昆虫信息素在松墨天牛防治中的应用研究

牛永浩, 张顺京, 屈泽龙, 徐先菊

(杨凌职业技术学院, 陕西 杨凌 712100; 2.商洛市植保植检站, 陕西 商洛 726000; 3.商洛市林业局,陕西 商洛 726000; 4.安康市汉滨区林场, 陕西 安康 725000 )

全世界目前已知的天牛种类达22 000种以上,我国记载的种类已有2 200多种,陕西省天牛种类已确定的有200余种[1]。近年来,随着生态环境的日益好转,天牛在陕西省危害情况越来越严重。陕南的安康、汉中、商洛等市,响应国家乡村振兴战略发展需要,将核桃产业作为农业产业调整和退耕还林的重要手段。随着核桃种植面积连年攀升,天牛对核桃树的危害也越来越严重。在安康市的白河、平利、石泉等核桃种植大县,通过核桃园天牛危害情况调查,核桃园的天牛发生率在90%左右,危害率在8.0%～90.0%,发生非常普遍,天牛已成为影响核桃产业健康发展的重要害虫[2]。在关中地区,天牛易对杨树、柳树、榆树等树种形成灾害;杨树是陕北地区防护林的主要造林树种,近年来天牛的危害日趋严重,林群危害面积已超过10%[3]。

1 松墨天牛在陕西发生以及分布情况

松墨天牛(MonochamusalternatusHope)又名松褐天牛、松天牛,属鞘翅目(Goleoptera)、天牛科(Cerambycidae)、墨天牛属 (Monochamus),体橙黄色到赤褐色,鞘翅上面有黑色与灰白色斑点,成虫可以飞翔,有一定的趋光性,分布广泛,是我国重要的林业检疫害虫[4]。松墨天牛松材线虫的传播效率是所有媒介昆虫种类中最高的,松材线虫的平均携带量为1.8万条,最高者甚至达到28.9万条[5],其中雌虫的携带量高于雄虫[6]。天牛作为重大入侵害虫-松材线虫的重要载体,对秦巴林区的生态安全造成了威胁,严重影响了当地生态环境的改善和林业的可持续发展。据统计仅2019年冬季至2020年春季,因松材线虫病害的爆发,而遭砍伐的树木就达112万株[7]。

调查表明,在安康市的大部分地区,松墨天牛一年发生1代,占比62．34%。少数地区可以观察到松墨天牛二年发生3代,占比37.66%。通过对松墨天牛进行全世代有效积温测定,发现不同年份不同地区的松墨天牛种群的发生世代不稳定,很容易造成世代重叠现象[8],各种群所占比例与当年的温湿度等条件相关,具体关系有待进一步的研究[9],不同海拔高度松墨天牛的出现略有不同,一般低海拔地区早于高海拔地区的出现[10],秦岭南部地区松墨天牛在每年的5月初就开始羽化,5月末羽化数量达到高峰期,随后羽化数量开始逐步减少[11]。松墨天牛幼虫钻蛀危害、隐蔽性强,成虫体壁及鞘翅厚且坚硬,因为其独特的生理学及生态学特征,使得化学杀虫剂很难对其形成有效的防治。

2 松墨天牛信息素作用原理

昆虫信息素是昆虫和植物之间相互交流的一种化学分子语言,是昆虫与昆虫之间进行种内和种间化学通讯的媒介。根据作用原理不同,昆虫信息素又分为集合信息素、告警信息素、疏散信息素、利它素、利己素、协同素、追踪信息素、性信息素等[12]。根据作用对象的不同,昆虫信息素又分为种内信息素和种间信息素。昆虫性信息素属于种内信息素,是由同种昆虫的某一性别(多为雌性)个体的特殊分泌器官分泌于体外,能引诱同种异性个体进行交尾的微量化学物质,其具有种内特异性,在自然界中不会被模仿复制,只对种内个体具有吸引,从而达到生殖隔离的作用。植物源引诱剂是根据天牛的取食习性,人工合成其偏好取食植物的挥发性物质主要成分,作为引诱剂诱集松墨天牛。植物源引诱剂的优点是松墨天牛雌雄成虫都可以引诱,做为性信息素诱捕的补充产品,可以更好的增强诱捕效果。市场上可以见到松墨天牛诱捕器配备两袋引诱剂,其中一袋是性信息素引诱剂,还有一袋就是植物源引诱剂。

随着对天牛化学生态学和行为特性的深入研究,人们发现调节昆虫行为活动的信息化学物质在松墨天牛的预防及治理中具有应用潜力和广阔前景,已成为近年来昆虫化学生态学和行为特性研究的重点。雌雄性天牛都能释放信息素,雄性天牛释放的信息素为聚集信息素,能够同时吸引雌性虫,雌性天牛释放的信息素为性信息素,只能吸引性成熟的雄虫[13],雄虫每小时的信息素释放量远大于雌虫。天牛性信息素从作用范围的角度,可分为长距离性信息素(long range sex pheromone)、短距离性信息素(short range sex pheromone),以及需要雌雄成虫通过接触才能导致性识别的接触性信息素(contact sex pheromone)[14]。植物源引诱剂是从松墨天牛喜好取食的植物材料中提取的主要挥发性成分。松墨天牛性信息素引诱剂、聚集信息素都是从松墨天牛成虫释放出来的挥发性物质的主要成分,两者的来源不同。通过化学手段防控松墨天牛的同时,人们也开始研究它的生理性习性,以期待能从根本上对其进行防治。

3 应用昆虫信息素防治松墨天牛技术研究进展

关于松墨天牛的性信息素研究,Linsley于1959年最早报道天牛存在性引诱现象,但性信息素的实质性研究直到20世纪70年代才开始。目前已报道的天牛信息素达30余种[15]。目前分离鉴定出的2-十一烷氧基-1-乙醇(2-undecyloxy-1-ethanol)是1种由雄性产生的性信息素,生物测定实验证明此化合物对成熟雌虫有明显的吸引作用。Okamo-to通过实验、Hanks通过野外观察,认为松墨天牛的雌、雄成虫可以通过寄主引诱聚集后,雄虫可以通过触角接触雌虫来完成择偶行为。Fauziah 等则认为在松墨天牛成虫相距较长距离的时候,松墨天牛雄虫通过释放长距离信息素吸引雌虫。短距离时雄虫通过触角识别雌虫体表的接触性信息素,从而进行一系列性行为。樊建庭等通过实验发现,松墨天牛雌虫不存在接触性信息素,雌雄虫主要是通过视觉找到配偶,进而完成交配行为。松墨天牛雌虫是否存在接触性信息素,仍存在争议。

鉴于松墨天牛危害的严重性,国内外对其预警监测与防控技术开展了大量研究,研发出了包括性诱剂、植物源引诱剂等多种产品。当前,松墨天牛引诱剂较多见的是利用聚集信息素、植物源组分,通过缓释材料释放有效成分,吸引雌雄虫进入专属诱捕器来达到消灭的目的。聚集信息素主要是2-十一烷氧-1-乙醇,植物源化学物质包括:α-蒎烯、β-蒎烯、乙醇、(+)-刺柏醇和(+)-海松醛混合物、(+)顺式-3-蒎烯-2-醇等[16],有研究表明樟子松墨天牛性信息素与植物源信息素之间相互增效作用十分显著,比性信息素或植物源信息素单独使用效果提高4～5倍[17]。聚集性信息素多用天然橡胶或合成橡胶作为载体,植物源信息素多使用缓释小瓶,其主要成分是低密度聚乙烯。人工合成的性信息素,释放速率与浓度影响诱捕效率,释放速率快浓度大,容易造成浪费,释放速率低浓度小,引诱距离范围又比较小[18],不同厂家产品持效期各有不同,高效诱捕器一般可达2个月左右。

诱捕器主要是根据天牛飞行习性设计成撞板式,主要由顶盖、十字挡板、漏斗、集虫瓶等部件组成。当前市场相关产品主要以北京中捷四方生物科技股份有限公司提供、常州宁录生物科技有限公司、厦门三涌生物科技有限公司、宁波纽康生物技术有限公司以及杭州费洛蒙生物科技有限公司等几家公司居多并拥有相关知识产权。目前性信息素载体常以聚乙烯材料(LDPE)、聚乙烯管(PE)、高密度聚乙烯材料(HDPE)和灯芯瓶(PP)为主,在自然条件下悬挂40天时,有高达91%左右的相对含量,在60天时,比例下降到56% 左右,性信息素载体的均匀缓释速率有待提高。

松墨天牛诱捕器的主要作用就是监测和防治。一个林区,有没有松墨天牛危害,基本上只能通过悬挂松墨天牛诱捕器的方法进行监测。信息素诱捕器也具备一定的防治效果,特别是一些雌雄松墨天牛成虫都可以诱捕的产品,可以减少林区松墨天牛的种群数量,在一定程度上可以起到防治效果。但是根据林间实际情况分析,松墨天牛诱捕器的监测作用在实践中大于其防治作用。

4 结论与讨论

松墨天牛作为林业的重要检疫害虫,具有生活隐蔽、危害严重、繁殖力强、耐药性强及携带松材线虫病毒等特点,随着在我省各地林区的零星发现,有进一步蔓延的趋势。化学药剂防治具有高效快捷、操作简单的特点,能够快速降低虫口密度,但持效期短,只适合于应急除治。传统的化学、物理防治方法已不能满足生产需要,推广总结根据天牛生物学特性研制的信息素防治已经变得刻不容缓。

信息素在松墨天牛觅偶、交配、捕食等行为中起着举足轻重的作用,利用信息素防治害虫与传统的物理化学防治相比较,具有靶标明确、针对性强、不产生抗药性、效果明显、对污染环境友好的特点。信息素诱捕到的天牛多为性成熟的成虫,可以有效的降低下一代虫口密度。性信息素在虫情监测和预报方面,相对于传统的人工调查,可以更加快速灵敏的反映不同阶段或不同区域松墨天牛虫口密度的差异或变化[19],操作简单便于基层测报人员掌握使用。然而性信息素诱捕到的天牛成虫,经解剖发现多是处于产卵期或交配期的成虫,而该阶段天牛成虫很可能已经通过取食松树传播了体内携带的松材线虫,这样就会错过对松材线虫的最佳防治时期。因此,信息素需要和植物源引诱剂配合使用可以有效的达到高效防治松墨天牛的目的。