小木蠹蛾(Holcocerus insularis Staudinger)是北京、天津等地园林树木白蜡、国槐、丁香、银杏、海棠等主要蛀干害虫, 据1979年对北京市行道树的调查(高瑞桐等, 1983; 蒋三登等, 1983), 遭此虫危害严重的地方被害株率高达80%以上。1998年再次调查发现, 虫害程度有增无减, 在一根长50cm、直径8cm白蜡树段内幼虫达263头。受害树株常发生风折、枯枝甚至整株死亡。同时幼虫从树干内排出粪屑挂满树枝树干或飘落地上, 有碍市容卫生。防治方法主要是修除被害树干和施用化学药剂, 长期使用这些方法不仅效率低, 而且破坏生态环境, 出现虫口回升等弊病, 因此要提高防治效率, 化学防治必须与生物防治相协调。在生物防治措施中, 使用性信息素防治害虫是一种高效无公害、简便的防治方法。本文旨在通过EAG检测为小木蠹蛾性信息素的结构鉴定和化学合成提供依据。

1 材料和方法 1.1 试验昆虫

采用的小木蠹蛾雄蛾是通过采伐被害严重的白蜡树段, 放入大纱笼内在自然条件下羽化、捕捉而得, 按羽化天数分装于小纱笼内并喂以5%~8%蜂蜜水。雌蛾是在野外树干上采到蛹后, 立即按雌雄分开, 装在纱笼内, 5~10 min后即可羽化。

1.2 性信息素提取物

分别取不同蛾龄的雌蛾, 挤压腹部, 用镊子摘取性信息素腺体及产卵器, 侵于正己烷中, 24 h后用组织研麽器研碎, 过滤得性信息素腺体提取物。

1.3 标准化合物

所用17种标准化合物均为本实验室制备, 纯度达95%以上, 化合物原液用正己烷溶解、稀释, 根据实验要求配成不同浓度的溶液, 取20 μL滴加到0.5 cm×1.5 cm滤纸上, 装在不同的样品管中, 空白样品管中加入与样品管等体积的正己烷。

1.4 触角电位(EAG)测定方法

触角电位测定仪由中国科学院动物研究所虫害鼠害国家重点实验室提供, 包括微电极放大器, Syntech UN-06直流交流放大器, Syntech C₅-05刺激放大器, Syntech M_p-15微动操作仪, Syntech WILD M3Z双目实体显微镜, Syntech分析软件, 连续气体流量为124 mL/min, 刺激气体流量为20 mL/min, 刺激时间为0.1 s, 刺激间30~60 s。

根据不同的实验要求, 取不同蛾龄的小木蠹蛾雄蛾进行实验, 用眼科剪刀从触角基部剪下触角, 并用单面刀片快速切下触角末端两节, 用充满生理液(Beadle-Ephrussi)生理液:NaCl 7.5 g、CaCl₂ 0.21 g、KCl 0.35 g、NgHCO₃ 0.20 g; 溶于1000 mL蒸馏水中)的玻璃电极套在触角的两端进行EAG测定。不同化合物的刺激顺序是随机的, 在剂量测定时, 刺激顺序是从低浓度到高浓度。为了消除触角适应而导致的偏差, 每测定3~4个样品后测1次空白(CK)计算结果时样品的反应值减去相邻空白CK是触角对刺激物的净反应值。每种刺激物在同一根触角上平行测定3次, 重复的雄蛾数为6~9只, 取平行测定的平均值。

2 结果与讨论 2.1 小木蠹蛾雄蛾对雌蛾性信息素腺体提取物的EAG反应

小木蠹蛾雄蛾对雌蛾腺体提取物有明显的EAG (表 1), 而且随着提取的雌蛾腺体数增加其EAG反应增大, 证明小木蠹蛾对性信息素反应的强弱与雌蛾腺体提取物中性信息素含量正相关。由于我们用的雌蛾是由野外人工捕捉到的, 存活期较短(2~3 d), 因而在羽化当晚9:00左右和第2、3天晚同一时段提取腺体。测定结果表明, 当天羽化的雌蛾即可产生性信息素并对外释放, 这同羽化当晚即可交配的事实相符。羽化第2天的雌蛾腺体提取物的EAG反应较第1天的大, 说明小木蠹蛾求偶和释放性信息素的高峰期应在羽化后的2~3 d内。

2.2 化合物诱发EAG反应的一般特征

波形(见图 1), 17种化合物刺激雄蛾触角后有12种发生明显的负相EAG反应, 波幅在2~6 mv, 时程约在2~2.7 s, 波形与波幅与化合物的碳链长度无相关性, 但波幅(见表 1)与性诱剂的官能团及立体结构密切相关。

剂量—反应曲线用EAG反应最强的化合物(Z₉-C₁₄:Ac)对不同蛾龄的雄蛾触角作剂量—反应曲线(见图 2)。曲线大致呈“S”形。反应阈值较低(1~10 ng)。羽化当天触角对刺激物的感知灵敏度较第2天低, 但刺激物浓度升高后则其感知强度反而增大。可推测雄虫在羽化初期受雌蛾的引诱作用较弱。如果空间性信息素含量较高, 也可被雄蛾所感受。在第2天傍晚其触角的感知灵敏度增大, 空间含有微量的性信息素即可特异地激活雄蛾触角上的感受细胞, 诱发雄虫远距离迁飞和交配。第3天后, 雄虫的触角感知灵敏度大大降低, 诱发交配的可能性较小。由此推测小木蠹蛾的交配盛期可能在羽化后当晚和第2天晚上。

2.3 化合物诱发EAG反应的触角感受器分析

通过扫描电镜观察到小木蠹蛾触角上密集分布有毛形感器, 另外还有刺形感器、腔锥形感器等各种感受器(图 3), 它们是机体感知内外环境、进行化学通讯的信息接受装置。这些感受器上存在有不同物质的特异性受体, 当受到不同刺激物刺激时将产生相应的EAG反应。故此一种刺激物引起的感受器适应, 应不影响另一种刺激物的EAG反应。实验过程中, 对17种性诱剂类似物随机按一定顺序测定EAG反应值, 正逆向顺序测定的结果几乎一致。昆虫这种化学通讯的特异性, 使得昆虫在自然条件下即可感知其它物种分泌的物质, 又可同时准确识别自身种群特有的性信息素。

2.4 EAG反应的化学特异性

性诱剂的空间构型、性质与EAG反应具有一定的相关性。从测试的17种化合物诱发的EAG反应值(表 1)可以看出, 对于相同碳链但官能团不同的化合物分子, 其EAG值差异较大。如Z9-C₁₄:OH同Z9-C₁₄:Ac相比, 后者引发的EAG反应值是前者的7倍, 而对于碳链小的Z5—C₁₂:OH和Z5—C₁₄:Ac, 后者只是前者的1.2倍。由此推测Z9-C₁₄:Ac可能是小木蠹蛾性信息素的一个成分或类似物。同类型的分子但双键的位置不同, EAG值变化也较大。如Z9C₁₄:Ac > Z5C₁₄:Ac > Z11C₁₄:Ac > Z12C₁₄:Ac。对于属于顺反异构体的分子, 反式的EAG值略大于顺式的。可见, 小木蠹蛾对不同的性诱剂类似物的EAG反应有一定的化学特异性。