楊文學(xué)，徐少姚，堵文平，徐 軍，張龍梅，楊發(fā)忠

(西南林業(yè)大學(xué) 理學(xué)院，云南 昆明 650224)

十八烷酸丁酯對甜菜夜蛾產(chǎn)卵和嗅覺行為的影響

楊文學(xué)，徐少姚，堵文平，徐 軍，張龍梅，楊發(fā)忠*

(西南林業(yè)大學(xué) 理學(xué)院，云南 昆明 650224)

為了明確十八烷酸丁酯在白粉菌誘導(dǎo)寄主植物對甜菜夜蛾產(chǎn)生抗性這一過程中的作用，采用雙選生物測試等方法研究了該化合物對甜菜夜蛾嗅覺行為和產(chǎn)卵行為的驅(qū)避活性。采用質(zhì)量濃度為1 116、4 069、8 521 μg/mL的十八烷酸丁酯乙醇溶液處理中國月季植株，對甜菜夜蛾產(chǎn)卵行為均表現(xiàn)出明顯驅(qū)避活性，3 d總產(chǎn)卵量與乙醇對照的差異均達(dá)到極顯著水平，驅(qū)避率分別為28.1%、62.4%、53.5%。同樣，十八烷酸丁酯處理中國月季植株對甜菜夜蛾卵塊數(shù)也產(chǎn)生了十分顯著的影響。進(jìn)一步測試了十八烷酸丁酯對該蟲嗅覺行為的影響，結(jié)果顯示,已交配雌蛾對十八烷酸丁酯的趨性明顯低于乙醇對照，在3種質(zhì)量濃度下驅(qū)避率分別為31.8%、42.9%、42.2%。田間試驗結(jié)果也表明，十八烷酸丁酯有明顯的驅(qū)避活性，十八烷酸丁酯處理和乙醇對照的產(chǎn)卵量分別為732.5、1 735.5枚，驅(qū)避率為40.6%?？梢?，十八烷酸丁酯對甜菜夜蛾具有明顯的驅(qū)避活性，在甜菜夜蛾無公害防治中有重要應(yīng)用潛力。

十八烷酸丁酯； 甜菜夜蛾； 產(chǎn)卵行為； 嗅覺行為； 中國月季； 驅(qū)避行為； 化學(xué)機(jī)制

國內(nèi)外對病蟲互作關(guān)系的研究主要是從宏觀生態(tài)學(xué)角度進(jìn)行[1-3]，對互作機(jī)制的研究較少。病害通過寄主植物的介導(dǎo)作用對蟲害產(chǎn)生影響的化學(xué)機(jī)制主要包括三方面[4]：一是病害產(chǎn)生活性成分(比如來自病原物的激發(fā)子、誘導(dǎo)子、毒素等)影響寄主植物；二是在病原物的誘導(dǎo)作用下，寄主植物產(chǎn)生對昆蟲具有明顯活性的新化合物；三是這些來自寄主的化學(xué)活性成分調(diào)控昆蟲的行為、影響昆蟲的生理等。截至目前，這三方面的研究仍然十分缺乏。在白粉菌-中國月季-甜菜夜蛾這個三元互作系統(tǒng)中，白粉菌[Sphaerothecapannosa(Wallr.:Ex Fr.)Lév.]侵染中國月季(RosachinensisJacq.)會對甜菜夜蛾[Spodopteraexigua(Hübner)]造成不利影響[4-6]，但其影響的化學(xué)機(jī)制同樣不清楚。已有研究表明[7]，甜菜夜蛾幼蟲取食白粉菌侵染的中國月季葉片后，其體內(nèi)蛋白質(zhì)含量和乙酰膽堿酯酶活性發(fā)生變化，這從昆蟲生理學(xué)角度說明了白粉菌與甜菜夜蛾之間存在互作關(guān)系。接下來，弄清白粉菌誘導(dǎo)中國月季植株產(chǎn)生的對甜菜夜蛾有明顯抑制作用的關(guān)鍵活性成分十分重要。

十八烷酸丁酯是白粉菌誘導(dǎo)中國月季植株產(chǎn)生的次生代謝產(chǎn)物之一，通常情況下，健康中國月季植株不會合成該化合物，只有在白粉菌誘導(dǎo)下才會合成此種植物揮發(fā)性成分[4]。結(jié)合感染白粉菌后中國月季上甜菜夜蛾顯著減少的現(xiàn)象來看，十八烷酸丁酯有可能是甜菜夜蛾用于識別感染了白粉菌的寄主植物的重要信息化合物之一，如能通過研究證實該化合物對甜菜夜蛾有較強(qiáng)的活性，則其在甜菜夜蛾無公害防治中將有重要應(yīng)用潛力。據(jù)已有文獻(xiàn)報道，十八烷酸丁酯在相變儲能材料領(lǐng)域應(yīng)用較多[8-9]，而在生物學(xué)相關(guān)研究中未見報道，對甜菜夜蛾及其他昆蟲寄主搜尋、產(chǎn)卵地選擇、嗅覺行為等方面的影響尚不清楚。為此，研究十八烷酸丁酯對甜菜夜蛾產(chǎn)卵行為和嗅覺行為的影響，探索其對甜菜夜蛾的活性，為理解病害對蟲害產(chǎn)生影響的化學(xué)機(jī)制提供重要依據(jù)，也為十八烷酸丁酯用于該蟲無公害防治奠定理論基礎(chǔ)。

1 材料和方法

1.1 材料

1.1.1 材料來源 試驗所需的中國月季幼苗、枝條，甜菜夜蛾均采自云南省昆明市呈貢區(qū)中國月季種植大棚。

1.1.2 儀器和試劑 Y型嗅覺儀，主枝為22 cm，兩側(cè)枝均為 17 cm，內(nèi)徑均為5 cm，兩臂夾角為75°。產(chǎn)卵籠(48 cm×34 cm×34 cm)用細(xì)鐵絲網(wǎng)自制。十八烷酸丁酯(99%)購自北京百靈威科技有限公司，無水乙醇為分析純。

1.2 試驗方法

1.2.1 甜菜夜蛾飼養(yǎng)方法 參考楊發(fā)忠等[10]的方法，將采回的甜菜夜蛾老熟幼蟲放入墊有潮濕沙土的250 mL燒杯中，用紗布封口，待化蛹、羽化后，將成蟲轉(zhuǎn)入另一個250 mL燒杯中，用10%的蜂蜜水補(bǔ)充營養(yǎng)，使其在健康中國月季葉片上產(chǎn)卵、孵化，并飼養(yǎng)(27 ℃、70%RH、12 h光周期)至老熟幼蟲。同樣方法讓其化蛹，將蛹取出在體視鏡下區(qū)分雌雄，雌蛹單獨(dú)飼養(yǎng)，羽化后用于生物測試。

1.2.2 甜菜夜蛾成蟲產(chǎn)卵雙選生物測試 用無水乙醇配制質(zhì)量濃度分別為1 116、4 069、8 521 μg/mL的十八烷酸丁酯溶液備用。選取長度基本一致(約20 cm)、葉數(shù)基本相同的健康中國月季枝條共10枝，分為2組，每組5枝，處理組用1 116 μg/mL的十八烷酸丁酯溶液5 mL均勻噴施，對照組用等體積無水乙醇同法噴施，待溶劑揮干后對角放入產(chǎn)卵籠內(nèi)，相距約50 cm，分別懸掛醮有10%蜂蜜水的棉球。并放入同一天羽化、飛翔正常、雌雄配對的甜菜夜蛾成蟲7對，黑布遮光。20：00放入，第2天9：00統(tǒng)計產(chǎn)卵量和卵塊數(shù)。在該雙選生物測試中，甜菜夜蛾雌蛾可任意選擇在2種健康枝條上產(chǎn)卵。每日20：00更換噴灑過的新鮮枝條。其他非生命條件與甜菜夜蛾飼養(yǎng)相同。設(shè)6次重復(fù)，結(jié)果用每日產(chǎn)卵總量和卵塊數(shù)的平均值表示。同法測定4 069、8 521 μg/mL的十八烷酸丁酯的活性。并根據(jù)總產(chǎn)卵量計算驅(qū)避率(repellent rate,RR)，計算公式如下：

RR=(NCK-NT)/(NCK+NT)×100%

其中，NCK為對照組的總卵數(shù)，NT為十八烷酸丁酯處理組的總卵數(shù)。

1.2.3 甜菜夜蛾成蟲嗅覺行為測試 參考楊發(fā)忠等[10]的甜菜夜蛾成蟲嗅覺行為測試方法，使用Y型嗅覺儀進(jìn)行試驗，測試8 521、4 069、1 116 μg/mL的十八烷酸丁酯溶液對甜菜夜蛾嗅覺行為的影響，以相同體積的溶劑(乙醇)作對照。在相同條件下重復(fù)5次，每次放入已交配雌蛾10只。記錄Y型管兩側(cè)枝中的雌蛾數(shù)及未反應(yīng)蟲數(shù)，計算平均值及驅(qū)避率(計算方法同1.2.2，用雌蛾數(shù)計算)。

1.2.4 田間試驗 十八烷酸丁酯對甜菜夜蛾產(chǎn)卵驅(qū)避作用的田間測試在云南省昆明市呈貢區(qū)月季種植基地的大棚中進(jìn)行。試驗開始前14 d內(nèi)不使用任何農(nóng)藥，進(jìn)行正常水肥管理。試驗開始時中國月季平均株高58 cm，處理小區(qū)與對照小區(qū)面積各4.12 m2，間隔2 m。根據(jù)實驗室中進(jìn)行的產(chǎn)卵試驗和嗅覺行為試驗結(jié)果篩選出十八烷酸丁酯的最佳使用質(zhì)量濃度，田間試驗的處理小區(qū)使用該質(zhì)量濃度溶液噴施中國月季全株，對照小區(qū)僅用等體積的乙醇同法噴施，處理和對照均每株噴施1 mL。在大棚中放入10對人工飼養(yǎng)的雌雄配對的甜菜夜蛾成蟲，每天收集、統(tǒng)計卵數(shù)和卵塊數(shù)，至第5天計算總產(chǎn)卵量。各設(shè)3次重復(fù)，結(jié)果用總產(chǎn)卵量均值和總卵塊數(shù)均值表示，并計算驅(qū)避率，計算方法同1.2.2。大棚中濕度75%～95%、溫度18～40 ℃，其他方法和條件與室內(nèi)產(chǎn)卵測試試驗相同。

1.3 數(shù)據(jù)分析方法

使用SPSS 21.0 (IBM-SPSS,Chicago,IL,USA)進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。產(chǎn)卵量測定結(jié)果用t檢驗進(jìn)行分析；Y型管測定結(jié)果用卡方檢驗進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 十八烷酸丁酯對甜菜夜蛾成蟲產(chǎn)卵行為的影響

從圖1、圖2可以看出， 在測試的3個質(zhì)量濃度

(1 116、 4 069、8 521 μg/mL)下，十八烷酸丁酯在所有測試時段內(nèi)對雌蛾產(chǎn)卵行為均表現(xiàn)出驅(qū)避活性。從3 d內(nèi)總產(chǎn)卵量結(jié)果來看(圖1)，3個質(zhì)量濃度下處理組和對照組差異均達(dá)到極顯著水平(P=0.001、P<0.001、P<0.001)，驅(qū)避率分別為28.1%、62.4%、53.5%；質(zhì)量濃度為4 069 μg/mL時，驅(qū)避效果最好。測試開始后第1天內(nèi)，雌蛾還未開始大量產(chǎn)卵，處理組和對照組枝條上的產(chǎn)卵量尚未表現(xiàn)出明顯的差異，僅當(dāng)質(zhì)量濃度為8 521 μg/mL時差異達(dá)到顯著水平(P=0.046)；第2、3天出現(xiàn)產(chǎn)卵高峰，十八烷酸丁酯對雌蛾產(chǎn)卵行為均表現(xiàn)出十分明顯的驅(qū)避活性，在3種質(zhì)量濃度下，處理組和對照組差異均達(dá)到極顯著水平(P<0.01)。從卵塊數(shù)統(tǒng)計結(jié)果來看(圖2)，變化規(guī)律與產(chǎn)卵量的規(guī)律基本一致。盡管處理組與對照組相比差異已達(dá)到極顯著水平，然而處理組葉片上卵塊數(shù)也較多，說明在處理組葉片上每一卵塊對應(yīng)的卵數(shù)較少，即卵塊相對較小。這可能是因為，十八烷酸丁酯不僅能揮發(fā)到空氣中在較遠(yuǎn)距離引起雌蛾對寄主的定向行為發(fā)生改變(產(chǎn)生離去的行為)，而且少量存留于葉片表面的十八烷酸丁酯還能起到一定的抑制雌蛾產(chǎn)卵的作用。

A、B、C中十八烷酸丁酯質(zhì)量濃度分別為1 116、4 069、8 521 μg/mL；同一時間內(nèi)處理組(十八烷酸丁酯)和對照組 (乙醇)間不同小、大寫字母分別表示差異顯著(P<0.05)、差異極顯著(P<0.01)。圖2同圖1 十八烷酸丁酯對甜菜夜蛾產(chǎn)卵量的影響

圖2 十八烷酸丁酯對甜菜夜蛾產(chǎn)卵過程中卵塊數(shù)的影響

2.2 十八烷酸丁酯對甜菜夜蛾成蟲嗅覺行為的影響

從圖3可以看出，測試的3個質(zhì)量濃度下，雌蛾在Y型管中乙醇一側(cè)停留的數(shù)量多于十八烷酸丁酯一側(cè)。即使在較低質(zhì)量濃度(1 116 μg/mL)下，對照一側(cè)雌蛾數(shù)也明顯多于處理一側(cè)，差異接近顯著水平(P=0.065)。當(dāng)質(zhì)量濃度增加至4 069、8 521 μg/mL時，差異均達(dá)到顯著水平(P=0.011、0.034)，表明十八烷酸丁酯對甜菜夜蛾雌蛾有較好的驅(qū)避活性，質(zhì)量濃度為4 069 μg/mL時驅(qū)避效果最好，這一結(jié)論與甜菜夜蛾產(chǎn)卵行為測試結(jié)果一致，但相同質(zhì)量濃度下的驅(qū)避率(42.9%)小于室內(nèi)產(chǎn)卵試驗中所得結(jié)果(62.4%)。試驗結(jié)果(圖3)還顯示，測試過程中有部分雌蛾仍留在Y型管基部口(入口處)未做出任何反應(yīng)，這可能對驅(qū)避率的測定產(chǎn)生一定的影響。

圖3 不同質(zhì)量濃度十八烷酸丁酯對甜菜夜蛾交配雌蛾嗅覺行為的影響

綜合產(chǎn)卵量、卵塊數(shù)和嗅覺反應(yīng)測試結(jié)果來看，十八烷酸丁酯對甜菜夜蛾產(chǎn)卵行為和嗅覺行為產(chǎn)生了明顯的抑制作用，當(dāng)其質(zhì)量濃度達(dá)到4 000 μg/mL及以上時，驅(qū)避效果較佳，且各質(zhì)量濃度之間差異不大(圖1—3)。在所測試的3種質(zhì)量濃度下，4 069 μg/mL時驅(qū)避率達(dá)最大值，所以田間試驗將在此質(zhì)量濃度下對十八烷酸丁酯的驅(qū)避活性進(jìn)行驗證。

2.3 田間試驗中十八烷酸丁酯對甜菜夜蛾成蟲產(chǎn)卵行為的影響

從產(chǎn)卵量和卵塊數(shù)統(tǒng)計結(jié)果(表1)可以看出，在大棚中月季實際生產(chǎn)條件下，十八烷酸丁酯同樣對甜菜夜蛾產(chǎn)卵顯示出明顯的驅(qū)避作用。但與實驗室中所得結(jié)果(62.4%)相比，相同質(zhì)量濃度下的驅(qū)避率較小(40.6%)，主要是因為田間試驗空間較大，十八烷酸丁酯的實際有效質(zhì)量濃度相對較小。

表1 十八烷酸丁酯活性田間試驗測試結(jié)果

3 結(jié)論與討論

白粉菌侵染中國月季后，甜菜夜蛾發(fā)生少，表明白粉菌侵染中國月季對甜菜夜蛾產(chǎn)生了不利影響。十八烷酸丁酯是白粉菌侵染中國月季后誘導(dǎo)其體內(nèi)合成的一種揮發(fā)性次生代謝產(chǎn)物。本研究結(jié)果表明，十八烷酸丁酯能被甜菜夜蛾感知，在健康中國月季上噴施十八烷酸丁酯后，甜菜夜蛾不選擇在此中國月季植株上產(chǎn)卵，出現(xiàn)了逃離行為。這表明在甜菜夜蛾成蟲搜索適合產(chǎn)卵寄主的過程中，十八烷酸丁酯起到了信息化學(xué)物質(zhì)的作用，甜菜夜蛾雌蛾能感知十八烷酸丁酯的存在及其質(zhì)量濃度變化，并據(jù)此做出判斷，認(rèn)定此植株是感病的寄主，從而產(chǎn)生規(guī)避行為。可見，十八烷酸丁酯是甜菜夜蛾識別感病中國月季的關(guān)鍵化學(xué)信號之一，在病蟲互作關(guān)系中發(fā)揮著重要作用。這為深入理解病原菌-植物-昆蟲這一三元系統(tǒng)中病蟲互作關(guān)系的化學(xué)機(jī)制提供了重要依據(jù)。

有理論認(rèn)為，雌蛾產(chǎn)卵時有能力預(yù)知并選擇適合其后代生長發(fā)育的生活環(huán)境，即“媽媽知道理論”(the ‘mother knows best’ principle)或最優(yōu)產(chǎn)卵理論[11-12]。本研究中，甜菜夜蛾抱卵雌蛾能通過十八烷酸丁酯等信息化學(xué)物質(zhì)感知中國月季植株已經(jīng)感病，從而避免在感病的寄主上產(chǎn)卵，正好驗證了該理論。雌蛾產(chǎn)卵前需要判斷寄主植物是否健康、是否適合其后代生長發(fā)育，像十八烷酸丁酯這樣的信息化合物至關(guān)重要。某一特定三元系統(tǒng)中昆蟲是否能感知寄主感病，與昆蟲、植物、病原菌的種類均有直接聯(lián)系。已有研究表明，病害對蟲害可能產(chǎn)生不利的影響，但也可能產(chǎn)生有利的影響，或者沒有影響[1]。

另外，十八烷酸丁酯對甜菜夜蛾雌蛾具有較好的驅(qū)避活性，表明該信息化合物在中國月季種植過程中具有較好的應(yīng)用潛力，可用于甜菜夜蛾的無公害防治。該化合物本身來自植物，在自然界必然有著完整的降解途徑[13]，使用過程中不會對環(huán)境造成污染，可用于研發(fā)環(huán)境友好型生物源農(nóng)藥。已有研究表明，中國月季作為甜菜夜蛾的寄主植物，健康植株產(chǎn)生的揮發(fā)性成分對甜菜夜蛾有強(qiáng)烈的引誘作用[6]。如能探明該揮發(fā)性成分的具體化學(xué)組成，將十八烷酸丁酯與之結(jié)合，用于甜菜夜蛾的防治，則可形成“推拉系統(tǒng)(push-pull system)”[14]，從而獲得更為理想的防效。探明健康和感病中國月季植株中對甜菜夜蛾有較強(qiáng)引誘和驅(qū)避活性的揮發(fā)性成分的化學(xué)組成，將它們用于甜菜夜蛾的防治，是未來研究中值得進(jìn)一步深入探討的問題。

[1] Rostás M,Simon M,Hilker M.Ecological cross-effects of induced plant responses towards herbivoresand phytopathogenic fungi[J].Basic and Applied Ecology,2003,4:43-62.

[2] Stout M J,Fidantsef A L,Duffey S S,etal.Signal interactions in pathogen and insect attack: Systemic plant-mediated interactions between pathogens and herbivores of the tomato,Lycopersiconesculentum[J].Physiological and Molecular Plant Pathology,1999,54:115-130.

[3] Karban R,Adamchak R,Schnatthorst W C.Induced resistance and interspecific competition between spider mites and a vascular wilt fungus[J].Science,1987,235:678-680.

[4] 楊發(fā)忠.中國月季介導(dǎo)的植物病蟲互作關(guān)系[D].昆明：云南農(nóng)業(yè)大學(xué),2015.

[5] 李艷，楊發(fā)忠，楊斌．感染白粉菌玫瑰對甜菜夜蛾幼蟲取食與發(fā)育的影響[J].西南林學(xué)院學(xué)報，2010,30(2):44-46.

[6] Yang F Z,Li Y,Yang B.The inhibitory effects of rosepowdery mildew infection on the oviposittionbehaviourand performance of beet armyworms[J].Entomologia Experimentaliset Applicata,2013,148(1):39-47.

[7] 楊發(fā)忠，楊德強(qiáng)，楊斌，等.白粉菌侵染中國月季對甜菜夜蛾幼蟲乙酰膽堿酯酶活性的影響[J].河南農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015,44(12):75-78.

[8] 馬烽,李永超,陳明輝，等.蜜胺樹脂/硬脂酸丁酯相變微膠囊的制備[J].材料工程，2010,77(7):42-45.

[9] 邢鋒，石開勇，倪卓，等.微膠囊相變儲能材料的制備和表征[J].深圳大學(xué)學(xué)報(理工版)，2009,26(2):151-157.

[10] 楊發(fā)忠，楊斌，張麗芳，等.中國月季感染白粉菌后揮發(fā)性成分對甜菜夜蛾嗅覺行為的影響[J].河南農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011,40(1):85-89.

[11] Johnson S N,Birch A N E,Gregory P J,etal.The ‘mother knows best’ principle:Should soil insects be included in the preference-performance debate?[J].Ecological Entomology,2006,31:395-401.

[12] Kohandani F,Le Goff G J,Hance T.Does insect mother know under what conditions it will make their offspring live?[J].Insect Science,2016.doi:10.1111/1744-7917.12300.

[13] Zhang L H.Quorum quenching and proactive host defense[J].Trends in Plant Science,2003,8(8):238-244.

[14] Pickett J A,Woodcock C M,Midega C A,etal.Push-pull farming systems[J].Current Opinion in Biotechnology,2014,26:125-132.

Effects of Butyl Stearate on Ovipositional and Olfactory Behaviours of Beet Armyworm

YANG Wenxue,XU Shaoyao,DU Wenping,XU Jun,ZHANG Longmei,YANG Fazhong*

(School of Science,Southwest Forestry University,Kunming 650224,China)

In order to study the effects of butyl stearate(BS) when rose powdery mildew induces the host to resist beet armyworms,the BS repellent activity towards olfactory and ovipositional behaviours of beet armyworms was explored using the methods of dual-choice bioassay and olfactory bioassay.When rose plants were treated with BS solution in ethanol at concentrations of 1 116,4 069,and 8 521 μg/mL,the ovipositional behaviour of beet armyworms was inhibited and the total number of eggs on the treated rose plants during three days decreased significantly compared with the control(ethanol).The repellent percentages were 28.1%,62.4%,and 53.5%,respectively,according to the egg number.Likewise,the obvious inhibition could be found based on the number of egg clutches.The further bioassays elucidated that BS possessed the significantly inhibitory effect on the olfaction of the mated female moths and the repellent percentages were 31.8%,42.9%,42.2% at the three concentrations,respectively.The results from the field tests also demonstrated that the oviposition of the females was inhibited by BS.The egg numbers on the BS-treated roses and on the control plants(treated with ethanol only)were 732.5 and 1 735.5，and the repellent percentage was 40.6%.Therefore,BS possesses significantly inhibitory effect on beet armyworms,and the important and potential application of BS in the non-pollution control of the insect can be presumed.

butyl stearate;Spodopteraexigua; oviposition; olfactory behaviour;Rosachinensis; repellency; chemical mechanism

2016-10-20

西南林業(yè)大學(xué)大學(xué)生科技創(chuàng)新項目(15009)

楊文學(xué)(1996-)，男，云南宜良人，在讀本科生，研究方向：化學(xué)生態(tài)學(xué)。E-mail:2318825860@qq.com

*通訊作者：楊發(fā)忠(1971-)，男，云南楚雄人，副教授，博士，主要從事化學(xué)生態(tài)學(xué)方面的研究。 E-mail:yangfazhong105@163.com

S436.8+1;Q969.436.5

A

1004-3268(2017)04-0075-05