影响亮斑扁角水虻产卵行为的化学物质研究

影响亮斑扁角水虻产卵行为的化学物质研究

徐柳，郑龙玉，胡芮绮，曹志平，喻子牛，张吉斌

(华中农业大学生命科学技术学院 农业微生物学国家重点实验室微生物农药国家工程研究中心，湖北 武汉 430070)

摘要：对乳酸、碳酸氢铵、顺-9-二十三碳烯3种化学物质影响亮斑扁角水虻产卵行为进行了研究。结果表明，乳酸和碳酸氢铵对亮斑扁角水虻产卵有引诱作用;而顺-9-二十三碳烯没有引诱作用，且随着浓度的升高对亮斑扁角水虻产卵有排斥作用。乳酸、碳酸氢铵、顺-9-二十三碳烯引诱实验的虫卵孵化率分别为71.76%、42.04%、72.48%。表明乳酸和碳酸氢铵对昆虫引诱作用没有专一性，而顺-9-二十三碳烯引诱作用相对比较专一。对亮斑扁角水虻最好的引诱因子为乳酸。

关键词：亮斑扁角水虻；产卵行为；乳酸；碳酸氢铵；顺-9-二十三碳烯

收稿日期：2015-05-11

作者简介：徐柳(1989-)，女，河北石家庄人，硕士研究生，研究方向：微生物工程与制剂,E-mail:1058700376@qq.com；通讯作者：张吉斌，教授，E-mail:zhangjb@mail.hzau.edu.cn。

doi：10.3969/j.issn.1672-5425.2015.09.012

中图分类号：Q 968.1文献标识码：A

亮斑扁角水虻(以下简称水虻)是一种大型双翅目水虻科扁角水虻属昆虫，是重要的资源昆虫[1]，在全世界分布广泛。水虻幼虫含有丰富的营养物质，其中包含42%的蛋白质、35%的脂肪及必需的氨基酸和脂肪酸[2]。水虻幼虫中的脂肪经过提取后可用作生产生物柴油的新型生物质原料；水虻幼虫还可以转化有机废弃物，将残留的营养物质转化为昆虫蛋白，用作蛋白饲料的添加剂，例如可以解决大量粪便堆积问题[3]，降低对环境的污染，符合低碳环保的理念。因此，水虻可能成为未来人类重点关注的资源昆虫，研究其生产和开发具有十分重要的现实意义。

现有研究多限于水虻在实验条件下的繁殖和饲养技术，关于水虻的集约化生产仍处于探索阶段。如何提高水虻产卵量成为生产中的关键问题之一。昆虫产卵地点选择行为调控是一个复杂的综合调控过程，其中包含了视觉、嗅觉、味觉、触觉等多方感官参与和协调。Zhang等[4]研究发现，不同的光源对水虻产卵有影响。在稀土灯光照条件下水虻不能成功交配、产卵；在碘钨灯照射下水虻能成功交配、产卵，产卵量相当于太阳光下的61%，孵化期、幼虫期和蛹期生活周期与太阳光照没有显著性差异。Zheng等[5]研究发现，卵携带的微生物对水虻产卵有影响。起关键作用的是一个细菌复合体(BSF-4)，分别属于戈登氏菌属(Gordoniasp.)、纤维单胞菌属(Cellulomonassp.)、微杆菌属(Microbacteriumsp.)和微球菌属(Micrococcussp.)，它们对水虻产卵都具有引诱作用。一些昆虫的产卵受产卵聚集信息素的调控,如沙漠蝗、家蝇以及蚋科中的一些种类。研究表明，碳酸氢铵、乳酸、顺-9-二十三碳烯、正庚酸、丙烯酸甲酯、三甲基吲哚和二甲基二硫醚对家蝇产卵有引诱作用[6-8]。目前，关于温度、湿度、光照等因素对水虻产卵的影响已有研究，但对于具体化合物对水虻产卵的影响尚无报道。气味物质是水虻寻找配偶、食物和产卵场所的重要环境信息，腐烂和发酵的食物对水虻具有极强的引诱作用。家蝇和水虻均属于昆虫纲双翅目，因此推断对家蝇产卵有引诱作用的化合物也有可能对水虻有引诱产卵的作用。

作者考察不同浓度的乳酸、碳酸氢铵和顺-9-二十三碳烯对水虻产卵量的影响，进而选取最佳的具有引诱产卵作用的化合物，保证水虻在环境生态位内的种群密度，以对水虻实际生产提供指导。

1实验

1.1　材料与试剂

亮斑扁角水虻武汉品系(HermitiaillucensWuhan strain)，来自华中农业大学微生物农药国家工程研究中心光照温室的人工驯化种群。

1.2　方法

1.2.1水虻的饲养

将水虻虫卵放在塑料盆中，27 ℃直至孵化。幼虫孵化后，将200 g含水量为70%的人工饲料(80%的麸皮，20%的尾粉)加到盆内，48 h后将幼虫转移到新的塑料盆中，并添加大约2 cm厚的新鲜人工饲料。此后每天添加约2 cm厚的新鲜人工饲料。幼虫在27 ℃下培养大约15 d后分装到新的盆子中，并保持合适的幼虫密度。当幼虫预蛹变黑，占到种群50%左右时停止喂料。待其全部变为蛹后放入光照室的笼子中，待其羽化后进行交配产卵，期间控制温度在27～30 ℃，湿度控制在65%～70%。将4 cm×6 cm的三层纸壳做成的收卵器粘贴到装有发酵2 d的湿饲料的上方3 cm左右，并将饲料盆放入笼子中进行卵的收集，以达到连续饲养和始终保持水虻种群稳定的目的。

1.2.2乳酸、碳酸氢铵和顺-9-二十三碳烯溶液的配制

以蒸馏水为溶剂，配制浓度(体积分数)为0.1%、1%、10%的乳酸溶液；以蒸馏水为溶剂，配制浓度(质量浓度)为2%、4%、6%的碳酸氢铵溶液；以无水乙醇为溶剂，配制浓度(体积分数)为0.05×10-6、0.1×10-6、1×10-6、10×10-6、100×10-6的顺-9-二十三碳烯溶液。

1.2.3产卵行为的测定

将3个大小均为1.5 m×1.5 m×1.5 m的虫笼放入同一温室，并保证其所处的条件一致；在每个虫笼中分别放入即将羽化的2万头水虻蛹。在各虫笼中提供不同的化合物(乳酸、碳酸氢铵、顺-9-二十三碳烯)，通过分析所得到的虫卵量差异来确定各化合物对水虻产卵行为的影响。

1.2.3.1乳酸对水虻产卵行为的影响

取2 mL不同浓度的乳酸溶液分别加到不同的收卵壳中，将实验组(含有不同浓度乳酸溶液)的收卵壳和空白对照组(CK，加有2 mL的蒸馏水)的收卵壳粘贴到塑料盆内壁并高于饲料3 cm左右，共做4个处理0.1%、1%、10%、CK，再将饲料盆分别放入3个虫笼中。每个测试日内，3个重复同时在3个虫笼中进行，连续测试4次(4个时间点，每次60 min)。进行下次测试时，调换各笼子中处理的位置，即每个处理每天测试4个方向。实验连续运行4 d (每天相同时间点)，每天调整交换各处理的起始测试方向。实验重复进行48次(n=48)，以保证在不同的时间段、不同的方向、不同的种群均进行了产卵行为的测试。将每次收集到的新虫卵解剖，在电子天平上称量，通过质量分析换算，计算每个处理的产卵百分含量。

1.2.3.2碳酸氢铵对水虻产卵行为的影响

将实验组改为不同浓度(2%、4%、6%)的碳酸氢铵溶液， 测试方法与乳酸对水虻产卵行为的测试方法基本一致。

1.2.3.3顺-9-二十三碳烯对水虻产卵行为的影响

取10 μL不同浓度的顺-9-二十三碳烯溶液加到收卵壳中作为实验组，空白对照组则加入10 μL的无水乙醇。将实验组和空白对照组粘贴到塑料盆内壁，即每个塑料盆中只含有2个处理，某一浓度的顺-9-二十三碳烯和空白对照，再将该塑料盆分别放入3个虫笼中，作为3个重复。3个虫笼每隔1 h均换入新的已加有该浓度顺-9-二十三碳烯的收卵壳，每天测试6次，连续测试2 d，即该浓度的顺-9-二十三碳烯对水虻产卵行为共重复测试36次。将每次收集到的新虫卵解剖，在电子天平上称量，通过质量分析换算，计算每个处理的产卵百分含量。

1.2.3.4乳酸、碳酸氢铵和顺-9-二十三碳烯对水虻虫卵孵化率的影响

称取经过乳酸、碳酸氢铵、顺-9-二十三碳烯处理过的收卵壳得到的虫卵和空白对照组得到的虫卵各0.15 g，在温度为27～30 ℃、湿度为65%～70%的塑料盆中直至全部孵化，待其达到10日龄后，对幼虫进行计数，将水虻卵块放入10 mL 75%的无水乙醇中统计该卵块中虫卵的实际数量，按下式计算孵化率：

1.2.4统计分析

化合物对水虻产卵百分含量的影响采用方差分析(ANOVA)和独立样本t检验分析。所有数据分析用 SPSS19.0软件完成。

2结果与讨论

2.1　乳酸的浓度对水虻产卵行为的影响(表1)

由表1可知，乳酸对水虻产卵有较强的引诱作用，3种浓度的乳酸引诱的产卵百分含量和空白对照组相比具有显著性差异；妊娠水虻在空白对照组中的产卵百分含量只有5.97%，远远低于实验组；浓度为0.1%的乳酸比1%和10%的乳酸具有更强的引诱作用，产卵百分含量达到38.18%；但随着乳酸浓度的不断升高，对水虻引诱产卵的能力逐渐下降，但是并没有表现出显著性差异。

表1妊娠水虻在不同浓度乳酸中的产卵结果

Tab.1The oviposition results of gravid black soldier
fly at different concentrations of lactic acid

浓度/%平均质量/g产卵百分含量/%CK0.08295.97±1.33a0.10.506238.18±1.64b10.439929.19±2.55c100.385226.65±2.52c

注：同列中的不同字母表示差异显著，相同字母表示无差异,下表同。

2.2　碳酸氢铵的浓度对水虻产卵行为的影响(表2)

表2妊娠水虻在不同浓度碳酸氢铵中的产卵结果

Tab.2The oviposition results of gravid black soldier fly at
different concentrations of ammonium bicarbonate

浓度/%平均质量/g产卵百分含量/%CK0.10987.11±1.63a20.461634.57±2.81b40.472941.27±2.40b60.296817.05±2.80c

由表2可知，碳酸氢铵对水虻产卵有较强的引诱作用，3种浓度的碳酸氢铵引诱的产卵百分含量和空白对照组相比具有显著性差异；妊娠水虻在空白对照组中的产卵百分含量只有7.11%，远远低于实验组；浓度为4%的碳酸氢铵引诱的产卵百分含量比浓度为2%的碳酸氢铵引诱的产卵百分含量高，但没有显著性差异，比浓度为6%的碳酸氢铵引诱的产卵百分含量高，且具有显著性差异；浓度为4%的碳酸氢铵引诱水虻产卵的效果最好，产卵百分含量达41.27%；碳酸氢铵的浓度从4%升高到6%，引诱水虻产卵的效果快速下降。

2.3　顺-9-二十三碳烯的浓度对水虻产卵行为的影响(表3)

由表3可知，顺-9-二十三碳烯并没有对水虻产卵表现出引诱作用，并且随着浓度的升高，实验组中产卵百分含量不断下降，当浓度为100×10-6时，产卵百分含量只有35.50%，远低于空白对照组且具有显著性差异。所以可以推断,随着顺-9-二十三碳烯浓度的不断升高，会对水虻产卵表现出排斥作用。

2.4　不同化学物质对水虻虫卵孵化率的影响(表4)

从表4可以看出，乳酸和顺-9-二十三碳烯处理的虫卵孵化率和空白对照组相比无显著性差异，二者均不影响虫卵的孵化。但是碳酸氢铵处理的虫卵的孵化率远低于空白对照组，且具有显著性差异。

表3妊娠水虻在不同浓度顺-9-二十三碳烯中的产卵结果

Tab.3The oviposition results of gravid black soldier
fly at different concentrations of (Z)-9-tricosene

浓度×10-6产卵百分含量/%实验组对照组tP0.0550.83±8.52NS49.17±8.52-0.1230.9130.145.72±7.51NS54.28±7.51-0.8060.505144.15±5.98NS55.85±5.981.3850.3001038.12±8.98NS61.88±8.981.8700.13510035.50±7.28*64.50±7.28-2.8150.048

注：*P<0.05；NS,无显著性差异。

表4不同化学物质处理的虫卵孵化率结果

Tab.4The eggs hatchability results for treatments of
different chemical substances

化学物质实际数量/头孵化数量/头孵化率/%CK2318175875.83±1.27a乳酸2283163871.76±2.54a碳酸氢铵229196342.04±2.56b顺-9-二十三碳烯2275164972.48±1.86a

3结论

考察不同浓度的乳酸、碳酸氢铵和顺-9-二十三碳烯对水虻产卵行为的影响。结果表明，不同浓度的乳酸均对水虻产卵有较强的引诱作用，具有显著性差异；浓度为0.1%的乳酸具有最强的引诱作用，产卵百分含量达到38.18%，远高于空白对照组的产卵百分含量(5.97%)；但随着乳酸浓度的不断升高，对水虻引诱产卵的能力呈下降趋势。不同浓度的碳酸氢铵对水虻产卵同样具有引诱作用，浓度为4%的碳酸氢铵表现出最强的引诱作用，产卵百分含量达到41.27%，远高于空白对照组的产卵百分含量(7.11%)；但是当碳酸氢铵的浓度从4%升高到6%时引诱水虻产卵的效果快速下降。顺-9-二十三碳烯对水虻产卵并没有表现出引诱作用，反而随着浓度的升高表现出了排斥作用。3种化合物对虫卵孵化率的研究表明，乳酸和顺-9-二十三碳烯对虫卵的孵化率均没有影响，但是碳酸氢铵降低了虫卵的孵化率。

将3种化合物对家蝇、水虻产卵行为的影响进行比较发现，乳酸和碳酸氢铵均可以引诱家蝇和水虻产卵，然而对家蝇有引诱作用的顺-9-二十三碳烯并未对水虻产卵表现出引诱作用。说明作为家蝇性激素的顺-9-二十三碳烯具有种间特异性，而乳酸和碳酸氢铵引诱作用特异性不强。通过对水虻产卵具有引诱作用的化合物研究，获得既能高效引诱水虻产卵，又不影响卵孵化的化合物，将对大规模水虻人工饲养和水虻大规模转化有机废弃物产业化具有重要意义。

参考文献：

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Effect of Chemical Substances on Oviposition Behavior

of Black Soldier Fly

XU Liu,ZHENG Long-yu,HU Rui-qi,CAO Zhi-ping,YU Zi-niu,ZHANG Ji-bin

(StateKeyLaboratoryofAgriculturalMicrobiology,NationalEngineeringResearchCenterofMicrobial

Pesticides,CollegeofLifeScienceandTechnology,HuazhongAgriculturalUniversity,Wuhan430070,China)

Abstract：The effect of three chemical substances[lactic acid,ammonium bicarbonate and (Z)-9-tricosene]on oviposition behavior of black soldier fly were studied.Results showed that,lactic acid and ammonium bicarbonate showed positive oviposition response.But (Z)-9-tricosene showed negative oviposition response and the negative activity increased with the increase of concentration.The hatchability rates of eggs induced by lactic acid,ammonium bicarbonate and (Z)-9-tricosene were 71.76%，42.04%，72.48%,respectively.The results showed that lactic acid,ammonium bicarbonate didn′t have specificity on insect oviposition behavior while (Z)-9-tricosene had specificity.The best attractive factor for black soldier fly is lactic acid.

Keywords：black soldier fly；oviposition behavior；lactic acid；ammonium bicarbonate；(Z)-9-tricosene