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小地老虎性信息素的提取、鉴定及相关生物学研究

向玉勇  
【摘要】: 小地老虎Agrotis ypsilon(Rottemberg)属于鳞翅目,夜蛾科。别名土蚕、地蚕、黑土蚕、黑地蚕、地剪、切根虫等。近年来在我国的发生危害日趋严重,已成为全国性的农业重要害虫,但缺乏有效的防治手段。本文利用光镜、电镜(EM)、气相色谱(GC)、气相色谱一质谱联用(GC-MS)、触角电位(EAG)、风洞和田间试验等技术与方法,首次对我国小地老虎的性信息素通讯系统进行了系统的研究,旨在探明我国小地老虎性信息素通讯系统及其动态变化特点,并探索利用性信息素防治小地老虎的新途径。主要结果如下: 1.小地老虎生物学研究:在室内对小地老虎的生物学特性及性行为进行了连续观察,结果表明,随着饲养时间的延长,小地老虎的羽化率在不断地下降,但其性比始终在0.45~0.56之间上下波动。小地老虎羽化1天后才可以进行交配,雄蛾和雌蛾都可以多次交配,且交配能力受性比的影响很大。婚飞和交配活动主要发生在晚上熄灯的后半夜(00∶30~04∶00),交配历时15~45min。成虫寿命是雌蛾长于雄蛾,并且随其交配状况而变化,未交配的成虫寿命稍长些。交配次数对其产卵量和幼虫孵化率有明显的影响,随着交配次数的增加,其产卵量和幼虫孵化率都显著地增大。 2.小地老虎雌蛾性信息素分泌腺的部位和超微结构观察:通过光镜、扫描电镜和透视电镜观察了小地老虎雌蛾性信息素分泌腺的部位和超微结构,发现小地老虎雌蛾性信息素分泌腺位于腹部末端第8~9节之间的节间膜腹面,是一个完整的能够外翻的腺体上皮。一般情况下,它随第8、9节一起套缩在第7腹节之内,在求偶时腹部末端外伸露出节间膜,它也由褶展开为一黄白色的囊泡。腺体表面分布着饱满的锥形体,羽化后3天未交尾的雌蛾腺体细胞呈单层排列,腹面中央由密集的柱形上皮细胞组成,细胞排列向两侧延伸至背部,其形状由柱形逐渐变为扁平形,细胞核为椭圆形,细胞与细胞间有明显的胞连接,细胞基底膜基褶较多,质膜上分布着微绒毛,并与内表皮连接,内表皮上有多层几丁质,外角质层染色较深,细胞质中含有空泡、线粒体、脂质粒和光面内质网。 3.小地老虎性信息素的提取及成分和结构鉴定:采用毛细管气相色谱(GC)和气相色谱一质谱联用(G C-MS)等分析技术,从小地老虎雌蛾性信息素腺体提取物中分离和鉴定出了顺7-12碳乙酸酯(Z7-12:Ac)、顺9-14碳乙酸酯(Z9-14:Ac)、顺11-16碳乙酸酯(Z11-16:Ac)、顺5-10碳乙酸酯(Z5-10:Ac)和顺8-12碳乙酸酯(Z8-12:Ac)五种化合物。各组分的含量分别为:0.245±0.098 ng、0.080±0.031ng、0.089±0.033 ng、0.085±0.031 ng、0.105±0.065 ng。这五种成分的比例Z7-12:Ac/Z9-14:Ac/Z11-16:Ac/Z5-10:Ac/Z8-12:Ac为40.451:17.022:14.943:14.392:17.225,前三种物质的比例Z7-12:Ac/Z9-14:Ac/Z11-16:Ac为58.75:18.91:22.34。 4.小地老虎的求偶行为及性信息素产生的动态节律研究:小地老虎雌蛾在羽化后第1天很少发生求偶行为,3日龄雌蛾求偶达到高峰,求偶行为均发生在暗期,高峰期出现在暗期第7~9小时,随着蛾龄的增长,求偶时间提前。小地老虎雌蛾性信息素的产生和求偶行为一样,具有明显的昼夜节律和时辰节律,而且两者的高峰期基本吻合,均出现在暗期的后期,反映了小地老虎雌蛾性信息素的产生和求偶行为间的协同性。小地老虎雌蛾羽化的第1天,腺体中性信息素滴度很低,第3天达到峰值,然后下降。小地老虎雌蛾腺体从暗期开始到暗期后4.5h,5种组分的滴度无明显变动;但从4.5h到7h,各组分特别是主组分Z7-12:Ac的滴度陡然增加至最高峰;但至暗期8h又迅速下降,至暗期结束时,已回落到暗期4.5h以前的水平;暗期结束后各组分几乎降为零。可见,小地老虎性信息素滴度的高峰时间点位在暗期7h。 5.交配和温度对小地老虎性信息素影响的研究:交配和温度对小地老虎性信息素影响的研究表明,交配对性信息素各组分的滴度无显著的影响,因此交配不影响小地老虎在下一暗期的再次求偶和交配。但环境温度对小地老虎性信息素的含量则有显著的影响。20~25℃最有利于小地老虎性信息素的生物合成,而低温和高温则均不利于小地老虎性信息素的正常产生与释放。 6.小地老虎雄蛾触角感器的观察:通过扫描电镜观察了小地老虎雄蛾触角上各种感器的形态特征,发现在小地老虎雄蛾触角上分布有以下7种感器,它们分别为:毛形感器(Sensilla trichodea),刺形感器(S.cheatica),鳞形感器(S.squamiformium),腔锥感器(S.coelonica),腔形感器(S.coeloconica),耳形感器(S.auricillica)和B(?)hm's氏鬃毛(B(?)hm's bristles)。其中毛形感器数量最多,是感受性信息素分子的主要化学感受器。 7.小地老虎雄蛾触角对雌蛾性信息素腺体提取物及合成标准化合物的电生理反应:通过EAG生测技术测定了小地老虎雄蛾触角对雌蛾性信息素腺体提取物及合成标准化合物的电生理反应,结果表明,小地老虎雌蛾的五种性信息素组分Z7-12:AC、Z9-14:AC、Z11-16:Ac、Z5-10:Ac和Z8-12:AC都可引起同种雄蛾的触角电位反应,且其反应的EAG值均显著高于空白对照,表明小地老虎雄蛾触角上具有这五种化合物的感受细胞。小地老虎雄蛾在羽化后第1天对性信息素各单一组分和混合物的EAG反应值很低,到第3天达到最高峰,以后随着蛾龄增加,反应值又逐渐下降。小地老虎雄蛾触角对性信息素各组分及混合物的剂量反应曲线大致呈“S”形。 8.小地老虎雄蛾对性信息素的风洞行为反应:风洞行为研究表明,5种单一组分均不能引起雄蛾向性信息素源完整的行为反应;二元混合物中以AB对雄蛾的引诱活性最强,仅次于腺体粗提物和活雌蛾;在同等使用剂量下,ABC三元混合物的引诱效果最好,这三种成分的混合物对雄蛾的引诱作用与3日龄活雌蛾的效果相当。性信息素组分间的比例对小地老虎雄蛾的行为反应有明显的影响,对二元混合物和三元混合物不同比例的测定结果表明,橡胶诱芯中AB和ABC的最佳比例分别为3:1和3:1:1,这一结果与有关雌蛾腺体中性信息素滴度间的比例是吻合的。三元混合物ABC在最佳比例(3:1:1)下,制成合成性信息素不同剂量的诱芯进行风洞实验,结果发现雄蛾对0.1~500pg的性信息素均有反应。剂量为100μg时反应最强烈,50μg次之,二者间差异不显著(P≥0.05)。以到达释放源及呈现预交尾行为的雄蛾百分率作为指标,它们对上述两剂量的反应百分率均显著高于其它剂量(P≤0.05)。 9.田间诱蛾试验:以小地老虎性信息素标准化合物配成诱芯进行田间诱捕试验,结果发现田间诱捕试验的效果与雄蛾在风洞中对性信息素行为反应的研究结果相一致,性信息素单一组分在风洞中都不能引起雄蛾完整的行为反应,在田间诱捕实验中也都没有诱到雄蛾。选择二元混合物AB(3:1)和三元混合物ABC(3:1:1)进行田间诱蛾试验,发现AB(3:1)诱芯的平均诱捕量为2.6头,ABC(3:1:1)诱芯对雄蛾的引诱作用显著增强,平均诱捕量为7.40头,是AB(3:1)诱芯的2.8倍,说明C组分Z11-16:Ac有明显的增效作用。在剂量反应中,田间试验表明在剂量为200μg时的诱蛾活性最高。 本文首次提取了小地老虎中国种群的性信息素,并鉴定和分析了性信息素的主要成分的精确含量和比例。通过EAG反应、风洞和田间诱蛾试验确定了性信息素的活性成分,获得了最佳诱芯的配方。这不仅丰富了昆虫性信息素研究的内容,而且有可能提供一种利用合成性信息素防治小地老虎的高效、无毒、无污染、无公害的新方法、新途径。


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