角連接于兩個電極上，每次刺激時間為0.5 s， 兩次刺激之間間隔30 s以保證觸角感覺器感覺功能的完全恢復。每個提取物與對照交替刺激觸角，以前后兩次測定的對照的觸角電位的平均值作為該提取物的對照值。綠盲蝽、中黑盲蝽雌蟲和雄蟲各測試8根觸角，每根觸角每一提取物刺激3次。

EAG相對值=成蟲對提取物的EAG值/對照的平均EAG值。

1.3.3 兩種盲蝽雌、雄蟲嗅覺反應

試驗方法參考鮑祖勝等的報道[18]并有所改進。將三臂嗅覺儀（YMM3-150型，圖1）其中一臂用脫脂棉塞住，另外兩臂分別連接兩個250 mL味源瓶。味源瓶內放入2～3片鮮嫩棉花葉片，處理組味源瓶加入50 μL 15 mg/mL的提取物溶液，對照組味源瓶僅加入50 μL乙醇稀釋液（提取物、對照組溶液濃度及稀釋方法同1.3.2）。每次試驗將10頭試蟲從嗅覺儀頂部放入，兩種盲蝽雌蟲或雄蟲對每種提取物的嗅覺反應分別各重復9次，共計90頭試蟲。試驗開始后關閉房間內燈光，流量計流速為2 L/min，試驗時間30 min，當試蟲越過一臂的1/2時，判定其對此氣味產生嗅覺反應。若試蟲既不選擇處理組，也未對對照組產生嗅覺反應，則判定其為無反應試蟲。每次試驗后用酒精擦洗嗅覺儀，并更換味源瓶位置。并參照Zhou等[19]的方法計算反應率，選擇反應率和選擇系數：

反應率=（處理組蟲數+對照組蟲數）/總蟲數×100%;

選擇反應率=處理組蟲數/（處理組蟲數+對照組蟲數）×100%;

選擇系數=（處理組蟲數-對照組蟲數）/（處理組蟲數+對照組蟲數）。

其中，處理組蟲數為選擇了加入提取物的棉花葉片的蟲數，對照組蟲數為選擇了不加入提取物的棉花葉片蟲數，總蟲數為處理組蟲數、對照組蟲數和無反應蟲數三者之和。

1.3.4 數據處理

采用單因素方差分析LSD法分析各提取物EAG反應相對值間的差異，處理組與對照組、兩種盲蝽雌、雄蟲之間的嗅覺反應差異采用卡方測驗進行分析。分析軟件使用SPSS Statistics 17.0。

2 結果與分析

2.1 兩種盲蝽雌、雄成蟲的觸角電位反應

由圖2可知，綠盲蝽雌、雄成蟲對花椒提取物的觸角電位反應最為強烈，相對值分別為（2.280 1±0.053 4）和（2.488 5±0.256 1）。對云木香、香加皮、黃柏3種提取物的觸角電位反應相對值無顯著差異（P>0.05），但顯著高于五倍子提取物（P<0.05）。中黑盲蝽雌、雄成蟲對花椒、云木香提取物的觸角電位反應顯著高于香加皮、黃柏、五倍子提取物。

2.2 綠盲蝽雌、雄成蟲對5種提取物的嗅覺反應

由表2可知，綠盲蝽對黃柏、香加皮、云木香、花椒提取物的嗅覺反應與對照組差異顯著。綠盲蝽雌雄成蟲對黃柏、香加皮、云木香提取物的選擇系數小于零（表3），表明這3種提取物對該蟲具有驅避作用，其中對云木香提取物的選擇反應率最低，表明該提取物驅避效果最好。而該蟲對花椒提取物的選擇系數大于零，表明花椒提取物對其具有引誘作用。卡方分析表明，5種提取物對綠盲蝽不同性別成蟲的驅避或引誘效果沒有顯著差異。

2.3 中黑盲蝽雌、雄成蟲對5種提取物的嗅覺反應

由表4可知，中黑盲蝽對花椒、云木香提取物的嗅覺反應與對照組差異顯著。中黑盲蝽雌、雄成蟲對花椒、云木香和香加皮提取物的選擇系數小于零（表5），表明這3種提取物對該蟲具有驅避作用，其中雄成蟲對花椒提取物的選擇反應率最低，雌成蟲對云木香提取物的選擇反應率最低。卡方分析表明，5種提取物對中黑盲蝽不同性別成蟲的驅避效果沒有顯著差異。

3 討論

綠盲蝽和中黑盲蝽對5種植物提取物的觸角電位試驗表明，兩種盲蝽雌、雄成蟲對花椒的觸角電位反應最強，對五倍子的觸角電位反應最弱。綠盲蝽對云木香、香加皮、黃柏乙醇提取物的觸角電位反應無顯著差異，而中黑盲蝽對云木香提取物觸角電位反應顯著高于香加皮、黃柏提取物。嗅覺反應測定結果表明，相比于對照組，花椒、云木香提取物對中黑盲蝽表現出顯著的驅避作用，而云木香、香加皮、黃柏提取物對綠盲蝽表現出顯著的驅避作用，花椒提取物對綠盲蝽表現出顯著的引誘作用。兩種盲蝽不同性別成蟲對5種提取物的嗅覺反應沒有顯著差異。

本研究發現兩種盲蝽對花椒提取物的觸角電位反應最為強烈，該提取物對綠盲蝽雌、雄成蟲均表現出顯著的引誘作用。原因可能是花椒果實揮發物中檸檬烯、月桂烯含量較高[20]，而這些化合物也存在于綠盲蝽的寄主中，并且綠盲蝽可對其表現出觸角電位活性和嗅覺偏好。例如，在遼寧‘多毛棉’‘石遠321’‘SGK321’和‘亞洲棉’揮發物中均可檢測到月桂烯，該化合物可以引起綠盲蝽雌、雄成蟲觸角電位反應，且對雌成蟲具有極顯著的吸引效果[21]。棉花品種‘SGK321’受到綠盲蝽為害后，揮發物中檸檬烯含量顯著上升，且該化合物在行為學試驗中對雄蟲表現出極顯著的吸引作用[22]。而中黑盲蝽對花椒提取物的嗅覺反應則完全不同，這說明兩種盲蝽嗅覺偏好和寄主選擇性存在一定差異，有研究表明綠盲蝽偏好綠豆Vigna radiate、蠶豆Vicia faba、香菜Coriandrum sativum等作物，中黑盲蝽則偏好蔓黃芪 Phyllolobium chinense、紫花苜蓿Medicago sativa、藿香Agastache rugosus等作物[23]。對于同一植物揮發物，兩種盲蝽可能存在不同的嗅覺反應，例如間二甲苯對綠盲蝽具有引誘效果，但中黑盲蝽對該化合物卻沒有顯著趨向性[2425];桉油精對于綠盲蝽具有顯著驅避作用，然而中黑盲蝽對其卻沒有顯著的嗅覺反應[24，26]。上述原因可能導致了兩種盲蝽對花椒提取物的嗅覺反應差異。由此可見，將來還需要對這些植物提取物揮發物中的活性成分進行進一步的分析鑒定，以期更加深入地認識盲蝽對其的嗅覺反應。

目前中草藥植物資源在農業病蟲害防治中的價值受到了一定的關注，許多中草藥植物具有濃烈的香氣，此類植物是驅避劑研究的重點[2730]。例如茆國鋒等研究表明[16]白木香精油在100～5 000 mg/L濃度范圍時對褐飛虱雌成蟲表現出明顯的驅避效果;尉吉乾等[31]發現花椒精油對B型煙粉虱具有顯著的驅避作用，此外花椒果實乙醇提取物也被證實可以顯著地驅避褐飛虱若蟲[32]。本研究發現云木香提取物對兩種盲蝽均可起到顯著的驅避作用，花椒則對中黑盲蝽表現出驅避效果，結合前人研究，推測這兩種植物可能存在較廣的驅蟲譜，具有較好的應用前景。下一步還應進一步分析其中的活性成分，以期提升其驅避效果，延長持效性。

引誘劑與驅避劑是利用推拉策略防治害蟲的重要環節，兩者組合使用可以有效地提升防治效果，例如在玉米田間種植對鱗翅目害蟲具有驅避作用的糖蜜草Melinis minutiflora，同時在玉米田周圍種植誘集植物象草Pennisetum purpureum，可有效地將害蟲引誘至玉米田外，這一策略已在生產中得到應用[33]。然而相對于引誘劑，盲蝽害蟲驅避劑的研究較少，并且對于已發現的驅避劑，其在田間生產中的具體使用方法還有許多問題亟待解決。在未來，還需開展田間試驗探索驅避劑在生產中應用的可能，為盲蝽綠色防控提供新思路和方法。

參考文獻

[1] LU Yanhui， WU Kongming， JIANG Yuying， et al. Mirid bug outbreaks in multiple crops correlated with wide-scale adoption of Bt cotton in China [J]. Science， 2010， 328 （5982）： 11511154.

[2] ZHEN Congai， MIAO Ling， LIANG Pei， et al. Survey of organophosphate resistance and an Ala216 Ser substitution of acetylcholinesterase-1 gene associated with chlorpyrifos resistance in Apolygus lucorum （Meyer-Dür） collected from the transgenic Bt cotton fields in China [J]. Pesticide Biochemistry and Physiology， 2016， 132： 2937.

[3] ZHANG Peng， ZHAO Yunhe， ZHANG Xuefeng， et al. Field resistance monitoring of Apolygus lucorum （Hemiptera： Miridae） in Shandong， China to seven commonly used insecticides [J]. Crop Protection， 2015， 76： 127133.

[4] LI Xiang， ZHANG Xiuge， XIAO Chun， et al. Behavioral responses of potato tuber moth （Phthorimaea operculella） to tobacco plant volatiles [J]. Journal of Integrative Agriculture， 2020， 19（2）： 325332.

[5] SHIVARAMU S， JAVANTHI P D K， KEMPRAJ V， et al. What signals do herbivore-induced plant volatiles provide conspecific herbivores？ [J]. Arthropod Plant Interactions， 2017， 11（6）： 815823.

[6] XIU Chunli， DAI Weijian， PAN Hongsheng， et al. Herbivore-induced plant volatiles enhance field-level parasitism of the mirid bug Apolygus lucorum [J]. Biological Control， 2019， 135（1）： 4147.

[7] 陳新華， 萬煒， 馮淑軍， 等. 四種植物精油成分對枸杞棉蚜的生物活性[J]. 昆蟲學報， 2019， 62（4）： 453460.

[8] 趙艷群， 趙金瑞， 毛黎娟， 等. 不同番茄品種揮發物對B型煙粉虱寄主選擇行為的影響[J]. 應用生態學報， 2012， 23（9）： 25092514.

[9] 李媛， 劉巧林， 陳嘵宇， 等. 甘菊揮發油化學組成及其對煙草甲與赤擬谷盜的殺蟲活性[J]. 植物保護， 2019， 45（5）： 202206.

[10]DITZEN M， PELLEGRINO M， VOSSHALL LB. Insect odorant receptors are molecular targets of the insect repellent DEET[J]. Science， 2008， 5871（319）： 18381842.

[11]SYED Z， LEAL W S. Mosquitoes smell and avoid the insect repellent DEET [J]. Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA， 2008， 105（36）： 1359813603.

[12]廖圣良， 宋杰， 王宗德， 等. 定量計算萜類驅避化合物與二氧化碳締合對其蚊蟲驅避活性的影響[J]. 昆蟲學報， 2012， 55（9）： 10541061.

[13]AMARNATH K， PAROMA M， ANAMIK K， et al. Fruit volatiles of creeping cucumber （Solena amplexicaulis） attract a generalist insect herbivore [J]. Journal of Chemical Ecology， 2020， 46（3）： 275287.

[14]MOLNR BP， TTH Z， FEJES-TTH A， et al. Electrophysiologically-active maize volatiles attract gravid female European corn borer， Ostrinia nubilalis [J]. Journal of Chemical Ecology， 2015， 41 （11）： 9971005.

[15]金利容， 尹海辰， 萬鵬， 等. 5種中草藥提取物對棉花黃萎病菌的抑制作用[J]. 植物保護， 2019， 45（2）： 234237.

[16]茆國鋒， 蔣娜娜， 莫建初. 六種植物精油對褐飛虱和稻虱纓小蜂行為的影響[J]. 植物保護學報， 2018， 45（5）： 10051011.

[17]董文霞， 胡保文， 張鐘寧， 等. 中紅側溝繭蜂對煙草揮發物的觸角電生理及行為反應[J]. 生態學報， 2004， 24（10）： 22522256.

[18]鮑祖勝， 周曉榕， 程家安. 寄主揮發物、葉色和表皮毛在美洲斑潛蠅寄主選擇中的作用[J]. 生態學報， 2004， 24（3）： 547551.

[19]ZHOU Limei， JU Qian， QU Mingjing， et al. EAG and behavioral responses of the large black chafer， Holotrichia parallela（Coleoptera： Scarabaeidae） to its sex pheromone [J]. Acta Entomologica Sinica， 2009， 52（2）： 121125.

[20]王延來. 花椒窄吉丁對其高發期寄主果實揮發物的觸角電位和行為反應[D]. 楊凌： 西北農林科技大學， 2019.

[21]張俊宇， 林克劍， 黃欣蒸， 等. 綠盲蝽對七種錦葵科植物揮發物的EAG和趨向行為反應[J]. 中國生物防治學報， 2016， 32（2）： 135141.

[22]張俊宇. 錦葵科蟲害誘導揮發物對綠盲蝽和棉鈴蟲的趨性影響[D]. 南昌： 江西農業大學， 2015.

[23]陸宴輝. 盲蝽蟓生態適應性研究[D]. 北京： 中國農業科學院， 2008.

[24]修春麗. 中黑盲蝽、苜蓿盲蝽與三點盲蝽對寄主植物揮發物的嗅覺識別機制[D]. 揚州： 揚州大學， 2014.

[25]PAN Hongsheng， LU Yanhui， XIU Chunli， et al. Volatile fragrances associated with flowers mediate host plant alternation of a polyphagousmirid bug[J/OL]. Scientific Reports， 2015， 5： 14805. DOI： 10. 1038/srep14805.

[26]吳敵. 綠盲蝽、中黑盲蝽對寄主植物選擇及定位初步研究[D]. 泰安： 山東農業大學， 2010.

[27]MOHAMMADI R， KHOOBDEL M， NEGAHBAN M， et al. Nanoemulsified Mentha piperita and Eucalyptus globulus oils exhibit enhanced repellent activities against Anopheles stephensi [J]. Asian Pacific Journal of Tropical Medicine， 2019， 12（11）： 520527.

[28]JALEEL W， WANG Desen， LEI Yanyuan， et al. Evaluating the repellent effect of four botanicals against two Bactrocera species on mangoes [J/OL]. PeerJ， 2020， 8： e8537. DOI： 10. 7717/peerj. 8537.

[29]LEE S C， SEO S M， HUH M J， et al. Behavioral and electrophysiological effects of ajowan （Trachyspermum ammi Sprague） （Apiales： Apiaceae） essential oil and its constituents on nymphal and adult bean bugs， Riptortus clavatus （Thunberg） （Hemiptera： Alydidae） [J/OL]. Insects， 2020， 11（2）： 104. DOI： 10. 3390/insects11020104.

[30]李紅莉， 崔宏春， 黃海濤， 等. 11種植物精油對茶橙癭螨的觸殺和驅避作用研究[J]. 植物保護， 2019， 45（5）： 247251.

[31]尉吉乾， 梁世優， 莫建初， 等. 植物提取物對B型煙粉虱的驅避效果研究[J]. 環境昆蟲學報， 2015， 37（3）： 598603.

[32]張獻英， 王華， 杜堯東， 等. 非寄主植物乙醇提取物對褐飛虱若蟲的驅避與觸殺活性[J]. 生態環境學報， 2014， 23（2）： 229236.

[33]TURLINGS T C J， ERB M. Tritrophic interactions mediated by herbivore-induced plant volatiles： mechanisms， ecological relevance， and application potential [J]. Annual Review of Entomology， 2018， 63： 433452.

（責任編輯：楊明麗）