甘蓝挥发物对小菜蛾幼虫取食行为的影响

原少斐，邓彩萍，郝赤*，闫喜中*

（1.山西农业大学 植物保护学院，山西 太谷 030801；2.山西农业大学 林学院，山西 太谷 030801）

小菜蛾（Plutella xylostellaL.）属于鳞翅目（Lepidoptera）菜蛾科（Plutellidae），是世界上主要的十字花科蔬菜害虫之一，每年因为其造成的经济损失可达40～50 亿美元［1］。当小菜蛾发生时，幼虫作为主要的危害形态，危害整个生育期叶片。低龄幼虫啃食植物下表皮和叶肉，形成透明斑，3～4 龄幼虫将植株啃食成孔洞和缺刻，导致蔬菜减产，甚至绝收［2］。化学防治仍是目前最重要的防控手段之一［1］，农药滥用加上小菜蛾生活周期短、世代重叠等现象，使其成为了抗药性最严重的害虫之一，几乎对市面上所有在售的化学农药都有不同程度的抗性［3］。因此，寻求绿色环保高效的小菜蛾科学防控手段迫在眉睫。

植食性昆虫与植物的次生代谢物质紧密联系，昆虫通过感觉器官识别寄主植物的挥发性物质来定位寄主进行产卵或取食［4-5］，茉莉花（Jasmi⁃num sambac（L.）Aiton）中释放发的含有苯乙醛的挥发物质会对粉纹夜蛾（Trichoplusia ni）具有极显著的引诱作用［6］，大菜粉蝶（Pieris brassicae）对甘蓝挥发物中异硫氰酸烯丙酯以及对黑芥子硫苷酸钾起反应［7］，雌性小菜蛾成虫利用十字花科植物次生代谢物异硫氰酸酯来定位寄主植物进行产卵［8］。植食性昆虫也可以识别非寄主植物次生代谢物质来躲避不利条件［9］，万寿菊（Tagetes patula）的挥发物对柠檬蚜（Aphis citricola）有直接的驱避影响［10］。迷迭香（Rosmarinus officinalis）挥发物月桂烯、α-萜品烯、γ-萜品烯、芳樟醇、顺式马鞭草醇、樟脑和马鞭草酮对茶尺蠖（Ectropis obliqua）具有强烈驱避作用［11］。利用昆虫与植物间相互作用的关系进行害虫防治的方法已有许多报道。目前，有害生物综合治理中，利用“推-拉”策略已经成为用来降低害虫种群数量的一种重要手段［12］。

本课题组前期从寄主植物甘蓝中筛选出了3种对小菜蛾成虫有引诱作用的挥发物异硫氰酸烯丙酯、异硫氰酸丁酯和顺-3-己烯醇，这些活性化合物对小菜蛾幼虫的嗅觉行为反应未见报道，本研究通过行为测定研究了寄主植物挥发物对小菜蛾幼虫取食行为的影响，以期能对小菜蛾综合治理体系提供合适理论依据和针对方案。

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.1.1 供试昆虫

小菜蛾在山西农业大学植物保护学院昆虫神经行为与感官生物学实验室人工气候箱内饲养，成虫用10%的蜂蜜水饲喂，幼虫用新鲜的甘蓝喂养。饲养条件为25 ℃，相对湿度为60%～80%，光照周期为14L∶10D。将发育良好的3 龄幼虫作为供试虫源。

1.1.2 供试植物

供试植物味盆栽花椰菜（Brassica oleraceaL .var.botrytisL.）（品种为震花60 d）。所有植株种植于山西农业大学植物保护学院试验站，每盆种1 株，花椰菜4～5 叶期作为供试植株。

1.1.3 标准化合物

异硫氰酸烯丙酯、异硫氰酸丁酯和顺-3-己烯醇，纯度均在97%以上，均购置于阿拉丁生化科技股份有限公司。将这些化合物分别用石蜡油配置浓度分别为1、10、100、500 μg·μL-1作为待测溶液。

1.2 试验方法

1.2.1 小菜蛾幼虫对挥发物的嗅觉行为反应

嗅觉行为反应方法参照Carroll 等［13］的方法。Y 型嗅觉仪的Y 型主臂长15 cm，内径14 mm，两侧臂长度均为7.5 cm，内径14 mm，两侧臂之间的夹角为75°。将配置好的不同浓度标准化合物溶液作为试验味源刺激物，放置在Y 型管一个侧臂，另一侧臂则以配置溶液时溶剂石蜡油作为对照。试验时需将QC-1S 型大气采样仪（北京劳动保护研究所）、活性炭、下口三角瓶及转子流量计用洁净的橡胶管连接在一起，在广口瓶中放入蒸馏水以保持空气湿润。试验组侧臂放有含有标准品的滤纸片（3.0 cm×1.0 cm），在对照组侧臂放置含有等量石蜡油的滤纸片，两侧进气流速设为350 mL·min-1，保持气流稳定。挑选3 龄小菜蛾雌、雄幼虫各30 头，饥饿处理4 h，试验时将小菜蛾幼虫放入Y 型管主臂基部。每次试验测试幼虫10 min，每头试虫不可重复使用，每10 头作为一组，重复3次。选择标准：当小菜蛾幼虫进入某一侧臂并停留2 min 时记录试虫对气味源做出了选择。每测试5 头交换待测物与石蜡油位置，避免方向嗜好［14］。

1.2.2 不同化合物对小菜蛾幼虫取食量影响的测定

将长势一致的4 盆花椰菜分别放入养虫笼（60 cm×60 cm×60 cm）的4个角落，花盆埋入地下，盆口与地面平齐，地面拍实。处理组为：在笼内一条对角线位置的苗子放置活性植物挥发物标准品诱芯，在另外对角线放置石蜡油诱芯。对照组为：在笼内一条对角线位置的苗子放置石蜡油诱芯，在另外对角线放置无任何诱芯的植株。每笼接入饥饿4 h 的小菜蛾3 龄幼虫20 头，24 h 后摘取被取食的叶片，将该叶片置于方格纸上面，缺失部分即为取食部分，每一小格为1 mm2，统计小菜蛾幼虫取食方格数，计算平均取食叶面积，每组试验5次重复。

用取食指数来分析幼虫对处理和对照的取食选 择 差 异，计 算 公 式 参 照He 等［15］的 方 法，如 下所示：

1.3 数据统计

所有试验数据使用SPSS23.0 进行数据分析，Y 型嗅觉仪行为选择反应试验结果采用卡方检验进行差异性分析；室外取食试验数据采用ANOVA 方差分析方法，采用Origin 2021 作图。

2 结果与分析

2.1 小菜蛾幼虫对不同浓度甘蓝活性挥发物的嗅觉行为反应

通过嗅觉行为试验研究了不同种类植物挥发物标准品在不同浓度下对小菜蛾幼虫的嗅觉选择的影响（图1）。在1μg·μL-1时，异硫氰酸烯丙酯对小菜蛾幼虫表现出极显著引诱效果（P＜0.01），引诱率分别为75%和80%。而异硫氰酸丁酯对幼虫引诱效果不显著，顺-3-己烯醇对幼虫雄虫表现出驱避效果，驱避率为70%。在10 μg·μL-1时，异硫氰酸丁酯对小菜蛾幼虫表现出极显著引诱效果（P＜0.01），引诱率分别为75%和80%。异硫氰酸烯丙酯对小菜蛾幼虫雌虫的引诱率为70%，顺-3-己烯醇对小菜蛾幼虫雄虫引诱率为70%。在浓度为100 μg·μL-1时，异硫氰酸烯丙酯和异硫氰酸丁酯对小菜蛾幼虫具有引诱效果，其中，对雌虫的引诱率分别为75%和80%，对雄虫的引诱率分别为80%和75%。顺-3-己烯醇只对小菜蛾雄虫表现出极显著差异（P＜0.01），引诱率为80%。在化合物浓度为500 μg·μL-1时，异硫氰酸丁酯、顺-3-己烯醇对小菜蛾雌虫具有极显著引诱效果（P＜0.01），引诱率为80%。小菜蛾幼虫雄虫对异硫氰酸烯丙酯表现出驱避效果，驱避率为80%，差异极显著（P＜0.01）。

图1 甘蓝挥发物对小菜蛾幼虫嗅觉行为反应（A：异硫氰酸烯丙酯；B：异硫氰酸丁酯；C：顺-3-己烯醇）Fig.1 Olfactory behavior response of Plutella xylostella larvae to volatiles from Brassica oleracea（A：Allyl Isothiocyanate；B：Butyl isothiocyanate ；C：Cis-3-Hexen-1-ol）

2.2 不同化合物对小菜蛾幼虫取食量影响的测定

在不同浓度化合物存在的情况下，小菜蛾幼虫对花椰菜的取食量有所差异（图2）。对于异硫氰酸烯丙酯，小菜蛾雌虫在1 μg·μL-1时与其它浓度存在显著性差异（F=86.087，P＜0.01），取食指数为37.67%，但在10 μg·μL-1与100 μg·μL-1之间差异不显著，取食指数分别为：19.69% 与17.53%。小菜蛾雄虫对异硫氰酸烯丙酯各个浓度都存在显著性差异（F=268.832，P＜0.01）。500 μg·μL-1时对小菜蛾雄虫有拒食效果，取食指数为-33.45%，与雌虫存在显著性差异（P＜0.01）。小菜蛾幼虫在1、10、100 、500 μg·μL-1浓度下，对异硫氰酸丁酯都表现出性别差异，且差异性显著（P＜0.01）。在10 μg·μL-1与100 μg·μL-1时，小菜蛾雌虫与雄虫浓度差异性不显著。对于顺-3-己烯醇而言，小菜蛾雌、雄幼虫在10、100 和500 μg·μL-1浓度下都表现出显著性性别差异（P＜0.01）。雌虫在1、10 和100 μg·μL-1时浓度差异不显著，500 μg·μL-1时与其它浓度差异性显著（F=85.303，P＜0.01），取食指数为23.53%。雄虫在1、10、100、500μg·μL-1时，取 食 指 数 分 别为9.70%、24.33%、27.73%和14.51%，浓度之间差异性极显著（F=150.889，P＜0.01）。

图2 甘蓝挥发物对小菜蛾幼虫的取食指数（A：异硫氰酸烯丙酯；B：异硫氰酸丁酯；C：顺-3-己烯醇）Fig.2 Feeding index of Brassica oleracea volatiles on Plutella xylostella larvae（A：Allyl Isothiocyanate；B：Butyl isothiocyanate；C：Cis-3-Hexen-1-ol）

从图3可以看出，在各个浓度下，小菜蛾幼虫雌虫对3种寄主植物挥发物表现出显著性差异，在1 μg·μL-1时，异硫氰酸烯丙酯取食指数最高，为37.67%，与其它2种挥发物差异性显著（F=501.036，P＜0.01）；在10 μg·μL-1时，异硫氰酸丁酯取食指数为26.25%，与其它挥发物在该浓度下差 异 性 显 著（F=25.620，P＜0.01）；在 100 μg·μL-1时，异硫氰酸烯丙酯与顺-3-己烯醇之间差异性不显著，取食指数为17.53%、14.90%，异硫氰酸丁酯取食指数为26.01%；在500 μg·μL-1时，异硫氰酸丁酯取食指数最高，为33.94%，与其它挥发物差异性极显著（F=69.034，P＜0.01）。小菜蛾幼虫雌虫对本研究中3种寄主植物挥发物存在剂量依赖现象，随着异硫氰酸丁酯与顺-3-己烯醇浓度的升高，取食指数呈现逐渐上升的趋势，而异硫氰酸烯丙酯随者浓度的升高，取食指数逐渐下降。对于小菜蛾幼虫雄虫而言，在1 μg·μL-1与10 μg·μL-1时异硫氰酸烯丙酯与异硫氰酸丁酯差异性不显著；在100 μg·μL-1时，3种寄主植物之间差 异 性 极 显 著（F=30.425，P＜0.01；F=375.328，P＜0.01），小菜蛾幼虫雄虫对异硫氰酸烯丙酯取食指数为22.48%，异硫氰酸丁酯为14.68%，顺-3-己烯醇为27.73%。在500 μg·μL-1时，异硫氰酸烯丙酯取食指数为负值，说明在高浓度下，小菜蛾幼虫雄虫对其产生驱避效果。

图3 同一性别小菜蛾幼虫对甘蓝挥发物的取食行为比较Fig.3 Comparison of the feeding behavior of the same sex Plutella xylostella larvae on volatiles from

3 讨论

在漫长的生物进化过程中，昆虫与植物形成了复杂而完整的体系。植食性昆虫的各个阶段的生命活动都离不开寄主植物，而寄主植物的次生代谢物作为一种重要的化学通讯信号在昆虫繁衍中起着至关重要的作用［16］。几乎所有的昆虫都是通过嗅觉、视觉等系统，利用植物的挥发物进行远距离植物和适生生境的定向［17］。以植物为食的昆虫表现出典型的分步取食行为［18］，完成这些行为需要嗅觉、味觉等多种系统协调作用。

在嗅觉行为反应试验中，小菜蛾雌雄幼虫对顺-3-己烯醇，在较高浓度下表现出驱避性质，在低浓度下表现出引诱性质。在田间取食研究中表明小菜蛾幼虫对顺-3-己烯醇的在低浓度下趋向率与取食指数明显高于对照组（P＜0.05），表明在一定浓度范围内这些化合物对小菜蛾幼虫取食具有一定的吸引作用。而在高浓度下取食指数为负，呈现驱避效果，与其它寄主植物挥发物相比效果显著。当在环境中存在这种化合物时，植物感知且能在害虫叮咬之后产生协同作用引发植物内部防御机制迅速启动来应对害虫进一步侵咬。Ozawa［19］报 道 了 将 拟 南 芥（Arabidopsis thaliana）暴露在顺-3-己烯醇环境中会引导其释放防御信号物质，Farag［20］也报道了玉米（Zea mays）在经过斜纹夜蛾（Spodoptera litura）取食叶片后，会在体内迅速将脂肪酸经过酶催化裂解合成顺-3-己烯醇。而在顺-3-己烯醇的存在下斜纹夜蛾（S. litu⁃ra）的取食提高了植物体内特异性酶的活性，从而刺激植株合成茉莉酸对植食性昆虫进行防御准备。茶树（Thea sinensis）在顺-3-己烯醇的刺激下能够释放挥发物质，并且比在害虫单独侵害之后释放量还要多［21］。此外挥发物的浓度越高，同样说明了在这样的环境背景下，拥有更多的取食竞争者［22］，昆虫为了生存就要选取拥有更多食物来源的环境，这与本试验取食行为结果相一致。

本研究中还发现，小菜蛾寄主植物油菜的挥发物异硫氰酸酯类物质取食指数也明显高于对照组。害虫取食植物可诱导植物体内的黑芥子酶与芥子油苷发生水解反应产生有毒的异硫氰酸酯类物质。异硫氰酸酯类物质是十字花科植物特有的次生代谢物质，经过长期的进化选择，一些害虫形成了多种应对机制。小菜蛾作为十字花科专食性害虫，其幼虫体内存在特殊的硫酸酯酶，可迅速将有毒物质脱硫形成无毒物质［8］。小菜蛾成虫反应与总硫代葡萄糖苷浓度呈正比［23］。小菜蛾幼虫表现出这一结果推测与异硫氰酸酯类物质组成以及不同支链的存在导致［24］。李明杰等［25］也报道了在田间试验中苯乙酮对白星花金龟（Protaetia brevi⁃tarsisLewis）存在引诱作用，这与小菜蛾幼虫作用结果一致。在本试验中随着浓度的升高，小菜蛾幼虫对异硫氰酸烯丙酯取食指数逐渐下降，500 μg·μL-1时达到最低，甚至雄性幼虫对其表现出很强的驱避效果。高浓度的引诱剂表现出驱避效果的报道较多，如王宏民等［26］发现在较高浓度下绿豆象（Callosobruchus chinensis）对己醛表现出驱避效果；狄贵秋等［27］研究表明，松瘿小卷蛾（Cydia zebeana）对较高浓度的（R）-α-蒎烯表现出驱避作用。根据此种现象，设置浓度差异，高浓度将害虫“推”离保护区域，低浓度将其“拉”至诱饵区域并集中诱杀。引诱剂与驱避剂的联合使用，可大大提高防治效率，达到绿色环保效果。利用“推-拉”策略可大大提高防治效率。

对于顺-3-己烯醇而言，随着浓度的升高，小菜蛾幼虫雄虫取食指数呈现先增加后下降的趋势，说明小菜蛾幼虫对植物挥发物的反应存在一个最佳的浓度范围，这种现象在其他昆虫上也表现出类似的效应。万新龙等［28］在对斜纹夜蛾（S.litura）进行多通道电生理记录（MR）试验中发现，在某一浓度范围内，斜纹夜蛾对某一气味的脉冲数目增多，神经元反应兴奋，当超出这一范围，反应强度降低。毛祥忠等［29］报道了鞘翅目昆虫西藏簇角缨象天牛（Cacia cretifera thibetana）对三台核桃树（Juglans sigillatavar‘San-tai’）挥发物的也表现出类似反应；在一定浓度范围内，随着浓度的逐渐降低，电生理反应值呈现先升高后降低的趋势；斑鞘豆叶甲对高浓度的大豆叶片挥发物β-石竹烯具有显著驱避作用，在低浓度下有引诱作用［30］；田厚军等［31］报道了鳞翅目昆虫小菜蛾成虫触角对植物挥发物正己醛在一定的浓度范围内存在较强的反应。这说明昆虫的行为反应对于挥发物的种类存在差异，也与挥发物的浓度之间存在密切联系。

4 结论

本研究明确了甘蓝3种挥发物异硫氰酸烯丙酯、异硫氰酸丁酯和顺-3-己烯醇对小菜蛾幼虫具有显著引诱作用。本结论为建立新型的小菜蛾综合防控模式提供理论依据和技术支持，可利用这些引诱剂或十字花科植物甘蓝作为引诱源，配合混用一些驱避剂或间作驱避植物（如薄荷）组合成“推-拉”模式来防治小菜蛾。

利用植物挥发物对害虫引诱以达到防治效果的目的已经有许多成功例子［32］。研究小菜蛾幼虫对不同寄主植物挥发物的取食行为，根据其对不同化合物表现出不同程度的影响，通过合理的间作和空间种植排布，可为治理小菜蛾为害十字花科植物提供新的思路和方法，同时也为开发新的引诱剂提供了理论依据。