李為爭(zhēng), 王 瓊, 李慧玲, 王 玨, 李洋洋, 郭線茹, 原國(guó)輝

河南農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院, 鄭州 450002

棉鈴蟲成蟲對(duì)兩種關(guān)鍵花香氣味的聯(lián)系性學(xué)習(xí)

李為爭(zhēng), 王 瓊, 李慧玲, 王 玨, 李洋洋, 郭線茹, 原國(guó)輝*

河南農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院, 鄭州 450002

為了明確棉鈴蟲對(duì)苯乙醛和乙酸苯甲酯兩種關(guān)鍵花香氣味的聯(lián)系性學(xué)習(xí)行為，在室內(nèi)分別測(cè)定了不同學(xué)習(xí)訓(xùn)練的棉鈴蟲雌雄成蟲對(duì)兩種關(guān)鍵花香氣味的選擇偏好性反應(yīng)和雄成蟲的觸角電位反應(yīng)。偏好性測(cè)定結(jié)果表明，無花香氣味接觸經(jīng)歷的棉鈴蟲對(duì)苯乙醛和乙酸苯甲酯的選擇頻次均無顯著差異，且單純的花香氣味接觸經(jīng)歷也不能誘導(dǎo)棉鈴蟲氣味偏好性的顯著改變，唯有花香氣味接觸經(jīng)歷伴隨蔗糖溶液進(jìn)行強(qiáng)化訓(xùn)練時(shí)，才能誘導(dǎo)氣味偏好性的顯著性改變。從對(duì)兩種花香氣味的聯(lián)系性學(xué)習(xí)看，棉鈴蟲更容易將苯乙醛與蔗糖溶液進(jìn)行聯(lián)系性學(xué)習(xí)，而不容易將乙酸苯甲酯與蔗糖溶液進(jìn)行聯(lián)系性學(xué)習(xí)。從性別差異看，雌蟲比雄蟲具有更強(qiáng)的將花香氣味與蔗糖溶液進(jìn)行聯(lián)系性學(xué)習(xí)的能力。觸角電位測(cè)定結(jié)果表明，不同學(xué)習(xí)訓(xùn)練的棉鈴蟲雄成蟲對(duì)兩種花香氣味和綠葉氣味順- 3-己烯- 1-醇的EAG反應(yīng)值之間不存在顯著性差異?？傊ㄏ銡馕栋殡S食物資源的聯(lián)系性學(xué)習(xí)經(jīng)歷，能夠明顯提高棉鈴蟲成蟲對(duì)花香氣味的選擇偏好，可以此為基礎(chǔ)進(jìn)一步優(yōu)化花香引誘劑的配方設(shè)計(jì)和應(yīng)用技術(shù)。

棉鈴蟲; 花香氣味; 聯(lián)系性學(xué)習(xí); 選擇偏好性

聯(lián)系性學(xué)習(xí)(Associative learning)是指通過經(jīng)歷在兩種刺激間或一種刺激與一種反應(yīng)間建立的一種聯(lián)系。這類學(xué)習(xí)行為在蜜蜂搜尋花蜜和寄生蜂搜索寄主的過程中較為常見[1- 2]，且已發(fā)現(xiàn)一些植食性昆蟲中也存在聯(lián)系性學(xué)習(xí)[3]。如大帛斑蝶Idealeoconoe、斐豹蛺蝶Argyreushyperbius、菜粉蝶Pierisrapae和紅灰蝶Lycaenaphlaeas可以將花的顏色與花蜜進(jìn)行聯(lián)系性學(xué)習(xí)[4]，沙漠蝗Schistocercagregaria可以將嗅覺刺激與食物獎(jiǎng)勵(lì)進(jìn)行聯(lián)系性學(xué)習(xí)[5]，煙芽夜蛾Heliothisvirescens可以將植物氣味與寄主適合度進(jìn)行聯(lián)系性學(xué)習(xí)[6]。由于植食性昆蟲的學(xué)習(xí)行為有可能對(duì)害蟲防治方法的效果產(chǎn)生積極或消極影響，因此，深入研究植食性昆蟲的學(xué)習(xí)行為將有助于發(fā)展和完善害蟲綜合治理的策略和方法[7]。

棉鈴蟲Helicoverpaarmigera是重要的多食性農(nóng)業(yè)害蟲，幼蟲可取食為害30余科200多種植物，成蟲則具有取食多種植物花蜜作為補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)的習(xí)性[8]。近年來，為了發(fā)展棉鈴蟲等蛾類害蟲的綠色防控，研制開發(fā)花香引誘劑大量誘殺成蟲受到關(guān)注[9]，這類引誘劑多為單一或2—3種活性成分的混配制劑[10]，其中苯乙醛對(duì)鱗翅目成蟲具有廣譜引誘活性[11]，乙酸苯甲酯對(duì)鈴夜蛾屬Helicoverpa、實(shí)夜蛾屬Heliothis和金翅夜蛾屬Plusia的許多夜蛾具有特殊的引誘力[12- 13]，這兩種揮發(fā)物大量存在于蛾類蜜源寄主和產(chǎn)卵寄主中，是激發(fā)棉鈴蟲等蛾類成蟲趨向行為反應(yīng)的關(guān)鍵花香氣味[14]。田間誘捕結(jié)果表明，花香引誘劑不僅可以誘捕到多種蛾類，而且可以同時(shí)引誘雌、雄成蟲，具有明顯的廣譜誘蟲特點(diǎn)，展現(xiàn)出良好的開發(fā)應(yīng)用前景[15]。然而，已有的研究表明，許多蛾類成蟲也具有聯(lián)系性學(xué)習(xí)行為，如未交配的棉鈴蟲兩性成蟲均偏好在有過取食經(jīng)歷的蜜源寄主上覓食[16- 17]，有過訪問蜜源植物或取食蔗糖經(jīng)歷的棉鈴蟲成蟲對(duì)花香氣味表現(xiàn)出更強(qiáng)的選擇偏好[18]。一般認(rèn)為，這種聯(lián)系性學(xué)習(xí)行為有助于棉鈴蟲高效識(shí)別有報(bào)酬的花[19]，但是否會(huì)影響花香引誘劑的誘蛾效果，顯然是一個(gè)值得深入探討的問題。為此，本文以苯乙醛和乙酸苯甲酯兩種關(guān)鍵花香氣味物質(zhì)為材料，研究了棉鈴蟲成蟲對(duì)它們的聯(lián)系性學(xué)習(xí)行為，期望為基于花香氣味物質(zhì)的棉鈴蟲引誘劑篩選和應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試?yán)ハx

供試棉鈴蟲蛹購于河南濟(jì)源白云實(shí)業(yè)有限公司，成蟲羽化后飼喂5%蔗糖水。后代幼蟲在實(shí)驗(yàn)室人工氣候箱內(nèi)用麥胚基人工飼料飼養(yǎng)，飼料主要成分為麥麩、酵母粉和干酪素，另添加維生素C、維生素復(fù)合粉、山梨酸和瓊脂粉等。人工氣候箱飼養(yǎng)條件為日溫(28±2)℃，夜溫(26±2)℃，相對(duì)濕度(50±10)%，光周期為16 L∶8 D。為保證幼蟲取食經(jīng)歷和遺傳背景相對(duì)一致，選取連續(xù)飼養(yǎng)5代后的實(shí)驗(yàn)種群用于測(cè)定。

每次測(cè)定前收集棉鈴蟲蛹，區(qū)分雌雄后分別放入相互隔離的不同人工氣候箱中。每日8:00和17:00各檢查一次羽化情況，及時(shí)將羽化的雌雄成蟲分別放入不同的L×W×H=20 cm × 20 cm× 20 cm籠中，飼喂5%蔗糖溶液。當(dāng)日羽化的成蟲記為0日齡，次日取1日齡的未交配雌雄成蟲按試驗(yàn)設(shè)計(jì)分別進(jìn)行學(xué)習(xí)訓(xùn)練，學(xué)習(xí)訓(xùn)練24 h后取2日齡成蟲進(jìn)行氣味選擇偏好性和觸角電位反應(yīng)測(cè)定。

1.2 供試試劑

苯乙醛(Phenylacetaldehyde，PAA)和順- 3-己烯- 1-醇購于Sigma-Aldrich Co Ltd.，純度分別為98%和99%；乙酸苯甲酯(Benzyl acetate，BA)購于中國(guó)醫(yī)藥集團(tuán)(上海)化學(xué)試劑有限公司，純度為95%；瓊脂粉購于Amresco公司，純度為99%；石蠟油購于天津科密歐公司，分析純。

將試劑按測(cè)定要求制備成不同的樣品。制備氣味物質(zhì)緩釋樣品時(shí)，用長(zhǎng)7.0 cm、直徑2.0 cm的平底指形管作為容器，每個(gè)管中首先注入400 μL苯乙醛或乙酸苯甲酯，然后迅速注入60 ℃左右的0.2%瓊脂膠20 mL，在室溫下冷卻后備用；另制備不添加氣味物質(zhì)的20 mL瓊脂膠指形管樣品。預(yù)試驗(yàn)表明，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)瓊脂膠包結(jié)后的氣味物質(zhì)50 d可揮發(fā)完畢，氣味釋放速率約為8 μL/d。制備電生理測(cè)定樣品時(shí)，將苯乙醛、乙酸苯甲酯和順- 3-己烯- 1-醇分別用石蠟油稀釋100倍作為待測(cè)樣品。

1.3 學(xué)習(xí)訓(xùn)練

1.3.1 學(xué)習(xí)室的準(zhǔn)備

學(xué)習(xí)室為L(zhǎng)×W×H= 30 cm × 30 cm × 20 cm的潔凈玻璃室。學(xué)習(xí)訓(xùn)練前根據(jù)測(cè)定設(shè)計(jì)取上述指形管樣品1個(gè)，開口向上放在1個(gè)高2 cm、直徑6 cm的培養(yǎng)皿正中央，圍繞指形管在培養(yǎng)皿中填充脫脂棉與皿口齊平，然后將培養(yǎng)皿放在學(xué)習(xí)室底部中央。每次學(xué)習(xí)訓(xùn)練后，更換培養(yǎng)皿，并用脫脂棉蘸取無水乙醇均勻擦拭學(xué)習(xí)室內(nèi)壁，然后用蒸餾水沖洗干凈，在太陽光下晾曬干，以備下次使用。

1.3.2 學(xué)習(xí)訓(xùn)練設(shè)置

共設(shè)置3組學(xué)習(xí)訓(xùn)練，雌雄成蟲分別隔離進(jìn)行，共10個(gè)處理。第1組為無花香氣味經(jīng)歷組，簡(jiǎn)稱無經(jīng)歷組(Na?ve group)：取不含氣味物質(zhì)的瓊脂膠指形管樣品，開口向上放在培養(yǎng)皿中間，填充脫脂棉后均勻滴加5%蔗糖溶液使其完全浸潤(rùn)。第2組為花香氣味經(jīng)歷組，通稱暴露組(Exposure group)：取含有氣味物質(zhì)的瓊脂膠指形管樣品，開口向上放在培養(yǎng)皿中間，填充脫脂棉后均勻滴加蒸餾水使其完全浸潤(rùn)。第3組為氣味與食物關(guān)聯(lián)經(jīng)歷組，通稱條件化組(Conditioning group)：取含有氣味物質(zhì)的瓊脂膠指形管樣品，開口向上放在培養(yǎng)皿中間，填充脫脂棉后均勻滴加5%蔗糖溶液使其完全浸潤(rùn)。設(shè)置完成后進(jìn)行學(xué)習(xí)訓(xùn)練，于19:00—22:00取1日齡的未交配雌雄成蟲分別放入不同學(xué)習(xí)室，密閉后移入人工氣候箱中，學(xué)習(xí)訓(xùn)練24 h后取出用于測(cè)定。

1.4 氣味偏好性測(cè)定

1.4.1 測(cè)定裝置

測(cè)定在L×W×H= 100 cm × 100 cm × 100 cm玻璃籠罩內(nèi)進(jìn)行，籠罩頂板可拆卸，頂板正中央有一個(gè)直徑2.0 cm的圓孔供釋放試蟲，籠罩外上方中央懸掛5 W紅色燈泡作為觀察光源?；\罩內(nèi)底部4個(gè)角落各放置市售小型向日葵花模型一朵，花盤直徑3.0 cm，由內(nèi)至外共3層花瓣，第1層花瓣長(zhǎng)2.0 cm，第2和第3層花瓣長(zhǎng)3.5 cm。另取苯乙醛和乙酸苯甲酯氣味樣品各2個(gè)，交叉配對(duì)懸掛在花盤上方，指形管開口向下，開口部分距離花盤約3.0 cm。每次測(cè)定完成后將玻璃籠罩水平旋轉(zhuǎn)90 °，每測(cè)定10次后更換新的向日葵花模型。

1.4.2 測(cè)定方法

測(cè)定在19: 30—21: 30成蟲活動(dòng)取食高峰期進(jìn)行，室溫(26±2)℃。每次測(cè)定取不同學(xué)習(xí)經(jīng)歷的成蟲1頭放入玻璃籠罩內(nèi)，觀察其在靜息空氣中的飛行和降落情況，如果試蟲降落在某個(gè)向日葵花上并停留10 s以上，則視為做出了選擇；如果試蟲無規(guī)則飛行達(dá)10 min，則視為未作出選擇。每頭成蟲僅測(cè)試1次，共10個(gè)處理，每個(gè)處理測(cè)定40頭成蟲。

1.5 觸角電位測(cè)定

1.5.1 測(cè)定裝置

觸角電位儀購置于德國(guó)Syntech公司，由前置放大器(Syntech AC/DC UN-06)、刺激氣流控制器(Syntech CS- 55)、數(shù)據(jù)采集/放大器(Syntech IDAC- 4)和微動(dòng)操作儀(Syntech MP- 15)組成，數(shù)據(jù)采集軟件為EAG 2000。兩根Ag/AgCl電極分別作為參比電極和記錄電極，插入2根玻璃毛細(xì)管中，管內(nèi)注滿Kaissling電極緩沖液。緩沖液配制方法為：取6.4 mmol KCl，20.0 mmol KH2PO4，12.0 mmol MgCl2，1.0 mmol CaCl2，354 mmol葡萄糖，12.0 mmol NaCl和9.6 mmol KOH混合均勻，然后添加蒸餾水定容至1 L。

1.5.2 測(cè)定方法

考慮到花香氣味對(duì)雌蟲具有引誘取食和引誘產(chǎn)卵雙重作用，而對(duì)雄蟲只有取食引誘作用[20]，因此，觸角電位反應(yīng)只測(cè)定雄蟲。共設(shè)苯乙醛和乙酸苯甲酯2個(gè)花香氣味處理，以順- 3-己烯- 1-醇為參照，以石蠟油為對(duì)照，分別測(cè)定不同學(xué)習(xí)經(jīng)歷棉鈴蟲雄蟲的觸角電位反應(yīng)。測(cè)定前先在雙目體視顯微鏡下將觸角從基部切下并切去端部幾節(jié)，立即將離體觸角的端部和基部分別與記錄電極和參比電極連接。然后調(diào)試儀器，待基線平穩(wěn)后進(jìn)行測(cè)定。測(cè)定時(shí)取稀釋后的待測(cè)樣品0.2 μL滴加在6 cm × 0.5 cm濾紙條上放入進(jìn)樣管中，管口距離觸角1 cm。刺激物和濕潤(rùn)的潔凈氣流通過兩個(gè)獨(dú)立管道吹送到離體觸角上，并用刺激氣流控制器將流速控制在20 mL/s。每次連續(xù)刺激時(shí)間為0.02 s，刺激間隔時(shí)間為60 s，反應(yīng)電壓信號(hào)通過數(shù)據(jù)采集/放大器記錄并輸出到電腦中保持。4個(gè)待測(cè)樣品采用隨機(jī)化順序進(jìn)行刺激測(cè)定，完成一輪刺激后，仍隨機(jī)抽取進(jìn)行下一輪刺激，每根觸角共測(cè)定6輪，每種學(xué)習(xí)經(jīng)歷雄成蟲重復(fù)測(cè)定4根觸角。

1.6 統(tǒng)計(jì)分析

采用SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行分析。其中氣味偏好性測(cè)定結(jié)果采用2檢驗(yàn)方法，比較不同處理間的偏好性差異。觸角電位測(cè)定結(jié)果采用雙因素方差分析(Two-way ANOVA)，比較不同處理間的觸角電位反應(yīng)差異。

2 結(jié)果與分析

2.1 棉鈴蟲對(duì)兩種花香氣味的聯(lián)系性學(xué)習(xí)

圖1 氣味暴露處理對(duì)棉鈴蟲雌成蟲氣味偏好性的影響

圖2 氣味暴露處理對(duì)棉鈴蟲雄成蟲氣味偏好性的影響

2.2 棉鈴蟲對(duì)花香氣味與食物的聯(lián)系性學(xué)習(xí)

圖3 條件化處理對(duì)棉鈴蟲雌成蟲氣味偏好性的影響

圖4 條件化處理對(duì)棉鈴蟲雄成蟲氣味偏好性的影響

圖5 棉鈴蟲雄蟲對(duì)不同氣味樣品的觸角電位反應(yīng)

2.3 棉鈴蟲雄蟲對(duì)兩種花香氣味的觸角電位反應(yīng)

測(cè)定不同學(xué)習(xí)經(jīng)歷的棉鈴蟲雄蟲對(duì)不同花香氣味的觸角電位(EAG)反應(yīng)，方差分析結(jié)果表明，不同處理樣品觸發(fā)的EAG反應(yīng)值之間存在極顯著差異(F= 21.0456，F(xiàn)(0.01,3,36)= 4.3771)，而無經(jīng)歷組、暴露組和條件化組的EAG反應(yīng)值之間則不存在顯著性差異(F= 0.9115，F(xiàn)(0.05,2,36)= 3.2594，P= 0.4110)，兩者也不存在顯著交互作用(F= 0.3029，F(xiàn)(0.05,2,36)= 2.3638，P= 0.9313)。分別計(jì)算不同處理樣品激發(fā)的觸角電位反應(yīng)值(圖5)，多重比較結(jié)果表明，苯乙醛和乙酸苯甲酯與參照化合物順- 3-己烯- 1-醇之間不存在顯著性差異，但三者均與對(duì)照石蠟油之間存在顯著性差異。綜合考慮2.2棉鈴蟲雄蟲可以將苯乙醛與食物資源進(jìn)行聯(lián)系性學(xué)習(xí)的研究結(jié)果，可以認(rèn)為雄蟲對(duì)苯乙醛的聯(lián)系性學(xué)習(xí)是發(fā)生在中樞神經(jīng)系統(tǒng)水平上的，而不是發(fā)生在嗅覺感受器水平上的。

3 討論

在長(zhǎng)期的協(xié)同進(jìn)化過程中，蛾類昆蟲與顯花植物形成了密切的關(guān)系，植物花器釋放的花香氣味可以吸引多種蛾類成蟲，而絕大多數(shù)蛾類成蟲可以取食多種植物的花蜜[21]。如棉鈴蟲的蜜源寄主就非常廣泛，包括胡蘿卜、芹菜、大蔥、洋蔥、向日葵、茼蒿、蛇目菊、玉米花絲等[22]。由于這些蜜源植物的開花期并不完全一致，不同世代的棉鈴蟲面臨的蜜源寄主格局也會(huì)不同，這就需要一種機(jī)制來更好地適應(yīng)多變的蜜源寄主環(huán)境。一般認(rèn)為，本能性偏好主要是幫助新羽化的成蟲識(shí)別蜜源寄主存在的環(huán)境，而學(xué)習(xí)行為可以強(qiáng)化成蟲對(duì)食物伴隨的嗅覺刺激的反應(yīng)[18]。因此，與遺傳決定的本能性偏好相比，聯(lián)系性學(xué)習(xí)可能對(duì)多食性棉鈴蟲的蜜源寄主選擇影響更大。

本研究表明，無花香氣味接觸經(jīng)歷的棉鈴蟲對(duì)苯乙醛和乙酸苯甲酯兩種關(guān)鍵花香氣味的選擇頻次均無顯著差異，且單純的花香氣味接觸經(jīng)歷也不能誘導(dǎo)棉鈴蟲氣味偏好性的顯著改變，唯有花香氣味接觸經(jīng)歷伴隨蔗糖溶液進(jìn)行強(qiáng)化時(shí)，才能誘導(dǎo)氣味偏好性的顯著改變，其中棉鈴蟲更容易將苯乙醛與蔗糖溶液進(jìn)行聯(lián)系性學(xué)習(xí)，而不容易將乙酸苯甲酯與蔗糖溶液進(jìn)行聯(lián)系性學(xué)習(xí)，這種差別的原因可能與兩種氣味物質(zhì)在植物中的存在狀態(tài)有關(guān)。植物花蜜中最重要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)是蔗糖、葡萄糖和果糖[23]，而苯乙醛是莽草酸代謝途徑的產(chǎn)物，在花中主要存在形式是糖苷，當(dāng)植物開花時(shí)糖苷水解被大量釋放出來[24]，故苯乙醛能更可靠地指示花中可溶性糖類的存在，這對(duì)于成蟲為虹吸式口器、具有補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)習(xí)性的棉鈴蟲來說尤為重要。而乙酸苯甲酯呈典型的茉莉花香氣味，可能是莽草酸代謝途徑產(chǎn)生的苯甲醇和乙酰輔酶A的反應(yīng)產(chǎn)物[25]，其釋放節(jié)律與植物花中可溶性糖的形成并不同步，其指示可溶性糖類存在的作用相對(duì)較弱。此外，從雌雄成蟲聯(lián)系性學(xué)習(xí)的差別看，雌蟲擔(dān)負(fù)著繁殖后代的重任，取食補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)可以延長(zhǎng)壽命和提高產(chǎn)卵量[26]，因此，雌蟲的聯(lián)系性學(xué)習(xí)行為比雄蟲更加明顯。

研究植食性昆蟲對(duì)花香氣味的學(xué)習(xí)行為可以為活性化合物的篩選和引誘劑的應(yīng)用提供有益的啟示。已有的研究表明，取食可溶性糖類是許多蛾類成蟲趨向花的最終目的[14]，本文選用的兩種花香氣味物質(zhì)能夠引誘多種蛾類成蟲，但只有苯乙醛與食物資源伴隨訓(xùn)練時(shí)，棉鈴蟲才有聯(lián)系性學(xué)習(xí)行為。因此，在大量篩選花香類誘蛾活性成分時(shí)，可以從生物合成和次生代謝的角度，首先分析哪些揮發(fā)物成分的釋放與可溶性糖類的大量產(chǎn)生緊密伴隨，從而排除一些關(guān)聯(lián)性不強(qiáng)的成分，以便縮小待測(cè)揮發(fā)物的范圍。在應(yīng)用花香引誘劑誘捕蛾類害蟲時(shí)，考慮到許多蛾類飛翔能力較強(qiáng)，與優(yōu)勢(shì)蜜源植物接觸的概率大，學(xué)習(xí)行為發(fā)生的機(jī)會(huì)多，應(yīng)首先明確特定時(shí)空區(qū)域的優(yōu)勢(shì)蜜源植物及其分布情況，并根據(jù)不同世代所面臨的蜜源寄主格局，適時(shí)調(diào)整引誘劑的配方，以克服背景氣味的干擾，增強(qiáng)引誘劑的誘捕率。當(dāng)然，影響棉鈴蟲等蛾類聯(lián)系性學(xué)習(xí)行為的環(huán)境因素可能非常復(fù)雜，深入研究?jī)煞N關(guān)聯(lián)刺激的濃度、刺激順序、刺激時(shí)間差、空間距離、伴隨性出現(xiàn)的概率、學(xué)習(xí)訓(xùn)練次數(shù)、單次學(xué)習(xí)持續(xù)期等對(duì)學(xué)習(xí)效果的影響也非常必要。此外，糖醋液是一種常用的食物源引誘劑，可用于小地老虎、黏蟲、甜菜夜蛾、甘藍(lán)夜蛾、斜紋夜蛾、銀紋夜蛾等蛾類成蟲以及金龜甲、實(shí)蠅的大量誘捕防治，但對(duì)棉鈴蟲的誘捕效果并不理想，若將花香引誘劑誘捕盆中的清水變?yōu)樘谴滓?，是否可以發(fā)揮相輔相成的作用，進(jìn)而提高對(duì)棉鈴蟲的誘捕效果，也有待田間試驗(yàn)予以證實(shí)。

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Associative learning ofHelicoverpaarmigeraadults to two key floral odours

LI Weizheng, WANG Qiong, LI Huiling, WANG Jue, LI Yangyang, GUO Xianru, YUAN Guohui*

PlantProtectionCollege,HenanAgriculturalUniversity,Zhengzhou450002,China

As an important polyphagous agricultural insect pest species, the adults ofHelicoverpaarmigera(Lepidoptera: Noctuidae) have the traits and habit of feeding various flower nectar as complementary nutrition. Two common floral volatiles, phenylacetaldehyde and benzyl acetate, which being released from a number of nectar host and oviposition host plant species of many moths and exhibited fairly strong attractiveness in previous field trapping experiments, are the key olfactory cues on guiding the flower-visiting behaviour of various moth species, includingH.armigera. To elucidate the associative learning ability ofH.armigeramoths to these floral volatiles, we tested the odour choice preference of the male and female moths after different training treatments (na?ve, exposure, and conditioning) in a dual choice bioassay, as well as the electroantennographic (EAG) responses of the male moths to these odours (use cis- 3-hexen- 1-ol as a reference) after corresponding treatments. The results of the odour preference bioassay manifested that, the choice frequencies of the na?ve group (having no contact experience with the floral odours) did not differ significantly between phenylacetaldehyde and benzyl acetate; moreover the exposure treatment (exposure to these odours without the association of food rewarding) could not also induce significant alteration of the odour preference; interestingly, the conditioning treatment (conditioning with the pairs of conditioned stimuli [floral odour] and the unconditioned stimulus [sucrose solution]) significantly altered the odour preference pattern, suggesting thatH.armigeramoths could associate the olfactory cues with the presence of food reward. Comparison of the learning performance ofH.armigeraconditioned with different floral odours showed that, phenylacetaldehyde was easier to be associated with sucrose solution than benzyl acetate, and the choice response percents of the males and females to phenylacetaldehyde correspondingly reached up to 70.00% and 67.50% after conditioned, respectively, but the individuals in the benzyl acetate-conditioned group only exhibited a weak discrimination response to the paired odour sources, suggesting that the preference ofH.armigerato benzyl acetate was an innate response rather than later learned response. The difference in associative learning between the two sexes was also studied. The results suggested that the female moths had stronger learning capacity of associating floral odours with sucrose solution than that of the male moths, which might be caused by the differential nectar-feeding requirements between sexes, since that three behaviors (feeding, mating, and oviposition) are involved in the life of female moths while oviposition is absent in the life of male moths. The results of EAG recording showed that the EAG responses of all the three male groups (na?ve, exposure, and conditioning) to the two floral odours and a green leaf volatile (cis- 3-hexen- 1-ol) did not differ significantly, suggesting that the associative learning of the males to phenylacetaldehyde occurred at the level of central nervous system rather than at the level of peripheral nervous system such as the olfactory receptor in the antennae. Taken together, the associative learning experience of floral odours paired with food resource could further improve the selection preference ofH.armigeramoths to the odour used as the conditioned stimulus. Our results provided a foundation for the further optimization of the formula design and field application of floral odour-based attractants on the basis of the associative learning.

Helicoverpaarmigera; floral odour; associative learning; selection preference

國(guó)家公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))專項(xiàng)資助項(xiàng)目(201203036); 河南省教育廳自然科學(xué)研究基礎(chǔ)項(xiàng)目(12A210012)

2013- 08- 14;

2014- 06- 12

10.5846/stxb201308142079

*通訊作者Corresponding author.E-mail: hnndygh@126.com

李為爭(zhēng), 王 瓊, 李慧玲, 王 玨, 李洋洋, 郭線茹, 原國(guó)輝.棉鈴蟲成蟲對(duì)兩種關(guān)鍵花香氣味的聯(lián)系性學(xué)習(xí).生態(tài)學(xué)報(bào),2015,35(11):3534- 3540.

Li W Z, Wang Q, Li H L, Wang J, Li Y Y, Guo X R, Yuan G H.Associative learning ofHelicoverpaarmigeraadults to two key floral odours.Acta Ecologica Sinica,2015,35(11):3534- 3540.