光肩星天牛對沙棗和新疆楊的偏好性

邵鵬鵬　楊兵軍　蘇智等

關鍵詞：光肩星天牛；新疆楊；沙棗；寄主選擇；防護林

中圖分類號：S763.38 文獻標識碼：A 文章編號：1001-1498（2023）04-0122-07

光肩星天牛（Anoplophora glabripennis）屬鞘翅目天牛科（Coleoptera： Cerambycidae），是我國“三北”地區危害最為嚴重的蛀干害蟲，也是重要的國際檢疫害蟲。文獻記錄其在我國北方地區2-3a繁殖1代，老熟幼蟲4—5月化蛹，成蟲6-8月大量羽化，補充營養并交配產卵，但據我們實地調查，光肩星天牛在內蒙古磴口縣1a可以完成1代。

沙棗（Elaeagnus angustifolia L.）樹高4～6m，具有耐寒旱、鹽堿和抗風沙特性，在我國主要分布于34°N以北和海拔1500 m以下地區，是我國西北地區防風固沙和水土保持的主要樹種。沙棗可吸引光肩星天牛產卵，但其能流出樹膠使天牛后代不能發育，因此被認為具有誘殺天牛的特性。

我國西北地區土地干旱貧瘠、鹽堿地多、風沙較大，很多樹種不宜生存。新疆楊（Populus alba var.pyramidalis）因其樹體高大、干形通直、耐干旱、耐貧瘠，對光肩星天牛有一定的抗性，是目前西北地區二代防護林構建的主栽樹種。長期單一栽植也使其受到天牛的危害，因此構建合理的混交防護林體系是實現蟲害生態調控的必要手段。目前常以合作楊（Populus simonii×P.pyramidaliscv‘Opera 8277）、箭桿楊（Populus nigra var.thevestina）、復葉槭（Acer negundo L.）等作為誘餌樹，加以化學農藥和人工物理捕殺的方式來保護新疆楊免遭天牛危害，然而這種方式費時費力，如果對誘餌樹處理不當反而成為蟲源木。沙棗對光肩星天牛具有一定的誘殺特性，且側根發達能生出很多根瘤提高土壤肥力，因此有研究者認為將沙棗與新疆楊間作可形成很好的防風沙林。但沙棗對天牛的誘殺特性是否可對新疆楊起到較好的保護效果，目前尚不可知。本研究以沙棗和新疆楊為對象，結合室內、外試驗評估了成蟲對二者的選擇性，為將來營造新一代抗蟲農田防護林提供理論依據。

1材料與方法

1.1供試材料

林間試驗主要在內蒙古磴口縣（40°20′N，106°55′E）開展，該地為光肩星天牛疫區，新疆楊和沙棗大量栽植，取材方便。

春季砍伐受光肩星天牛危害的旱柳（Salix matsudana Koidz.）木段，運回后用石蠟將兩端切口密封，然后將整個木段裝入紗網袋內，置于陰涼室內。在成蟲羽化季節每日收取新羽化的成蟲，單頭放入飼養盒（PE，22 cm×17.5 cm×12.5 cm）中，在磴口縣用新鮮垂柳（Salix babylonica L.）枝葉飼喂，在河北大學實驗室內用復葉槭枝葉飼喂。飼養溫度保持在25℃，相對濕度70%，待用。

1.2方法

1.2.1利用嗅覺儀測試成蟲對沙棗和新疆楊枝葉的選擇 Y型嗅覺儀的設置參考Ginzel等并改進。經活性炭過濾后的空氣流速0.6 L·min^-1，經氣味源和Y管每個臂的流速為0.3 L·min^-1，氣味源處設置50 g剛從樹上剪下的沙棗或新疆楊枝葉（枝葉混合，未剪碎，枝葉比3：2），單選試驗時以潔凈空氣作為對照，雙選試驗時則為沙棗VS新疆楊枝葉。實驗裝置均以特氟隆管連接。每次測試引入1頭成蟲，當成蟲爬過Y臂的2/3處或落入陷阱球中認為做出選擇，若在10 min中內沒有做出選擇，則更換試蟲，每頭試蟲只測試1次，為保證統計分析的需求，本實驗中作出選擇反應的成蟲數定為30～40頭。每測試2頭試蟲轉換1次左右臂，每測試4頭試蟲用丙酮清洗1次Y管，蒸餾水沖洗干凈，電熱風吹干冷卻后使用。試驗在每天8：30—17： 30進行，室溫23～26℃，照度為4.80×10⁶lux.且光源在位于測試的Y管正上方（非點狀光源）。供試成蟲為羽化飼養1周的成蟲，未交配。

1.2.2沙棗和新疆楊揮發物鑒定與活性測定 采用動態頂空吸附法收集沙棗和新疆楊揮發性化合物，參照陳友鈴等方法并加以改進：連續氣流以500 mL·min^-1的流速通過變色硅膠和活性炭后進入聚氟乙烯氣體采集袋（袋內有8枝，大約長30 cm，粗1cm，500 g左右，），然后攜帶植物揮發物進入玻璃吸附管（長13 cm，內徑5mm，200 mg Porapak Q吸附劑，80～100目，Waters Corporation，美國），抽提裝置以特氟隆管連接成閉合回路，采集3h。采集完成后用1000μL二氯甲烷（色譜純，天津市科密歐化學試劑有限公司）淋洗吸附管中的提取物至4 mL棕色小瓶中，氮吹（100 mL·min^-1）濃縮至200UL，置于-20℃保存，用于后續的電生理試驗和揮發物鑒定。

氣相色譜-觸角電位聯用儀（GC-EAD）由配備了DB-WAX毛細管柱（30 m×0.25 mm×0.25pm）的Agilent 7890A GC（美國）和EAG記錄操作系統（Syntech，荷蘭）組成。挑選觸角完好、活力旺盛的雌性天牛成蟲，剪下觸角鞭節端部2節，用玻璃電極將觸角兩端固定，觸角連接穩定后立即進樣，同時打開記錄系統采集電信號。進樣口溫度240℃，檢測器溫度300℃。手動進樣1μL，載氣為高純氮氣，不分流進樣。升溫程序：起始溫度40℃，保持2 min，以5℃.min^-1的速率程序升溫至160℃，保持2 min，最后以10℃.min^-1的速率程序升溫至200℃，保持2 min。

揮發物鑒定：將上述提取液進樣氣相色譜·質譜聯用儀（GC-MS，安捷倫7890B-7000C）進行分離鑒定。GC色譜柱為TG-WAX（30 m×0.25mm×0.25 pm），進樣口溫度240℃，不分流進樣。進樣量與升溫程序同上。MS條件：電子轟擊離子源（EI） 230℃，能量：70 eV；傳輸線溫度為240℃；全掃描譜分析，掃描質量范圍35～550 aum。

揮發物定量分析：化合物（Z）-3-己烯乙酸酯（Sigma-Aldrich有限公司，德國，純度≥98%）；（Z）-3-己烯醇（百靈威科技有限公司，中國，純度≥98%）；溶劑為二氯甲烷（天津科密歐試劑有限公司，中國，純度99.5%）。將測試化學物分別稀釋至1、5、10、50、100 ng·uL^-1等5個標準溶液進行檢測，可以繪制一條以濃度與響應色譜峰面積為變量的標準曲線，通過曲線回歸方程即可算出引起電生理反應的揮發物濃度。

揮發性物質鑒定通過檢索NIST14庫（Scientific Instrument Services，Inc.， Ringoes，NJ，USA），并進樣標準化合物獲得質譜圖進行比對獲得化合物定性結果，以外標法-標準曲線進行定量分析。

1.2.3室內測試成蟲在兩種樹干上的刻槽產卵選擇從林間截取高85cm左右、直徑12cm左右的新疆楊和沙棗樹干若干段，截面用石蠟密封保濕，置于陰涼室內待用，在48 h內完成下述接蟲試驗。

單選試驗：取上述樹皮完整無損的新疆楊或沙棗樹干1段放入行為測試籠（1m×1m×1m，不銹鋼籠架，10目不銹鋼網罩籠）底部中心點處直立，同時配置同樹種枝葉（100 mL錐形瓶水培）為成蟲提供營養（2d更換1次）。在測試籠的對頂角引入相同日齡的性成熟成蟲2♂5♀，每天記錄木段上刻槽數、刻槽位置、刻槽時間等，10 d后取出成蟲和木段，將木段用保鮮膜包裹，直立置于25℃室內。30 d后解剖刻槽，記錄樹段上的刻槽數、產卵數、死亡卵數、存活幼蟲數和存活幼蟲體質量（有效刻槽率/%=產卵刻槽數/刻槽總數×100，孵化率/%=孵化卵數/產卵數×100，存活率/%=幼蟲存活數/產卵數×100）。每組設3個重復。

雙選試驗：試驗方法同上，取新疆楊和沙棗木段各1段于測試籠底部對角線兩端直立放置，在未放置木段的對角線頂角釋放天牛成蟲2♂5♀，每組設3個重復。

1.2.4林間套籠試驗 在林間選擇健康、長勢相近、胸徑12 cm左右的新疆楊和胸徑8 cm左右的沙棗各5棵（樹齡一致，新疆楊長得快），分別編號，在每棵樹的樹干部位距離地面80～160 cm處套上紗網（10目），每個籠網內接人相同日齡的2♂5♀早天牛成蟲，籠內放置新鮮幼嫩枝條提供營養，每天更換枝條并檢查試蟲，若有成蟲死亡立即更換相同日齡的新蟲，10 d后取出試蟲。30d后，解剖刻槽部位，并記錄每棵樹上的刻槽數、產卵數、死亡卵數量、存活幼蟲數、存活幼蟲體質量。

1.3數據分析

成蟲對2種枝葉的選擇結果采用非參數檢驗（Pearson X²）進行比較。采用獨立樣本T檢驗比較室內、外雌蟲在沙棗與新疆楊樹干刻槽產卵的差異性。采用軟件IBM SPSS Statistics 26.0進行數據分析。

2結果與分析

2.1成蟲對沙棗和新疆楊枝葉的選擇

在單選試驗中（圖1），雄蟲對沙棗枝葉的選擇數為30頭，與對照相比存在極顯著差異（X²=10.411，P<0.01）；對新疆楊枝葉的選擇數為25頭，與對照相比差異不顯著（X²=3.238，P>0.05）。雌蟲對沙棗枝葉的選擇數為29頭，與對照相比存在極顯著差異（X²=8.584，P2=0，689，P>0.05），以上每組選擇中未作出選擇的試蟲數均未超過5頭。

在雙選實驗中（圖1），雄蟲選擇沙棗枝葉19頭，選擇新疆楊枝葉17頭，未作出選擇4頭，雄蟲對于二者選擇無顯著性差異（X2=0.191，P>0.05）；雌蟲選擇沙棗枝葉25頭，選擇新疆楊枝葉6頭，未作出選擇4頭，雌蟲選擇沙棗枝葉氣味的成蟲數占作出選擇成蟲數的80.65%（X2=8.533，P<0.01）。

2.2沙棗和新疆楊揮發物鑒定與活性測定

經GC-MS共鑒定新疆楊枝葉揮發物28種，其中酮類3種、酚類2種、醇類2種、酯類7種、醛類5種和烴類9種；從沙棗枝葉共鑒定出15種化合物，其中芳香類1種、烯類3種、醛類2種、酯類5種、醇類3種和酚類1種。二者相同種類的化合物共有6種，分別是：2-已烯醛、乙酸己酯、乙酸葉醇酯、順-3-己烯基丁酯、葉醇和水楊酸甲酯。

由于主要關注雌蟲的產卵選擇性，因此本研究只對雌蟲開展了觸角電位試驗。通過GC-EAD檢測發現新疆楊釋放的葉醇（cis-3-Hexen-1-ol）和乙酸葉醇酯（cis-3-Hexenyl acetate）可引起雌蟲的觸角電生理反應。沙棗揮發性物質中3-蒈烯（3-carene）、乙酸葉醇酯和葉醇可引起雌蟲觸角電生理反應。上述引起光肩星天牛觸角反應的物質在含量及比例上存在著明顯的差異。經計算，新疆楊枝葉揮發性物質中乙酸葉醇酯為2640.1ng·min^-1、葉醇520.84 ng·min^-1；沙棗枝葉揮發性物質中乙酸葉醇酯為2227.44ng，min^-1、葉醇196.05ng·min^-1；沙棗和新疆楊中乙酸葉醇酯之比為1：1.19，葉醇之比為1：2.66。上述物質的種類和含量不同，引起的電信號刺激的強弱程度也不相同，葉醇的電生理反應強于乙酸葉醇酯。

2.3室內測試成蟲在兩種樹干上的刻槽產卵選擇

在單選實驗中，成蟲分別在新疆楊和沙棗樹干上的刻槽數量沒有顯著差異（t=-2.500，df=4，P>0.05）；但有效刻槽率具顯著性差異（t=3.162，df4，P<0.05），沙棗樹干上的有效刻槽率較低；沙棗樹干上的卵孵化率低于新疆楊樹干（t=25.166，df4，P<0.001）；幼蟲存活率無顯著性差異（t=0.069，df=4，P>0.05）；幼蟲體質量有極顯著性差異（t=-3.499，df15，P<0.01）（見表1）。

雙選實驗中，成蟲在沙棗樹干上的平均刻槽數（18±1.73）遠多于新疆楊（4.67±1.15）（t=-11.094，df4，P<0.01）；新疆楊上的有效刻槽率略多于沙棗，但不顯著（t=2.032，df=4，P>0.05）；新疆楊樹干上的卵孵化率顯著高于沙棗（t=7.053，df=2，P<0.05）；幼蟲存活率沒有顯著性差異（t=1.767，df=4，P>0.05）；沙棗上的幼蟲體質量顯著大于新疆楊上的幼蟲體質量（t=-2.116，df=23，P<0.05）。

2.4林間套籠試驗

在林間套籠情況下，天牛成蟲在新疆楊和沙棗樹上的平均刻槽產卵數沒有顯著差異（t=-0.758，df=6，P>0.05）（表2），但幼蟲在新疆楊上的存活率顯著高于在沙棗樹上的存活率（t=17，837，df=2，P<0.01），說明沙棗樹不適合光肩星天牛幼蟲存活。

3討論

植物揮發物對植食性昆蟲定位寄主進行取食或產卵起著至關重要的作用，天牛類昆蟲主要通過嗅覺感知寄主樹木。在光肩星天牛成蟲對新疆楊和沙棗枝葉氣味的雙向選擇實驗中，雌蟲明顯喜歡沙棗枝葉氣味，而雄蟲對于二者的偏好性不大（圖1）。兩樹種揮發性物質的鑒定及雌蟲觸角電生理反應結果顯示（圖2），3-蒈烯、乙酸葉醇酯和葉醇可引起雌性觸角電生理反應，其中3-蒈烯只在沙棗揮發性物質中檢測到。不同樹木引起成蟲觸角電生理反應的揮發物種類和含量上的差異，可能是光肩星天牛成蟲遠距離識別不同寄主的依據。

前人研究表明，光肩星天牛對寄主植物復葉槭的揮發性化合物葉醇和乙酸葉醇酯有觸角電位活性，且對成蟲具有較強的引誘作用，這與我們的研究結果一致，而不同化合物釋放的量及比例不同，是導致成蟲對不同寄主存在選擇性差異的主要因素。

光肩星天牛的刻槽產卵數量和幼蟲存活率是評估天牛種群數量增長趨勢的重要指標。在室內天牛刻槽產卵實驗中，天牛偏好選擇在沙棗上產卵，但在新疆楊上的有效產卵率高于沙棗（表1）。對于沙棗上有效產卵率低的原因，筆者認為是天牛刻槽行為多于產卵行為。由于刻槽孔被流膠覆蓋難以辨別是空刻槽還是產卵刻槽，因此人們一直誤認為流膠的刻槽孔就是產卵孔。林間套籠試驗中，天牛在二者上的平均刻槽產卵數無顯著差異，但幼蟲在沙棗上均未成活（表2）。對于室內試驗中沙棗樹干上天牛幼蟲存活而林間沙棗樹干上的幼蟲均未成活的現象，筆者認為沙棗活立木上的次生代謝分泌物（沙棗膠）是殺死天牛卵或新孵化幼蟲的主要原因，室內沙棗樹干由于已離體并喪失分泌膠體的功能，天牛幼蟲因而存活下來。沙棗膠的成分主要為雜多糖聚合物，但沙棗樹產生沙棗膠的機理尚不清楚，沙棗膠是否可用于天牛防治還有待進一步研究。室內沙棗木段內光肩星天牛幼蟲的平均體質量顯著高于新疆楊木段，說明沙棗樹在沒有沙棗膠分泌的情況下其營養成分完全滿足天牛幼蟲生長發育的需求，但具體是那些營養成分，尚不可知。從本結果也可以得出，沙棗樹干上除沙棗膠以外的其他次生代謝物對天牛的生長發育無明顯阻礙作用。

另外，作者在天牛疫區開展的林間調查結果與本實驗結果基本一致：天牛在沙棗樹干上刻槽產卵后極少有羽化孔出現。調查過程中常可見到天牛成蟲在沙棗枝葉上取食的現象，筆者認為沙棗能夠吸引光肩星天牛的主要原因是沙棗枝葉能很好的為天牛提供必需的營養物質，而沙棗枝葉對天牛的這種強引誘性，可以代替在西北地區長勢不好的復葉槭作為光肩星天牛的引誘樹種，由于其樹高較矮，可以在成蟲羽化季節于沙棗枝葉上噴施綠色無公害農藥殺滅天牛成蟲。沙棗活立木上的天牛后代不能存活，因此沙棗樹基本符合誘殺樹的特征，但是否能真正起到降低天牛種群密度的效果還需進一步深入研究。

4結論

光肩星天牛成蟲偏愛沙棗枝葉，其釋放的3-蒈烯、乙酸葉醇酯和葉醇均可引起雌性天牛觸角的電生理反應。在室內雙選試驗中，天牛雌蟲于沙棗樹干上的刻槽數顯著多于在新疆楊樹干上的刻槽數，但雌蟲無論在室內還是林間的單選試驗中在兩種樹木上的刻槽數量均不具有顯著差異。結果顯示，光肩星天牛在沙棗上的有效產卵率較低，且后代在沙棗活立木上不能完成生長發育。