單寧酸對紅、綠色型豌豆蚜生長發育及繁殖的影響

邵 婭， 王森山， 葉 超

(甘肅農業大學植物保護學院/甘肅省農作物病蟲害生物防治工程實驗室， 甘肅 蘭州 730070)

豌豆蚜(Acyrthosiphonpisum)是豆科植物的主要害蟲之一，在世界各地均有分布[1]。豌豆蚜也被稱為豆無網長管蚜，屬半翅目，蚜科，主要以豆科草本植物及少數豆科木本植物為寄生植物，對寄主植物的嚴重危害直接體現于其取食作用，是苜蓿花葉病毒的重要傳播者，其造成的損失遠遠超過蚜蟲直接危害的損失[2]。豌豆蚜通過口器刺吸植物汁液，造成植物生長率降低、苜蓿蛋白質含量降低，嚴重時，出現葉斑、泛黃、卷葉、枯萎等不同癥狀使產量降低，田間植株成片枯死[3-4]。豌豆蚜以綠色型為主，也存在紅色型[1]，不同色型種群及其生態作用存在差異。1945年，Harrington[5]首次發現了紅色型的豌豆蚜。Cartier[6]等在研究抗性育種過程中鑒定出豌豆蚜有9個生物型，表明豌豆蚜有明顯的生物型分化。Losey[7]等研究了捕食性和寄生性天敵對紅、綠色型豌豆蚜的選擇性，表明綠色型豌豆蚜比紅色型豌豆蚜的被寄生率高，但紅色型豌豆蚜比綠色型更易被捕食。Braendle[8]等發現紅色型豌豆蚜比綠色型豌豆蚜更容易離開寄主植物，并產生有翅蚜。

單寧酸 (tannins) 是植物的次級代謝產物，是天然的多元酚化合物，廣泛存在于苜蓿、蠶豆等豆科植物中。在紫花苜蓿(Medicagosativa)中，由于皂苷和酚類物質的含量比較低，使得在其上取食的豌豆蚜具有較好的適應性[9-10]。紫花苜蓿中單寧酸的提取量是 2.15 mg·g- 1[11]。單寧酸與唾液蛋白、糖蛋白等互作，產生苦澀味，影響適口性，降低動物的采食量，影響蛋白質的消化吸收[12]，與金屬離子發生絡合，影響鐵等礦物元素的吸收利用，單寧酸與生物膜結合直接影響其通透性，進而影響動物對食物的吸收[13]。同時單寧酸也可間接的影響一些含金屬元素酶的活性，從而影響營養物質的消化吸收，因此被視為一種抗營養因子[14]。單寧酸等植物次生物質雖然沒有直接參與維持植物的生長發育和生殖有關的基礎生化活動，但植物次生物質卻能影響昆蟲對寄主植物的選擇、取食和利用，從而對昆蟲的行為及生長發育等方面產生影響甚至毒殺作用。武予清[15]報道棉葉單寧酸—黃酮類化合物對棉鈴蟲生長有顯著影響，其中縮合單寧有較強烈的抑制作用，棉花植株中單寧酸對棉鈴蟲的近緣種美洲棉鈴蟲和煙芽夜蛾有較強的毒性。

本文是在豌豆蚜人工飼料研究的基礎上，分別在其中加入不同質量濃度的單寧酸，測定豌豆蚜的存活率、平均產蚜量、產蚜率和相對日均體重增長率，以明確紫花苜蓿中單寧酸對兩種生物型豌豆蚜生長發育及繁殖的影響，研究這一關鍵問題將對揭示苜蓿抗豌豆蚜的生化機理和抗蚜育種奠定理論基礎，也為綜合開發藥用植物資源、尋找新的植物源殺蟲劑理論研究與實踐提供實驗依據。

1 材料與方法

1.1 供試蟲源

在甘肅農業大學牧草試驗田中采集紅、綠兩種不同色型的豌豆蚜，在室內盆栽蠶豆上飼養，待產蚜后選用初產2日齡若蚜供試。

1.2 單寧酸濃度的設定

單寧酸是苜蓿的次生代謝產物，紫花苜蓿中單寧酸的提取量是2.15 mg·g- 1，含量比較低。以此為參照，在前期大量篩選工作的基礎上，我們確定5個單寧酸濃度(C1=1 mg·L-1、C2=2 mg·L-1、C3=3 mg·L-1、C4=4 mg·L-1、C5=5mg·L-1)和一個對照組(CK)，共計6個處理，飼料配置完成分裝入2 mL離心管，于-20℃冰箱內保存，保存期不超過3個月。

1.3 豌豆蚜的人工飼料來源及飼養方法

本研究的人工飼料是由氨基酸、維生素、礦物質、蔗糖和磷酸鹽等按比例混合而成，所用試劑均為國產試劑。豌豆蚜飼養配方參照了葉超[16]的人工全純飼料配方，同時也參考了Prosser和Douglas于1992年發表的飼料配方，兩個配方在氨基酸的使用上有稍微的差異，前者在后者的基礎上將賴氨酸等幾種氨基酸分別替換為穩定性較高的對應氨基酸的鹽酸鹽，或者鹽酸鹽水物、酸等。

本試驗所用的飼養籠由有機玻璃管加工而成(h=3 cm，d=2.5 cm)。拉伸石蠟膜(parafilm M)封住養蟲籠一端，用移液器添加不同的飼料至膜上(每個為100 μL)，然后在上面再覆一層石蠟膜，避免飼料溢出蟲籠，石蠟膜在使用前需要用紫外燈徹底滅菌消毒。用小毛筆挑取初孵2日齡若蚜轉接至飼養籠內的石蠟膜上，倒置30 s以保證蚜蟲固定取食，再將飼養籠放正。每處理3個重復，每重復單體飼養10頭，共計30頭，綠、紅色型豌豆蚜分別置于溫度為(24±1)℃、(22±1)℃，光周期為L:D=12：12，濕度RH=(70±5)%的人工氣候箱(RXZ型)內飼養。

兩種色型豌豆蚜要分別飼養，每個養蟲籠里接入一頭2日齡若蟲，接蟲后第2日起開始統計若蚜觀察各處理豌豆蚜的生長發育情況。每12小時觀察一次，飼料如有變質需及時替換，接入24小時以內死亡的重新接蟲替換。每接入一頭若蚜用精密電子天平(AL104型)稱蟲體初重(W1)，待發育成無翅成蚜后再次稱重(W2)，記錄蚜蟲的存活率、成蚜產蚜量、成蚜產蚜率和發育歷期(DD)等，從而計算相對日均體重增長率(RRGR)(相對日均體重增長率RRGR=(lnW2-lnW1)/DD][17-18])、存活率、平均產蚜量和平均產蚜率。

1.4 數據分析

利用Excel統計數據，用SPSS 22.0軟件ANOVA程序進行方差分析，比較不同濃度單寧酸對不同色型豌豆蚜生長發育的影響差異。

2 結果與分析

2.1 不同質量濃度單寧酸對綠色型豌豆蚜生長發育的影響

由表1可知，在單寧酸質量濃度為1.0～5.0 mg·L-1范圍內，用不同質量濃度單寧酸處理的人工飼料飼養豌豆蚜，對綠色型豌豆蚜的存活率均有一定的抑制作用。C5的6天存活率最低，為53.3±3.3%，C4、C5與CK差異顯著(P<0.05)；C4的12天存活率最低，為13.3±3.3%，與CK差異顯著(P<0.05)；C4和C5的20天存活率均為0.0±0.0%，CK、C1與其他各組間差異顯著(P<0.05)，當單寧酸質量濃度為3，4和5 mg·L- 1時，豌豆蚜的存活率均與CK間差異顯著(P<0.05)。C2與CK相對日均體重增長率差異不顯著，其他各組均與CK差異顯著(P<0.05)。有翅蚜率在C3濃度時達到最大，與CK差異顯著(P<0.05)。

表1 不同質量單寧酸濃度對綠色型豌豆蚜生長發育的影響Table 1 Effects of different concentrations of tannic acid on the growth and development of green pea aphid

2.2 不同質量濃度單寧酸對紅色型豌豆蚜生長發育的影響

由表2可知，在單寧酸質量濃度為1.0～5.0 mg·L-1范圍內，用不同質量濃度單寧酸處理的人工飼料飼養豌豆蚜，對紅色型豌豆蚜的存活率均有一定的抑制作用，而單寧酸對紅豌豆蚜的抑制作用比綠色型弱。當單寧酸濃度達到C4、C5時，6天和12天存活率與CK間差異顯著(P<0.05)，C5濃度下存活率最低；20天時，C3、C4和C5濃度下存活率均為0.0±0.0%。單寧酸對紅豌豆蚜的相對日均增長率的抑制不明顯，當濃度最大時達到最低0.19±0.00%，與CK間差異顯著(P<0.05)。隨著單寧酸濃度的增大，有翅蚜率在C3濃度時達到最大，與CK間差異顯著(P<0.05)，且紅色型豌豆蚜有翅蚜率明顯高于綠色型。

表2 不同質量單寧酸濃度對紅色型豌豆蚜生長發育的影響Table 2 Effects of different concentrations of tannic acid on growth and development of the red pea aphid

2.3 不同質量濃度單寧酸對兩種生物型豌豆蚜產蚜量的影響

由圖1可知，在最適條件下分別飼養紅、綠色型豌豆蚜，在單寧酸濃度為1.0～5.0 mg·L-1范圍內，兩種豌豆蚜平均產蚜量呈遞減趨勢，當單寧酸濃度達到C4時，綠豌豆蚜平均產蚜量與CK間存在顯著差異(P<0.05)，C5時產蚜量最低，為2.0±0.0頭/單雌。隨著單寧酸濃度的增大，紅豌豆蚜的平均產蚜量與CK間均無顯著性差異。由此可見，單寧酸對綠豌豆蚜平均產蚜量的抑制作用明顯大于紅色型。

2.4 不同質量濃度單寧酸對兩種生物型豌豆蚜產蚜率的影響

由圖2可知，在最適條件下分別飼養紅、綠色型豌豆蚜，在單寧酸濃度為1.0～5.0 mg·L-1范圍內，隨著單寧酸濃度的增大，綠豌豆蚜的產蚜率明顯降低，C1、C2、C3、C4和C5均與CK差異顯著(P<0.05)，C4和C5產蚜率達最低為6.7±3.3%；而紅豌豆蚜產蚜率在C4濃度時最低為3.3±0.0%，C2、C3、C4和C5與CK差異顯著(P<0.05)。

圖1 紅、綠色型豌豆蚜平均產蚜量Fig.1 Average producing of red and green pea aphid

圖2 紅、綠色型豌豆蚜產蚜率Fig.2 Production rate of red and green pea aphid

3 討論與結論

綜合分析表明，單寧酸對豌豆蚜的生長發育及繁殖具有一定的抑制作用，該作用是多方面的，主要包括直接“殺死”、明顯抑制若蟲蛻皮過程、抑制幼蟲體質量增長等方面。在單寧酸濃度為1.0 ～5.0 mg·L-1范圍內，隨著單寧酸濃度的增加，對紅、綠豌豆蚜存活率、產蚜率和相對日均體重增長率有一定的抑制作用，且對綠色型的抑制作用更為明顯。在5.0 mg·L-1時，不同時間段的兩色型豌豆蚜存活率和相對日均體重增長率均最低；兩色型的單雌產蚜量和產蚜率均呈降低趨勢，在5.0 mg·L-1達到最小。而有翅蚜的產生率逐漸增大，到C3濃度時達到最大，隨后降低。

植物次生性代謝產物這一名詞是Czapek在20 年代首先提出的。有關植物對昆蟲有自衛作用的次生物質種類很多，如生物堿，單寧酸，黃酮類等，對昆蟲造成不良的感覺刺激或引起中毒，植物組織或其液汁對昆蟲營養效應的影響受到其中所含次生性物質、抗消化酶的蛋白質及昆蟲本身的共生微生物的影響。欽俊德[19]關于植物對植食性昆蟲的作用做了扼要的概括，指出這種作用一般以變動著的次生物質和營養成分來影響昆蟲的行為、生長發育和繁殖。陳巨蓮報道[20]單寧酸、總酚、香豆素是抗麥長管蚜的重要次生物質；單寧酸、兒茶素、香豆素、門布是抗禾谷溢管蚜的重要次生物質，陳巨蓮[21-22]等利用人工飼養麥蚜研究表明，單寧酸、沒食子酸和香豆素對麥長管蚜的存活、生長和發育有明顯的抑制作用。單寧酸是多酶促反應的有效抑制劑，可抑制多種消化酶(如乙酰膽堿酯酶、糖苷轉化酶和透明質酸酶等)的活性[23]，還可抑制酪氨酸酶的活性，引起昆蟲表皮的不完全硬化和變黑[24]，但抑制機制尚不明確。劉偉等[25]研究了單寧酸對甜菜夜蛾(Spodopteraexigua)幼蟲的攝食毒力作用及生長發育的影響。陸宴輝[26]等用棉酚和單寧酸人工飼喂蚜蟲發現，當棉酚和單寧酸濃度在200 mg·kg-1以上時，棉蚜在短時間內全部死亡，且不產蚜；當濃度為100或50 mg·kg-1時，棉酚和單寧酸對棉蚜的存活率、繁殖力及種群增長有明顯的抑制作用。所以，單寧酸一直被認為是一種抗營養因子，在豌豆蚜試驗中表明單寧酸對豌豆蚜的存活率、生長發育及繁殖有明顯抑制作用。但是，我們發現單寧酸對兩種生物型豌豆蚜的抑制作用有差異，紅豌豆蚜的存活率低于綠色型，而有翅蚜率明顯高于綠色型，這與Braendle[8]發現紅色型豌豆蚜比綠色型豌豆蚜更容易離開寄主植物，并產生有翅蚜的結果一致。相對日均體重增長率隨著單寧酸濃度的增加而逐漸降低，可見單寧酸影響了蚜蟲對營養物質的消化吸收。單寧酸對紅豌豆蚜平均產蚜量的抑制作用與對照相比差異不顯著，而綠豌豆蚜的產蚜量明顯低于對照組的，這與劉偉[25]研究單寧酸對甜菜夜蛾的研究結果基本一致，說明單寧酸對昆蟲的存活率、繁殖力的確有抑制作用。隨著單寧酸濃度的增加，兩種色型豌豆蚜的產蚜率呈遞減趨勢，但紅豌豆蚜在C3濃度時產仔率突然升高，這可能是實驗誤差，也有可能是一定量的單寧酸能提高繁殖性能，這點在蚜蟲研究方面尚未報道，還得進一步研究。近年來隨著深入研究發現，單寧酸具有獨特的抗氧化、清除體內自由基、抑菌、抗病毒等生物學作用，飼料中適量的單寧酸對動物的生長、免疫以及對機體氮代謝等方面具有促進作用，單寧酸還能提高反芻動物繁殖性能[27]，但影響機制尚不明確。

綜上所述，次生代謝物質單寧酸對豌豆蚜的生長發育及繁殖有抑制作用，因此這就對苜蓿抗豌豆蚜的生化機理和抗蚜育種奠定了理論基礎，且單寧酸存在于自然界中，對環境不會造成危害，若能將單寧酸及其衍生物作為開發新型農藥的基礎，可為合成有效控制農田害蟲的植物農藥研究與實踐提供試驗依據。