基于刺探電位圖譜的石蒜綿粉蚧在2 種植物上的取食行為研究

黃 芳，吳志毅，呂要斌，張紅英，張文俊

（1.湖州海關，浙江 湖州 313000;2.浙江省檢驗檢疫科學技術研究院，杭州 310016;3.浙江省農業科學院，杭州 310029;4.嘉興海關，浙江 嘉興 314001;5.臺州海關，浙江 臺州 318000）

石蒜綿粉蚧（Phenacoccus solaniFerris）隸屬半翅目（Hemiptera）粉蚧科（Pseudococcidae）綿粉蚧屬（Phenacoccus），體小，體長約2～3 mm、體寬約1～2 mm，體表覆蓋蠟粉層，以口針刺入植物內部組織吸食汁液，食性雜，寄主范圍廣，喜群集生活，龐大種群的為害可在短時間內引起植物枯萎、死亡[1]。石蒜綿粉蚧以若蟲、雌性成蟲等蟲態營固定取食，個體轉移能力相對較弱，但隨著全球物流業的日趨發達及人為長距離跨境跨域活動的日益頻繁，加之石蒜綿粉蚧寄主范圍廣泛，使得該類昆蟲隨著各種產品的運輸，尤其是多肉類觀賞植物，在全球范圍內擴散傳播。近年來，各地不斷出現石蒜綿粉蚧的危害報道[2-5]。同時，在我國進境植物及植物產品檢疫中，石蒜綿粉蚧不斷被截獲[6]，對我國農林生產具有極大的威脅[7-8]。目前，國內外針對石蒜綿粉蚧開展了部分基本生物學特征[9-11]、除害處理[12]等方面的研究，但其致害性評價或相關機制方面的內容鮮見報道。

刺探電位圖譜技術（electrical penetration graph technique,EPG），又稱刺吸電位技術，是目前用于研究刺吸式口器昆蟲取食行為的最佳技術[13]。EPG 技術可實現實時監控刺吸式昆蟲取食時其口針所在的植物組織部位，并對相關的行為，如唾液分泌、口針穿刺葉肉細胞、吸食韌皮部汁液等進行有效的區分。該技術多用于分析研究刺吸式口器昆蟲的取食習性[13-15]、致害性評價[16-18]、病毒傳播[19]以及植物抗性評價[5]等。筆者采用該技術研究石蒜綿粉蚧的取食行為，定義其刺探電位圖譜，旨在為其致害力評價及其他入侵生物學機制的進一步研究提供參考及基礎數據。

1 材料與方法

1.1 供試昆蟲及植物石蒜綿粉蚧（Phenacoccus solaniFerris）截獲自入境杭州郵檢的日本進口植物，鑒定于浙江省檢驗檢疫科學技術研究院植檢實驗室。在植物檢疫實驗室昆蟲人工氣候箱內進行室內種群維持，以景天科風車草屬多肉植物朧月（Graptopetalum paraguayense）作為寄主植物，環境溫度（25±1）℃，相對濕度（70±5）%，光周期14L∶10D。挑取3 齡末幼蟲進行隔離飼養，將羽化后2 d 的成蟲轉移至鋪有干燥濾紙的培養皿內進行饑餓處理，12 h 后用于EPG 測試。

已有研究報道了其他粉蚧在寄主上的取食波形，如扶桑綿粉蚧[15]、木薯綿粉蚧[20]等。由于EPG 波形圖譜與植物內部結構存在相關性，考慮到波形的可比性，將番茄(Lycopersicon esculentum)作為初步研究石蒜綿粉蚧EPG 信號圖譜的寄主植物，受試植物為盆栽的5 葉苗，在上述環境下培養。為進一步研究石蒜綿粉蚧的食性，再以多肉植物朧月（株高2～3 cm）作為適應性寄主植物用于EPG 測試，同等環境下培養。

1.2 EPG 試驗供試儀器及軟件為Giga-8 刺探電位儀，購自荷蘭瓦赫尼根大學；正極通過銅絲、銀膠、金線（直徑為18 μm）與粉蚧體背相連，負極銅針插入盆栽土壤內。每日早上9:00 開始監測，連續監測時間為8 h。依據前期研究關于同屬粉蚧取食行為EPG 圖譜定義的原則[15]，利用Stylet+程序（http://www.epgsystems.eu）記錄及分析取食行為的EPG 信號。

1.3 數據分析EPG 數據參數分析參考SARRIA 等[21]的方法，利用SPSS 軟件進行數據統計分析。

2 結果與分析

2.1 石蒜綿粉蚧取食行為的EPG 信號圖譜石蒜綿粉蚧的單次取食行為開始于以口針刺入終結于口針脫離葉片，記為1 次刺探，記為Probe（Pr，圖1-A）。期間出現的主要波型：A 波：整個Pr 過程中正壓振幅最大的波（圖1-B、圖1-C），頻率不規則，持續時長視不同種類的寄主而異，在番茄和朧月上分別為（9.6 ± 2.1）s（n=30）和（4.4 ± 1.5）s（n=30），后者顯著短于前者（P<0.01）。B 波：首個B 波一般跟隨于A 波發生，初始正壓振幅與A 波相同，頻率為（0.083 ± 0.033）Hz；隨著時間發展，振幅逐漸變小直至降至系統水平線（零壓強）（圖1-B）。在口針處于葉肉細胞層時，B 波也可間歇性發生，持續時間由116 s 至265 s 不等。C 波：跟隨于A 波發生，B 波發生時，整合于C 波發生（圖1-A、圖1-B）。C 波為零壓強波，振幅為A 波的20%～30%。pd（potential drop）波：負壓波，不規律地發生在C 波階段（圖1-A、圖1-D）。單個pd 波持續時間因寄主種類而異，取食同一寄主時單個pd 波持續時間變異很小。在番茄和朧月上，石蒜綿粉蚧單個pd 波的平均時長分別為(16.2 ± 1.1) s（n=30）和(30.7 ± 3.1) s（n=30），后者顯著長于前者（P<0.01）。每個pd 波內，根據波形發生的頻率，可分為pd1 波和pd2 波，兩者所占單個pd 波的時長比例接近1，且該比例不隨寄主種類變化而變化。E 波：負壓波，跟隨于C 波發生，振幅接近于pd 波，但持續時間顯著長于pd 波（圖2-A）。E 波不發生其他粉蚧或蚜蟲E 波內典型的被動取食波形（E2 波）（圖2-B）。E1e（extracellular E1）波：發生于C 波之后，電動勢水平與C 波相同（圖3A 虛線框內），持續時間數分鐘至幾小時不等。除電動勢水平外，波形發生的其他特性與其他粉蚧或蚜蟲的韌皮部相關波形E1 波相似（圖3-B）。G 波：頻率為8～10 Hz（圖4）。

圖1 石蒜綿粉蚧取食行為EPG 圖譜A：Probe 起始部分；B：A 波和B 波；C：A 波；D：pd 波。Fig.1 Electropenetrographs (EPG) of Phenacoccus solani.A:The start of the Probe;B:Waveforms A and B;C:Waveform A;D:Waveform pd.

圖2 石蒜綿粉蚧取食行為EPG 圖譜（E 波）Fig.2 Electropenetrographs (EPG) of Phenacoccus solani(waveform E).

圖3 石蒜綿粉蚧取食行為EPG 圖譜（E1e 波）Fig.3 Electropenetrographs (EPG) of Phenacoccus solani(waveform E1e).

圖4 石蒜綿粉蚧取食行為EPG 圖譜（G 波）Fig.4 Electropenetrographs (EPG) of Phenacoccus solani(waveform G)

將EPG 監測的所有結果進行統計，各波形發生的關系及概率如圖5 所示。73%的probe 發生過程中會有B 波的發生，除了緊隨A 波發生的情況外，還在路徑波（C 波）發生的過程中有9%的出現概率。除A 波外，所有的波形發生后均回復到C 波后再進行其他波形的轉換。跟隨C 波發生的主要波形是E1e 波形和np 波形，發生概率分別為48%和38%，此外還有較小的概率發生E 波和G 波。

圖5 石蒜綿粉蚧取食行為EPG 各波形發生關系。Fig.5 Correlations of electropenetrograph (EPG) waveforms of Phenacoccus solani

2.2 石蒜綿粉蚧在不同植物上的取食行為石蒜綿粉蚧在番茄和朧月上的取食波形在類別和發生情況上存在一定程度的差異。

在波形種類上，石蒜綿粉蚧取食番茄時可發生E 波，但是在已觀察的所有取食波形（>100 probe）中，發生E 波的次數很少，僅存在數次。石蒜綿粉蚧取食朧月時從未發生E 波，但是出現大量E1e 波形，且在發生過程中出現水溶性唾液分泌波“E1”波相似的亞波型（圖6-A）和主動取食波形“E2”相似的亞波型（圖6-B）以及兩種波形的混合波形（圖6-C）。在已定義的粉蚧和蚜蟲的EPG 圖譜中，韌皮部相關的水溶性唾液分泌波和主動取食波形的發生情況均與消化效率相關；同時，考慮到EPG圖譜定義的統一性，因此，對于胞外水平的E1 和E2 暫不加以區分而都歸并于E1e 波。

圖6 石蒜綿粉蚧在朧月上的取食行為EPG 圖譜(E1e 波)A：水溶性唾液分泌波；B：主動取食波；C：以上兩種波形的疊加。Fig.6 Electropenetrographs (EPG) of Phenacoccus solani on Graptopetalum paraguayense (waveform E1e)A:Waveform associated with salivation;B:Waveform associated with ingestion;C:Superposition of the two waveforms above.

在波形發生的相關參數上，石蒜綿粉蚧在朧月的取食行為對比于其在番茄上的取食行為，具體如表1 所示。在監測時間范圍內的刺探總體情況而言，前者的刺探數顯著少于后者，表明石蒜綿粉蚧在朧月上取食位點更加固定，相對而言，其在番茄上時會較為頻繁地變換取食位點；同時，前者的刺探總時長顯著長于后者的刺探總時長。雖然兩者的刺探總時長存在顯著差異，但是路徑波總時長卻非常接近，主要的差異表現在持續性取食波的總時長，從數據上看，前者幾乎是后者的4 倍。前者首個刺探發生的時間要顯著快于后者，且首個刺探波的時長是后者的3 倍有余。單個刺探內口針穿透葉表皮的時間，前者顯著短于后者。首個pd 波發生的時間，兩者間并不存在顯著差異。然而，前者pd 波的次數顯著多于后者。石蒜綿粉蚧在兩種植物上的持續性取食波都以E1e 波為主，首個E1e 波發生之前所需的刺探數，前者顯著少于后者。

表1 石蒜綿粉蚧在不同寄主植物上的取食行為Tab.1 Feeding behaviors of Phenacoccus solani on different plants

3 討論

參考扶桑綿粉蚧(Phenaoccus solenopsis)[15]、木薯綿粉蚧(Phenacoccus manihoti)[20]、橘臀紋粉蚧(Planococcus citri)[22]、暗色粉蚧(Pseudococcus viburni)[23]等取食行為的EPG 圖譜，石蒜綿粉蚧取食行為的刺探電位圖譜也包含7 種基本波形，即A 波、B 波、C 波、pd 波、E1e 波、E 波以及G 波，以上波形分別對應口針穿透葉表面時產生的波形、唾液鞘形成時產生的波形、口針游走于葉肉細胞間是產生的波形、在葉肉細胞內嘗試性取食時產生的波形、胞外取食波形、持續性取食波形和木質部取食波形。

扶桑綿粉蚧EPG 相關研究[15]表明，不同取食位點葉表皮層的消化難易度不同，導致B 波變化較大，有時在某些刺探內幾乎沒有顯著的體現。在粉蚧和蚜蟲單次刺探取食行為的EPG 信號中，B 波緊隨于A 波，僅出現一段，且發生時間通常少于20 s。與前期研究不同的是，石蒜綿粉蚧取食時，B 波可在單個刺探內多次發生。因B 波為唾液鞘形成時產生的波形，推測可能與其取食習慣相關，但仍有待證實?？卺樣巫哂谌~肉細胞間時，會發生對周圍細胞進行嘗試性的穿刺并伴隨蟲體主動吸食的過程，因此pd 波是相對于C 波的負壓波。有研究認為pd 波是刺吸式口器傳毒媒介昆蟲獲毒傳毒的主要行為表現[24-25]。雖然目前尚無研究發現石蒜綿粉蚧可傳帶某種病毒，但該蟲的取食特性使其具備獲毒傳毒的生理學基礎，因此，在制定針對石蒜綿粉蚧的綜合防治措施時還應考慮其寄主植物上可能攜帶病毒的發生情況。根據主要攝食部位的不同，刺吸式口器昆蟲通常分為木質部取食型昆蟲，如葉蟬等，韌皮部取食型昆蟲，如蚜蟲、煙粉虱等，以及葉肉汁液取食型昆蟲，如棉盲蝽等。目前關于粉蚧取食行為的EPG 研究中，所有的結果都顯示粉蚧為典型的韌皮部取食性昆蟲，如扶桑綿粉蚧[15]、桔臀紋粉蚧[22]、木薯綿粉蚧[26]等，且持續取食時間通?？砷L達數小時。本文研究結果顯示石蒜綿粉蚧雖也可發生韌皮部取食，但受試個體中出現的韌皮部取食的次數非常少，雖然持續時間亦可長達數小時以上，但波形上并未呈現典型的被動取食波形（E2 波）。在長尾粉蚧Pseudococcus longispinus[27]的相關取食波研究中也發現了這種類似的情況，即沒有典型E 波亞波型。雖然報道中也對相關波形進行了E1 和E2 的標記，但其圖例結果中并沒有呈現類似于其他粉蚧E1 及E2 波形的典型特征。同時，研究者在討論中提及，在長尾粉蚧的EPG 記錄中同樣出現了E1e 波形，該波形被整合入C 波進行統計分析。對比于前期針對扶桑綿粉蚧的研究，其原因可能是E1e 出現的頻率較低且時長較短。然而迄今為止，E1e 波形的生物學意義仍未確定[15]，在刺吸式口器昆蟲EPG 波型相關的所有研究中也未見針對E1e 波形進行詳細的統計與分析。對比于其他粉蚧與韌皮部取食昆蟲產生的E 波，如扶桑綿粉蚧[15]、木薯綿粉蚧[26]、桔臀紋粉蚧和暗色粉蚧[23]等，石蒜綿粉蚧在本研究供試植物上的持續取食波更多的是以胞外形式出現，即E1e 波的形式為主，在EPG 信號上表現為零壓強波，而典型的E 波則是強烈的負壓強波。除電動勢外，不管發生的頻率、持續的時長以及包含的波形，石蒜綿粉蚧的E1e 波與扶桑綿粉蚧E 波（包括E1 和E2）的EPG 性質非常相似。推測可能與石蒜綿粉蚧喜好取食多肉植物有關[11]，而石蒜綿粉蚧在朧月和番茄上取食行為的不同則說明了石蒜綿粉蚧在多肉植物上具有更強的適應性和為害風險。本實驗結果證明，相較于番茄，石蒜綿粉蚧在朧月上取食時，取食位點轉換頻率低、穿透葉表速度快、獲取葉肉營養多、持續性取食時間長，即石蒜綿粉蚧更加適應寄主植物朧月。有研究者[28]認為，多肉植物的葉片結構具有其特殊性，主要體現在葉片厚度、角質層的厚薄有無、氣孔的分布密度以及葉肉細胞的分化種類和輸導組織的發達程度等方面。據此推測，石蒜綿粉蚧取食多肉植物時發生的E1e 波，包括期間出現的類似E1 和E2 的亞波型，是其主要的取食波形；而電動勢方面的差異，推測主要和植物結構本身有關，但仍需做進一步深入研究。

本實驗結果說明，石蒜綿粉蚧取食行為的EPG 波形與韌皮部取食型昆蟲類似，但其主要取食波形為E1e 波，證實了石蒜綿粉蚧在多肉植物朧月上具有更強的適應性和為害風險。本研究結果也為進一步研究石蒜綿粉蚧的致害性和寄主偏好性的行為學機制提供了基礎數據和技術參考。