煙青蟲胚胎發育經歷影響初孵幼蟲的嗅覺偏好性

吳廣慶，郭線茹，楊淑芳*

(1.聊城大學東昌學院，山東聊城 252000；2.河南農業大學植物保護學院，河南鄭州 450002)

昆蟲的卵在發育生物學、生理學、生態學和進化等多學科的交叉點上占據獨特的研究地位。卵是一個由卵殼包被的相對封閉的系統，其中幼蟲的外周神經系統是隨著胚胎發育的過程逐漸出現的。Woods[1]認為，胚胎發育經歷的環境驅動了隨后蟲態尤其是幼蟲階段的表型可塑性。鱗翅目的初孵幼蟲容易受到各種生物因子和非生物因子的脅迫[2]，并且寄主植物被取食完或者從初生寄主植物上掉落地面之后，幼蟲能夠識別和評測一株陌生的寄主植物[3-4]。初生經歷或許可以為初孵幼蟲提供能夠促進其寄主選擇決策的信息[5]。目前，關于取食經歷對隨后幼蟲取食行為以及成蟲產卵行為的影響的研究報道較多[6-11]。海灰翅夜蛾(Spodopteralittoralis)成蟲的求偶行為也會被自身幼蟲期的取食經歷調控[12]。然而，有關胚胎發育經歷影響隨后初孵幼蟲寄主選擇的試驗證據相對比較缺乏。

煙青蟲[Helicoverpaassulta(Guenée)]是一種寡食性昆蟲，主要在茄科植物如煙草、辣椒和酸漿屬(Physalis)的植物上取食。其幼蟲嗜好取食煙草和其他寄主植物的花蕾等繁殖器官，造成比較嚴重的經濟損失[13]。筆者以2種主要寄主作物辣椒和煙草作為供試植物，每種植物進一步分為營養器官和繁殖器官，將這些材料的乙醇提取物涂布在紗布上作為產卵基質，測試了從中孵化的煙青蟲幼蟲的嗅覺偏好性，旨在為透視經歷在昆蟲生活史中的功能提供參考。

1　材料與方法

1.1材料

1.1.1供試昆蟲。煙青蟲幼蟲采集于鄭州市毛莊綠色蔬菜基地的辣椒果實上，帶回室內后放在指形管(10 cm×2 cm)中，用新鮮辣椒果實飼養(15 L∶9 D，光照期溫度為30 ℃，暗期溫度為28 ℃，相對濕度為60%～70%)。末齡幼蟲轉移到濕潤潔凈的細沙上化蛹。羽化后的成蟲飼喂10%(W/V)的蔗糖溶液。 隨后世代的幼蟲用混入麥胚基人工飼料[14]飼養。室內種群用人工飼料純化取食背景達到12個世代之后用于測試。

1.1.2供試植物。煙草[Nicotianatabacum(var.NC89)]和辣椒[Capsicumannum(var.Zhongshu No.6)]常規種植。測試用的株高約30 cm。4種植物材料(煙草花器、煙草葉片、辣椒果實和辣椒葉片)采集后放在隔離的自封袋中并帶回實驗室當天使用。

1.2方法

1.2.1卵期經歷的誘導。供試材料用無菌水沖洗、晾干并稱重。經過勻漿后加入與相應材料相等重量的無水乙醇，在室溫下提取48 h之后過濾。棉紗布剪裁成約30 cm×30 cm的方塊，分別用上述4種材料的乙醇提取物飽和(每塊紗布大約可以吸收10 mL提取物)，在通風櫥中揮發溶劑20 min。無水乙醇浸漬并晾干處理的紗布作為對照組。上述5個處理組分別稱為TL(煙葉粗提物經歷組)、TF(煙草花器粗提物經歷組)、HF(辣椒果實粗提物經歷組)、HL(辣椒葉片粗提物經歷組)和CK(對照組)。

試驗時，將5對羽化后3 d的煙青蟲蛾釋放到錐形的塑料籠(上口直徑20 cm，底部直徑15 cm)中，迅速將各種粗提物或者無水乙醇處理過的棉紗布罩在上口，然后將籠子轉移到和上述幼蟲飼養條件相同的人工氣候箱中。每天早上移除攜帶新產卵的紗布并更換相應處理的紗布，實時觀察并分離出孵化的個體，立即進行嗅覺偏好性測試。

1.2.2嗅覺偏好性測試。嗅覺偏好性在4項選擇的條件下測試。將濾紙剪成直徑1.5 cm的小圓碟，取4個濾紙碟以“十”字交叉的方式放在1個底部灌裝2%瓊脂膠的培養皿(直徑14 cm)中，分別在4個濾紙碟中央滴加40 μL上述4類提取物。培養皿底部灌裝瓊脂膠的目的是促進幼蟲爬行選擇，另外由于初孵幼蟲取食量很小，故僅測試了嗅覺趨向反應。待溶劑揮發后，將來自特定經歷誘導組的1頭初孵幼蟲釋放到培養皿底部的中央，在均勻的光照下觀察并記錄幼蟲首次做出的選擇。5 min內未做出選擇反應的個體放棄記錄并測試下一頭。為了避免孵化之后發生的漸進性學習現象，每頭幼蟲僅測試1次。不同氣味源的位置隨機化。每個處理組重復測試100頭。

1.3統計分析采用χ2測驗分析幼蟲的選擇頻次。從4個不同角度進行統計分析：①整體差異顯著性；②處理組之間選擇趨勢的差異；③相同處理組在不同氣味源之間選擇頻次的差異；④每個處理組和無經歷組之間的差異。為了鑒別出顯著性的處理×氣味源組合，進一步將測試數據分為6個亞組，每個亞組含有2個氣味源及其相應的寄主組織粗提物處理組，采用χ2測驗分辨卵期發育經歷效應是正面的還是負面的。為了分析究竟是寄主種類的經歷還是寄主植物組織的經歷對初孵幼蟲的寄主選擇影響更大，相應的頻次合并之后用χ2測驗(針對組內差異)或χ2似然比測驗(針對組間差異)。在上述分析中，凡是自由度只有1的案例，χ2測驗采用Yates連續性校正法。

2　結果與分析

表1卵期經歷不同寄主化學刺激的煙青蟲初孵幼蟲選擇頻次的組內差異與組間差異

Table1Within-andbetween-groupdifferencesamongchoicefrequenciesofH.assultaneonatesafterexperienceddifferenthostchemicalstimuliduringeggstage

卵期經歷組Groups不同氣味源被選擇頻次ChoicefrequencyofdifferentodorsourcesTFTLHFHLχ2P顯著性SignificanceTF1418511736.40<0.0001***TL233121252.240.5241nsHF4015212413.680.0034**HL1615531641.84<0.0001***CK222026323.360.3394nsχ220.3612.0133.0511.6965.14P0.00040.0173<0.00010.0198<0.0001顯著性Significance***********

注：TF.煙草花器；HF.辣椒果實；TL.煙草葉片；HL.辣椒葉片;ns.無顯著性差異(P>0.05)；*.0.01>P>0.05；**.0.01 >P>0.001；***.P<0.001

Note：TF.Tobacco flower；HF.Hot pepper fruit；TL.Tobacco leaf；HL.Hot pepper leaf.ns.No significant difference(P>0.05)；*.0.01>P>0.05；**.0.01>P>0.001；***.P<0.001

表2　各個經歷組分別與對照組之間寄主選擇反應的比較

注：TF.煙草花器；HF.辣椒果實；TL.煙草葉片；HL.辣椒葉片;ns.無顯著性差異(P>0.05)；*.0.01>P>0.05；**.0.01>P>0.001；***.P<0.001

Note：TF.Tobacco flower；HF.Hot pepper fruit；TL.Tobacco leaf；HL.Hot pepper leaf；ns.No significant difference(P>0.05)；*.0.01>P>0.05；**.0.01>P>0.001；***.P<0.001

注：TF.煙草花器；HF.辣椒果實；TL.煙草葉片；HL.辣椒葉片;ns.無顯著性差異(P>0.05)；*.0.01>P>0.05；**.0.01>P>0.001；***.P<0.001Note：TF.Tobacco flower；HF.Hot pepper fruit；TL.Tobacco leaf；HL.Hot pepper leaf；ns.No significant difference(P>0.05)；*.0.01>P>0.05；**.0.01>P>0.001；***.P<0.001圖1　煙青蟲初孵幼蟲對有經歷寄主和與其配對的無經歷寄主選擇頻次比較Fig.1　Choice frequencies of H.assulta neonates with different egg experiences to selected paired options with corresponding egg experiences

3　結論與討論

在影響植食性昆蟲初孵幼蟲嗅覺偏好性的因素中，卵期經歷的寄主化學刺激物對隨后寄主選擇影響的信息相對比較缺乏，尤其是不了解寄主種類、寄主植物器官或者是二者特定的組合經歷效應的大小。該研究發現，煙青蟲初孵幼蟲的嗅覺偏好性受卵期發育環境的顯著影響，但這些幼蟲并非對經歷過的寄主植物或者其組織嗅覺偏好性增強。

在4類測試材料中，只有卵期經歷過來自辣椒葉片和煙草花器的化學刺激物，初孵幼蟲的嗅覺偏好性才和對照組相比有顯著差異。這些結果恰好和自然雌蟲的產卵位置選擇一致。Han等[15]在辣椒田調查了不同器官上煙青蟲的落卵量，發現葉片上的產卵比例占76.2%，而辣椒果實、莖干和花上的產卵百分比僅是16.8%、6.5%和0.4%。然而在煙草上，開花期是對煙青蟲雌蛾產卵引誘力最強的生育期[13]。田間調查表明，6月和7月煙草花器上的煙青蟲卵所占的比例分別為88.71%和94.44%[16]。

注：ns.無顯著性差異(P>0.05)；*.0.01>P>0.05；***.P<0.001Note：ns.No significant difference(P>0.05)；*.0.01>P>0.05；***.P<0.001圖2　寄主種類或者寄主組織類型合并之后的經歷效應分析Fig.2　Experience effect after host species or part types pooled

卵期經歷過辣椒葉片或煙草花器化學刺激的初孵幼蟲，總是誘導出對辣椒果實氣味源的嗅覺偏好性，但是卵期經歷過辣椒果實化學刺激的初孵幼蟲卻并沒有對其嗅覺偏好性增強。也就是說，卵期經歷的效應并不是正面的，這和此前的多數報道是相反的[17-18]。當前僅報道過東方云杉卷葉蛾(Choristoneurafumiferana)有類似的現象，雌成蟲偏好在幼蟲期沒有取食經歷的寄主植物上產卵[19]。然而，盡管該研究結果也發現經歷的效應是負面的，但供試對象卻是不食不動的卵。

該研究發現，卵發育期間經歷的寄主植物組織而不是寄主植物的種類，對初孵幼蟲的嗅覺偏好性才有顯著的影響。尤其明顯的是，卵期經歷過繁殖器官化學刺激的初孵幼蟲，對繁殖器官的嗅覺偏好性非常強。這可以用化學遺產假說來解釋，而不是霍普金斯寄主選擇原理，因為卵期并不會攝入食物，來自卵發育環境的痕量化學物質可能存在于初孵幼蟲的血淋巴中或者在卵殼之外。后續研究需了解寄主繁殖器官中究竟是哪些活性成分誘導了這種嗅覺偏好性。

總之，煙青蟲卵期經歷過煙草花器或者辣椒葉片的化學刺激，會導致初孵幼蟲嗅覺偏好性的變化，二者也正是自然雌蛾偏好產卵的部位。卵發育期間經歷過繁殖器官化學刺激的煙青蟲初孵幼蟲對繁殖器官的嗅覺偏好性明顯增強。盡管煙青蟲的卵產在煙草花器和辣椒葉片上，但是幼蟲可以自行運動到繁殖器官上，為該害蟲卵與幼蟲分布的不一致性提供了一個嶄新的解釋。

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