7種非懸鈴木方翅網蝽寄主植物葉片粗提物對其成蟲的生物活性*
2022-11-05 05:24:48李國華尹淑艷
林業科學 2022年7期
戰 鑫 莊 敏 李國華 尹淑艷,3
(1.山東農業大學植物保護學院 泰安 271018； 2.泰安市泰山林業科學研究院 泰安 271000； 3.山東省林業有害生物防控工程技術研究中心 泰安 271018)
準確定位和選擇寄主植物對于植食性昆蟲滿足其營養要求并找到合適的產卵地點至關重要(Bruceetal.， 2005； Websteretal.， 2017)。昆蟲定位和選擇寄主的過程幾乎涉及昆蟲所有的感覺機制，包括嗅覺、視覺、味覺和觸覺，在某些昆蟲物種中也有聽覺(Beyaertetal.， 2014)。在接觸植物前的定向、降落運動階段，主要受植物的光學和氣味特點的影響，因此其視覺和嗅覺起著主導作用(Visser, 1986； de Bruyneetal.， 2008； Balkeniusetal.， 2009； Reeves， 2011)； 當昆蟲接觸到寄主植物時，昆蟲利用觸角、足、口器、產卵器等部位上的接觸性感受器對植物表面的形態結構和化學性質等進行評價，最后對植物做出取舍決定(陸宴輝等， 2008)。大多數生物并不是生活在一個同質的環境中，而是必須應對時空變化的復雜性。植物與植食性昆蟲之間的相互作用在寄主植物和非寄主植物形成的復雜且異質的化學環境中發展(Meiners， 2015)。了解昆蟲與植物的相互作用不僅對理解昆蟲與植物間的協同進化有意義，而且對于開發新的植物保護策略也有重要意義 (Bruceetal.， 2005)。
懸鈴木方翅網蝽(Corythuchaciliata)(半翅目Hemiptera： 網蝽科Tingidae)是一種外來入侵害蟲，對我國園林綠化樹種懸鈴木屬(Platanus)樹木造成嚴重危害。自2002年在我國湖南長沙發現以來，目前已擴散至華東、華中、西南等多個地區(Wuetal.， 2016)。鑒于該害蟲的快速入侵和傳播，國內外學者對其生物學、危害特性、擴散規律、化學生態學、環境適應性及其防治方法等方面開展了一系列研究工作(李峰奇等， 2018)。大多數生物生活在一個異質的環境中(Meiners， 2015)，懸鈴木方翅網蝽也不例外。懸鈴木方翅網蝽為寡食性昆蟲，僅取食懸鈴木屬植物才能完成整個世代(鞠瑞亭等， 2010)，與寄主范圍廣的多食性昆蟲相比，其在定位和選擇寄主植物的過程中會面臨更多非寄主植物的干擾。目前，懸鈴木方翅網蝽化學生態學方面的研究僅有懸鈴木方翅網蝽與其寄主植物間相互作用的研究(付寧寧， 2017； 李峰奇等， 2017； Lietal.， 2019)和報警信息素的研究(Lietal.， 2018)，而非寄主植物對懸鈴木方翅網蝽影響的研究還未見報道。
前期通過嗅覺儀生物測定發現，水杉(Metasequoiaglyptostroboides)、楓香(Liquidambarformosana)、構樹(Broussonetiapapyrifera)、毛白楊(Populustomentosa)、木瓜(Chaenomelessinensis)、鵝掌楸(Liriodendronchinense)、白蠟(Fraxinuschinensis)等7種非寄主植物葉片的揮發物同寄主植物二球懸鈴木(Platanusacerifolia)葉片揮發物一樣對懸鈴木方翅網蝽成蟲具有顯著的引誘作用，但懸鈴木方翅網蝽為何不選擇這些植物取食？這些植物葉片中是否含有對懸鈴木方翅網蝽有驅避作用或有毒的非揮發性物質，導致懸鈴木方翅網蝽雖能被氣味吸引到這些植物體上，但通過觸覺、味覺等的判斷而放棄取食和不在這些樹種上危害？搞清楚這些問題，不僅能在一定程度上揭示懸鈴木方翅網蝽的寄主選擇機制，也可為通過樹種搭配防治懸鈴木方翅網蝽提供依據，以及在防治該害蟲上發現新的環境友好型資源。
1 材料與方法
1.1 材料 供試植物： 水杉、楓香、構樹、毛白楊、木瓜、鵝掌楸、白蠟等7種非寄主植物和寄主植物二球懸鈴木的葉片均采自山東農業大學校園。
供試昆蟲： 懸鈴木方翅網蝽若蟲采自山東省泰安市校場街道路兩旁的懸鈴木，將其以濕潤小毛筆挑至新鮮的懸鈴木葉片上，用吸足水分的脫脂棉包裹葉柄保濕，將葉片放置在盒蓋帶有小孔的塑料養蟲盒中，然后置于恒溫培養箱(溫度： 28 ℃±1 ℃;濕度： 80%±5%; 光周期： 16L∶8D)中飼養至1日齡成蟲供試。飼養過程中根據需要及時更換葉片并保持脫脂棉濕潤。
1.2 方法1) 粗提物的制備 將供試植物葉片清洗干凈、晾干，各稱取200 g并加入10 mL水于勻漿機中研磨，然后用2層醫用紗布過濾后得到原液，并制備稀釋液(設原液體積分數為100%，加水制備體積分數為75%、50%和25%的稀釋液)備用。
2) 粗提物對懸鈴木方翅網蝽成蟲生存的影響 將0.25 g脫脂棉放入養蟲盒中，分別用3.5 mL提取液原液、50%的稀釋液浸濕，盒中挑入20頭1日齡懸鈴木方翅網蝽成蟲，置于恒溫培養箱(溫度： 28 ℃±1 ℃;濕度： 80%±5%; 光周期： 16L∶8D)中持續飼養，每8 h觀察記錄1次試蟲的存活情況。存活判斷： 用小毛筆輕觸蟲體，能爬行者視為存活，否則視為死亡。每24 h更換1次養蟲盒和脫脂棉，每個處理設置3次重復。以清水為對照(即養蟲盒內放置吸水的脫脂棉)。
3) 粗提物對懸鈴木方翅網蝽成蟲的忌避活性 選取形態大小及生理狀態相似的健康新鮮二球懸鈴木葉片清洗干凈并晾干，用毛筆蘸取植物粗提物原液或稀釋液均勻地涂抹于懸鈴木葉片主脈的一側，另一側涂抹純凈水作對照。用濕潤的脫脂棉包裹葉片的葉柄以保鮮，置于養蟲盒內。葉片上挑入40頭1日齡懸鈴木方翅網蝽成蟲后置于恒溫培養箱(28 ℃±1 ℃; RH： 80%±5%; 光周期： 16L∶8D)中，24 h后觀察記錄每側葉片著落(不管是靜止還是活動，只要觀察時蟲體位于哪一側，即認為對哪一側有選擇)的懸鈴木方翅網蝽成蟲的數量，計算懸鈴木方翅網蝽的著落率和忌避率(趙善歡等， 1983)： 著落率(%)=[A/(A+B)] ×100(處理)或[B/(A+B)]×100(對照)，忌避率(%)=[(B-A)/(B+A)] ×100(A為處理上著落蟲數,B為對照上著落蟲數)。每個處理設置3次重復。
1.3 數據處理 用SPSS 19.0進行數據分析，致死時間用Bliss法計算，差異顯著性分析用Duncan’s多重比較法，圖表均利用Excel 2017制作。
2 結果與分析
2.1 粗提物對懸鈴木方翅網蝽成蟲存活的影響 以寄主植物二球懸鈴木葉片粗提物原液處理的試蟲半致死時間、99%致死時間和平均存活時間分別為123.6、218.65和126.67 h，均極顯著長于對照(純凈水)和7種非寄主植物。除水杉外，其他6種非寄主植物葉片粗提物原液處理的試蟲半致死時間、99%致死時間和平均存活時間均極顯著短于對照(P<0.01)，其中木瓜最為明顯，半致死時間、99%致死時間和平均存活時間分別為20.74、33.99和26.00 h(表1)。即以懸鈴木葉片粗提物原液處理的試蟲存活狀況優于對照，而對照優于非寄主植物葉片粗提物原液處理的試蟲。非寄主植物木瓜葉片粗提物原液處理的試蟲存活情況最差，說明非寄主植物尤其是木瓜葉片中存在不利于懸鈴木方翅網蝽成蟲生存的物質。
表1 不同植物粗提物原液對懸鈴木方翅網蝽成蟲生存的影響①Tab.1 Effects of crude extracts from different plants on the survival of C. ciliata adults
比較同一種植物粗提物原液與50%稀釋液處理的懸鈴木方翅網蝽成蟲發現，非寄主植物葉片粗提物50%稀釋液處理的試蟲的半致死時間、99%致死時間和平均存活時間均長于或顯著長于原液處理的試蟲，而寄主植物相反，二球懸鈴木葉片粗提物50%稀釋液處理的試蟲的半致死時間、99%致死時間和平均存活時間極顯著短于原液處理的試蟲(圖1)。此結果進一步說明水杉、楓香、構樹、毛白楊、木瓜、鵝掌楸、白蠟7種非寄主植物葉片粗提物中存在不利于懸鈴木方翅網蝽成蟲生存的物質，原液稀釋后，由于不利物質體積分數降低而使得存活時間延長。而寄主植物粗提物原液稀釋后由于營養物質體積分數降低導致存活時間縮短。
圖1 不同體積分數粗提物對懸鈴木方翅網蝽成蟲生存的影響Fig.1 Effects of different volume fraction of crude extracts on the survival of C. ciliata adults當P<0.01時，表明不同體積分數處理間存在極顯著差異，記作**； 當0.01
2.2 粗提物對懸鈴木方翅網蝽成蟲的忌避活性 懸鈴木方翅網蝽1日齡成蟲在水杉、楓香、構樹、毛白楊、木瓜、白蠟及鵝掌楸7種非寄主植物葉片粗提物原液處理過的葉片部位的著落率均極顯著低于試蟲在對照部位的著落率(圖2)，說明7種非寄主植物葉片的粗提物原液對懸鈴木方翅網蝽的1日齡成蟲均具有忌避效果，忌避率最高的是構樹(74.84%)，其次是白蠟(70.74%)，楓香、木瓜、水杉、毛白楊、鵝掌楸的忌避率分別為53.90%、53.33%、51.66%、49.47%、43.19%(表2)。
圖2 懸鈴木方翅網蝽成蟲在涂有不同非寄主植物葉片粗提物的二球懸鈴木葉片上的著落率Fig.2 Landing rate of C. ciliata adults on Platanus acerifolia leaves coated with crude extracts of different non-host plantsA.水杉M. glyptostroboides； B.楓香L. formosana； C.構樹B. papyrifera； D.毛白楊P. tomentosa； E.木瓜C. sinensis； F.白蠟F. chinensis； G.鵝掌楸L. chinense.
表2 7種非寄主植物葉片粗提物對懸鈴木方翅網蝽成蟲的忌避作用Tab.2 Repellent effects of crude extracts from leaves of seven non-host plants on C. ciliata adults
為明確非寄主植物粗提物濃度對懸鈴木方翅網蝽忌避效果的影響，測試了不同體積分數下各植物粗提物對該蟲忌避作用的差異性。由圖3和表3可知，7種非寄主植物葉片粗提物均在體積分數為100%(即原液)時，對懸鈴木方翅網蝽成蟲的忌避作用最強。構樹葉片粗提物從高到低4個體積分數均對懸鈴木方翅網蝽成蟲表現出顯著的忌避作用，忌避率分別為74.84%、61.56%、29.32%、33.12%。水杉、毛白楊、木瓜、鵝掌楸4種非寄主植物葉片粗提物對懸鈴木方翅網蝽成蟲的忌避作用隨著體積分數的降低而減弱，水杉、毛白楊、鵝掌楸的粗提物在50%、25%2個體積分數下，木瓜粗提物在25%體積分數下，不具有顯著的忌避作用，25%的水杉、毛白楊粗提物甚至具有引誘作用。楓香、構樹和白蠟3種非寄主植物粗提物隨著體積分數降低，忌避效果并非呈單向遞減趨勢，楓香在粗提物體積分數為50%時對懸鈴木方翅網蝽成蟲無顯著的忌避作用，而粗提物體積分數為25%時卻表現出顯著的忌避作用； 25%構樹葉片粗提物的忌避率高于50%，但無顯著差異； 75%白蠟葉片粗提物的忌避率低于50%，但無顯著差異。
表3 7種非寄主植物的不同體積分數粗提物對懸鈴木方翅網蝽成蟲的忌避活性Tab.3 Repellent activity of crude extracts from seven non-host plants at different volume fraction against C. ciliata adults %
圖3 懸鈴木方翅網蝽成蟲在涂有同種植物不同體積分數粗提物的二球懸鈴木葉片上的著落率Fig.3 Landing rate of C. ciliata adults on P. acerifolia leaves coated with crude extracts from the same non-host plant at different volume fraction
3 討論
以二球懸鈴木葉片粗提物飼喂的懸鈴木方翅網蝽成蟲的存活狀況優于對照飼喂的，而以水杉、楓香、構樹、毛白楊、木瓜、鵝掌楸、白蠟等7種非寄主植物粗提物飼喂成蟲的存活狀況均比對照飼喂的差，說明這7種非寄主植物葉片的粗提物可能含有對懸鈴木方翅網蝽成蟲有毒的物質，但因7種非寄主植物葉片的粗提物對懸鈴木方翅網蝽成蟲均有忌避作用，用非寄主植物粗提物飼喂時，成蟲的死亡也可能是因粗提物的忌避作用導致饑餓而死。為明確其成蟲的死亡原因，還需進一步研究。不管是毒殺作用還是忌避作用，明確的是這7種非寄主植物葉片的粗提物均不利于懸鈴木方翅網蝽成蟲的存活。這一研究結果不僅在一定程度上解釋了“為什么水杉、楓香、構樹、毛白楊、木瓜、鵝掌楸以及白蠟等7種植物葉片的揮發物對懸鈴木方翅網蝽成蟲具有引誘作用，卻沒能成為該蟲的寄主植物？”，也為控制懸鈴木方翅網蝽發現了新資源。下一步有必要進一步研究確定這些非寄主植物葉片中的活性成分，并優化提取方法，為研制新型植物源殺蟲劑防治懸鈴木方翅網蝽奠定基礎。
研究發現，隨著植物葉片粗提物體積分數的變化忌避作用的變化不同，水杉、毛白楊、木瓜、鵝掌楸4種植物葉片粗提物對懸鈴木方翅網蝽成蟲的忌避作用隨著體積分數的降低而降低，而楓香、構樹、白蠟葉片粗提物對試蟲的忌避作用隨著體積分數的降低并非呈現單調遞減的效果。生物活性的變化與活性物質含量的變化不一致的現象在昆蟲引誘劑和驅避劑中是常見現象，如： 在100～5 000 mg·L-1質量濃度范圍內，肉桂(Cinnamomumzeylanicum)油對褐飛虱(Nilaparvatalugens)雌成蟲的驅避指數先升高再降低再升高，魚腥草(Houttuyniacordata)油的驅避指數是先降低再升高，而丁香(Syzygiumaromaticum)花蕾油的驅避指數是一直降低(茆國鋒等， 2018)； 灰茶尺蠖(Ectropisgrisescens)成蟲隨著土荊芥(Chenopodiumambrosioides)、留蘭香(Menthaspicata)和黃花蒿(Artemisiaannua)3 種非寄主植物精油質量濃度(0.1～10 000 mg·L-1)的升高，觸角電位呈現先升高后下降的趨勢(張方梅等， 2018)； 0.1 mol·L-1和1 mg·L-1的蕓香草(Cymbopogondistans)精油對稻虱纓小蜂(Anagrusnilaparvatae)有顯著的引誘作用，而質量濃度為10 mg·L-1和100 mg·L-1時，無引誘作用(Maoetal.， 2018)； 0.1 mol·L-1的寄主植物揮發物——芳樟醇對中華弧麗金龜甲(Popilliaquadriguttata)雌成蟲無引誘作用，而濃度為0.001 mol·L-1和0.000 01 mol·L-1時，具有顯著的引誘作用(徐偉等， 2018)； 落葉松(Larixgmelinii)揮發物 (R)-α-蒎烯在濃度為4×10-1mol·L-1時對松癭小卷蛾(Cydiazebeana)雌成蟲表現為顯著的驅避作用，而在4×10-4mol·L-1時表現為顯著的引誘作用(狄貴秋等， 2019)。因此，在應用植物源引誘劑或驅避劑的時候，一定要考慮濃度對其生物活性及作用效果的影響。
4 結論
水杉、楓香、構樹、毛白楊、木瓜、鵝掌楸、白蠟等7種非懸鈴木方翅網蝽寄主植物葉片揮發物對懸鈴木方翅網蝽成蟲有吸引作用，但這些植物葉片粗提物中含有對懸鈴木方翅網蝽成蟲有毒殺作用或(和)忌避作用的物質，可能是這些植物未能被懸鈴木方翅網蝽利用的原因之一。7種植物中，構樹提取物對懸鈴木方翅網蝽的忌避作用最強，木瓜提取物對網蝽的毒殺作用最大，可進一步研究二者在懸鈴木方翅網蝽防控中的可能應用。
