交尾致雌雄葉蟬搜尋葉片和色彩行為差異的視頻軌跡分析

王薛婷，韓寶瑜

?

交尾致雌雄葉蟬搜尋葉片和色彩行為差異的視頻軌跡分析

王薛婷，韓寶瑜*

中國計(jì)量大學(xué)浙江省生物計(jì)量及檢驗(yàn)檢疫技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江杭州 310018

使用基于EthoVision XT11.5軟件的視頻軌跡分析儀檢測(cè)了交尾和未交尾的雌、雄小貫小綠葉蟬成蟲對(duì)茶鮮葉和黃、白、綠色卡的搜尋行為，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：（1）未交尾雌成蟲從釋放點(diǎn)緩慢地搜尋到葉片，大多時(shí)間在葉片之外區(qū)域活動(dòng)；交尾雌成蟲從釋放點(diǎn)較快地搜尋到葉片，較多時(shí)間在葉片上活動(dòng)；（2）未交尾雄成蟲從釋放點(diǎn)較快地搜尋到葉片，大多時(shí)間在葉片上搜尋，軌跡長而復(fù)雜且速度快；交尾雄成蟲較多時(shí)間在葉片之外區(qū)域搜尋，速度稍慢；（3）受到刺激時(shí)試蟲就會(huì)展翅，致體翅面積增大，大于正常體翅面積60%、20%~60%、20%以下的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分別稱為“狂躁”、“活躍”和“靜止”行為，交尾后雌、雄成蟲“狂躁”歷時(shí)均顯著長于交尾前；（4）交尾前或交尾后，在黃色卡上雌成蟲搜尋歷時(shí)長于雄成蟲，而在綠色卡上雄成蟲搜尋歷時(shí)長于雌成蟲；（5）交尾之后，雌蟲在黃卡區(qū)域出現(xiàn)頻率和搜尋時(shí)間皆略有增加，在綠卡區(qū)域出現(xiàn)頻率和搜尋時(shí)間皆明顯減少；相應(yīng)地，雄蟲在黃卡、綠卡區(qū)域出現(xiàn)頻率和停留時(shí)間皆略有減少。分析認(rèn)為：交尾前，雄蟲對(duì)茶葉的趨性強(qiáng)于雌蟲；交尾后，雌蟲對(duì)于葉片氣味定向性增加，而雄蟲對(duì)葉片氣味的偏好性稍減弱；雄蟲稍嗜好綠色，雌蟲稍嗜好黃色；交尾稍增強(qiáng)了雌蟲對(duì)黃色的嗜好，略降低了雄蟲對(duì)于綠色的嗜好。

交尾；小貫小綠葉蟬；雌雄成蟲；視頻軌跡分析；趨性

小貫小綠葉蟬(Matsuda) 世代多、個(gè)體數(shù)量大、繁殖能力強(qiáng)，交尾是繁殖的先決條件。擬交尾雌、雄葉蟬平行地橫向靠近，交合之后雄蟲從雌蟲背部下移，尾對(duì)著尾呈“一”字狀，一段時(shí)間之后分離[1]。昆蟲交尾行為復(fù)雜，其行跡可由視頻軌跡分析儀記錄下來作詳細(xì)分析。視頻軌跡分析技術(shù)可清晰地記載昆蟲搜尋刺激源時(shí)的痕跡、速度、轉(zhuǎn)動(dòng)角度，進(jìn)出刺激區(qū)域的頻率，停留時(shí)間，以及對(duì)多種刺激源的選擇性等[2-3]。該儀器由視頻軌跡記載軟件EthoVision XT11.5、錄像儀和電腦處理軟件等組成[2]。使用該儀器分別檢測(cè)了云斑天牛(Chevrolat)雌、雄成蟲被蒙眼前、后，從相同釋放點(diǎn)至接觸時(shí)的行為，與蒙眼前相比，二者搜尋時(shí)間、距離、軌跡、頭部轉(zhuǎn)動(dòng)角度和仰起次數(shù)顯著增加[4]；還發(fā)現(xiàn)未交尾、交尾的云斑天牛雌蟲分別對(duì)玄武石灰色卡和綠松石綠色卡選擇率高，未交尾雄蟲對(duì)深黃色選擇率高[4]。近年茶園中較多地使用誘蟲板誘殺葉蟬，日本茶園中嘗試用綠、黃、藍(lán)、紅、白5種顏色的粘板誘捕茶小綠葉蟬（Paoli，發(fā)現(xiàn)黃色效果最好[5]；本試驗(yàn)組在浙蘇皖茶區(qū)使用10余種顏色的色板誘捕茶園害蟲，發(fā)現(xiàn)綠色對(duì)于葉蟬的誘效優(yōu)于黃色[6-8]；我國臺(tái)灣地區(qū)茶園使用黃、白、藍(lán)、黃綠和墨綠5種顏色的色板誘捕茶小綠葉蟬，發(fā)現(xiàn)黃綠色、黃色誘效好[9]。究竟黃色與綠色哪種更有效，色彩的選擇是否與性別有關(guān)，是否受交尾影響？這些問題都還沒有結(jié)論。近年還發(fā)現(xiàn)小貫小綠葉蟬顯著地趨向茶梢揮發(fā)物順-3-己烯- 1-醇和反-2-己烯醛等綠葉氣味[10-11]，但雌雄葉蟬對(duì)茶葉氣味趨向性是否有差異？也未見報(bào)道。因此本研究使用視頻軌跡技術(shù)，于室內(nèi)定量檢測(cè)了小貫小綠葉蟬雌雄成蟲對(duì)茶葉氣味、不同色卡的趨性差異，以及交尾對(duì)于趨性的影響，為高效利用氣味和色彩誘殺該葉蟬提供參考。

1 材料與方法

1.1 供試蟲源

于2015年9月小貫小綠葉蟬盛發(fā)期，從中國計(jì)量大學(xué)試驗(yàn)茶園剪取10?cm左右攜帶蟲卵的枝條，去頂芽和葉片，置入直徑15?cm、高3?cm，底部墊有濕濾紙的培養(yǎng)皿，覆蓋3片成葉，再將培養(yǎng)皿放入人工氣候箱中，每天噴無菌水保持茶枝濕度。氣候箱內(nèi)溫度（26±1）℃，相對(duì)濕度60%±10%，光照周期：光照:黑暗=13:11。產(chǎn)于枝條皮層的卵孵化為若蟲，經(jīng)5齡羽化為成蟲，鏡檢分辨雌雄，分開飼養(yǎng)于養(yǎng)蟲籠中；部分雌雄成蟲按1:1配對(duì)，交尾后分開飼養(yǎng)。再將未交尾雌成蟲、雄成蟲和交尾雌成蟲、雄成蟲4類葉蟬分別用于試驗(yàn)。

1.2 視頻軌跡分析儀及其觀測(cè)葉蟬搜尋茶葉行為

1.2.1 視頻軌跡分析儀

使用的視頻軌跡分析儀包括EthoVision XT 11.5軟件、錄像裝置和電腦等部分，由荷蘭Noldus Information Technology b.v.公司生產(chǎn)[2]。

1.2.2 雌雄葉蟬軌跡觀測(cè)

選用透明的長方體有機(jī)玻璃槽，垂直放置于桌面，槽底寬5?cm、深1?cm、高15?cm（圖1）。垂直貼放1片長7?cm、寬3?cm的茶樹鮮葉。葉片和非葉片位置稱為引誘區(qū)和對(duì)照區(qū)。將槽底中點(diǎn)作為釋放點(diǎn)，放入試驗(yàn)前禁食0.5?h的6日齡葉蟬，逐頭用視頻軌跡分析儀記錄其搜尋葉片的軌跡。每類葉蟬觀測(cè)90頭，每頭只用1次，計(jì)時(shí)10?min。測(cè)定10頭葉蟬后更換1張同樣大小的茶樹鮮葉。

1.2.3 受到刺激時(shí)的雌雄葉蟬活躍度及其歷時(shí)觀察

根據(jù)視頻軌跡分析儀操作說明[12]：昆蟲靜止時(shí)翅膀并攏，受刺激時(shí)變得活躍，就會(huì)展開翅膀，從昆蟲正背面見到的體翅面積就會(huì)大于靜止時(shí)的體翅面積。依據(jù)體翅面積超出正常體翅面積的比例而定義昆蟲的活躍度：（1）“狂躁”：超出比例>60%；（2）“活躍”：超出比例介于20%~60%；（3）“靜止”：超出比例<20%。

測(cè)定“1.1”中每類供試葉蟬的3個(gè)活躍度的累積歷時(shí)，每類葉蟬各測(cè)90頭，每頭使用1次，計(jì)時(shí)10?min。

1.3 觀測(cè)葉蟬搜尋黃白綠色卡行為

選取槽底寬10?cm、深1?cm、高15?cm透明的長方體有機(jī)玻璃槽，槽內(nèi)壁上半部等分成3份，分別貼上素馨黃、純白、芽綠3種色卡。與“1.2.2”試驗(yàn)方法相同，逐頭釋放4類葉蟬，記載其搜尋軌跡，每種類型150頭，每頭計(jì)時(shí)5?min。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用EthoVision XT11.5軟件記載葉蟬在茶葉上的軌跡參數(shù)（軌跡長度、運(yùn)動(dòng)速度）、活躍度參數(shù)（狂躁、活躍和靜止歷時(shí)），以及葉蟬進(jìn)入黃、白、綠色卡區(qū)域的頻次，選擇黃、白、綠卡的概率及其停留時(shí)間。對(duì)于4類葉蟬在茶葉上軌跡參數(shù)、活躍度參數(shù)、選擇3種色卡概率及其在3種色卡上停留時(shí)間的差異作單因素方差分析，再以Duncan′s新復(fù)極差法作多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 小貫小綠葉蟬成蟲搜尋茶鮮葉的視頻軌跡分析

2.1.1 搜尋葉片的軌跡特征

未交尾雌成蟲從釋放點(diǎn)搜尋到葉片需時(shí)較長，大多時(shí)間在長方體下部對(duì)照區(qū)活動(dòng)，尋到葉片之后就在葉片中央?yún)^(qū)域活動(dòng)（圖1-A）。未交尾雄成蟲從釋放點(diǎn)很快地搜到葉片，軌跡長而復(fù)雜（圖1-B）。交尾雌成蟲從釋放點(diǎn)較快地搜到葉片，活動(dòng)范圍主要在葉片上，軌跡簡(jiǎn)單（圖1-C）。交尾雄成蟲從釋放點(diǎn)很快搜尋到葉片，主要在長方體上部對(duì)照區(qū)逡巡，很少在葉片上（圖1-D）。

注：A：未交尾雌成蟲；B：未交尾雄成蟲；C：交尾雌成蟲；D：交尾雄成蟲。

2.1.2 搜尋軌跡長度和速度差異

交尾前或交尾后，雄成蟲的平均移動(dòng)距離和平均速度都大于雌成蟲。未交尾雄成蟲的平均移動(dòng)距離是未交尾雌成蟲的1.6倍，差異顯著。交尾雌成蟲的平均移動(dòng)距離大于未交尾雌成蟲，但差異不顯著；交尾雄成蟲的平均移動(dòng)距離小于未交尾雄成蟲，差異不顯著。未交尾雄成蟲的平均移動(dòng)速度顯著大于交尾雄成蟲、交尾雌成蟲及未交尾雌成蟲的平均移動(dòng)速度（表1）。

表1 交尾前后雌雄葉蟬成蟲在茶鮮葉上的搜尋軌跡長度和速度比較

注：同一列不同小寫字母表示差異達(dá)顯著水平，<0.05。下同。

Notes: The difference in the numerals with different letters in the same column reaches the significant level of<0.05. The same below.

2.1.3 在茶葉上3個(gè)活躍度的歷時(shí)及差異

受到味源刺激，葉蟬表現(xiàn)出興奮，本研究將其興奮程度定義為“狂躁”、“活躍”和“靜止”。交尾雄成蟲“狂躁”歷時(shí)占總歷時(shí)的平均百分率為11.68%，顯著長于未交尾雄成蟲“狂躁”歷時(shí)的平均百分率（6.10%）；交尾雌成蟲“狂躁”歷時(shí)的平均百分率為11.60%，顯著長于未交尾雌成蟲“狂躁”歷時(shí)的平均百分率（6.92%）。交尾雄成蟲“活躍”歷時(shí)的平均百分率為45.27%，顯著短于未交尾雄成蟲“活躍”歷時(shí)的平均百分率（58.39%）；交尾雌成蟲“活躍”歷時(shí)的平均百分率為36.41%，顯著短于未交尾雌成蟲“活躍”歷時(shí)的平均百分率（48.00%）。交尾雌雄成蟲的“靜止”歷時(shí)平均百分率均顯著長于未交尾成蟲的“靜止”歷時(shí)平均百分率（表2）。

表2 交尾前后雌雄葉蟬成蟲在茶鮮葉上3個(gè)活躍度的歷時(shí)百分率

2.2 小貫小綠葉蟬成蟲搜尋黃白綠卡的視頻軌跡分析

2.2.1 搜尋色卡的軌跡

使用色彩色差計(jì)（型號(hào)CM-3600A，柯尼卡美能達(dá)公司生產(chǎn)）測(cè)定素馨黃、純白、芽綠的亮度L、色度坐標(biāo)a和色度坐標(biāo)b值分別為：80.25、3.82、84.12；82.50、3.88、-9.21；69.27、-36.76、59.17[7]。

交尾雌成蟲搜尋軌跡大多分布在色卡之外的對(duì)照區(qū)，在黃色卡上的搜尋軌跡明顯密集于在白色卡和綠色卡上的搜尋軌跡（圖2-A）。交尾雄成蟲搜尋軌跡大多分布在色卡上，在黃色卡上的軌跡稍密集于在綠色卡和白色卡上的搜尋軌跡（圖2-B）。

2.2.2 對(duì)黃白綠三色卡的選擇頻率

在300?s檢測(cè)時(shí)間內(nèi)，交尾前、后雌雄成蟲對(duì)黃、白、綠3種色卡的選擇次數(shù)都是以黃卡最多（表3）。與交尾前相比，在黃卡上交尾雄蟲的出現(xiàn)頻次稍稍下降，而交尾雌蟲的出現(xiàn)頻次略微增加；在白卡上，交尾后的雌、雄成蟲出現(xiàn)的頻次均稍有升高；在綠卡上，交尾后雌、雄成蟲出現(xiàn)的頻次均顯著下降（表3）。

表3 交尾前后雌雄小貫小綠葉蟬成蟲在黃白綠三色卡上的出現(xiàn)頻次

2.2.3 在黃白綠色卡上停留時(shí)間的差異

與交尾前相比，在黃色卡上，交尾雌成蟲停留時(shí)間百分比明顯延長，交尾雄蟲停留時(shí)間百分比則顯著縮短；在綠色卡上，交尾雌成蟲和交尾雄成蟲的停留時(shí)間百分比均顯著縮短；在白色卡上，交尾雄成蟲停留時(shí)間百分比顯著延長，交尾雌成蟲停留時(shí)間百分比沒有差異。但交尾前或后，雌成蟲在黃卡上的停留時(shí)間占比明顯長于雄蟲的，雄蟲在綠卡上的停留時(shí)間占比長于雌蟲的（表4）。

表4 交尾前后雌雄小貫小綠葉蟬成蟲在黃白綠色卡上停留時(shí)間百分比比較

3 討論

葉片氣味引誘雌雄小貫小綠葉蟬成蟲前來搜尋，未交尾雌蟲搜尋茶鮮葉的過程遠(yuǎn)不及未交尾雄蟲活躍，未交尾雌蟲多數(shù)時(shí)間在葉片之外的對(duì)照區(qū)域活動(dòng)且行動(dòng)緩慢，未交尾雄蟲大多時(shí)間在葉片上尋覓且動(dòng)作敏捷。雄葉蟬比雌葉蟬活躍，在以往研究中也有報(bào)道，而且在研究配對(duì)的雌雄葉蟬性行為時(shí)，只觀測(cè)雄蟲行為[13-14]。

交尾雌蟲搜尋速度加快，且多在葉片上搜尋，對(duì)于葉片的感受加深。之所以交尾雄蟲速度稍有下降，大多時(shí)間在葉片之外區(qū)域?qū)ひ挘且驗(yàn)榻晃彩顾鼈兏惺芰嗽醋援愋缘男嵊X、觸覺和視覺刺激，交尾一結(jié)束就把它們拿來做試驗(yàn)，它們則多在葉片之外搜尋并放慢了速度，試圖仔細(xì)搜尋已接觸到的異性刺激。

小貫小綠葉蟬比較活躍，受到刺激之后，雌雄成蟲行為都會(huì)變得沖動(dòng)。但在同樣刺激強(qiáng)度下，雄成蟲“狂躁”行為的歷時(shí)顯著長于雌成蟲的，即雄成蟲需要更長時(shí)間才能使沖動(dòng)退去。交尾之后，雌、雄成蟲“活躍”行為的歷時(shí)顯著縮短，“狂躁”行為的歷時(shí)顯著延長，即它們的部分“活躍”行為轉(zhuǎn)換成“狂躁”行為了。同時(shí)，交尾之后雌、雄成蟲“靜止”行為的歷時(shí)顯著延長，一方面說明交尾消耗能量，需要休養(yǎng)；另一方面說明交尾之后雌雄成蟲都有了異性傳來的信號(hào)，它們需要靜下來感受這類刺激。

近年來的一些色板誘蟲報(bào)道表明，在有些茶園中黃色粘板誘效比綠色粘板好，而另一些茶園中綠色粘板誘效比黃色粘板好，引起了困惑和不解[5-9]。例如，Mochizuki M等用粘板誘捕葉蟬時(shí)，發(fā)現(xiàn)黃色效果最好[5]，與劉豐靜[15]、王勇[16]等的結(jié)論一致。蕭素紅等發(fā)現(xiàn)黃綠色、黃色誘效好[9]，而鄭穎姹[7]、林金麗[8]發(fā)現(xiàn)綠色誘捕效果好。本研究揭示無論交尾前還是交尾后，雌葉蟬在黃卡上的停留時(shí)間明顯長于雄葉蟬，雄葉蟬在綠卡上的停留時(shí)間顯著長于雌葉蟬，即雌葉蟬更偏嗜黃色，雄葉蟬更偏好綠色。我們認(rèn)為，茶園小貫小綠葉蟬世代重疊嚴(yán)重，發(fā)育參次不齊，一段時(shí)間內(nèi)一塊茶園中羽化的雌葉蟬比雄葉蟬多，則黃板誘捕的葉蟬個(gè)體數(shù)可能就比綠板誘捕的多；反之，則綠板誘捕的葉蟬個(gè)體數(shù)就會(huì)比黃板誘捕的多。

參考文獻(xiàn)

[1] 趙冬香, 高景林, 陳宗懋, 等. 假眼小綠葉蟬鳴聲的初步研究[J]. 茶葉科學(xué), 2004, 24 (4): 235-239.

[2] Noldus L P J J, Spink A J, Tegelenbosch R A J. Computerised video tracking, movement analysis and behaviour recognition in insects [J]. Computers and Electronics in Agriculture, 2002, 35: 201-227.

[3] 吳博, 封洪強(qiáng), 趙奎軍, 等. 視頻軌跡分析技術(shù)在昆蟲行為學(xué)研究中的應(yīng)用[J]. 植物保護(hù), 2009, 35(2): 1-6.

[4] 楊樺, 王保新, 楊偉, 等. 視覺在云斑天牛成蟲選擇寄主和尋找配偶中的作用[J]. 植物保護(hù), 2014, 40(5): 22-26.

[5] Mochizuki M, Ohtaishi M, Honma K. Yellow sticky trap of flat type is useful for monitoring the occurrence of tea green leafhopper,Matsuda (Homoptera: Cicadellidae) in tea fields [J]. Bulletin of the national research institute of vegetables, ornamental plants and tea, series B: tea. 1994, 7: 29-37.

[6] 向太紅, 韓寶瑜, 周孝貴. 四種粘板對(duì)茶園昆蟲的引誘考查[J]. 茶葉科學(xué), 2007, 27(3): 253-258.

[7] 鄭穎姹, 鈕羽群, 崔桂林, 等. 秋末蘇南茶園昆蟲的群落組成及其趨色性[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2013, 33 (16): 5017-5025.

[8] 林金麗, 韓寶瑜, 周孝貴, 等. 色彩對(duì)茶園昆蟲的引誘力[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2009, 29 (8): 4303-4316.

[9] 蕭素女. 茶園中有色粘紙誘捕害蟲之效果調(diào)查[J]. 臺(tái)灣茶業(yè)研究匯報(bào), 1997, 16: 51-60.

[10] Mu D, Cui L, Ge J, et al. Behavioral responses for evaluating the attractiveness of specific tea shoot volatiles to the tea green leafhopper, Empoasca vitis [J]. Insect Science, 2012, 19(2): 229-238.

[11] 趙冬香, 高景林, 陳宗懋, 等. 假眼小綠葉蟬對(duì)茶樹揮發(fā)物的定向行為反應(yīng)[J]. 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2002, 23(4): 27-29.

[12] Fabrizio Grieco, Patrick Zimmerman, Leanne Loijens, et al. EthoVision XT version 11.5 reference manual [M]. Noldus Information Technology, 2015: 435-436.

[13] Hix RL. Egg-Laying and brochosome production observed in glassy-winged sharpshooter [J]. California Agriculture, 2001, 55: 19-22.

[14] Duan JJ, Messing RH. Mating, oviposition, and development of(Homoptera: Cicadellidae) in Hawaii [J]. Annals of the Entomological Society of America, 2009, 93(3): 554-558.

[15] 劉豐靜, 曾明森, 王慶森, 等. 生態(tài)誘蟲板對(duì)茶假眼小綠葉蟬和黑刺粉虱的控制效果[J]. 茶葉科學(xué)技術(shù), 2010, 50(2): 4-6.

[16] 王勇, 周成建, 劉雄, 等. 不同色板誘殺茶假眼小綠葉蟬效果比較[J]. 中國植保導(dǎo)刊, 2014, 34(10): 32-33.

VideoTrajectory Analysis on Searching Behavior of Female and Male Adults of Leafhopper on Fresh Tea Leaves and Color Cards

WANG Xueting, HAN Baoyu*

Zhejiang Provincial Key Laboratory of Biometrology and Inspection & Quarantine, College of Life Sciences of China Jiliang University, Hangzhou 310018, China

The searching behavior offor fresh tea leaves and color cards in yellow, white and green was investigated by the video trajectory analysis instrument, which was based on EthoVision XT 11.5 software. The results showed that: (1) it took more time for virgin females to move from the releasing spot to the tested leaf edge.They mostly moved out the experimental leaf, while the copulated females moved from the releasing spot to the tested leaf edge more quickly and spent the most of time on the experimental leaf. (2) The virgin males detectedthe leaf from the releasing spot quickly, whose trajectory was very long, complicated and mostly on the leaf, and thecopulated males slightly slowed down their speed, mostly searched out the leaf. (3) If stimulated, the tested leafhopperwould open out the wings and result in the increase of its body area. When surpassed the normal area by 60%, 20% to 60 % and lower than 20%, the leafhopper′s status was called ′mania′, ′activity′ and ′still′ behavior respectively. After copulating, the ′mania′ durations of both female and male significantly lengthened, especially male. (4) Both before and after copulating, the female spent more time on the yellow card than the male; however, on the green card, the male searched for a longer time than the female. (5) After copulating, both emerging frequency and searching time of females slightly rose within yellow card area, but obviously dropped within green card area. Correspondingly, both emerging frequency and searching time of males a little reduced within both yellow and green cards. It was considered that before copulating, males were more intensively taxised to tea leaf than females, but after copulating, the directionality of females to the odor from tea leaf increased but the preference of males for the odor from tea leaf weakened. Moreover, males preferred green slightly and females preferred yellow, and copulation enhanced the preference of females to yellow but reduced that of males to green.

copulation,, female and male adults, video trajectory analysis, taxis

S571.1；S435.711

A

1000-369X（2016）05-544-07

2016-01-29

2016-04-05

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（31071744）、浙江省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目（2014R409056、2015R409052）。

王薛婷，女，碩士研究生，主要從事昆蟲化學(xué)生態(tài)學(xué)與分子生物學(xué)研究。

han-insect@263.net