影響亮斑扁角水虻產卵行為的化學物質研究

影響亮斑扁角水虻產卵行為的化學物質研究

徐柳，鄭龍玉，胡芮綺，曹志平，喻子牛，張吉斌

(華中農業大學生命科學技術學院 農業微生物學國家重點實驗室微生物農藥國家工程研究中心，湖北 武漢 430070)

摘要：對乳酸、碳酸氫銨、順-9-二十三碳烯3種化學物質影響亮斑扁角水虻產卵行為進行了研究。結果表明，乳酸和碳酸氫銨對亮斑扁角水虻產卵有引誘作用;而順-9-二十三碳烯沒有引誘作用，且隨著濃度的升高對亮斑扁角水虻產卵有排斥作用。乳酸、碳酸氫銨、順-9-二十三碳烯引誘實驗的蟲卵孵化率分別為71.76%、42.04%、72.48%。表明乳酸和碳酸氫銨對昆蟲引誘作用沒有專一性，而順-9-二十三碳烯引誘作用相對比較專一。對亮斑扁角水虻最好的引誘因子為乳酸。

關鍵詞：亮斑扁角水虻；產卵行為；乳酸；碳酸氫銨；順-9-二十三碳烯

收稿日期：2015-05-11

作者簡介：徐柳(1989-)，女，河北石家莊人，碩士研究生，研究方向：微生物工程與制劑,E-mail:1058700376@qq.com；通訊作者：張吉斌，教授，E-mail:zhangjb@mail.hzau.edu.cn。

doi：10.3969/j.issn.1672-5425.2015.09.012

中圖分類號：Q 968.1文獻標識碼：A

亮斑扁角水虻(以下簡稱水虻)是一種大型雙翅目水虻科扁角水虻屬昆蟲，是重要的資源昆蟲[1]，在全世界分布廣泛。水虻幼蟲含有豐富的營養物質，其中包含42%的蛋白質、35%的脂肪及必需的氨基酸和脂肪酸[2]。水虻幼蟲中的脂肪經過提取后可用作生產生物柴油的新型生物質原料；水虻幼蟲還可以轉化有機廢棄物，將殘留的營養物質轉化為昆蟲蛋白，用作蛋白飼料的添加劑，例如可以解決大量糞便堆積問題[3]，降低對環境的污染，符合低碳環保的理念。因此，水虻可能成為未來人類重點關注的資源昆蟲，研究其生產和開發具有十分重要的現實意義。

現有研究多限于水虻在實驗條件下的繁殖和飼養技術，關于水虻的集約化生產仍處于探索階段。如何提高水虻產卵量成為生產中的關鍵問題之一。昆蟲產卵地點選擇行為調控是一個復雜的綜合調控過程，其中包含了視覺、嗅覺、味覺、觸覺等多方感官參與和協調。Zhang等[4]研究發現，不同的光源對水虻產卵有影響。在稀土燈光照條件下水虻不能成功交配、產卵；在碘鎢燈照射下水虻能成功交配、產卵，產卵量相當于太陽光下的61%，孵化期、幼蟲期和蛹期生活周期與太陽光照沒有顯著性差異。Zheng等[5]研究發現，卵攜帶的微生物對水虻產卵有影響。起關鍵作用的是一個細菌復合體(BSF-4)，分別屬于戈登氏菌屬(Gordoniasp.)、纖維單胞菌屬(Cellulomonassp.)、微桿菌屬(Microbacteriumsp.)和微球菌屬(Micrococcussp.)，它們對水虻產卵都具有引誘作用。一些昆蟲的產卵受產卵聚集信息素的調控,如沙漠蝗、家蠅以及蚋科中的一些種類。研究表明，碳酸氫銨、乳酸、順-9-二十三碳烯、正庚酸、丙烯酸甲酯、三甲基吲哚和二甲基二硫醚對家蠅產卵有引誘作用[6-8]。目前，關于溫度、濕度、光照等因素對水虻產卵的影響已有研究，但對于具體化合物對水虻產卵的影響尚無報道。氣味物質是水虻尋找配偶、食物和產卵場所的重要環境信息，腐爛和發酵的食物對水虻具有極強的引誘作用。家蠅和水虻均屬于昆蟲綱雙翅目，因此推斷對家蠅產卵有引誘作用的化合物也有可能對水虻有引誘產卵的作用。

作者考察不同濃度的乳酸、碳酸氫銨和順-9-二十三碳烯對水虻產卵量的影響，進而選取最佳的具有引誘產卵作用的化合物，保證水虻在環境生態位內的種群密度，以對水虻實際生產提供指導。

1實驗

1.1　材料與試劑

亮斑扁角水虻武漢品系(HermitiaillucensWuhan strain)，來自華中農業大學微生物農藥國家工程研究中心光照溫室的人工馴化種群。

1.2　方法

1.2.1水虻的飼養

將水虻蟲卵放在塑料盆中，27 ℃直至孵化。幼蟲孵化后，將200 g含水量為70%的人工飼料(80%的麩皮，20%的尾粉)加到盆內，48 h后將幼蟲轉移到新的塑料盆中，并添加大約2 cm厚的新鮮人工飼料。此后每天添加約2 cm厚的新鮮人工飼料。幼蟲在27 ℃下培養大約15 d后分裝到新的盆子中，并保持合適的幼蟲密度。當幼蟲預蛹變黑，占到種群50%左右時停止喂料。待其全部變為蛹后放入光照室的籠子中，待其羽化后進行交配產卵，期間控制溫度在27～30 ℃，濕度控制在65%～70%。將4 cm×6 cm的三層紙殼做成的收卵器粘貼到裝有發酵2 d的濕飼料的上方3 cm左右，并將飼料盆放入籠子中進行卵的收集，以達到連續飼養和始終保持水虻種群穩定的目的。

1.2.2乳酸、碳酸氫銨和順-9-二十三碳烯溶液的配制

以蒸餾水為溶劑，配制濃度(體積分數)為0.1%、1%、10%的乳酸溶液；以蒸餾水為溶劑，配制濃度(質量濃度)為2%、4%、6%的碳酸氫銨溶液；以無水乙醇為溶劑，配制濃度(體積分數)為0.05×10-6、0.1×10-6、1×10-6、10×10-6、100×10-6的順-9-二十三碳烯溶液。

1.2.3產卵行為的測定

將3個大小均為1.5 m×1.5 m×1.5 m的蟲籠放入同一溫室，并保證其所處的條件一致；在每個蟲籠中分別放入即將羽化的2萬頭水虻蛹。在各蟲籠中提供不同的化合物(乳酸、碳酸氫銨、順-9-二十三碳烯)，通過分析所得到的蟲卵量差異來確定各化合物對水虻產卵行為的影響。

1.2.3.1乳酸對水虻產卵行為的影響

取2 mL不同濃度的乳酸溶液分別加到不同的收卵殼中，將實驗組(含有不同濃度乳酸溶液)的收卵殼和空白對照組(CK，加有2 mL的蒸餾水)的收卵殼粘貼到塑料盆內壁并高于飼料3 cm左右，共做4個處理0.1%、1%、10%、CK，再將飼料盆分別放入3個蟲籠中。每個測試日內，3個重復同時在3個蟲籠中進行，連續測試4次(4個時間點，每次60 min)。進行下次測試時，調換各籠子中處理的位置，即每個處理每天測試4個方向。實驗連續運行4 d (每天相同時間點)，每天調整交換各處理的起始測試方向。實驗重復進行48次(n=48)，以保證在不同的時間段、不同的方向、不同的種群均進行了產卵行為的測試。將每次收集到的新蟲卵解剖，在電子天平上稱量，通過質量分析換算，計算每個處理的產卵百分含量。

1.2.3.2碳酸氫銨對水虻產卵行為的影響

將實驗組改為不同濃度(2%、4%、6%)的碳酸氫銨溶液， 測試方法與乳酸對水虻產卵行為的測試方法基本一致。

1.2.3.3順-9-二十三碳烯對水虻產卵行為的影響

取10 μL不同濃度的順-9-二十三碳烯溶液加到收卵殼中作為實驗組，空白對照組則加入10 μL的無水乙醇。將實驗組和空白對照組粘貼到塑料盆內壁，即每個塑料盆中只含有2個處理，某一濃度的順-9-二十三碳烯和空白對照，再將該塑料盆分別放入3個蟲籠中，作為3個重復。3個蟲籠每隔1 h均換入新的已加有該濃度順-9-二十三碳烯的收卵殼，每天測試6次，連續測試2 d，即該濃度的順-9-二十三碳烯對水虻產卵行為共重復測試36次。將每次收集到的新蟲卵解剖，在電子天平上稱量，通過質量分析換算，計算每個處理的產卵百分含量。

1.2.3.4乳酸、碳酸氫銨和順-9-二十三碳烯對水虻蟲卵孵化率的影響

稱取經過乳酸、碳酸氫銨、順-9-二十三碳烯處理過的收卵殼得到的蟲卵和空白對照組得到的蟲卵各0.15 g，在溫度為27～30 ℃、濕度為65%～70%的塑料盆中直至全部孵化，待其達到10日齡后，對幼蟲進行計數，將水虻卵塊放入10 mL 75%的無水乙醇中統計該卵塊中蟲卵的實際數量，按下式計算孵化率：

1.2.4統計分析

化合物對水虻產卵百分含量的影響采用方差分析(ANOVA)和獨立樣本t檢驗分析。所有數據分析用 SPSS19.0軟件完成。

2結果與討論

2.1　乳酸的濃度對水虻產卵行為的影響(表1)

由表1可知，乳酸對水虻產卵有較強的引誘作用，3種濃度的乳酸引誘的產卵百分含量和空白對照組相比具有顯著性差異；妊娠水虻在空白對照組中的產卵百分含量只有5.97%，遠遠低于實驗組；濃度為0.1%的乳酸比1%和10%的乳酸具有更強的引誘作用，產卵百分含量達到38.18%；但隨著乳酸濃度的不斷升高，對水虻引誘產卵的能力逐漸下降，但是并沒有表現出顯著性差異。

表1妊娠水虻在不同濃度乳酸中的產卵結果

Tab.1The oviposition results of gravid black soldier
fly at different concentrations of lactic acid

濃度/%平均質量/g產卵百分含量/%CK0.08295.97±1.33a0.10.506238.18±1.64b10.439929.19±2.55c100.385226.65±2.52c

注：同列中的不同字母表示差異顯著，相同字母表示無差異,下表同。

2.2　碳酸氫銨的濃度對水虻產卵行為的影響(表2)

表2妊娠水虻在不同濃度碳酸氫銨中的產卵結果

Tab.2The oviposition results of gravid black soldier fly at
different concentrations of ammonium bicarbonate

濃度/%平均質量/g產卵百分含量/%CK0.10987.11±1.63a20.461634.57±2.81b40.472941.27±2.40b60.296817.05±2.80c

由表2可知，碳酸氫銨對水虻產卵有較強的引誘作用，3種濃度的碳酸氫銨引誘的產卵百分含量和空白對照組相比具有顯著性差異；妊娠水虻在空白對照組中的產卵百分含量只有7.11%，遠遠低于實驗組；濃度為4%的碳酸氫銨引誘的產卵百分含量比濃度為2%的碳酸氫銨引誘的產卵百分含量高，但沒有顯著性差異，比濃度為6%的碳酸氫銨引誘的產卵百分含量高，且具有顯著性差異；濃度為4%的碳酸氫銨引誘水虻產卵的效果最好，產卵百分含量達41.27%；碳酸氫銨的濃度從4%升高到6%，引誘水虻產卵的效果快速下降。

2.3　順-9-二十三碳烯的濃度對水虻產卵行為的影響(表3)

由表3可知，順-9-二十三碳烯并沒有對水虻產卵表現出引誘作用，并且隨著濃度的升高，實驗組中產卵百分含量不斷下降，當濃度為100×10-6時，產卵百分含量只有35.50%，遠低于空白對照組且具有顯著性差異。所以可以推斷,隨著順-9-二十三碳烯濃度的不斷升高，會對水虻產卵表現出排斥作用。

2.4　不同化學物質對水虻蟲卵孵化率的影響(表4)

從表4可以看出，乳酸和順-9-二十三碳烯處理的蟲卵孵化率和空白對照組相比無顯著性差異，二者均不影響蟲卵的孵化。但是碳酸氫銨處理的蟲卵的孵化率遠低于空白對照組，且具有顯著性差異。

表3妊娠水虻在不同濃度順-9-二十三碳烯中的產卵結果

Tab.3The oviposition results of gravid black soldier
fly at different concentrations of (Z)-9-tricosene

濃度×10-6產卵百分含量/%實驗組對照組tP0.0550.83±8.52NS49.17±8.52-0.1230.9130.145.72±7.51NS54.28±7.51-0.8060.505144.15±5.98NS55.85±5.981.3850.3001038.12±8.98NS61.88±8.981.8700.13510035.50±7.28*64.50±7.28-2.8150.048

注：*P<0.05；NS,無顯著性差異。

表4不同化學物質處理的蟲卵孵化率結果

Tab.4The eggs hatchability results for treatments of
different chemical substances

化學物質實際數量/頭孵化數量/頭孵化率/%CK2318175875.83±1.27a乳酸2283163871.76±2.54a碳酸氫銨229196342.04±2.56b順-9-二十三碳烯2275164972.48±1.86a

3結論

考察不同濃度的乳酸、碳酸氫銨和順-9-二十三碳烯對水虻產卵行為的影響。結果表明，不同濃度的乳酸均對水虻產卵有較強的引誘作用，具有顯著性差異；濃度為0.1%的乳酸具有最強的引誘作用，產卵百分含量達到38.18%，遠高于空白對照組的產卵百分含量(5.97%)；但隨著乳酸濃度的不斷升高，對水虻引誘產卵的能力呈下降趨勢。不同濃度的碳酸氫銨對水虻產卵同樣具有引誘作用，濃度為4%的碳酸氫銨表現出最強的引誘作用，產卵百分含量達到41.27%，遠高于空白對照組的產卵百分含量(7.11%)；但是當碳酸氫銨的濃度從4%升高到6%時引誘水虻產卵的效果快速下降。順-9-二十三碳烯對水虻產卵并沒有表現出引誘作用，反而隨著濃度的升高表現出了排斥作用。3種化合物對蟲卵孵化率的研究表明，乳酸和順-9-二十三碳烯對蟲卵的孵化率均沒有影響，但是碳酸氫銨降低了蟲卵的孵化率。

將3種化合物對家蠅、水虻產卵行為的影響進行比較發現，乳酸和碳酸氫銨均可以引誘家蠅和水虻產卵，然而對家蠅有引誘作用的順-9-二十三碳烯并未對水虻產卵表現出引誘作用。說明作為家蠅性激素的順-9-二十三碳烯具有種間特異性，而乳酸和碳酸氫銨引誘作用特異性不強。通過對水虻產卵具有引誘作用的化合物研究，獲得既能高效引誘水虻產卵，又不影響卵孵化的化合物，將對大規模水虻人工飼養和水虻大規模轉化有機廢棄物產業化具有重要意義。

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Effect of Chemical Substances on Oviposition Behavior

of Black Soldier Fly

XU Liu,ZHENG Long-yu,HU Rui-qi,CAO Zhi-ping,YU Zi-niu,ZHANG Ji-bin

(StateKeyLaboratoryofAgriculturalMicrobiology,NationalEngineeringResearchCenterofMicrobial

Pesticides,CollegeofLifeScienceandTechnology,HuazhongAgriculturalUniversity,Wuhan430070,China)

Abstract：The effect of three chemical substances[lactic acid,ammonium bicarbonate and (Z)-9-tricosene]on oviposition behavior of black soldier fly were studied.Results showed that,lactic acid and ammonium bicarbonate showed positive oviposition response.But (Z)-9-tricosene showed negative oviposition response and the negative activity increased with the increase of concentration.The hatchability rates of eggs induced by lactic acid,ammonium bicarbonate and (Z)-9-tricosene were 71.76%，42.04%，72.48%,respectively.The results showed that lactic acid,ammonium bicarbonate didn′t have specificity on insect oviposition behavior while (Z)-9-tricosene had specificity.The best attractive factor for black soldier fly is lactic acid.

Keywords：black soldier fly；oviposition behavior；lactic acid；ammonium bicarbonate；(Z)-9-tricosene