多異蝗蟲成蟲對不同植物揮發(fā)物的行為反應(yīng)

多異蝗蟲成蟲對不同植物揮發(fā)物的行為反應(yīng)

植物提取物在植物和昆蟲之間的化學(xué)通信中起著決定性的作用，它決定了昆蟲各種行為的發(fā)展，例如將昆蟲引入主要植物，刺激昆蟲的喂食，并引導(dǎo)昆蟲選擇產(chǎn)卵場所，以傳粉和防御（杜家偉，2001）。一般情況下,植食性昆蟲往往只取食分類地位上接近的寄主植物(Visser,1986)。除視覺反應(yīng)外,寄主植物的揮發(fā)物為植食性昆蟲確定寄主身份的主要感官刺激物,它可以使處于寄主搜索、取食和產(chǎn)卵過程中的植食性昆蟲產(chǎn)生種種行為反應(yīng),是植食性昆蟲正確選擇寄主的重要途徑(Dethier,1982)。同時,植物揮發(fā)物在植物-害蟲-天敵三者關(guān)系中也起著非常重要的作用。葉螨和昆蟲取食誘導(dǎo)的植物揮發(fā)物對其天敵都有強烈的引誘作用(Dickeetal.,1990;Turlingsetal.,1990)。目前有關(guān)寄主植物揮發(fā)物對害蟲天敵昆蟲行為影響的研究,主要集中于寄生蜂和捕食螨,有關(guān)瓢蟲等其他捕食性天敵昆蟲的研究相對較少,主要包括異色瓢蟲Harmoniaaxyridis(Pallas)(韓寶瑜和陳宗懋,2000;王進忠等,2001;薛皎亮等,2008;Leroyetal.,2012)、七星瓢蟲CoccinellaseptempunctataLewis(王進忠等,2001;Ninkovicetal.,2001;ZhuandPark,2005;劉勇等,2005;程麗坤等,2007;GirlingandHassall,2008)、龜紋瓢蟲PropyleajaponicaLewis(王進忠等,2001;劉勇等,2005;元黎等,2008)、紅點唇瓢蟲Chilocoruskuwanae(楊新根等,2006;張艷峰等,2009)、Adaliabipunctata(Francisetal.,2004)、Aiolocariahexaspilota(Yoneyaetal.,2009)和Coleomegillamaculata(Zhuetal.,1999)等。多異瓢蟲Hippodamiavariegata(Goeze)在世界許多地區(qū)是蚜蟲的常見捕食者(Franzmann,2002)。但有關(guān)蚜蟲為害誘導(dǎo)瓜類作物揮發(fā)物及其對多異瓢蟲捕食行為影響的研究未見報道。因此,本文采用Y型嗅覺儀測定了多異瓢蟲成蟲對黃瓜和攪瓜揮發(fā)物的行為反應(yīng),同時應(yīng)用GC-MS分析了揮發(fā)物的主要成分,以揭示寄主植物揮發(fā)物在多異瓢蟲搜索獵物過程中的作用。1材料和方法1.1多異昆蟲成蟲實驗多異瓢蟲成蟲采自內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)校教學(xué)農(nóng)場小麥田,單頭放于指管中,管口用棉球塞住以防成蟲逃逸。將多異瓢蟲成蟲帶回實驗室內(nèi)接入培養(yǎng)皿中,飽食麥蚜24h,然后饑餓24h后用于試驗。瓜蚜AphisgossypiiGlover采自呼和浩特市郊區(qū)無公害大棚黃瓜上,轉(zhuǎn)移至內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)教學(xué)農(nóng)場溫室黃瓜上繁殖備用。1.2調(diào)查鑒定瓜蚤選取黃瓜Cucumissativus(山東密刺)和攪瓜Cucurbitapepovar.medullosa(拍砸1號)無病、飽滿的種子,浸種催芽后播種于塑料花盆中。出苗后每盆定植2株,待植株長到4~5片真葉時,去掉頂端待用。從溫室采回帶有瓜蚜的黃瓜葉片置于白色托盤中,讓蚜蟲自然脫離葉片以防破壞蚜蟲口針。用軟毛筆于每盆接約500頭2~3齡無翅若蚜,24h后,以接有蚜蟲的植株作為有蚜株,以去除蚜蟲約6h后的植株作為蚜害株,并以同期生長的健康植株作為對照,進行行為測定和揮發(fā)物收集。1.3蚜蟲密度反應(yīng)的實驗1.3.1無翅若門四水無翅若/33333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333分別將250,500,700,1000,1500,2000,2500,3000和3500頭2~3齡無翅若蚜放入1L的廣口瓶中作為蚜蟲氣味源,以空氣為空白對照,進行嗅覺儀行為實驗,以確定蚜蟲揮發(fā)物是否對多異瓢蟲具有引誘作用。1.3.2無翅若嗪對黃瓜的嗅儀行為測定分別將200,400,600,800,1200,2000,2800和3600頭2~3齡無翅若蚜接于盆栽黃瓜和攪瓜上,取這些植株作為有蚜株,以空氣為空白對照,進行嗅覺儀行為實驗。1.4氣流源測定Y型嗅覺儀采用無色透明的玻璃管制成,基部管長15cm,兩臂長均為18cm,內(nèi)徑4cm,兩臂夾角75°。Y型管兩臂分別通過硅膠管與味源相連。在氣流進入味源之前,依次經(jīng)過變色硅膠過濾器、活性炭過濾器和蒸餾水瓶,以凈化空氣和增加空氣濕度。每臂的氣流量通過氣體流量計控制在500mL/min,抽氣口連接在Y型管基部管口,氣流由直管口抽出,以提供管道中有持續(xù)的氣味源。兩側(cè)臂的前方30cm處放置2支40W日光燈,燈下方用半透明的紙隔開,以供給均勻的光照。釋放管口與Y型管基部垂直。行為測定時,用試管將多異瓢蟲成蟲逐頭引入Y型管基部直管內(nèi)。進行植物揮發(fā)物實驗時,以盆栽植株為氣味源,用無色、無味透明塑料袋(Reynolds,Richmond,Virginia,USA)罩住整個植株,下端用細繩從植株基部將塑料袋開口系緊。塑料袋上端連接進氣口,氣流速度為500mL/min,下端為出氣口,連接Y型管的側(cè)臂,氣流速度為400mL/min。每頭蟲觀測5min,當(dāng)蟲體爬至超過某臂3cm處并保持1min以上或達到出口者,就記該蟲對該臂氣味源做出選擇,引入5min仍不做出選擇則結(jié)束觀察,并記不反應(yīng)。毎測定5頭,更換一新的潔凈的Y型管,用過的Y型管用去污粉清洗干凈,再用95%乙醇清洗并60℃烘干、冷卻,備用。每測定10頭調(diào)換味源方位1次,每一處理測定60頭成蟲。當(dāng)更換供試植物時,用去污粉清洗整個裝置,再用95%乙醇清洗,60℃烘干。1.5多克隆抗體對樣品的吸附和提取采用動態(tài)頂空收集法捕集植物揮發(fā)物。收集裝置共有3個相同的垂直放置的底部為開放式的圓筒玻璃缸(直徑30cm,高50cm)。收集裝置由進氣和出氣兩部分氣路組成,進氣端由活性炭管過濾空氣雜質(zhì)。在距玻璃缸底部上端2cm有一出氣口,出氣口內(nèi)接有揮發(fā)物捕集管。進氣和出氣的流量分別用流量計控制在450mL/min和350mL/min。玻璃缸底部由以有機玻璃為材料制成的兩個半圓托盤撐住;兩個半圓似鍘刀合攏時,中間有一個與植株莖稈直徑相當(dāng)?shù)膱A孔,可以讓植株通過。捕集管(長8cm,內(nèi)徑0.5cm)內(nèi)吸附劑為SuperQ(30mg,80~100目,美國Alltech公司)。植株揮發(fā)物共捕集8h,從9:00-17:00。各處理重復(fù)3次,每次設(shè)空白對照一個。揮發(fā)物捕集結(jié)束后取下吸附管,吸附管用200μL重蒸CH2Cl2將吸附管中的樣品淋洗在樣品瓶中。然后將瓶口密封,放在-20℃的冰箱中保存,待檢測。采用GC(HP-6890)-MS(HP-5973)聯(lián)用儀對以上樣品進行分析。樣品進樣量為3μL。GC進樣口溫度為250℃,無分流進樣。色譜柱為HP-5MS毛細管柱(30m×0.25mmID,膜厚0.25μm),檢測器為氫氣火焰檢測器(FID)。柱溫升溫程序為:40℃(2min),以6℃/min升至250℃(2min)。以99.999%高純He作為載氣。柱氣流量1.0mL/min。GC-MS接口溫度280℃;EI離子源,電離能70eV。通過核對譜庫(NIST98)及標(biāo)準(zhǔn)化合物(α-蒎烯和正十八烷純度≥98.5%,雪松醇純度≥99.0%,其余化合物均≥99.5%,Sigma公司)的質(zhì)譜圖對揮發(fā)物的各組分進行鑒定,采用面積歸一法確定各組分的相對含量。1.6各保護者成蟲數(shù)量的顯著性檢驗在進行嗅覺儀行為測定時,以做出選擇反應(yīng)的多異瓢蟲成蟲數(shù)量為樣本總數(shù),分別以選擇左臂和右臂的多異瓢蟲成蟲數(shù)量為兩個處理的發(fā)生數(shù),采用兩樣本率比較方法進行選擇差異的顯著性檢驗(唐啟義,2010)。2結(jié)果與分析2.1分布密度對抗誘力的影響嗅覺儀測定表明(圖1,圖2),當(dāng)蚜蟲密度≥700頭/L時,蚜蟲揮發(fā)物對多異瓢蟲成蟲才有明顯的引誘作用(P<0.05),但引誘強度與蚜蟲密度不呈正比關(guān)系,蚜蟲密度在2000頭/L和2500頭/L時引誘力最強。隨著蚜蟲密度的上升,有蚜株對多異瓢蟲的引誘作用增強。當(dāng)蚜蟲密度≥200頭/盆時,攪瓜有蚜株對多異瓢蟲的引誘作用極顯著地大于空白對照(P<0.01),而黃瓜有蚜株當(dāng)蚜蟲密度≥400頭/盆時,才顯著地大于空白對照(P<0.05)。2.2黃瓜和嗪害株對多異線蟲成蟲誘集的效果嗅覺儀測定表明(圖3),黃瓜和攪瓜的健康植株對多異瓢蟲成蟲均沒有引誘作用(P>0.05),黃瓜和攪瓜有蚜株和蚜害株上誘集的多異瓢蟲成蟲數(shù)量顯著多于黃瓜和攪瓜健康植株上(P<0.05),黃瓜有蚜株對多異瓢蟲成蟲誘集作用極顯著大于黃瓜蚜害株(P<0.01),但攪瓜有蚜株與蚜害株對多異瓢蟲成蟲的引誘作用差異不顯著(P>0.05)。上述結(jié)果表明,蚜蟲為害誘導(dǎo)的寄主植物揮發(fā)物對多異瓢蟲成蟲有明顯的引誘作用,而健康植株揮發(fā)物沒有引誘作用。2.3種植物健康植株揮發(fā)物組分GC-MS分析(表1)表明,黃瓜健康植株揮發(fā)物主要由8種化合物組成,含量最高的為十八烯,其次為E-5-二十碳烯,再次為正十七烷,前3個組分合計占總量的67.52%,其他組分均不到10%。蚜害株(為害24h后去掉蚜蟲)揮發(fā)物組分為12種,含量最高的為十八烯,其次為E-5-二十碳烯,再次為正十八烷,前3個組分占總量的71.53%。有蚜株揮發(fā)物組分增加到18種,含量最高為十八烯,其次為正十六烷,再次為正十七烷和E-5-二十碳烯,前四者合計占59.59%。植株受害后增加的組分有對二甲苯、鄰二甲苯、正十三烷、十四烯、α-法呢烯、雪松醇、正十八烷和正二十六烷,還有7個組分未鑒定出種類。攪瓜健康植株揮發(fā)物主要由11種化合物組成,含量最高的為石竹烯,其次為十八烯,再次為正十六烷和正十七烷,前4個組分占總量的70.81%,其他組分均不到10%。蚜害株(為害24h后去掉蚜蟲)揮發(fā)物組分為18種,含量最高的為石竹烯,其次為十八烯,前2個組分占總量的39.2%,其他組分均不到10%。有蚜株揮發(fā)物組分增加到20種,含量最高仍為石竹烯,其余均未超過10%。植株受害后增加的組分有苯乙烷、對二甲苯、間二甲苯、α-蒎烯、正十四烷、長葉烯和α-石竹烯,還有2個組分未鑒定出種類。從表1可以看出,不管是否受到瓜蚜為害,2種寄主植物揮發(fā)物中含量最高的化合物沒有改變,黃瓜中為十八烯,攪瓜中為石竹烯。2種植物健康植株共有的揮發(fā)物近50%,共有5種物質(zhì),即:正十五烷、正十六烷、正十七烷3種烷烴類化合物和十八烯、E-5-二十碳烯2種萜烯類化合物。黃瓜揮發(fā)物中沒有而攪瓜揮發(fā)物中有的化合物包括古巴烯、石竹烯及1種未知揮發(fā)物,共3種。瓜蚜為害后誘導(dǎo)出的共同物質(zhì)為對二甲苯和2種未知化合物。3瓜改對植物揮發(fā)物的種類和數(shù)量植物揮發(fā)物在植食性昆蟲和天敵昆蟲的生境定位、寄生或捕食行為中起著重要作用。本文研究表明,蚜蟲為害寄主植物后,不管是否去掉蚜蟲,受害后的植株對多異瓢蟲均有明顯的引誘作用,并且引誘強度隨蚜蟲密度的上升而增強,而健康植株沒有引誘作用。說明蚜蟲為害誘導(dǎo)的植物揮發(fā)物在多異瓢蟲搜索獵物過程中起著重要作用。同時,本研究表明,蚜蟲本身揮發(fā)物對多異瓢蟲成蟲也有引誘作用,但與蚜蟲密度有關(guān),當(dāng)蚜蟲密度達到700頭/L時,蚜蟲揮發(fā)物才對多異瓢蟲有明顯的引誘作用。韓寶瑜和陳宗懋(2000)在研究異色瓢蟲成蟲對茶蚜Toxopteraauranti氣味的行為反應(yīng)時,也獲得了類似的結(jié)果,當(dāng)茶蚜數(shù)量超過一定密度時,異色瓢蟲成蟲才對茶蚜氣味有明顯的趨性。另一方面,攪瓜有蚜株引誘到的多異瓢蟲數(shù)量略多于攪瓜蚜害株引誘的數(shù)量,但未達到P<0.05顯著水平,而黃瓜有蚜株的引誘力極顯著地強于蚜害株。這可能是由于攪瓜有蚜株的揮發(fā)物組分只比蚜害株多了2種,而黃瓜有蚜株的揮發(fā)物組分比黃瓜蚜害株多了9種。在嗅覺儀實驗中,我們與絕大多數(shù)研究者一樣使用的供試瓢蟲未分雌雄(韓寶瑜和陳宗懋,2000;王進忠等,2001;Ninkovicetal.,2001;Francisetal.,2004;ZhuandPark,2005;楊新根等,2006;程麗坤等,2007;薛皎亮等,2008;亓黎等,2008;張艷峰等,2009),但也有部分研究者只使用雌蟲(劉勇等,2005;GirlingandHassall,2008)。雌雄兩性瓢蟲是否對揮發(fā)物的反應(yīng)有差異,還有待于今后進一步研究。植食性昆蟲誘導(dǎo)的植物揮發(fā)物的種類和數(shù)量隨植食性昆蟲、植物種類、甚至基因型而改變(Turlingsetal.,1990;Takabayashietal.,1994)。本文結(jié)果表明,盡管供試的2種植物均屬于葫蘆科,親緣關(guān)系較近,但不同種類植物揮發(fā)性化合物的種類約50%不同,相同的只有5種。瓜蚜為害黃瓜后揮發(fā)物主要成分為十八烯、E-5-二十碳烯、正十六烷和正十七烷,而二斑葉螨為害黃瓜后產(chǎn)生的揮發(fā)物主要組分為(E)-4,8-dimethyl-1,3,7-nonatriene