单宁酸对红、绿色型豌豆蚜生长发育及繁殖的影响

邵 娅， 王森山， 叶 超

(甘肃农业大学植物保护学院/甘肃省农作物病虫害生物防治工程实验室， 甘肃 兰州 730070)

豌豆蚜(Acyrthosiphonpisum)是豆科植物的主要害虫之一，在世界各地均有分布[1]。豌豆蚜也被称为豆无网长管蚜，属半翅目，蚜科，主要以豆科草本植物及少数豆科木本植物为寄生植物，对寄主植物的严重危害直接体现于其取食作用，是苜蓿花叶病毒的重要传播者，其造成的损失远远超过蚜虫直接危害的损失[2]。豌豆蚜通过口器刺吸植物汁液，造成植物生长率降低、苜蓿蛋白质含量降低，严重时，出现叶斑、泛黄、卷叶、枯萎等不同症状使产量降低，田间植株成片枯死[3-4]。豌豆蚜以绿色型为主，也存在红色型[1]，不同色型种群及其生态作用存在差异。1945年，Harrington[5]首次发现了红色型的豌豆蚜。Cartier[6]等在研究抗性育种过程中鉴定出豌豆蚜有9个生物型，表明豌豆蚜有明显的生物型分化。Losey[7]等研究了捕食性和寄生性天敌对红、绿色型豌豆蚜的选择性，表明绿色型豌豆蚜比红色型豌豆蚜的被寄生率高，但红色型豌豆蚜比绿色型更易被捕食。Braendle[8]等发现红色型豌豆蚜比绿色型豌豆蚜更容易离开寄主植物，并产生有翅蚜。

单宁酸 (tannins) 是植物的次级代谢产物，是天然的多元酚化合物，广泛存在于苜蓿、蚕豆等豆科植物中。在紫花苜蓿(Medicagosativa)中，由于皂苷和酚类物质的含量比较低，使得在其上取食的豌豆蚜具有较好的适应性[9-10]。紫花苜蓿中单宁酸的提取量是 2.15 mg·g- 1[11]。单宁酸与唾液蛋白、糖蛋白等互作，产生苦涩味，影响适口性，降低动物的采食量，影响蛋白质的消化吸收[12]，与金属离子发生络合，影响铁等矿物元素的吸收利用，单宁酸与生物膜结合直接影响其通透性，进而影响动物对食物的吸收[13]。同时单宁酸也可间接的影响一些含金属元素酶的活性，从而影响营养物质的消化吸收，因此被视为一种抗营养因子[14]。单宁酸等植物次生物质虽然没有直接参与维持植物的生长发育和生殖有关的基础生化活动，但植物次生物质却能影响昆虫对寄主植物的选择、取食和利用，从而对昆虫的行为及生长发育等方面产生影响甚至毒杀作用。武予清[15]报道棉叶单宁酸—黄酮类化合物对棉铃虫生长有显著影响，其中缩合单宁有较强烈的抑制作用，棉花植株中单宁酸对棉铃虫的近缘种美洲棉铃虫和烟芽夜蛾有较强的毒性。

本文是在豌豆蚜人工饲料研究的基础上，分别在其中加入不同质量浓度的单宁酸，测定豌豆蚜的存活率、平均产蚜量、产蚜率和相对日均体重增长率，以明确紫花苜蓿中单宁酸对两种生物型豌豆蚜生长发育及繁殖的影响，研究这一关键问题将对揭示苜蓿抗豌豆蚜的生化机理和抗蚜育种奠定理论基础，也为综合开发药用植物资源、寻找新的植物源杀虫剂理论研究与实践提供实验依据。

1 材料与方法

1.1 供试虫源

在甘肃农业大学牧草试验田中采集红、绿两种不同色型的豌豆蚜，在室内盆栽蚕豆上饲养，待产蚜后选用初产2日龄若蚜供试。

1.2 单宁酸浓度的设定

单宁酸是苜蓿的次生代谢产物，紫花苜蓿中单宁酸的提取量是2.15 mg·g- 1，含量比较低。以此为参照，在前期大量筛选工作的基础上，我们确定5个单宁酸浓度(C1=1 mg·L-1、C2=2 mg·L-1、C3=3 mg·L-1、C4=4 mg·L-1、C5=5mg·L-1)和一个对照组(CK)，共计6个处理，饲料配置完成分装入2 mL离心管，于-20℃冰箱内保存，保存期不超过3个月。

1.3 豌豆蚜的人工饲料来源及饲养方法

本研究的人工饲料是由氨基酸、维生素、矿物质、蔗糖和磷酸盐等按比例混合而成，所用试剂均为国产试剂。豌豆蚜饲养配方参照了叶超[16]的人工全纯饲料配方，同时也参考了Prosser和Douglas于1992年发表的饲料配方，两个配方在氨基酸的使用上有稍微的差异，前者在后者的基础上将赖氨酸等几种氨基酸分别替换为稳定性较高的对应氨基酸的盐酸盐，或者盐酸盐水物、酸等。

本试验所用的饲养笼由有机玻璃管加工而成(h=3 cm，d=2.5 cm)。拉伸石蜡膜(parafilm M)封住养虫笼一端，用移液器添加不同的饲料至膜上(每个为100 μL)，然后在上面再覆一层石蜡膜，避免饲料溢出虫笼，石蜡膜在使用前需要用紫外灯彻底灭菌消毒。用小毛笔挑取初孵2日龄若蚜转接至饲养笼内的石蜡膜上，倒置30 s以保证蚜虫固定取食，再将饲养笼放正。每处理3个重复，每重复单体饲养10头，共计30头，绿、红色型豌豆蚜分别置于温度为(24±1)℃、(22±1)℃，光周期为L:D=12：12，湿度RH=(70±5)%的人工气候箱(RXZ型)内饲养。

两种色型豌豆蚜要分别饲养，每个养虫笼里接入一头2日龄若虫，接虫后第2日起开始统计若蚜观察各处理豌豆蚜的生长发育情况。每12小时观察一次，饲料如有变质需及时替换，接入24小时以内死亡的重新接虫替换。每接入一头若蚜用精密电子天平(AL104型)称虫体初重(W1)，待发育成无翅成蚜后再次称重(W2)，记录蚜虫的存活率、成蚜产蚜量、成蚜产蚜率和发育历期(DD)等，从而计算相对日均体重增长率(RRGR)(相对日均体重增长率RRGR=(lnW2-lnW1)/DD][17-18])、存活率、平均产蚜量和平均产蚜率。

1.4 数据分析

利用Excel统计数据，用SPSS 22.0软件ANOVA程序进行方差分析，比较不同浓度单宁酸对不同色型豌豆蚜生长发育的影响差异。

2 结果与分析

2.1 不同质量浓度单宁酸对绿色型豌豆蚜生长发育的影响

由表1可知，在单宁酸质量浓度为1.0～5.0 mg·L-1范围内，用不同质量浓度单宁酸处理的人工饲料饲养豌豆蚜，对绿色型豌豆蚜的存活率均有一定的抑制作用。C5的6天存活率最低，为53.3±3.3%，C4、C5与CK差异显著(P<0.05)；C4的12天存活率最低，为13.3±3.3%，与CK差异显著(P<0.05)；C4和C5的20天存活率均为0.0±0.0%，CK、C1与其他各组间差异显著(P<0.05)，当单宁酸质量浓度为3，4和5 mg·L- 1时，豌豆蚜的存活率均与CK间差异显著(P<0.05)。C2与CK相对日均体重增长率差异不显著，其他各组均与CK差异显著(P<0.05)。有翅蚜率在C3浓度时达到最大，与CK差异显著(P<0.05)。

表1 不同质量单宁酸浓度对绿色型豌豆蚜生长发育的影响Table 1 Effects of different concentrations of tannic acid on the growth and development of green pea aphid

2.2 不同质量浓度单宁酸对红色型豌豆蚜生长发育的影响

由表2可知，在单宁酸质量浓度为1.0～5.0 mg·L-1范围内，用不同质量浓度单宁酸处理的人工饲料饲养豌豆蚜，对红色型豌豆蚜的存活率均有一定的抑制作用，而单宁酸对红豌豆蚜的抑制作用比绿色型弱。当单宁酸浓度达到C4、C5时，6天和12天存活率与CK间差异显著(P<0.05)，C5浓度下存活率最低；20天时，C3、C4和C5浓度下存活率均为0.0±0.0%。单宁酸对红豌豆蚜的相对日均增长率的抑制不明显，当浓度最大时达到最低0.19±0.00%，与CK间差异显著(P<0.05)。随着单宁酸浓度的增大，有翅蚜率在C3浓度时达到最大，与CK间差异显著(P<0.05)，且红色型豌豆蚜有翅蚜率明显高于绿色型。

表2 不同质量单宁酸浓度对红色型豌豆蚜生长发育的影响Table 2 Effects of different concentrations of tannic acid on growth and development of the red pea aphid

2.3 不同质量浓度单宁酸对两种生物型豌豆蚜产蚜量的影响

由图1可知，在最适条件下分别饲养红、绿色型豌豆蚜，在单宁酸浓度为1.0～5.0 mg·L-1范围内，两种豌豆蚜平均产蚜量呈递减趋势，当单宁酸浓度达到C4时，绿豌豆蚜平均产蚜量与CK间存在显著差异(P<0.05)，C5时产蚜量最低，为2.0±0.0头/单雌。随着单宁酸浓度的增大，红豌豆蚜的平均产蚜量与CK间均无显著性差异。由此可见，单宁酸对绿豌豆蚜平均产蚜量的抑制作用明显大于红色型。

2.4 不同质量浓度单宁酸对两种生物型豌豆蚜产蚜率的影响

由图2可知，在最适条件下分别饲养红、绿色型豌豆蚜，在单宁酸浓度为1.0～5.0 mg·L-1范围内，随着单宁酸浓度的增大，绿豌豆蚜的产蚜率明显降低，C1、C2、C3、C4和C5均与CK差异显著(P<0.05)，C4和C5产蚜率达最低为6.7±3.3%；而红豌豆蚜产蚜率在C4浓度时最低为3.3±0.0%，C2、C3、C4和C5与CK差异显著(P<0.05)。

图1 红、绿色型豌豆蚜平均产蚜量Fig.1 Average producing of red and green pea aphid

图2 红、绿色型豌豆蚜产蚜率Fig.2 Production rate of red and green pea aphid

3 讨论与结论

综合分析表明，单宁酸对豌豆蚜的生长发育及繁殖具有一定的抑制作用，该作用是多方面的，主要包括直接“杀死”、明显抑制若虫蜕皮过程、抑制幼虫体质量增长等方面。在单宁酸浓度为1.0 ～5.0 mg·L-1范围内，随着单宁酸浓度的增加，对红、绿豌豆蚜存活率、产蚜率和相对日均体重增长率有一定的抑制作用，且对绿色型的抑制作用更为明显。在5.0 mg·L-1时，不同时间段的两色型豌豆蚜存活率和相对日均体重增长率均最低；两色型的单雌产蚜量和产蚜率均呈降低趋势，在5.0 mg·L-1达到最小。而有翅蚜的产生率逐渐增大，到C3浓度时达到最大，随后降低。

植物次生性代谢产物这一名词是Czapek在20 年代首先提出的。有关植物对昆虫有自卫作用的次生物质种类很多，如生物碱，单宁酸，黄酮类等，对昆虫造成不良的感觉刺激或引起中毒，植物组织或其液汁对昆虫营养效应的影响受到其中所含次生性物质、抗消化酶的蛋白质及昆虫本身的共生微生物的影响。钦俊德[19]关于植物对植食性昆虫的作用做了扼要的概括，指出这种作用一般以变动着的次生物质和营养成分来影响昆虫的行为、生长发育和繁殖。陈巨莲报道[20]单宁酸、总酚、香豆素是抗麦长管蚜的重要次生物质；单宁酸、儿茶素、香豆素、门布是抗禾谷溢管蚜的重要次生物质，陈巨莲[21-22]等利用人工饲养麦蚜研究表明，单宁酸、没食子酸和香豆素对麦长管蚜的存活、生长和发育有明显的抑制作用。单宁酸是多酶促反应的有效抑制剂，可抑制多种消化酶(如乙酰胆碱酯酶、糖苷转化酶和透明质酸酶等)的活性[23]，还可抑制酪氨酸酶的活性，引起昆虫表皮的不完全硬化和变黑[24]，但抑制机制尚不明确。刘伟等[25]研究了单宁酸对甜菜夜蛾(Spodopteraexigua)幼虫的摄食毒力作用及生长发育的影响。陆宴辉[26]等用棉酚和单宁酸人工饲喂蚜虫发现，当棉酚和单宁酸浓度在200 mg·kg-1以上时，棉蚜在短时间内全部死亡，且不产蚜；当浓度为100或50 mg·kg-1时，棉酚和单宁酸对棉蚜的存活率、繁殖力及种群增长有明显的抑制作用。所以，单宁酸一直被认为是一种抗营养因子，在豌豆蚜试验中表明单宁酸对豌豆蚜的存活率、生长发育及繁殖有明显抑制作用。但是，我们发现单宁酸对两种生物型豌豆蚜的抑制作用有差异，红豌豆蚜的存活率低于绿色型，而有翅蚜率明显高于绿色型，这与Braendle[8]发现红色型豌豆蚜比绿色型豌豆蚜更容易离开寄主植物，并产生有翅蚜的结果一致。相对日均体重增长率随着单宁酸浓度的增加而逐渐降低，可见单宁酸影响了蚜虫对营养物质的消化吸收。单宁酸对红豌豆蚜平均产蚜量的抑制作用与对照相比差异不显著，而绿豌豆蚜的产蚜量明显低于对照组的，这与刘伟[25]研究单宁酸对甜菜夜蛾的研究结果基本一致，说明单宁酸对昆虫的存活率、繁殖力的确有抑制作用。随着单宁酸浓度的增加，两种色型豌豆蚜的产蚜率呈递减趋势，但红豌豆蚜在C3浓度时产仔率突然升高，这可能是实验误差，也有可能是一定量的单宁酸能提高繁殖性能，这点在蚜虫研究方面尚未报道，还得进一步研究。近年来随着深入研究发现，单宁酸具有独特的抗氧化、清除体内自由基、抑菌、抗病毒等生物学作用，饲料中适量的单宁酸对动物的生长、免疫以及对机体氮代谢等方面具有促进作用，单宁酸还能提高反刍动物繁殖性能[27]，但影响机制尚不明确。

综上所述，次生代谢物质单宁酸对豌豆蚜的生长发育及繁殖有抑制作用，因此这就对苜蓿抗豌豆蚜的生化机理和抗蚜育种奠定了理论基础，且单宁酸存在于自然界中，对环境不会造成危害，若能将单宁酸及其衍生物作为开发新型农药的基础，可为合成有效控制农田害虫的植物农药研究与实践提供试验依据。