两种寄主植物挥发物对梨小食心虫性信息素的增效作用

和小娟，相会明，王怡，郭永福，马瑞燕

(山西农业大学 农学院，山西 太谷 030801)

两种寄主植物挥发物对梨小食心虫性信息素的增效作用

和小娟，相会明，王怡，郭永福，马瑞燕*

(山西农业大学 农学院，山西 太谷 030801)

[目的]探索可以增强昆虫对性信息素反应的寄主植物挥发物，提高性信息素的诱捕效果。[方法]使用触角电位技术对寄主植物挥发物顺-3-己烯乙酸酯(A)和乙酸己酯(B)的浓度进行筛选，获得对梨小食心虫雄虫具有最强刺激作用的浓度，随后检测此浓度对性信息素(PH)的增效作用。[结果]A、B 2种物质对雄虫的最强刺激浓度均为100 g·L-1。电位值随浓度增加的变化符合Logistic曲线，0.035～2.825 g·L-1、0.017～4.592 g·L-1分别为电位值快速增加时A、B的浓度区间。A、B分别对PH增效1.6倍、1.4倍，共同增效1.5倍。[结论]A、B 2种物质不论单独或共同，对PH均有明显增效作用，A浓度为100 g·L-1时对PH的增效作用最强。

梨小食心虫； 寄主植物挥发物； 性信息素； 增效作用； Logistic曲线拟合

梨小食心虫Grapholithamolesta(Busck)，属鳞翅目(Lepidoptera)、卷蛾科(Tortricidae)，是世界性的主要蛀果害虫之一[1]。梨小食心虫具有蛀梢、蛀果的习性，年繁殖代数多且世代重叠，成虫具有典型的季节性转移寄主习性，其主要寄主植物皆属蔷薇科。该虫在我国各个地区普遍发生，由于我国北方拥有大面积的落叶类果树栽培区，因此也成为蛀食类害虫的高发区[2]。

当前防治梨小食心虫主要使用化学农药的方法[3]。但由于该虫具有钻蛀的习性，幼虫蛀入嫩梢或果实后，化学农药就达不到理想效果，此外还伴随了污染环境、误杀天敌以及害虫抗药性增长等问题[4，5]。梨小食心虫性信息素自被鉴定以来，因其具有高效、无毒、不污染环境等优点被广泛推广应用[6～8]。昆虫与寄主植物间的化学通讯信息物质是化学生态学研究的重要内容[9]。昆虫可以感知植物挥发的信息化学物质从而做出相应的行为反应[10]。此外，寄主植物挥发性物质能增强昆虫对性信息素的反应，特别是鳞翅目、双翅目、和同翅目等昆虫[10]。研究寄主植物挥发性物质与昆虫性信息素的协同作用，可以进一步增强性信息素对害虫的监测与防治的效果[11]。

植物释放的特异性挥发物质能够诱导昆虫的寄主定位、取食、择偶及选择性产卵等行为[12]。触角作为接收植物化学信号的主要嗅觉器官，在植食性昆虫与植物间的化学通讯系统中起重要作用[13]。昆虫触角电位仪(Electroantennogram，EAG)可以测定昆虫对挥发性物质反应的电生理反应，记录昆虫触角上全部的感受器对挥发性物质的电生理反应的总和[9]。EAG具有高敏感性、高选择性，是研究昆虫对植物气味物质和昆虫信息素感受的有效手段，广泛应用于挥发性化学物质对昆虫活性的影响测定[14,15]。

Logistic方程现已被广泛应用于医学，经济学，生物学等各领域的中应用，生物学中主要应用于种群增长的计算，但方程的各项指标以及其数学含义，同样可以用来解释符合其曲线特征的其它领域。

本试验首先通过雄虫对两种寄主植物挥发物的电生理反应筛选出最佳浓度。其次将其与性信息素混配后，明确寄主植物挥发物对梨小食心虫性诱剂的增效作用，从而筛选出性信息素的最佳增效剂，以期为提高田间性信息素交配干扰技术的应用效果提供依据。应用Logistic曲线拟合[16]，以期找到被筛选浓度的变化关键区域，为今后在同类型实验中的应用提供明确的生物学解释与方法探讨。

1 材料与方法

1.1 供试虫源

梨小食心虫虫源来自于山西农业大学农学院生物安全与生物防治实验室继代培养的梨小食心虫种群。所有试验均使用2日龄未交配的雄虫。

1.2 供试试剂

试验主要供试试剂见表1。

表1 试验所需样品名称、 纯度及来源Table 1 Source and purity of volatile compounds used in behavior studies

1.3 触角电位(EAG)测定

触角电位仪(荷兰Syntech公司)、刺激气体控制装置(Syntech CS-55)、直流/交流放大器(Syntech IDAC-4)、刺激放大器(Syntech Combi Probe 10×)。

测定方法：首先用刀片沿触角基部将梨小食心虫的触角完整切下，再割去触角末端一小节，然后用导电胶(SIGNA GEL ELECTRODE GEL)将其粘在叉状的电极上，插入PRG-3昆虫触角电位探头ANTENNA HOLDER，观察到基线平稳之后，即可进行试验。每次将20 μL待测化合物均匀滴在滤纸(0.5 cm*3 cm)上，再将滤纸推入移液枪枪头(100～1 000 μL)中，并连接在STIMULUS SOURCE的导管上，轻踩踏板后开始记录。试验温度23～25 ℃，刺激气流流速为20 mL·min-1，持续0.2 s，两次刺激间隔需大于60 s，保证触角从上一次刺激中完全恢复。在进行试验中，需尽量减少处理触角的时间，以保持触角的活性。

1.3.1 梨小食心虫雄虫对A、B两种物质的触角电位

以正己烷为溶剂，待测A、B两种挥发性样品为溶质，配制成5种不同浓度的溶液，分别为：0.01、0.1、1、10、100 g·L-1，并设置对照CK为正己烷。每个处理需用5根触角，每头昆虫只选取一根触角，每根触角按照CK、样品5个浓度从低到高的顺序进行测定。

1.3.2 A、B两种物质对性信息素增效的触角电位反应

A、B两种物质分别测定时，选择对梨小食心虫雄虫触角具有最强刺激效果的两种物质浓度，20 μL正己烷设为对照，刺激样品分别为10 μL梨小食心虫性信息素+10 μL正己烷，记为PH；10 μL梨小食心虫性信息素+10 μL A或B，记为PH+A/B。每个处理需用5根触角，每头昆虫只选取一根触角，每根触角按照CK、PH、PH+A/B的顺序进行测定。

A、B两种物质共同测定时，选择对梨小食心虫雄虫触角具有最强刺激效果的两种物质浓度，30 μL正己烷设为对照，刺激样品分别为10 μL梨小食心虫性信息素+20 μL正己烷，记为PH；10 μL梨小食心虫性信息素+10 μLA+10 μLB，记为PH+A+B。每个处理需用5根触角，每头昆虫只选取一根触角，每根触角按照CK、X、PH+A+B的顺序进行测定。

1.4 数据分析

EAG相对反应值=刺激样品的绝对反应值-CK刺激的绝对反应值。

梨小食心虫对不同浓度寄主植物挥发物以及不同处理增效剂的触角电位反应，采用单因素方差分析(one-way ANOVA)，多重比较采用Duncan’s新复极差法。植物挥发物对性信息增效的触角电位反应采用独立样本T检验(Independent-Samples T Test)。所有数据均采用SPSS 16.0进行分析。

2 结果与分析

2.1 梨小食心虫雄虫对A、B两种物质的触角电位反应

A 梨小食心虫雄虫对不同浓度A物质的触角电位反应A Comparison of EAG response of G.molesta male to different concentration A

B 电位值随A物质浓度变化的Logistic曲线 B Logistics curve of EAG value changing with concentration of A

C Logistic增长速率C The growth rate of Logistic

D Logistic增长速率二阶导函数D Second-order function of growth rat

图1梨小食心虫雄虫对不同浓度A物质的触角电位反应及Logistic曲线图

Fig.1 Comparison of EAG response ofG.molestamate to different concentration A and analysis logistic cure of EAG value Changing with concentration of A

2.2 A、B两种物质对性信息素增效的触角电位反应

由图3可以看出，梨小食心虫雄虫对 100 g·L-1A物质混合性信息素的电位反应明显大于单性信息素，两组间差异显著(t=11.276，df=8，P<0.01)。100 g·L-1A物质混合性信息素后比单性信息素增效约1.6倍。

由图4可以看出，梨小食心虫雄虫对100 g·L-1B物质混合性信息素的电位反应明显大于单性信息素，两组间差异显著(t=9.936，df=8，P<0.01)。100 g·L-1B物质混合性信息素后比单性信息素增效约1.4倍。

由图5可以看出，梨小食心虫雄虫对100 g·L-1A与100 g·L-1B物质共同混合性信息素的电位反应明显大于单性信息素，两组间差异显著(t=11.34，df=8，P<0.01)。100 g·L-1A与100 g·L-1B物质共同混合性信息素后比单性信息素增效约1.5倍。

经分析，三种增效方式间的差异并不显著(df=2,14，F=2.274，P=0.145)。

A 梨小食心虫雄虫对不同浓度B物质的触角电位反应A Comparison of EAG response of G.molesta male to different concentration B

B 电位值随B物质浓度变化的Logistic曲线B Logistics curve of EAG value changing with concentration of B

C Logistic方程增长速率C The growth rate of Logistic

D 增长速率二阶导函数D Second-order function of growth rate

图2梨小食心雄虫对不同浓度B物质的触角电位反应及Logistic曲线图

Fig.2 Comparison of EAG response ofG.mdestamale to different concentvation A and analysis the logistic cure of EAG value Changing with concentration of B

图3 A物质对性信息素增效的触角电位反应Fig.3 EAG results showing the synergistic effect of substance A on the sex pheromone

图4 B物质对性信息素增效的触角电位反应Fig.4 EAG results of substance B on G.molesta sex pheromone synergistic reaction

图5 A、B物质共同对性信息素增效的触角电位反应Fig.5 EAG results of substance A and B on G.molesta sex pheromone synergistic reaction

3 讨论与结论

顺-3-己烯乙酸酯与乙酸己酯均大量存在于梨小食心虫的寄主植物桃、梨中，且顺-3-己烯乙酸酯在两种寄主的整个年生活史中均存在[17]。本试验在对两种物质最佳刺激浓度的筛选过程中，发现两物质的最强刺激浓度均为100 g·L-1，且梨小食心虫雄虫对两种物质的触角电位反应规律均符合S型曲线。曲线分析后得到电位值随浓度变化的快速增长区间，顺-3-己烯乙酸酯为(0.035～2.825 g·L-1)，乙酸己酯为(0.017～4.592 g·L-1)。由于，在低于快速增长起始点或高于快速增长结束点时的触角电位值都属于平缓增长的过程，所以这一结果可以为进一步田间试验提供理论基础，可以有选择的进行试验，避免使用快速增长区间外的浓度值，在优化物质浓度筛选的精确度的同时减少原料的消耗。同样，此方法也可应用于其他寄主植物挥发物的筛选以及符合Logistic 曲线的其他类型试验。例如，利用导电法结合Logistic方程应用于多种植物的抗寒性研究中，得到了良好的结果[18]；体外生物活性测定中反应中叶吸光度与药物浓度的曲线关系符合S曲线，也可利用此模型计算[19]。

增效试验结果显示，两种寄主植物挥发物不论单独或是共同与性信息素混配都有显著的增效作用，增效作用可以达到1.4～1.6倍。但从中也发现，最高的增效作用并不是两种物质同时存在时，而是单独物质进行的增效，所以今后的试验可以将共同增效物质间相互作用考虑进去。寄主植物挥发物对性信息素的这一增效作用，在其他昆虫上也有体现，如：(Z)-3-己烯基乙酸酯、(E)-2-己烯醛、(Z)-3-己烯-1-醇等，都能够增强小菜蛾(Plutellaxyllostella)、美洲棉铃虫(Helicoverpazea)、苹果蠹蛾(Cydiapomonella)等多种鳞翅目昆虫对性信息素的反应[20,21]。对于雄性昆虫来说，对本物种雌虫性信息素以及对特定寄主植物挥发物的高效识别，有利于雄虫的求偶和交配行为，进而更大程度的为扩大其后代种群做出贡献。基于物种相同雄性昆虫可以利用寄主植物挥发物对雌性昆虫出现的范围进行，进而再通过雌性昆虫释放的性信息素进行精确定位。因此，我们可以推测，雄虫对寄主植物的判断就是对雌虫最可能出现场所的判断。

本文获得的最佳增效剂，在实际应用中，可以在减少经济成本的基础上，进一步为提高田间性信息素大量诱捕与迷向技术的应用效果提供参考或指导。而对寄主植物挥发物浓度的筛选过程所使用Logistic曲线拟合方法，可为其他寄主植物挥发物浓度的筛选以及符合该曲线模式的实验提供依据。

[1]Torriani M V G,Mazzi D,Hein S,et al.Structured populations of the oriental fruit moth in an agricultural ecosystem[J].Molecular Ecology,2010,19(13):2651-2660.

[2]Zhao Z,Rong E,Li S C,et al.Research on the practical parameters of sex pheromone traps for the oriental fruit moth[J].Pest Management Science,2013,69(10):1181.

[3]Stelinski L L,Il’Ichev A L,Gut L J.Antennal and behavioral responses of virgin and mated oriental fruit moth (Lepidoptera: Tortricidae) females to their sex pheromone[J].Annals of the Entomological Society of America,2006,99(5):898-904.

[4]范仁俊,李捷,马春森.北方果树食心虫监测和防控新技术研究与示范[J].山西农业科学,2010,38(5):32-35.

[5]Il’ichev A L,Williams D G,Gut L J.Dual pheromone dispenser for combined control of codling moth Cydia pomonella L.and oriental fruit mothGrapholitamolesta, (Busck) (Lep.Tortricidae) in pears[J].Journal of Applied Entomology,2007,131(5):368-376.

[6]Il’ichev A L,Williams D G,Milner A D.Mating disruption barriers in pome fruit for improved control of oriental fruit mothGrapholitamolesta,Busck (Lep.Tortricidae) in stone fruit under mating disruption[J].Journal of Applied Entomology,2004,128(2):126-132.

[7]张利军,陈晓东,帅赛,等.利用性诱剂防治梨小食心虫的研究试验[J].山西农业科学,2010,38(7):97-100.

[8]孟宪佐.我国昆虫信息素研究与应用的进展[J].应用昆虫学报,2000,37(2):75-84.

[9]Reddy G V P,Guerrero A.Interactions of insect pheromones and plant semiochemicals[J].Trends in Plant Science,2004,9(5):253-261.

[10]王振华,赵晖,李金甫,等.植物源挥发物对昆虫信息素的增效作用及其增效机制[J].应用生态学报,2008,19(11):2533-2537.

[11]叶 香，韩善捷，韩宝瑜.菜园间作柑桔杨梅和吊瓜对害虫和天敌个数的影响[J].安徽农业大学学报，2016，43(1):6-10.

[12]严善春,张丹丹,迟德富.植物挥发性物质对昆虫作用的研究进展[J].应用生态学报,2003,14(2):310-313.

[13]杜家纬.植物-昆虫间的化学通讯及其行为控制[J].植物生理学报,2001,27(3):193-200.

[14]苏梅，师刘琦，戴截止.优雅粗端叶蝉成虫触角感器的超微形态研究[J].西北农林科技大学学报(自然科学版)，2015，43(11)：105-112.

[15]黄翠虹,李静静,周琳,等.昆虫触角电位(EAG)及其与气谱联用(GC-EAD)技术[J].应用昆虫学报,2014,51(2):579-585.

[16]崔党群，Logistic曲线方程的解析与拟合优度测验[J].数理统计与管理，2005，24(1)：112-115.

[17]Najar-Rodriguez A,Orschel B,Dorn S.Season-long volatile emissions from peach and pear trees in situ,overlapping profiles,and olfactory attraction of an oligophagous fruit moth in the laboratory[J].Journal of Chemical Ecology,2013,39(3):418-29.

[18]朱根海,刘祖祺,朱培仁.应用Logistic方程确定植物组织低温半致死温度的研究[J].南京农业大学学报,1986,9(3):11-16.

[19]冯国双,谭德讲,刘韫宁,等.四参数log-logistic模型在生物活性测定研究中的应用[J].药物分析杂志,2013(11):1849-1851.

[20]Light D M,Flath R A,Buttery R G,et al.Host-plant green-leaf volatiles synergize the synthetic sex pheromones of the corn earworm and codling moth (Lepidoptera)[J].Chemoecology,1993,4(3):145-152.

[21]Reddy G V P,Guerrero A.Behavioral responses of the diamondback moth,Plutella xylostella,to green leaf volatiles of Brassica oleracea subsp.capitata[J].Journal of Agricultural and Food Chemistry,2000,48(12):6025-6029.

Synergisticeffectsofvolatilesfromtwohostplantsonsex-pheromonesoforientalfruitmothGrapholithamolesta(Busck) (Lepidoptera:Tortricidae)

HeXiaojuan,XiangHuiming,WangYi,GuoYongfu,MaRuiyan*

(CollegeofAgriculture,ShanxiAgriculturalUnivercity,Taigu030801,China)

[Objective]To screen host plant volatiles that can increase the efficiency of sex pheromone for monitoring and control of the insect pests.[Methods]We chose two volatiles, cis-3-Hexenyl acetate and hexyl acetate, which were highly abundant in the host plants. First, the optimum concentration to elicit strongest physiological response on antennae ofG.molestamales was determined using Electroantennagraphy (EAG). Then, we compared the EAG responses to single sex pheromone and the mixture of sex pheromone with the volatiles at optimum concentration. Logistic curve fitting was used to determine the tendency in the process of concentration screening.[Results]The result showed that, 100 g·L-1cis-3-Hexenyl acetate and 100 g·L-1Hexyl acetate each had the strongest stimulating effect for maleG.molesta. The increase tendency of EAG values was in accord with Logistic curve. In summary, EAG values increased rapidly when the concentration of cis-3-Hexenyl acetate ranged between 0.035 g·L-1～2.825 g·L-1and the concentration of Hexyl acetate was between 0.017 g·L-1～4.592 g·L-1. The antennae response of maleG.molestaincreased by 1.6, 1.4 and 1.5 times, when added 100 g·L-1cis-3-Hexenyl acetate, hexyl acetate and the both into sex pheromone, respectively.[Conclusion]The two host plant volatiles, used alone or in mixture, had significant synergistic effects on sex pheromone. When used at concentration of 100 g·L-1, cis-3-Hexenyl acetate showed the highest synergistic effect for sex pheromone.

Oriental fruit moth, Host plant volatiles, Sex pheromone, Synergist, Logistic curve Resonance

S436.621.2+9

A

1671-8151(2017)12-0854-06

2017-09-12

2017-10-13

和小娟(1991-)，女(汉)，山西长治人，硕士研究生，研究方向:农业昆虫与害虫防治

*通信作者：马瑞燕，教授，博士生导师，Tel: 15035668000; E-mail: maruiyan2004@163.com

山西省科技成果转化引导专项(201604D132033)；山西农业大学创新基金(20132-16)

(编辑：马荣博)