昆蟲信息素在松墨天牛防治中的應用研究

牛永浩, 張順京, 屈澤龍, 徐先菊

(楊凌職業技術學院, 陜西 楊凌 712100; 2.商洛市植保植檢站, 陜西 商洛 726000; 3.商洛市林業局,陜西 商洛 726000; 4.安康市漢濱區林場, 陜西 安康 725000 )

全世界目前已知的天牛種類達22 000種以上,我國記載的種類已有2 200多種,陜西省天牛種類已確定的有200余種[1]。近年來,隨著生態環境的日益好轉,天牛在陜西省危害情況越來越嚴重。陜南的安康、漢中、商洛等市,響應國家鄉村振興戰略發展需要,將核桃產業作為農業產業調整和退耕還林的重要手段。隨著核桃種植面積連年攀升,天牛對核桃樹的危害也越來越嚴重。在安康市的白河、平利、石泉等核桃種植大縣,通過核桃園天牛危害情況調查,核桃園的天牛發生率在90%左右,危害率在8.0%～90.0%,發生非常普遍,天牛已成為影響核桃產業健康發展的重要害蟲[2]。在關中地區,天牛易對楊樹、柳樹、榆樹等樹種形成災害;楊樹是陜北地區防護林的主要造林樹種,近年來天牛的危害日趨嚴重,林群危害面積已超過10%[3]。

1 松墨天牛在陜西發生以及分布情況

松墨天牛(MonochamusalternatusHope)又名松褐天牛、松天牛,屬鞘翅目(Goleoptera)、天牛科(Cerambycidae)、墨天牛屬 (Monochamus),體橙黃色到赤褐色,鞘翅上面有黑色與灰白色斑點,成蟲可以飛翔,有一定的趨光性,分布廣泛,是我國重要的林業檢疫害蟲[4]。松墨天牛松材線蟲的傳播效率是所有媒介昆蟲種類中最高的,松材線蟲的平均攜帶量為1.8萬條,最高者甚至達到28.9萬條[5],其中雌蟲的攜帶量高于雄蟲[6]。天牛作為重大入侵害蟲-松材線蟲的重要載體,對秦巴林區的生態安全造成了威脅,嚴重影響了當地生態環境的改善和林業的可持續發展。據統計僅2019年冬季至2020年春季,因松材線蟲病害的爆發,而遭砍伐的樹木就達112萬株[7]。

調查表明,在安康市的大部分地區,松墨天牛一年發生1代,占比62．34%。少數地區可以觀察到松墨天牛二年發生3代,占比37.66%。通過對松墨天牛進行全世代有效積溫測定,發現不同年份不同地區的松墨天牛種群的發生世代不穩定,很容易造成世代重疊現象[8],各種群所占比例與當年的溫濕度等條件相關,具體關系有待進一步的研究[9],不同海拔高度松墨天牛的出現略有不同,一般低海拔地區早于高海拔地區的出現[10],秦嶺南部地區松墨天牛在每年的5月初就開始羽化,5月末羽化數量達到高峰期,隨后羽化數量開始逐步減少[11]。松墨天牛幼蟲鉆蛀危害、隱蔽性強,成蟲體壁及鞘翅厚且堅硬,因為其獨特的生理學及生態學特征,使得化學殺蟲劑很難對其形成有效的防治。

2 松墨天牛信息素作用原理

昆蟲信息素是昆蟲和植物之間相互交流的一種化學分子語言,是昆蟲與昆蟲之間進行種內和種間化學通訊的媒介。根據作用原理不同,昆蟲信息素又分為集合信息素、告警信息素、疏散信息素、利它素、利己素、協同素、追蹤信息素、性信息素等[12]。根據作用對象的不同,昆蟲信息素又分為種內信息素和種間信息素。昆蟲性信息素屬于種內信息素,是由同種昆蟲的某一性別(多為雌性)個體的特殊分泌器官分泌于體外,能引誘同種異性個體進行交尾的微量化學物質,其具有種內特異性,在自然界中不會被模仿復制,只對種內個體具有吸引,從而達到生殖隔離的作用。植物源引誘劑是根據天牛的取食習性,人工合成其偏好取食植物的揮發性物質主要成分,作為引誘劑誘集松墨天牛。植物源引誘劑的優點是松墨天牛雌雄成蟲都可以引誘,做為性信息素誘捕的補充產品,可以更好的增強誘捕效果。市場上可以見到松墨天牛誘捕器配備兩袋引誘劑,其中一袋是性信息素引誘劑,還有一袋就是植物源引誘劑。

隨著對天牛化學生態學和行為特性的深入研究,人們發現調節昆蟲行為活動的信息化學物質在松墨天牛的預防及治理中具有應用潛力和廣闊前景,已成為近年來昆蟲化學生態學和行為特性研究的重點。雌雄性天牛都能釋放信息素,雄性天牛釋放的信息素為聚集信息素,能夠同時吸引雌性蟲,雌性天牛釋放的信息素為性信息素,只能吸引性成熟的雄蟲[13],雄蟲每小時的信息素釋放量遠大于雌蟲。天牛性信息素從作用范圍的角度,可分為長距離性信息素(long range sex pheromone)、短距離性信息素(short range sex pheromone),以及需要雌雄成蟲通過接觸才能導致性識別的接觸性信息素(contact sex pheromone)[14]。植物源引誘劑是從松墨天牛喜好取食的植物材料中提取的主要揮發性成分。松墨天牛性信息素引誘劑、聚集信息素都是從松墨天牛成蟲釋放出來的揮發性物質的主要成分,兩者的來源不同。通過化學手段防控松墨天牛的同時,人們也開始研究它的生理性習性,以期待能從根本上對其進行防治。

3 應用昆蟲信息素防治松墨天牛技術研究進展

關于松墨天牛的性信息素研究,Linsley于1959年最早報道天牛存在性引誘現象,但性信息素的實質性研究直到20世紀70年代才開始。目前已報道的天牛信息素達30余種[15]。目前分離鑒定出的2-十一烷氧基-1-乙醇(2-undecyloxy-1-ethanol)是1種由雄性產生的性信息素,生物測定實驗證明此化合物對成熟雌蟲有明顯的吸引作用。Okamo-to通過實驗、Hanks通過野外觀察,認為松墨天牛的雌、雄成蟲可以通過寄主引誘聚集后,雄蟲可以通過觸角接觸雌蟲來完成擇偶行為。Fauziah 等則認為在松墨天牛成蟲相距較長距離的時候,松墨天牛雄蟲通過釋放長距離信息素吸引雌蟲。短距離時雄蟲通過觸角識別雌蟲體表的接觸性信息素,從而進行一系列性行為。樊建庭等通過實驗發現,松墨天牛雌蟲不存在接觸性信息素,雌雄蟲主要是通過視覺找到配偶,進而完成交配行為。松墨天牛雌蟲是否存在接觸性信息素,仍存在爭議。

鑒于松墨天牛危害的嚴重性,國內外對其預警監測與防控技術開展了大量研究,研發出了包括性誘劑、植物源引誘劑等多種產品。當前,松墨天牛引誘劑較多見的是利用聚集信息素、植物源組分,通過緩釋材料釋放有效成分,吸引雌雄蟲進入專屬誘捕器來達到消滅的目的。聚集信息素主要是2-十一烷氧-1-乙醇,植物源化學物質包括:α-蒎烯、β-蒎烯、乙醇、(+)-刺柏醇和(+)-海松醛混合物、(+)順式-3-蒎烯-2-醇等[16],有研究表明樟子松墨天牛性信息素與植物源信息素之間相互增效作用十分顯著,比性信息素或植物源信息素單獨使用效果提高4～5倍[17]。聚集性信息素多用天然橡膠或合成橡膠作為載體,植物源信息素多使用緩釋小瓶,其主要成分是低密度聚乙烯。人工合成的性信息素,釋放速率與濃度影響誘捕效率,釋放速率快濃度大,容易造成浪費,釋放速率低濃度小,引誘距離范圍又比較小[18],不同廠家產品持效期各有不同,高效誘捕器一般可達2個月左右。

誘捕器主要是根據天牛飛行習性設計成撞板式,主要由頂蓋、十字擋板、漏斗、集蟲瓶等部件組成。當前市場相關產品主要以北京中捷四方生物科技股份有限公司提供、常州寧錄生物科技有限公司、廈門三涌生物科技有限公司、寧波紐康生物技術有限公司以及杭州費洛蒙生物科技有限公司等幾家公司居多并擁有相關知識產權。目前性信息素載體常以聚乙烯材料(LDPE)、聚乙烯管(PE)、高密度聚乙烯材料(HDPE)和燈芯瓶(PP)為主,在自然條件下懸掛40天時,有高達91%左右的相對含量,在60天時,比例下降到56% 左右,性信息素載體的均勻緩釋速率有待提高。

松墨天牛誘捕器的主要作用就是監測和防治。一個林區,有沒有松墨天牛危害,基本上只能通過懸掛松墨天牛誘捕器的方法進行監測。信息素誘捕器也具備一定的防治效果,特別是一些雌雄松墨天牛成蟲都可以誘捕的產品,可以減少林區松墨天牛的種群數量,在一定程度上可以起到防治效果。但是根據林間實際情況分析,松墨天牛誘捕器的監測作用在實踐中大于其防治作用。

4 結論與討論

松墨天牛作為林業的重要檢疫害蟲,具有生活隱蔽、危害嚴重、繁殖力強、耐藥性強及攜帶松材線蟲病毒等特點,隨著在我省各地林區的零星發現,有進一步蔓延的趨勢。化學藥劑防治具有高效快捷、操作簡單的特點,能夠快速降低蟲口密度,但持效期短,只適合于應急除治。傳統的化學、物理防治方法已不能滿足生產需要,推廣總結根據天牛生物學特性研制的信息素防治已經變得刻不容緩。

信息素在松墨天牛覓偶、交配、捕食等行為中起著舉足輕重的作用,利用信息素防治害蟲與傳統的物理化學防治相比較,具有靶標明確、針對性強、不產生抗藥性、效果明顯、對污染環境友好的特點。信息素誘捕到的天牛多為性成熟的成蟲,可以有效的降低下一代蟲口密度。性信息素在蟲情監測和預報方面,相對于傳統的人工調查,可以更加快速靈敏的反映不同階段或不同區域松墨天牛蟲口密度的差異或變化[19],操作簡單便于基層測報人員掌握使用。然而性信息素誘捕到的天牛成蟲,經解剖發現多是處于產卵期或交配期的成蟲,而該階段天牛成蟲很可能已經通過取食松樹傳播了體內攜帶的松材線蟲,這樣就會錯過對松材線蟲的最佳防治時期。因此,信息素需要和植物源引誘劑配合使用可以有效的達到高效防治松墨天牛的目的。