林业科学  2016, Vol. 52 Issue (11): 96-106   PDF    
DOI: 10.11707/j.1001-7488.20161112
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文章信息

崔晓宁, 伊志豪, 王明, 刘德广, 廖书江, 许正
Cui Xiaoning, Yi Zhihao, Wang Ming, Liu Deguang, Liao Shujiang, Xu Zheng
苹小吉丁成虫补充营养的偏好性及相关植物挥发物分析
Maturation Feeding Preference of Adult Agrilus mali and Related Host Plant Leaf Volatiles
林业科学, 2016, 52(11): 96-106
Scientia Silvae Sinicae, 2016, 52(11): 96-106.
DOI: 10.11707/j.1001-7488.20161112

文章历史

收稿日期:2015-11-20
修回日期:2016-05-13

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崔晓宁
伊志豪
王明
刘德广
廖书江
许正

苹小吉丁成虫补充营养的偏好性及相关植物挥发物分析
崔晓宁1, 伊志豪1, 王明1, 刘德广1 , 廖书江2, 许正2    
1. 西北农林科技大学植物保护学院 杨凌 712100;
2. 新疆维吾尔自治区伊犁州林业局 伊宁 835000
摘要【目的】 初步确定苹小吉丁成虫补充营养时的植物选择性和偏好,并分析相关植物叶片挥发物的组成和含量,为指导经济林树种合理间作、开发植物源诱捕或驱避剂、科学有效防控害虫提供依据。 【方法】 以垂丝海棠、秦冠苹果、杜梨和秦王桃为供试植物,测试苹小吉丁成虫对4种植物的选择趋性和取食量,利用顶空吸附法测定供试植物叶片挥发物组分及含量。 【结果】 苹小吉丁成虫对垂丝海棠、秦冠苹果、杜梨和秦王桃4种植物叶片的选择性和取食量均存在显著差异。成虫对海棠的选择性高于苹果,对梨和桃的选择性较低。对海棠的取食量显著大于苹果,对梨和桃则表现出不取食现象。4种植物叶片挥发物组分及含量存在明显差异,共测得71种挥发物,其中烷烃类5种、醚类2种、醇类8种、酮类2种、醛类9种、酯类22种、烯烃类3种、萜类20种。通过因子分析提取的3个复合因子1,2,3分别能解释总方差的41.98%,31.82%和19.83%,累计解释总方差的93.63%。对复合因子1,2,3来说,贡献最大的分别是苹果、桃和海棠的挥发物组分。 【结论】 海棠和苹果是可用于苹小吉丁成虫补充营养的寄主植物,成虫补充营养时并不取食梨和桃。不同植物叶片中各自特有的挥发物组分有顺-3-己烯醇、乙酸己酯、反-β-罗勒烯、(EE)-α-法尼烯、反-橙花叔醇、β-石竹烯、顺-3-己烯乙酸酯和芳樟醇等,这些挥发物可能在成虫定位寄主植物的过程中扮演重要角色。
关键词: 苹小吉丁     寄主选择     取食量     叶片挥发物     因子分析    
Maturation Feeding Preference of Adult Agrilus mali and Related Host Plant Leaf Volatiles
Cui Xiaoning1, Yi Zhihao1, Wang Ming1, Liu Deguang1 , Liao Shujiang2, Xu Zheng2    
1. College of Plant Protection, Northwest A & F University Yangling 712100 ;
2. Yili Forestry Bureau, The Xinjiang Uyqur Autonomous Region Yining 835000
Abstract: 【Objective】 The apple buprestid beetle, Agrilus mali (Coleoptera: Buprestidae), is one of the most serious trunk borers in economic forests and has caused destructive damage for Malus sieversii in Xinjiang wild apple forests in recent years. The new preventive and control measures are urgently needed to develop. The objective of this study was to clarify suitable host plants for its adult supplemental feeding and analyze plant leaf volatiles involved in the process. 【Method】 In this study, four plant species (i.e., Malus halliana, Malus domestica, Pyrus betulifolia and Amygdalus persica) were used to determine its feeding preference and we also analyzed the composition of leaf volatiles from the four species with dynamic headspace collecting procedures and a gas chromatography-mass spectrometer (GC-MS). 【Result】 The results showed that there were significant differences in host selection and feeding amount of A. mail adult on the above mentioned four species. Adults of A. mali preferred to feed on leaves of M. halliana over M. domestica, and the two species in the genus of Malus were preferred compared to P. betulifolia or A. persica. A. mali adults consumed more leavesof M. halliana than those of M. domestica. It was not found that A. mali adults consumed P. betulifolia or A. persica leaves. In addition, the results from GC-MS analyses indicated that there were significant differences in leaf volatile composition and contents among the four species. A total of 71 volatile components were identified, including five alkanes, two ethers, eight alcohols, two ketones, nine aldehydes, 22 esters, 3 alkenes and 20 terpenoids. Factor analysis showed that factor 1, 2 and 3 explained 41.98%, 31.82% and 19.83% of the total variance, respectively; M. domestica, A. persica and M. halliana contributed the most to the first three factors, respectively. 【Conclusion】 Both M. halliana and M. domestica were suitable hosts for A. mali adults supplemental feeding, whereas P. betulifolia or A. persica was not suitable. The unique volatile components from the four species, such as (Z)-3-hexen-1-ol, hexyl acetate, (E)-β-ocimene, (E, E)-α-farnesene, (E)-nerolidol, β-caryophyllene, (Z)-3-hexenyl hexanoate and linalool, might play important roles in the process of A. mali adults orientation of host plants, however their specific roles need to be further explored through electroantennogram and olfactometer behavior assays, as well as field studies.
Key words: Agrilus mali     maturation feeding     host selection     leaf volatiles     factor analysis    

苹小吉丁(Agrilus mali)属鞘翅目(Coleoptera)吉丁甲科(Bupresidea), 是一种重要的经济林木蛀干害虫,主要以幼虫在枝条韧皮部和木质部钻蛀取食,破坏植物输导水分及养分的组织,使枝条干枯死亡;成虫羽化后取食植物叶片补充营养再进行交配和产卵,危害性较小(崔晓宁等,2015)。该虫自1995年在新疆伊犁新源县高潮牧场苹果园中首次被发现后迅速扩散到天山野果林中,对当地主要建群树种--新疆野苹果(Malus sieversii)造成毁灭性破坏,打破物种间原有的生态平衡,带来非常严重的损失(王春晓等,1995季英等,2004)。据调查,2014年在野苹果主要分布区域的巩留县,苹小吉丁的危害面积已经与野苹果林面积相当,呈现普遍发生态势,且危害程度日趋严重(刘忠全等,2014)。新疆野果林是我国乃至世界的重要经济林资源天然基因库,已被列入我国优先保护生态系统名录,包括新疆野苹果在内的多种经济树种属于我国具有国际意义的生物多样性优先保护物种及濒危重点保护植物(傅立国,1991)。经评估,苹小吉丁属于高度危险性林业有害生物,2013年,国家林业局将其列入全国林业危险性有害生物名单,控制苹小吉丁危害已经迫在眉睫(刘爱华等,2013李娟等,2013)。

建立以繁育和释放生物天敌、开发植物源和昆虫信息素诱捕剂、合理搭配栽植林木品种和筛选低毒高效农药等的综合防治体系是控制苹小吉丁危害的重要途径(崔晓宁等,2015)。目前,对苹小吉丁的研究多集中在描述生物学特性(刘爱华,2007王智勇等,2013)、生物防治(刘爱华等, 2010, 2011王智勇等,2014)和化学防治(刘爱华等,2005)等方面,而关于寄主选择、取食、交配和产卵等行为方面的研究未见详细报道。植物挥发物在植食性昆虫与寄主互作间起重要化学信号的作用,影响昆虫定位寄主植物或作为信息素的增效剂(孙晓玲等,2012)。例如甜菜夜蛾(Spodoptera exigua)成虫在不同寄主植物上的产卵选择性与对寄主植物挥发物抽提物的趋性相一致,说明寄主植物挥发物在成虫选择适宜的寄主植物进行产卵的过程中发挥着重要作用(张娜等,2009);反-2-己烯醛、顺-3-己烯醇和顺-3-己烯乙酸酯等寄主植物挥发物可以增强性信息素对小菜蛾(Plutella xylostella)的诱集效果(Li et al., 2012);白蜡树(Fraxinus chinensis)绿叶挥发物顺-3-己烯醇对白蜡窄吉丁(Agrilus planipennis)成虫有明显的引诱作用,如果与雌虫释放的信息素物质(3Z)-lactone混合使用,则对雄虫的诱捕效果明显强于单一使用信息素物质(Groot et al., 2008Ryall et al., 2012;2013)。在蛀干害虫寄主选择机制中,首先选择适宜的寄主植物用于补充营养物质,待成虫性成熟后进行交配,再选择合适的植物产卵繁殖后代。成虫在补充营养或产卵过程中除了选择常见的寄主植物外,也会选择其他替代植物,并对不同植物的选择偏好表现出差异。桑天牛(Apriona germari)最喜好取食构树(Broussonetia papyrifera)和桑树(Morus alba)枝条,在加拿大杨(Populus×canadensis)枝条上的产卵量最大,对苦楝(Melia azedarach)和乌桕(Sapium sebiferum)枝条无明显取食和产卵选择,推测与其挥发物中的β-蒎烯和β-丁香烯对天牛具有趋避作用有关(廖为财等,2012)。另外,星天牛(Anoplophora chinensis)对砂糖橘(Citrus reticulata)、苦楝和金橘(Fortunella margarita)枝条的取食偏好性也明显强于桑树、木麻黄(Casuarina equisetifolia)和柳树(Salix sp.)(黄咏槐等,2014)。林间调查不仅发现云斑天牛(Batocera horsfieldi)对光皮桦(Betula luminifera)和法国冬青(Viburnum awabuki)有较强的嗜食性,且室内趋性试验结果表明,云斑天牛对光皮桦和法国冬青的枝条挥发性粗提物的趋性明显强于杨树和核桃(Juglans regia),这可能与寄主植物挥发物中的醇类物质有密切关系(梁潇予,2007)。在成虫补充营养的过程中,影响成虫定位寄主植物的因素较多,其中植物挥发物的作用尤为重要。

据报道,苹小吉丁寄主范围广泛,海棠、苹果、桃、梨等均为其寄主植物,但未开展具体的试验证明(陈军等,2007)。本试验选择了4种供试植物,即垂丝海棠(Malus halliana)、秦冠苹果(Malus domestica cv.Qinguan)、杜梨(Pyrus betulifolia)和秦王桃(Amygdalus persica cv.Qinwang),通过测试苹小吉丁成虫在补充营养过程中的选择趋性和取食量,分析相关植物挥发物的组分和含量,以期初步明确苹小吉丁成虫在补充营养过程中的行为选择性,为指导经济林树种合理间作、开发植物源诱捕或驱避剂、科学有效防控害虫提供依据。

1 材料与方法 1.1 试验材料

供试昆虫:2014年5月,在新疆伊犁哈萨克族自治州新源县阿勒玛勒乡野果林、喀拉布拉乡和伊宁县巴依托海乡等地采集带虫苹果枝条,带回实验室将枝条置于温度(5±1)℃、湿度75%±1%的气候箱中保存。试验前取出枝条在室温下收集1周内羽化的成虫,分雌、雄饲养于塑料方盒(33 cm×26 cm×14 cm)中,方盒底部铺有细沙,不定期喷洒蒸馏水保持盒内适宜的湿度并使叶片新鲜,以红富士苹果(Malus domestica cv.Red Fuji)叶片饲喂成虫。

供试植物:垂丝海棠、秦冠苹果、秦王桃和杜梨等植物组织均采自西北农林科技大学经济树木园。

主要试剂:吸附剂ParopakTM Type Q (80~100目)购自美国Waters公司,正戊烷(色谱纯)购自科密欧公司,乙酸庚酯(﹥99.0%,GC)购自TCI公司。

主要仪器:大气采样仪QC-2型(北京劳动保护研究所),气相色谱-质谱联用仪(6890 N GC-5973 MS)(美国Agilent公司),叶面积仪AM-300型(上海赛弗生物科技公司)。

1.2 研究方法 1.2.1 苹小吉丁对不同植物的选择性测定

在塑料方盒中铺一层3 cm厚的湿沙土,从4个方向分别插入带6片叶的植物枝条。放入羽化1周内的成虫12头,不分雌雄,从8:00-20:00每隔2 h检查每种植物叶片上成虫着落的数量。每处理重复6次。

1.2.2 苹小吉丁对不同植物叶片的取食量测定

选取4种植物的干净叶片称量质量并测定叶片面积,建立叶片质量(Y)和叶片面积(X)的线性方程:Y=aX+b。每处理重复6次。

无竞争和两项选择时的取食量测定采用叶饼法。用打孔器将叶片打成直径约2.5 cm的叶饼并测定叶片面积,将叶饼放置在直径9 cm的玻璃培养皿中,垫一层滤纸并放置一小团湿的脱脂棉使叶片保持新鲜和用于成虫补充水分。然后放入1周内羽化的1头雌虫取食48 h,再测定叶片面积并计算被取食的叶片面积,根据线性方程(Y=aX+b)计算被取食的叶片质量。两项选择试验设5个处理,分别为苹果和海棠、苹果和桃、苹果和梨、海棠和桃、海棠和梨,两叶饼之间的距离为1 cm。以上试验每处理重复4次。

1.2.3 植物叶片挥发物收集、挥发物组分鉴定及含量测定

叶片挥发物收集利用动态顶空吸附法。试验所用到的玻璃样品缸(Φ 25 cm×40 cm)、硅胶管、聚四氟乙烯管、玻璃管吸附柱(Φ 0.6 cm×12 cm)等先用蒸馏水洗干净后再用正戊烷润洗,于60 ℃下烘干备用。每个吸附柱装填120 mg吸附剂Paropak Q,在氮气(99.99%)保护下于温度200 ℃条件下老化2 h。挥发物收集各装置间连接成密闭的循环通气环境:大气采样仪→活性炭→样品缸→吸附柱→大气采样仪。选取新鲜干净的植物叶片120~150 g,装入样品缸后将多余空气排除干净后开始采集,气体流量500 mL ·min-1,采集时间14 h。挥发物收集完毕后,将植物叶片置于60 ℃下烘至恒质量后称取干质量。空样品缸收集6 h作为空白对照,每处理重复3次。

用正戊烷2 mL淋洗吸附柱,洗脱液浓缩至1 mL于-20 ℃下保存。取1 μL样品溶液进行气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)分析。气相色谱使用DB-5 MS毛细管色谱柱(30 m×0.25 mm I.D.,0.25 μm film thickness, J & W Scientific Inc., Folsom, CA, USA)。升温程序是40 ℃保持2 min,4 ℃ ·min-1升温至180 ℃保持3 min,然后8 ℃ ·min-1升温至230 ℃保持5 min。以氦气作为载气(1.0 mL ·min-1),无分流进样,溶剂延迟3 min。气相色谱进样口温度200 ℃,传输线温度250 ℃。质谱(EI, 70 eV)质量扫描范围40~500 u,发射电流150 μA,离子源温度230 ℃。

通过与标准化合物比较保留时间和质谱图以及与Nist02谱库中的标准谱图比较,对挥发性化合物进行鉴定。采用乙酸庚酯(10 ng ·μL-1)外标法对植物挥发物进行定量,换算成干质量植物叶片的挥发物含量(ng ·g-1)。

1.3 数据分析

成虫对4种植物的寄主选择性和单位叶面积质量数据分析均采用独立样本非参数检验(Kruskal-Wallis Test),两项选择条件下取食量数据分析采用独立样本非参数检验(Mann-Whitney U Test),无竞争条件下取食量和植物间叶片挥发物组分含量数据均采用单因素方差分析(One Way ANOVA)。将植物叶片挥发物各组分含量进行因子分析,按照主成分方法提取复合因子,对组成复合因子的各挥发物组分含量进行Kaiser标准化的正交旋转,根据相关系数构建旋转成分矩阵。将矩阵中每个成分的得分系数进行回归,得到每种植物叶片所有挥发物的因子得分,然后进行单因素方差分析。单因素方差分析后在α=0.05水平下采用Tukey’s HSD法进行多重比较。以组成复合因子1和复合因子2的所有叶片挥发物组分的因子得分绘制二维分布图。以上数据均采用SPSS 22.0软件处理。

2 结果与分析 2.1 苹小吉丁对不同植物的选择性

8: 00-20: 00的每个观测时间点,苹小吉丁成虫选择着落的数量在4种植物间存在显著差异(P < 0.05)。在每个观测时间点,成虫选择着落在海棠上的数量最多,均显著高于梨和桃(P < 0.05),其次为苹果,在梨和桃上的着落数量较少,二者间不同观测时间点均无显著性差异(P﹥0.05)(图 1)。

图 1 苹小吉丁成虫在不同植物叶片上的选择着落数量 Fig.1 Number of Agrilus mali adults observed on foliage of four test plants *代表用独立样本非参数检验Kruskal-Wallis后比较不同处理间的显著差异(P < 0.05)。Asterisks indicate significant differences between treatments with Kruskal-Wallis test (P < 0.05).
2.2 苹小吉丁对不同植物叶片的取食量 2.2.1 叶片面积和质量的线性关系

被测试的4种植物叶片质量和面积呈线性正相关关系:海棠Y=0.014 1 X+0.019 8, R2=0.95;苹果Y=0.024 0 X+0.001 8, R2=0.98;梨Y=0.030 0 X-0.097 9, R2=0.95;桃Y=0.024 9 X-0.017 3, R2=0.99(图 2A)。比较测试植物间的单位叶面积质量,苹果与桃之间无显著差异,但都显著大于海棠,梨与其他3种植物之间均无显著差异(海棠与桃P=0.022,海棠与苹果P=0.007,其他比较间P>0.05)(图 2B)。

图 2 不同植物叶片面积与质量的线性关系(A)和单位叶面积质量(B) Fig.2 Regression of leaf mass against leaf area (A) and leaf mass per square centimetre (B) for four test plants
2.2.2 无竞争条件下苹小吉丁对不同植物叶片的取食量

无竞争条件下苹小吉丁对4种测试植物的取食面积(F3, 12=29.13,P < 0.001)和取食质量(F3, 12=126.72,P < 0.001)均存在极显著差异。雌成虫对海棠的取食面积和取食质量最大[(1.09±0.18) cm2,(0.035 2±0.002 6) g)],并显著高于苹果[(0.55±0.06) cm2,(0.011 5±0.001 4) g)],对梨和桃则表现出不取食现象,二者的取食面积和取食质量均为0(图 3, 4)。

图 3 无竞争条件下苹小吉丁雌成虫对4种植物叶片的取食面积 Fig.3 Leaf area consumed by female Agrilus mali adults on four test plants in no-choice tests
图 4 无竞争条件下苹小吉丁雌成虫对4种植物叶片的取食质量 Fig.4 Leaf mass consumed by female Agrilus mali adults on four test plants in no-choice tests
2.2.3 两项选择条件下苹小吉丁对不同植物叶片的取食量

两项选择条件下苹小吉丁雌成虫对测试植物不同处理组合的取食面积除了海棠和苹果间的差异不显著外,其他处理组合间均存在显著差异[(海棠(0.370 0±0.029 7) cm2,苹果(0.260 0±0.033 9) cm2P=0.057;海棠(0.755 0±0.045 6) cm2,梨0 cm2P < 0.05;海棠(0.685 0±0.067 0) cm2,桃0 cm2P < 0.05;苹果(0.790 0±0.048 1) cm2,梨0 cm2P < 0.05;苹果(0.595 0±0.043 5) cm2,桃0 cm2P < 0.05)](图 5)。雌成虫对植物叶片的取食质量在测试植物的不同处理组合间也都存在显著差异[(海棠(0.025 0±0.000 4) g,苹果(0.008 0±0.000 8) g,P < 0.05;海棠(0.030 4±0.000 6) g,梨0 g,P < 0.05;海棠(0.029 5±0.000 9) g,桃0 g,P < 0.05;苹果(0.020 8±0.001 2) g,梨0 g,P < 0.05;苹果(0.016 1±0.001 0) g,桃0 g,P < 0.05])(图 6)。

图 5 两项选择条件下苹小吉丁雌成虫对4种植物叶片的取食面积 Fig.5 Leaf area consumed by female Agrilus mali adults on four test plants in dual-choice tests *代表用独立样本非参数检验Mann-Whitney U后比较不同处理间的显著差异(P < 0.05)。下同。 Asterisks indicate significant differences between treatments based on Mann-Whitney U test (P < 0.05).The same below.
图 6 两项选择下苹小吉丁雌成虫对4种植物叶片的取食质量 Fig.6 Leaf mass consumed by female Agrilus mali adults on four test plants in dual-choice tests
2.3 不同植物叶片挥发物的组分和含量

4种植物叶片共测得71种挥发性化合物(表 1),烷烃类5种、醚类2种、醇类8种、酮类2种、醛类9种、酯类22种、烯烃类3种、萜类20种。其中6种挥发物仅存在于海棠叶片中,分别是反-β-罗勒烯、柠檬酸三乙酯、苯乙烯、莰烯、2-甲基-6-亚甲基-1, 7辛二烯-3-酮、2, 6-二甲基-2, 4, 6-辛三烯。18种挥发物仅存在于苹果叶片中,分别是2, 4-二甲基-1-癸烯、2-丁基辛醇、反-3-己烯丁酸酯、十四烯、苯乙酸叶醇酯、法尼醇、丁酸丁酯、十六醛、顺-3-己烯己酸酯、棕榈酸甲酯、乙酸己酯、2-己基-1-癸醇、甲酸香叶酯、α-波旁烯、柏木烯、角鲨烯、荜澄茄油烯、丙烯酸丁酯。3种挥发物仅存在于梨叶片中,分别是反-2-壬烯醛、辛醛和乙酸苏合香酯。9种挥发物仅存在于桃叶片中,分别是乙酸戊酯、苯甲酸甲酯、乙酸辛酯、庚酸烯丙酯、苯甲醇、丙酸丁酯、二异丁烯、异辛醇、苯甲醛。顺-3-己烯醇仅存在于苹果和海棠的叶片挥发物中,而十四醛也只存在于桃和梨的叶片挥发物中。

表 1 4种植物叶片挥发物的组分和含量 Tab.1 Volatile components and contents of the foliage of four test plants

对4种植物叶片挥发物组分进行因子分析,提取的3个复合因子累计解释总方差概率的93.63%(表 2)。复合因子1中挥发物组分总计解释了总方差的41.98%,对该因子贡献较大(绝对值大于0.7)的组分有25种,分别是2, 4-二甲基-1-癸烯、2-丁基辛醇、苯乙酸叶醇酯、丁酸-反-3-己烯酯、法尼醇、十四烯、丁酸丁酯、顺-3-己烯戊酸酯、顺-3-己烯己酸酯、十六醛、2-己基-1-癸醇、乙酸己酯、甲酸香叶酯、α-波旁烯、大根香叶烯、柏木烯、角鲨烯、β-石竹烯、荜澄茄油烯、顺-3-己烯乙酸酯、棕榈酸甲酯、丙烯酸丁酯、铃兰醛、十六烷醇、十四烷醇。复合因子2中挥发物组分总计解释了总方差的31.82%,对该因子贡献大的组分有19种,分别是(Z,E)-α-法尼烯、乙酸戊酯、苯甲酸甲酯、乙酸辛酯、庚酸烯丙酯、苯甲醇、丙酸丁酯、二异丁烯、壬醛、异辛醇、苯甲酸叶醇酯、癸醛、十四醛、苯甲醛、古巴烯、顺-3-己烯丁酸酯、香叶基丙酮、十二醛、肉豆蔻酸甲酯。复合因子3中挥发物组分总计解释了总方差的19.83%,对该因子贡献大的组分有15种,分别是反-橙花叔醇、(E,E)-α-法尼烯、顺-β-罗勒烯、柠檬腈、芳樟醇、水杨酸甲酯、反-β-罗勒烯、柠檬酸三乙酯、苯乙烯、莰烯、顺-3-己烯醇、2-甲基-6-亚甲基-1, 7辛二烯-3-酮、十二烷醇、2, 6-二甲基-2, 4, 6-辛三烯、丙酸叶醇酯。组成复合因子所有挥发物组分的因子得分在4种植物间差异显著,在复合因子1,2,3中,贡献最高的分别是苹果、桃和海棠的挥发物组分(表 2)。

表 2 不同植物叶片挥发物组分的因子分析 Tab.2 Factor analysis of leaf volatile components of four test plants

根据复合因子1和2绘制的二维散点图(图 7),可以看出,苹果分布在二维图的左上方,桃树分布在二维图的右下方,显示出2种植物叶片挥发物在组成上有明显区别;海棠和梨树均分布在二维图的左下方且位置相近,说明这2种植物叶片在挥发物组成上差别较小,但它们与苹果和桃树之间的差别较大。

图 7 以复合因子1和复合因子2绘制的4种植物叶片挥发物因子得分分布 Fig.7 Plot of factor 1 vs. factor 2 from factor analysis of leaf volatiles of four test plants
3 讨论

有报道指出,海棠、苹果、梨和桃均是苹小吉丁的寄主植物,但未提供充分的试验证据(陈军等,2007)。本试验通过测试苹小吉丁成虫对4种植物叶片的选择性和取食量,结果发现成虫对海棠和苹果叶片具有较强的选择趋性和较高的取食量,饲喂海棠和苹果叶片的成虫均能完成正常的交配和产卵行为,表明海棠和苹果均是苹小吉丁成虫补充营养的寄主植物。但成虫不取食梨和桃叶片,说明梨和桃不能用于苹小吉丁成虫产卵前的补充营养取食。

寄主植物挥发物可能在苹小吉丁成虫寻找寄主植物的过程中具有重要作用。因为有报道表明白蜡窄吉丁(Agrilus planipennis)成虫对白蜡属(Fraxinus )6个种叶片的选择偏好性和取食量存在显著差异,分析发现11种对成虫具有强烈触角电位反应的寄主植物叶片挥发物的含量在6个种中存在较大差异,相比较而言,抗虫水曲柳(F.mandschurica)叶片中这11种挥发物的含量较感虫洋白蜡(F.pennsylvanica)中高,说明寄主植物叶片挥发物在白蜡窄吉丁寻找和取食寄主植物的过程中具有积极作用(Pureswaran et al., 2009),其研究结果与本试验结果类似。栎树窄吉丁(Agrilus auroguttatus)成虫对4个品种栎树(Quercus)幼苗叶片的取食量也存在显著差异,通过对12种大量元素和微量元素含量进行测定,结果发现氮、磷、钾、硫、铜和锌6种元素的含量与取食量呈正相关关系(Chen et al., 2013)。植食性昆虫主要通过寄主植物挥发物识别寄主植物,对同种植物的不同品种的选择性可能与植物组织中的营养元素、含水量、营养物质和次生代谢物质等因素有关。

通常寄主植物挥发物中的醇、醛、酮、酯、烯烃和萜类等物质在植食性昆虫定位寄主植物的过程中具有重要作用,多数昆虫对不同挥发物组分表现出吸引或趋避的行为,从而选择适宜的寄主植物进行取食和产卵(Furstenau et al., 2012)。顺-3-己烯醇被证明是对白蜡窄吉丁成虫具有很强引诱作用的植物源诱剂,已经用于林间诱捕害虫和监测种群的发生动态(Groot et al., 2008;Grant et al., 2009)。本试验中顺-3-己烯醇作为苹小吉丁成虫补充营养的寄主植物--海棠和苹果叶片挥发物中的特有组分,并且含量较高,但这种化合物非桃和梨叶片挥发物的组分,推测顺-3-己烯醇在吸引苹小吉丁成虫寻找寄主植物的过程中可能具有积极作用。乙酸己酯和反-β-罗勒烯分别是苹果和海棠叶片中特有的挥发物组分,均能引起白蜡窄吉丁成虫强烈的触角电位反应,且栎树窄吉丁雌虫对乙酸己酯(Rodriguez-Saona et al., 2006Groot et al., 2008Furstenau et al., 2012)以及茶丽纹象甲(Myllocerinus aurolineatus)对反-β-罗勒烯雄虫均表现出明显的吸引趋性(Sun et al., 2010),这2种挥发物组分可能在吸引苹小吉丁成虫寄主选择过程中扮演重要角色。

(E,E)-α-法尼烯能引起柽柳条叶甲(Diorhabda elongate)雌虫强烈的触角电位反应,并且对茶丽纹象甲雄虫具有较强的引诱作用(Cosse et al., 2006Sun et al., 2010);苜蓿盲蝽(Adelphocoris lineolatus)的特异性气味结合蛋白基因AlinOBP 13能高效地结合反-橙花叔醇、β-石竹烯等萜类化合物,并且能引起雌、雄虫强烈的触角电位反应(Sun et al., 2014)。本试验中(E,E)-α-法尼烯、反-橙花叔醇和β-石竹烯在海棠和苹果叶片中的含量均高于梨或桃,这3种挥发物组分对苹小吉丁行为的影响值得探讨。顺-3-己烯乙酸酯和芳樟醇是普遍存在于植物中的绿叶挥发物,试验测定结果发现这2种挥发物在苹果和海棠叶片中的含量较高,但在梨和桃叶片中的含量较低,并且研究表明这2种挥发物均能引起白蜡窄吉丁、柽柳条叶甲、茶丽纹象甲和铜绿丽金龟(Anomala corpulenta)等鞘翅目昆虫强烈的触角电位反应或存在显著的吸引效果(Rodriguez-Saona et al., 2006Groot et al., 2008Cosse et al., 2006Sun et al., 2010谢明惠等,2015),所以这2种挥发物组分对苹小吉丁的具体作用也值得继续探讨。寄主植物各挥发物组分的具体作用需要通过触角电位分析、行为趋性测试或田间试验进一步研究,筛选对苹小吉丁有效的植物源引诱剂或驱避剂将是后续的研究重点。

4 结论

苹小吉丁成虫在补充营养的过程中,对海棠和苹果叶片的取食量较高,但不取食桃和梨的叶片,说明海棠和苹果是成虫补充营养过程中的寄主植物,桃和梨不是该害虫补充营养阶段的替代寄主。利用动态顶空吸附法收集海棠、苹果、桃和梨4种植物的叶片挥发物,通过定性和定量分析得到烷烃、醚、酮、醛、酯、烯烃和萜类共71种化合物。其中顺-3-己烯醇、乙酸己酯、反-β-罗勒烯、(E,E)-α-法尼烯、反-橙花叔醇、β-石竹烯、顺-3-己烯乙酸酯和芳樟醇等化合物在不同植物中作为特有挥发物组分且含量较高,推测这些挥发性物质可能在苹小吉丁成虫选择寄主植物的过程中发挥重要作用,但每种挥发物的具体功能需要通过电生理和行为学试验进一步分析。

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