文章信息
- 董双林, 闫祺, 高宇, 邢光南
- DONG Shuanglin, YAN Qi, GAO Yu, XING Guangnan
- 点蜂缘蝽聚集信息素及其应用研究进展
- Research progress of identification and application of Riptortus pedestris aggregation pheromone
- 南京农业大学学报, 2020, 43(4): 583-588
- Journal of Nanjing Agricultural University, 2020, 43(4): 583-588.
- http://dx.doi.org/10.7685/jnau.201910051
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文章历史
- 收稿日期: 2019-10-29
2. 吉林农业大学植物保护学院, 吉林 长春 130118;
3. 南京农业大学农学院/国家大豆改良中心/农业农村部大豆生物学与遗传育种重点实验室, 江苏 南京 210095
2. College of Plant Protection, Jilin Agricultural University, Changchun 130118, China;
3. College of Agronomy/National Center for Soybean Improvement/Key Laboratory for Biology and Genetic Improvement of Soybean(General), Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Nanjing Agricultural University, Nanjing 210095, China
点蜂缘蝽[Riptortus pedestris (R.clavatus)]属半翅目(Hemiptera)蛛缘蝽科(Alydidae), 为多食性害虫, 取食很多种作物和果树, 如大豆、芝麻、水稻、苹果、甜柿等, 成虫和若虫均可通过刺吸危害降低作物产量和品质, 主要分布于中、日、韩及东南亚国家[1-5]。点蜂缘蝽近年在我国大豆上的危害加重, 导致植株贪青、空荚瘪粒, 俗称“症青”[5], 甚至造成绝收, 严重威胁我国大豆产业的发展。点蜂缘蝽的防治主要靠传统的化学防治, 但由于成虫飞行能力强, 遇喷雾惊扰即四散飞开甚至飞出田块外, 影响防治效果[6-7]; 此外, 其寄主植物种类较多, 仅在大豆田进行防治难于有效降低野外种群量。同时, 我国暂时还没有针对大豆蝽类害虫登记的杀虫剂, 生产上仍以施用广谱性化学杀虫剂为主。因此, 点蜂缘蝽的防治亟待开发和集成多种技术, 并同时在较大的范围内统一实施, 才能获得较好的效果。
昆虫信息素(包括性信息素和聚集信息素等)防治技术作为一种绿色行为调控技术, 在鞘翅目、鳞翅目(主要是蛾类)和双翅目等害虫的测报和防治中已经得到广泛应用, 在半翅目蝽类害虫中, 也有应用于种群监测[8-9]、交配干扰及扩散昆虫病原真菌[10-11]等方面, 利用信息素进行蝽类害虫的防治也越来越受到重视[12]。迄今, 对点蜂缘蝽信息素的研究集中于聚集信息素, 在日本和韩国已有20多年的研究历史, 我国尚属空白。本文从聚集信息素的组分鉴定、功能、影响因素及在害虫防治中的应用等方面进行综述, 以期为我国开展相关研究并应用于点蜂缘蝽的治理提供参考。
1 点蜂缘蝽聚集信息素及其功能 1.1 聚集信息素的鉴定人们很早就发现, 点蜂缘蝽雄成虫能吸引同种雌、雄成虫及若虫, 并由此推测雄虫可能释放聚集信息素。直到1995年, Leal等[3]利用顶空搜集法和整头虫正己烷浸提法, 结合GC-EAD、GC-MS技术, 首次从点蜂缘蝽雄成虫中鉴定出3个聚集信息素组分:异丁酸十四酯(tetradecyl isobutyrate, 14:iBu)、(E, Z)-2-己烯酸-3-己烯酯[(E)-2-hexenyl(Z)-3-hexenoate, E2HZ3H]和(E, E)-2-己烯酸-2-己烯酯[(E)-2-hexenyl(E)-2-hexenoate, E2HZ3H], 三者(14:iBu、E2HZ3H、E2HE2H)间质量比为1:1:5;以此比例配制的三元组分诱芯(总剂量100 mg)在田间的引诱活性与10头雄成虫相当。Yasuda等[1]于2007年报道了雄虫释放的第4个聚集信息素组分:异丁酸十八酯(18:iBu), 该组分可显著提高14:iBu或三元组分诱芯(14:iBu、E2HZ3H、E2HE2H)的田间引诱效果。同年, Yasuda等[14]还报道了另外1个组分E-2-己烯酸己烯酯[(E)-2-hexenyl-hexenoate, E2HH], 该组分也可以显著提高14:iBu或三元组分诱芯的引诱活性, 且饱食成虫的释放量显著高于饥饿成虫。实际上, Leal等[15]早在1992年就从点蜂缘蝽中鉴定到E2HH, 认为它是一种报警信息素; 此外, 和前4种组分由雄性释放不同, 该组分在雌、雄虫均可释放。
在上述5种组分中, 14:iBu是点蜂缘蝽聚集信息素的必需组分(essential component), 单独使用即具引诱活性[16]。E2HZ3H和E2HE2H单独或两者混合使用均不具活性[17], 但能显著增加14:iBu的引诱活性, 且任一组分与14:iBu组成的混合物(质量比为1:2)均与天然比例的三元组分诱芯(14:iBu、E2HZ3H、E2HE2H, 质量比为1:1:5)的效果相当[16]。18:iBu和E2HH也对14:iBu或上述三元组分诱芯具有增效作用[14]。另外, 大豆籽粒本身对点蜂缘蝽没有引诱作用, 但和14:iBu或三元组分诱芯一起使用时, 能显著增加诱捕器的诱虫量, 其原因是豆粒为诱捕到的点蜂缘蝽提供了食物, 而取食后的成虫释放更多的聚集信息素, 反过来提高了诱捕器的引诱作用[14]。
1.2 聚集信息素组分的功能多样性首先, 聚集信息素具有引诱群集的作用。只有那些获得食物源并正在取食或取食后的个体, 才释放聚集信息素, 所以聚集信息素是重要的食物源信号, 吸引雌、雄成虫及若虫前来取食。在聚集信息素的感受方面, 饥饿个体的敏感性显著高于饱食个体; 2龄是若虫的第1个取食龄期, 该龄期若虫的敏感性也显著高于其他龄期。田间调查发现, 点蜂缘蝽雌成虫也会在非寄主植物上产卵, 2龄若虫对聚集信息素的较高敏感性, 能使若虫尽快寻找到寄主植物进行取食[13]。
其次, 聚集信息素组分E2HZ3H可以作为利它素(kairomone)。田间试验发现, 聚集信息素的三元组分诱芯(总剂量50 mg)对点蜂缘蝽的卵寄生蜂缘腹细蜂科(Scelionidae)的日本粒卵蜂(Gryon japonicum)和跳小蜂科(Encyrtidae)的卵跳小蜂(Ooencyrtus nezarae)具有显著的引诱作用, 且诱捕到的主要为雌蜂[13], 说明雌蜂利用这些聚集信息素定位寄主点蜂缘蝽[18-19]。进一步的研究发现, 在上述三元组分诱芯中, 只有组分E2HZ3H对寄生蜂具有引诱活性[20]。
此外, E2HE2H也可以作为利它素来吸引其他类害虫。璧蝽(Piezodorus hybneri)和点蜂缘蝽具有相似的寄主植物谱[4, 21], E2HE2H对璧蝽表现出显著的电生理及行为趋向活性[22]。Endo等[23]进一步研究表明, 在田间8—9月, 点蜂缘蝽信息素诱到的雌性璧蝽中95%以上是已经交配过的, 且若虫和进入滞育的璧蝽同样可以被引诱, 说明点蜂缘蝽聚集信息素作为利它素, 被璧蝽用以寻找食物。
2 点蜂缘蝽合成聚集信息素的影响因素 2.1 饥饿程度点蜂缘蝽的聚集信息素作为食物源信号, 必然与点蜂缘蝽的饥饿程度相关。Mizutani等[24]利用聚集信息素人工诱芯在田间引诱雄虫, 然后检测虫体内聚集信息素的含量。有趣的是, 在被引诱到的雄虫体内几乎检测不到聚集信息素必需组分14:iBu, 且这些雄虫的消化道内大多只有少量甚至没有食物, 即处于饥饿状态。该研究进一步表明, 14:iBu作为食物源信号, 由饱食或正在取食的个体释放来吸引饥饿个体, 对饱食个体没有吸引作用。
2.2 寄主植物不同寄主植物(食物)不仅影响点蜂缘蝽的生长、发育和繁殖, 也影响聚集信息素的含量。Lim等[25]利用甜柿果实、大豆种子及花生分别饲养点蜂缘蝽, 发现取食甜柿的雌虫寿命较取食大豆的显著缩短, 但雄虫不受影响; 取食甜柿的雌、雄虫的质量均显著降低; 此外, 在50 d的观察期内, 取食甜柿的雌虫不产卵, 但取食大豆的单雌产卵155.8个, 取食大豆和花生混合饲料的单雌产卵120.8个。和大豆组相比, 取食甜柿的雄虫中聚集信息素组分E2HZ3H和E2HE2H的含量显著降低, 组分14:iBu和18:iBu则检测不到。因此, 取食甜柿对雌虫存活、繁殖及雄虫聚集信息素的合成均有不利影响。
豆类不同品种也会影响聚集信息素的含量。以绿豆(Vigna radiata var. radiata)、Rhynchosia nulubilis、长柔毛野豌豆(Vicia villosa)、大豆(Glycine max)、四季豆(Phaseolus vulgaris)等豆类饲养点蜂缘蝽后测定其体内14:iBu的含量, 发现取食四季豆的点蜂缘蝽分泌14:iBu的量最大, 而取食长柔毛野豌豆的含量最低; 以含有14:iBu的个体比例看, 取食黑大豆的最高, 取食长柔毛野豌豆最低[26]。
2.3 光周期及滞育状态点蜂缘蝽在秋季短光照(光照时间少于13.5 h)条件下进入生殖滞育(生殖系统停止发育, 两性间不再求偶和交配), 此时雄虫不再合成和释放聚集信息素。Mizutani等[27]在秋季将室内短光照(光照/黑暗时间为10 h/14 h)和长光照(光照/黑暗时间为16 h/8 h)条件下饲养的雄虫作为诱饵(bait male), 放置于田间, 比较它们对点蜂缘蝽的吸引力。结果显示, 短光照饲养的诱饵雄虫没有引诱到任何个体, 而长光照饲养的诱饵雄虫则具有引诱作用。引诱试验结束后对诱饵雄虫分析发现, 短光照饲养的雄虫不含有聚集信息素的必需组分14:iBu; 对室内短光照下饲养的雄虫进行检测, 同样未发现该组分。进一步对虫体解剖发现, 短光照下饲养雄虫的附腺囊(erection fluid reservoir)呈空瘪状态, 证实虫体处于滞育状态。
相反, 生殖滞育状态的雌虫对聚集信息素的敏感性反而提高。室内Y形管测试表明, 无论是从秋季田间采回的还是室内短光照诱导的滞育雌虫, 它们对聚集信息素的敏感性都显著增加, 且不与雄虫交配[28]。因此, 推测秋季进入滞育的雌虫需要大量取食来积累营养物质, 自然对作为食物源信号的聚集信息素更为敏感。
2.4 个体间差异除上述内、外因素外, 聚集信息素组分的含量、比例以及田间引诱活性在个体间也存在较大差异。Mizutani等[29]对64头雄虫的测定结果表明, 必需组分14:iBu在46头中含量较高, 8头中含量较低, 10头中未检测到; 一些个体含14:iBu, 但不含E2HZ3H和E2HE2H, 另一些个体则含E2HZ3H和/或E2HE2H, 而不含14:iBu。同时, 虫体解剖发现, 含14:iBu较多的个体其脂肪体发育完善, 在田间对同种个体的引诱活性也较强, 呈显著正相关。显然, 这种个体间聚集信息素的差异还是与营养状况密切相关。
3 点蜂缘蝽聚集信息素在害虫防治中的应用 3.1 诱捕器及其田间设置诱捕器类型、颜色及田间设置高度是诱捕器田间引诱效果的重要影响因素。Kim[30]对3种诱捕器(鱼诱捕器、锥形诱捕器和对称形诱捕器)的比较研究表明, 对称形诱捕器的效果最好, 诱捕虫量分别是锥形和鱼诱捕器的6和28倍。Bae等[31]利用渔网式诱捕器, 对不同诱捕器颜色、设置高度及位置的引诱效果进行评价, 发现黄色诱捕器效果最好, 其后依次是白色、黑色、绿色、蓝色和棕色; 设置高度以高出地面80 cm最好; 在紫苏田、大豆田及2块田之间的空地上设置诱捕器, 所得诱虫量没有显著差异, 但甜柿果园的诱捕量显著高于大豆田和药用作物田。
Bae等[32-33]报道了一种可以同时诱捕多种蝽类害虫的火箭形诱捕器(rocket trap), 其效果显著高于常用的渔网式诱捕器(点蜂缘蝽)或锥形诱捕器(茶翅蝽Halyomorpha halys); 在黄色火箭形诱捕器内安装1个太阳能风扇后, 通过加强信息素的扩散及降低诱捕器内的温度, 对点蜂缘蝽和茶翅蝽的诱捕效果进一步提高; 此外, 作为食物引诱剂, 大豆粒和鳀(一种小型海鱼)均能使2种蝽类聚集信息素的引诱效果提高1倍左右[32]。
3.2 种群监测Endo等[34]2005—2007年的研究表明, 聚集信息素可以用于监测点蜂缘蝽成虫迁入大豆田的时间。在大豆田田边设置诱捕器, 诱捕量在大豆开花后开始上升, 至第9~13天达到高峰, 此后大豆田内的实际成虫及若虫量开始上升; 就诱捕到的成虫性别而言, 大豆开花前雄虫较多, 开花后则雌虫较多, 表明雌虫对花期大豆更为敏感。但Tabuchi等[35]研究显示, 诱捕器所得点蜂缘蝽数量的动态趋势和大豆田实际调查结果并不一致, 认为聚集信息素不是有效的种群监测技术。
3.3 大量诱捕在小面积范围内, 将聚集信息素用于点蜂缘蝽大量诱捕的防治效果并不明显[36-37]。Rahman等[38-39]研究认为, 聚集信息素不能降低大豆田的点蜂缘蝽数量及危害, 在秋季反而会使虫量增加, 因此不能用于害虫防治。他们在60~70 m2的小区边缘设置1个诱捕器(诱芯为聚乙烯小瓶, 所含聚集信息素组分为14:iBu、E2HZ3H、E2HE2H和18:iBu, 体积比为38.7:5.5:27.6:14.3, 总剂量60 mg), 诱捕器在8月前不能降低点蜂缘蝽的发生量, 在9—10月反而使成虫数量增加4.9~9.4倍, 豆荚及种子受害率分别增加2.7和2.2倍。在扩大试验田面积到1 400~4 300 m2(每300~700 m2设置1个诱捕器)后, 仍不能显著降低田间点蜂缘蝽成虫、若虫和卵量, 以及豆荚与豆粒的受害率。可见, 由于点蜂缘蝽成虫的强扩散能力, 利用聚集信息素进行大量诱捕来防治, 必须大面积统一实施, 才可能取得好的效果。
3.4 吸引卵寄生蜂卵跳小蜂和日本粒卵蜂是韩国和日本田间点蜂缘蝽的卵寄生蜂, 前者为多寄生蜂而后者为单寄生蜂[40-42]。这2种寄生蜂均可利用点蜂缘蝽的聚集信息素组分E2HZ3H来定位寄主卵, 因此将聚集信息素单独或与非活性寄主卵在田间联合使用, 吸引寄生蜂并促进寄生蜂在田间的繁殖。点蜂缘蝽的非活性卵可以通过2 ℃冷处理30 d获得, 处理后的卵不能孵化, 但不影响这2种寄生蜂的寄生及繁殖[43-44]。
单独使用聚集信息素可以增加诱捕器周围18 m范围内的这2种寄生蜂的数量[36, 45]; 将聚集信息素和非活性寄主卵联合使用(卵绑在诱捕器上), 则使田间害虫卵的被寄生率显著增加, 豆荚受害率显著降低[18]; 进一步研究发现, 在距离信息素诱捕器16 m范围内, 点蜂缘蝽卵的被寄生率显著提高[46]。
3.5 诱捕近缘害虫点蜂缘蝽和璧蝽是大豆田的2种主要蝽类害虫。Endo等[23]研究发现, 点蜂缘蝽聚集信息素组分E2HE2H对璧蝽的成、若虫也具有引诱作用, 且引诱到的雌虫中95%以上已交配过。Endo等[12]在夏季和秋季分别比较了E2HE2H和璧蝽自身信息素[雄虫产生的三元组分混合物:倍半水芹烯(sesquiphelland-rene)、(R)-15-十六内酯和Z-9-十六碳烯酸甲酯, 质量比为1:1:1]对璧蝽的田间引诱效果。结果表明, 夏季30 mg E2HE2H诱集到的璧蝽数量普遍比璧蝽信息素诱集到的多, 其中雄虫数量达显著水平; 秋季, E2HE2H诱集到的雄虫数量同样明显较璧蝽信息素多, 但雌虫和若虫数量相似。就璧蝽生理状态而言, 在夏季(非滞育期)E2HE2H和璧蝽信息素所诱雌性璧蝽均大多已交配过(具有成熟的卵巢), 但E2HE2H所诱集到的璧蝽消化道内食物较少; 在秋季当璧蝽进入滞育后, 2种诱芯诱到的雌性璧蝽绝大多数含大量脂肪体且卵巢未发育。
点蜂缘蝽聚集信息素组分E2HE2H对璧蝽有引诱作用, 但璧蝽信息素对点蜂缘蝽则没有引诱作用[23], 这种种间交叉引诱的不对称性与2种昆虫信息素的功能相关。点蜂缘蝽聚集信息素组分E2HE2H起到食物指示的作用, 而璧蝽与点蜂缘蝽具有相似的寄主植物谱, 因此璧蝽可以借助于E2HE2H寻找到食物; 相反, 璧蝽信息素与寻找食物无关, 主要功能之一是起到性信息素的作用, 因此对点蜂缘蝽没有吸引作用。
4 展望点蜂缘蝽聚集信息素在日本和韩国经过20多年的研究已取得很多进展, 今后应重点从以下几方面开展研究。首先, 利用聚集信息素对点蜂缘蝽种群进行监测的方法和技术有待进一步成熟和完善; 同时利用聚集信息素来诱捕点蜂缘蝽, 必须大面积统一实施才能取得较好防效[47], 有关诱捕面积和诱捕效果间的关系, 害虫种群量和诱捕面积的关系, 以及不同作物布局对诱捕效果的影响等均需进一步研究明确。其次, 研究并利用点蜂缘蝽报警信息素或植物源驱避剂, 同时联合使用聚集信息素及食物引诱剂, 开发有效的推拉防治技术, 也是一个重要的研究方向, 其中高效驱避剂和引诱剂的筛选及应用, 有望在点蜂缘蝽的绿色防治中发挥重要作用。最后, 有关点蜂缘蝽聚集信息素的分子感受机制研究目前尚属空白, 明确聚集信息素的嗅觉基因及其调控机制, 然后进一步通过反向化学生态学策略, 针对重要嗅觉相关蛋白(基因), 设计并开发更高引诱活性的聚集信息素类似物或基于RNAi的点蜂缘蝽行为调控技术, 有望取得突破性进展。
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