黑肩绿盲蝽对水稻挥发物单一组分的嗅觉行为反应

蒋娜娜，茆国锋，李婷，莫建初

浙江大学昆虫科学研究所//农业部农业昆虫学重点实验室，浙江 杭州 310058

水稻不仅是我国的主要粮食作物，也是世界一半以上人口的主粮，以稻米为生的人口每年大约增加5000万（翟保平，2011）。稻飞虱（Delphacidae）是生长于水稻上的主要害虫，其发生和危害范围一直在扩大，2005—2007年间，其平均危害面积达2670余万公顷（夏敬源，2008；翟保平，2011）。进入本世纪以来，其在我国的发生数量也不断上升，近年来长三角嘉兴稻区年平均高峰虫量已达到上世纪最高虫量的一倍以上（程家安等，2008；翟保平，2011）。

黑肩绿盲蝽（Cytorhinus lividipennis），属于半翅目，盲蝽科，是田间稻飞虱和稻叶蝉（Cicadellidae）卵和若虫的重要捕食性天敌，其对稻飞虱卵的捕食率可达 30%左右，有时甚至高达70%以上（周集中等，1986；何晶晶，2013）。有研究发现，当蝽虱数量达到一定比值时，可以有效控制褐飞虱的危害，而不需要使用化学农药（齐会会，2014），如有研究表明室内饲养条件下黑肩绿盲蝽与褐飞虱（Nilaparvata lugens）比例在1∶1的情况下，一般可以维持数量上的平衡。当黑肩绿盲捧和褐飞虱种群密度在1∶9.4时，褐飞虱种群增长能被稳定控制（周集中等，1986）。因此，充分保护和利用稻飞虱捕食性天敌黑肩绿盲蝽，对于控制稻飞虱的发生和危害具有重要意义。

水稻在遭受植食性昆虫的危害后，会释放多种挥发性化合物，这些挥发性化合物可影响植食性昆虫及其天敌的寄主搜寻、取食和产卵等行为。例如，水稻在遭受褐飞虱取食危害后，对稻虱缨小蜂（Anagrussp.）会产生一定的引诱作用（马波等，2004），这种引诱作用来源于一些水稻挥发性化合物，包括石竹烯、芳樟醇、水杨酸甲酯、罗勒烯、α-蒎烯和反-2-己烯醛等（张宇浩等，2016）；带有二化螟（Chilo suppressalis）幼虫的水稻所释放的挥发物可以引诱其寄生蜂天敌二化螟绒茧蜂（Apanteles chilonisMunakata）（陈华才，2002），例如水稻挥发性化合物石竹烯、罗勒烯和2-壬酮，可以对二化螟绒茧蜂起引诱作用（张宇浩等，2016）。研究表明，相比于危害前，水稻在遭受褐飞虱取食危害后，会对黑肩绿盲蝽产生更强的引诱作用（Lou et al.，2001），但水稻挥发物种类繁多，这些挥发性化合物在黑肩绿盲蝽寄主选择搜寻过程中具体起到何种作用，目前相关研究还比较少。

本研究选取了 10种常见的水稻挥发性化合物单一组分，并设置一定的浓度梯度，研究黑肩绿盲蝽对不同浓度单一组分挥发物的嗅觉行为反应，寻找对黑肩绿盲蝽具有显著引诱活性的水稻挥发物组分浓度，以开发黑肩绿盲蝽活性引诱剂，为引入天敌昆虫黑肩绿盲蝽以防治稻飞虱的危害提供一定的科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

黑肩绿盲蝽诱捕于浙江省嘉兴市农业发展投资有限公司有机农场水稻田，带到实验室内，用带有稻飞虱成若虫及褐飞虱卵的 TN1水稻苗饲养在养虫笼内。饲养条件为温度(26±1) ℃，光暗比14∶10，相对湿度60%。饲养过程中定期更换新鲜水稻苗，水稻苗为TN1水稻种子浸种催芽分播后育苗生长 7～10 d的稻苗，并适时添加褐飞虱雌雄成虫产卵，为黑肩绿盲蝽提供充足的食物。饲养2～3周后，待成虫羽化2 d左右，进行试验。

供试水稻挥发性化合物10种（表1），苯乙醛、2-庚酮、α-蒎烯、芳樟醇、反-2-己烯醛、叶醇、罗勒烯、水杨酸甲酯均购置于上海阿拉丁生化科技股份有限公司（Aladdin）；橙花叔醇购置于国药集团化学试剂有限公司；石竹烯购置于TCI（东京化成工业株式会社）。化合物纯品用op-10乳化剂（烷基酚聚氧乙烯醚）和二甲亚砜溶解，加纯净水配成1000 mg·L-1的母液，然后依次稀释10倍，配成100、10、1、0.1 mg·L-14 个浓度供试。

表1 供试的水稻挥发物Table1 Rice volatile compounds for this test

所选的10种水稻挥发物单一组分，为水稻挥发物相关研究中比较常见的组分，它包含了绿叶气体反-2-己烯醛和叶醇，它们一般不经虫害诱导，在健康植株中就存在（弋峰等，2011）；虫害诱导产生比较多的萜烯类（吕小红等，2006），如α-蒎烯、橙花叔醇、罗勒烯、石竹烯以及褐飞虱和斜纹夜蛾（Spodoptera litura）危害诱导产生的芳樟醇（徐涛等，2002）；另外还有其他类化合物如水杨酸甲酯、苯乙醛和2-庚酮。已有研究证明，稻飞虱危害后的水稻苗对黑肩绿盲蝽有显著的引诱作用（刘芳等，2002），有关稻苗被害后水稻挥发物的变化也有一些研究报道（徐涛等，2002；闫锋等，2010; 周强等，2003），但相关水稻挥发物对黑肩绿盲蝽寄主定位影响的研究还很少，仍有待进一步探索。

1.2 试验装置

黑肩绿盲蝽嗅觉行为测试所用的装置为 T形管，横臂长20 cm，纵臂长10 cm，管臂内径2.5 cm，横臂两端各连接一个味源瓶，气泵鼓出的气流经活性炭、洗气瓶和流量计，然后经过味源瓶进入T形管，最后在纵臂汇聚经出口流出，除T形管和味源瓶之间外，各部件之间由橡胶管连接（图1）。

1.3 试验方法

试验在(26±1) ℃、光照均匀的房间内进行。预实验证明含有 op和二甲亚砜的对照溶剂对黒肩绿盲蝽雌成虫嗅觉行为无影响。味源瓶内以牙科棉棒为载体，一端滴加2 mL供试化合物，另一端滴加2 mL对照溶剂。流量计控制流速400 mL·min-1，试验开始前打开气泵通气一段时间，待气流稳定，将10头饥饿处理12 h后的黒肩绿盲蝽雌成虫释放到T形管释放臂（纵臂）内，3 h后观察并记录其选择情况，判断做出选择的标准为爬过两边横臂1/2处和被味源瓶捕获的总虫数。各个浓度均重复6组，每组测试10头，共测试60头。试验结束后，用99%的酒精清洗T形管和味源瓶，消除本次试验化合物气味可能对下次试验造成的影响，然后在 70 ℃的烘箱内烘干，供下次试验用。

1.4 数据统计和处理

试验所得数据采用Excel进行整理，将每组选择数转化成选择百分率，计算6组平均选择率，然后运用DPS进行卡方检验分析，对处理组与对照组选择率进行差异显著性比较。

选择率=选择处理组（或对照组）虫数÷10×100%

2 结果与分析

图1 黑肩绿盲蝽嗅觉行为试验装置Fig.1 The equipment for Cytorhinus lividipennis behavior experiments

本次试验共测试了10种挥发性化合物在4种不同浓度下对黑肩绿盲蝽的引诱效果，试验结果显示（图2），10种挥发性化合中有8种对黑肩绿盲蝽的行为有显著影响，其中α-蒎烯（100 mg·L-1）、水杨酸甲酯（10 mg·L-1）、芳樟醇（1 mg·L-1）、罗勒烯（1 mg·L-1）、反-2-己烯醛（0.1、1、10、100 mg·L-1）和叶醇（0.1 mg·L-1）具有引诱效果，并且水杨酸甲酯（10 mg·L-1）、芳樟醇（1 mg·L-1）、罗勒烯（1 mg·L-1）和反-2-己烯醛（0.1 mg·L-1）对黑肩绿盲蝽产生了极显著的引诱效果；4种挥发性化合物芳樟醇（10、100 mg·L-1）、叶醇（100 mg·L-1）、橙花叔醇（1、10、100 mg·L-1）、β-石竹烯（0.1、1、10、100 mg·L-1）对黑肩绿盲蝽雌成虫产生了驱避作用。

此外，试验结果表明，同种挥发性化合物在不同浓度下的作用效果存在一定差异，芳樟醇在 1 mg·L-1时表现为引诱效果，而在 10 mg·L-1和 100 mg·L-1时则表现为驱避；叶醇在最低浓度 0.1 mg·L-1时对黑肩绿盲蝽表现为引诱效果，在最高浓度100 mg·L-1时则产生驱避。并且，挥发物的作用效果随浓度的变化而变化，如反-2-己烯醛的引诱效果随浓度的增加而减弱，在最低浓度0.1 mg·L-1时具有极显著的引诱效果，而其他3个浓度则表现为显著引诱效果；另外，橙花叔醇驱避效果也随浓度的增加而增强，在1 mg·L-1时表现为显著趋避效果，浓度增加到 10 mg·L-1和 100 mg·L-1时驱避效果极显著。

另外，不同挥发物对黑肩绿盲蝽的作用浓度也不同，6种具有引诱效果的挥发物α-蒎烯、水杨酸甲酯、芳樟醇、罗勒烯、反-2-己烯醛和叶醇对黑肩绿盲蝽的最佳作用浓度依次降低，且反-2-己烯醛在4个测试浓度下均对黑肩绿盲蝽产生引诱效果，其他5种化合物仅在一种浓度下具有引诱效果，说明化合物的作用浓度存在一定的范围，不同的化合物作用浓度范围也存在一定的差异。

3 讨论

植物-植食性昆虫-天敌三级营养关系是植物化学生态学的重要研究内容（弋峰等，2011），植物挥发性化合物在三级营养关系的调控中发挥着重要的作用（陈华才等，2003）。植物挥发性化合物不仅为植食性昆虫寻找寄主取食和产卵提供有效的信息，也可以吸引植食性昆虫天敌来控制其危害。

许多研究表明，植物挥发性化合物对植食性昆虫及其天敌寄主的选择行为会产生一定的影响。例如，小菜蛾（Plutella xylostella）危害后的萝卜叶能够极显著地引诱其天敌小菜蛾绒茧蜂（Apanteles plutellaeKurdjumov）（杨广等，2004）；虫害诱导的水稻挥发物对褐飞虱具有驱避作用（周强等，2003），却能够引诱褐飞虱天敌稻虱缨小蜂（Anagrussp.）（娄永根等，2002）、苍翅盲蝽（Cyrtorhinus lividipennis）（Rapusas et al.，1996）和稻虱红螯蜂（Haplogonatopus japonicus）（李帅等，2014）等；还有研究发现，健康水稻植株和褐飞虱雌成虫危害后的植株都能够引诱褐飞虱捕食性天敌黑肩绿盲蝽，且受褐飞虱雌成虫危害后的植株对黑肩绿盲蝽引诱力更强（Lou et al.，2001）。

图2 化合物引诱的捕食者的百分比Fig.2 Percentage of predator attracted by compounds (%)

虫害诱导的水稻挥发物主要包括以下几类：（1）绿叶性气味，如反-2-己烯醛、叶醇等；（2）萜烯类化合物，如芳樟醇、罗勒烯、α-蒎烯；（3）水杨酸甲酯及其他化合物（Lou et al.，2006；徐涛等，2002；鲁玉杰等，2006）。目前，关于水稻挥发物组分对稻田捕食性天敌黑肩绿盲蝽的嗅觉行为反应的影响研究较少。本次试验选取了 10种常见水稻挥发物组分，室内测定黑肩绿盲蝽对这 10种水稻挥发物组分的嗅觉行为反应，发现α-蒎烯（100 mg·L-1）、水杨酸甲酯（10 mg·L-1）、芳樟醇（1 mg·L-1）、罗勒烯（1 mg·L-1）、反-2-己烯醛（0.1、1、10、100 mg·L-1）、叶醇（0.1 mg·L-1）6 种水稻挥发物对其具有引诱效果，而芳樟醇（10、100 mg·L-1）、叶醇（100 mg·L-1）、橙花叔醇（1、10、100 mg·L-1）、β-石竹烯（0.1、1、10、100 mg·L-1）对其产生驱避作用。已有研究发现，水稻挥发物芳樟醇、水杨酸甲酯对黑肩绿盲蝽具有引诱作用而橙花叔醇对其具有驱避作用（卢海燕，2010），这与本试验一致，但之前的研究涉及的挥发物组分浓度范围较窄，本试验扩大了水稻挥发物组分供试浓度范围，增加了供试水稻挥发物种类，新发现 4种水稻挥发物α-蒎烯、罗勒烯、反-2-己烯醛和叶醇对黑肩绿盲蝽具有引诱作用。同时试验研究发现，同种水稻挥发物的不同浓度对黑肩绿盲蝽的作用效果不同，例如芳樟醇、叶醇在较低浓度下对黑肩绿盲蝽表现为引诱，而在高浓度下表现为驱避。反-2-己烯醛对黑肩绿盲蝽的引诱效果随浓度的升高而减弱，而橙花叔醇的驱避效果随浓度升高而增强，这与稻虱缨小蜂对水稻挥发物的嗅觉行为反应类似（张宇皓等，2016）。另外，试验结果表明，对黑肩绿盲蝽嗅觉行为产生作用的化合物大部分为萜烯类物质，原因可能是萜烯类化合物是虫害诱导产生的主要植物挥发性化合物，其在植食性昆虫天敌寄主搜寻行为过程中起关键作用（Dicke et al.，1990；Turlings et al.，1995；张瑛等，1998；娄永根等，2000；周强等，2003）。

本试验通过观测黑肩绿盲蝽室内嗅觉行为，证明水稻挥发物可以影响黑肩绿盲蝽的寄主选择定向行为，在调节水稻害虫天敌黑肩绿盲蝽的寄主搜寻行为过程中具有一定的应用价值，并为开发水稻害虫天敌黑肩绿盲蝽的引诱剂提供一定的科学依据。但本次试验所涉及的水稻挥发物种类依然比较少，各组分混配效果不清楚，田间应用效果仍有待进一步研究验证。

4 结论

本试验通过室内嗅觉行为试验测试了黑肩绿盲蝽雌成虫对 10种已有报道的单一水稻挥发性化合物的选择性，明确了单一水稻挥发物对天敌昆虫黑肩绿盲蝽的嗅觉行为活性和作用浓度，为水稻挥发物在天敌昆虫的引诱和利用研究提高了参考。

参考文献：

DICKE M, SABELIS M W, TAKABAYASHI J, et al. 1990. Plant strategies of manipulating predator prey interactions through allelochemicals:Prospects for application in pest control [J]. Journal of Chemical Ecology, 16(11): 3091-3118.

LOU Y G, CHENG J A. 2001. Role of rice volatile in the foraging behaviour of Cyrtorhinus lividipennis Reuter [J]. Entomology sinica, 8(3):240-250.

LOU Y G, HUA X Y, TURLINGS T C J, et al. 2006. Differences in induced volatile emissions among rice varieties result in differential attraction and parasitism of Nilaparvata lugens eggs by the parasitoid Anagrus nilaparvatae in the field [J]. Journal of Chemical Ecology, 32(11):2375-2387.

RAPUSAS H R, BOTTRELL D G, COLL M. 1996. Intraspecific variation in chemical attraction of rice to insect predators [J]. Biological Control,6(3): 394-400.

TURLINGS T C J, LOUGHRIN J H, MCCALL P J, et al. 1995. How caterpillar-damaged plants protect themselves by attracting parasitic wasps [J]. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 92: 4169-4174.

陈华才, 娄永根, 程家安. 2003. 寄主昆虫及被害水稻的挥发物对螟蛉绒茧蜂寄主选择行为的影响[J]. 浙江大学学报, 29(1): 18-23.

陈华才. 2002. 挥发物在水稻-二化螟-稻纵卷叶螟-二化螟绒茧蜂-螟蛉绒茧蜂相互关系中的作用[D]. 杭州: 浙江大学.

程家安, 朱金良, 祝增荣, 等. 2008. 稻田飞虱灾变与环境调控[J]. 环境昆虫学报, 30(2): 176-182.

何晶晶. 2013. 影响黒肩绿盲蝽大量繁殖的生态学因子[D]. 浙江: 杭州师范大学.

李帅, 陈文龙, 金道超, 等. 2014. 不同水稻挥发物对稻虱红螯蜂的引诱作用[J]. 植物保护学报, 41(2): 203-209.

刘芳, 娄永根, 程家安. 2002. 挥发物在调节稻虱缨小蜂、黑肩绿盲蝽种内种间关系中的作用[J]. 浙江大学学报, 28(4): 401-406.

娄永根, 程家安, 平霄飞, 等. 2002. 稻虱缨小蜂对褐飞虱和白背飞虱卵的识别机制[J]. 昆虫学报, 45(6): 770-776.

娄永根, 程家安. 2000. 虫害诱导的植物挥发物: 基本特征、生态学功能及释放机制[J]. 生态学报, 20(6): 1097-1106.

卢海燕. 2010. 稻田常用农药对水稻挥发物释放的影响及其生态效应[D]. 扬州: 扬州大学.

鲁玉杰, 王霞, 娄永根, 等. 2006. 乙烯信号转导途径在褐飞虱诱导的水稻挥发物释放中的作用[J]. 科学通报, 51(18): 2146-2153.

吕小红, 王彤彤, 杨广海, 等. 2006. 植物挥发性次生物质在植物—害虫—天敌三重营养关系中的作用与机理[J]. 中国植保导刊, 26(10):14-17.

马波, 娄永根, 程家安. 2004. 几种生物因子对褐飞虱诱导的水稻挥发物活性的影响[J]. 浙江大学学报, 30(6): 589-595.

齐会会. 2014. 黒肩绿盲蝽与褐飞虱的伴迁行为研究[J]. 中国生物防治学报, 30(2): 171-177.

夏敬源. 2008. 我国重大农业生物灾害暴发现状与防控成效[J]. 中国植保导报, 28(1): 5-9.

徐涛, 周强, 夏嫱, 等. 2002. 虫害诱导的水稻挥发物对褐飞虱寄主选择行为的影响[J]. 科学通报, 47(11): 849-853.

闫锋, 汪霞, 吕静, 等. 2010. 二化螟与稻纵卷叶螟幼虫取食诱导的水稻挥发物比较[J]. 昆虫知识, 47(1): 96-101.

杨广, 尤民生, 魏辉. 2004. 菜蛾绒茧蜂对几种挥发性物质的定向行为[J]. 植物保护学报, 31(1): 109-110.

弋峰, 吴孔明, 陈学新. 2011. 植物-害虫-天敌互作机制研究前沿[J]. 应用昆虫学报, 48(1): 1-6.

翟保平. 2011. 稻飞虱: 国际视野下的中国问题[J]. 应用昆虫学报,48(5): 1184-1193.

张瑛, 严福顺. 1998. 虫害诱导的植物挥发性次生物质及其在植物防御中的作用[J]. 昆虫学报, 41(2): 204-214

张宇皓, 李婷, 莫建初. 2016. 二化螟盘绒茧蜂及稻虱缨小蜂对挥发物的嗅觉反应[J]. 应用昆虫学报, 53(3): 491-498.

周集中, 陈常铭. 1986. 黑肩绿盲蝽对褐飞虱卵的捕食作用及其模拟模型的研究[J]. 湖南农业科学, (6): 22-25.

周强, 徐涛, 张古忍, 等. 2003. 虫害诱导的水稻挥发物对褐飞虱的驱避作用[J]. 昆虫学报, 46(6): 739-744.