十八烷酸丁酯对甜菜夜蛾产卵和嗅觉行为的影响

杨文学，徐少姚，堵文平，徐 军，张龙梅，杨发忠

(西南林业大学 理学院，云南 昆明 650224)

十八烷酸丁酯对甜菜夜蛾产卵和嗅觉行为的影响

杨文学，徐少姚，堵文平，徐 军，张龙梅，杨发忠*

(西南林业大学 理学院，云南 昆明 650224)

为了明确十八烷酸丁酯在白粉菌诱导寄主植物对甜菜夜蛾产生抗性这一过程中的作用，采用双选生物测试等方法研究了该化合物对甜菜夜蛾嗅觉行为和产卵行为的驱避活性。采用质量浓度为1 116、4 069、8 521 μg/mL的十八烷酸丁酯乙醇溶液处理中国月季植株，对甜菜夜蛾产卵行为均表现出明显驱避活性，3 d总产卵量与乙醇对照的差异均达到极显著水平，驱避率分别为28.1%、62.4%、53.5%。同样，十八烷酸丁酯处理中国月季植株对甜菜夜蛾卵块数也产生了十分显著的影响。进一步测试了十八烷酸丁酯对该虫嗅觉行为的影响，结果显示,已交配雌蛾对十八烷酸丁酯的趋性明显低于乙醇对照，在3种质量浓度下驱避率分别为31.8%、42.9%、42.2%。田间试验结果也表明，十八烷酸丁酯有明显的驱避活性，十八烷酸丁酯处理和乙醇对照的产卵量分别为732.5、1 735.5枚，驱避率为40.6%。可见，十八烷酸丁酯对甜菜夜蛾具有明显的驱避活性，在甜菜夜蛾无公害防治中有重要应用潜力。

十八烷酸丁酯； 甜菜夜蛾； 产卵行为； 嗅觉行为； 中国月季； 驱避行为； 化学机制

国内外对病虫互作关系的研究主要是从宏观生态学角度进行[1-3]，对互作机制的研究较少。病害通过寄主植物的介导作用对虫害产生影响的化学机制主要包括三方面[4]：一是病害产生活性成分(比如来自病原物的激发子、诱导子、毒素等)影响寄主植物；二是在病原物的诱导作用下，寄主植物产生对昆虫具有明显活性的新化合物；三是这些来自寄主的化学活性成分调控昆虫的行为、影响昆虫的生理等。截至目前，这三方面的研究仍然十分缺乏。在白粉菌-中国月季-甜菜夜蛾这个三元互作系统中，白粉菌[Sphaerothecapannosa(Wallr.:Ex Fr.)Lév.]侵染中国月季(RosachinensisJacq.)会对甜菜夜蛾[Spodopteraexigua(Hübner)]造成不利影响[4-6]，但其影响的化学机制同样不清楚。已有研究表明[7]，甜菜夜蛾幼虫取食白粉菌侵染的中国月季叶片后，其体内蛋白质含量和乙酰胆碱酯酶活性发生变化，这从昆虫生理学角度说明了白粉菌与甜菜夜蛾之间存在互作关系。接下来，弄清白粉菌诱导中国月季植株产生的对甜菜夜蛾有明显抑制作用的关键活性成分十分重要。

十八烷酸丁酯是白粉菌诱导中国月季植株产生的次生代谢产物之一，通常情况下，健康中国月季植株不会合成该化合物，只有在白粉菌诱导下才会合成此种植物挥发性成分[4]。结合感染白粉菌后中国月季上甜菜夜蛾显著减少的现象来看，十八烷酸丁酯有可能是甜菜夜蛾用于识别感染了白粉菌的寄主植物的重要信息化合物之一，如能通过研究证实该化合物对甜菜夜蛾有较强的活性，则其在甜菜夜蛾无公害防治中将有重要应用潜力。据已有文献报道，十八烷酸丁酯在相变储能材料领域应用较多[8-9]，而在生物学相关研究中未见报道，对甜菜夜蛾及其他昆虫寄主搜寻、产卵地选择、嗅觉行为等方面的影响尚不清楚。为此，研究十八烷酸丁酯对甜菜夜蛾产卵行为和嗅觉行为的影响，探索其对甜菜夜蛾的活性，为理解病害对虫害产生影响的化学机制提供重要依据，也为十八烷酸丁酯用于该虫无公害防治奠定理论基础。

1 材料和方法

1.1 材料

1.1.1 材料来源 试验所需的中国月季幼苗、枝条，甜菜夜蛾均采自云南省昆明市呈贡区中国月季种植大棚。

1.1.2 仪器和试剂 Y型嗅觉仪，主枝为22 cm，两侧枝均为 17 cm，内径均为5 cm，两臂夹角为75°。产卵笼(48 cm×34 cm×34 cm)用细铁丝网自制。十八烷酸丁酯(99%)购自北京百灵威科技有限公司，无水乙醇为分析纯。

1.2 试验方法

1.2.1 甜菜夜蛾饲养方法 参考杨发忠等[10]的方法，将采回的甜菜夜蛾老熟幼虫放入垫有潮湿沙土的250 mL烧杯中，用纱布封口，待化蛹、羽化后，将成虫转入另一个250 mL烧杯中，用10%的蜂蜜水补充营养，使其在健康中国月季叶片上产卵、孵化，并饲养(27 ℃、70%RH、12 h光周期)至老熟幼虫。同样方法让其化蛹，将蛹取出在体视镜下区分雌雄，雌蛹单独饲养，羽化后用于生物测试。

1.2.2 甜菜夜蛾成虫产卵双选生物测试 用无水乙醇配制质量浓度分别为1 116、4 069、8 521 μg/mL的十八烷酸丁酯溶液备用。选取长度基本一致(约20 cm)、叶数基本相同的健康中国月季枝条共10枝，分为2组，每组5枝，处理组用1 116 μg/mL的十八烷酸丁酯溶液5 mL均匀喷施，对照组用等体积无水乙醇同法喷施，待溶剂挥干后对角放入产卵笼内，相距约50 cm，分别悬挂醮有10%蜂蜜水的棉球。并放入同一天羽化、飞翔正常、雌雄配对的甜菜夜蛾成虫7对，黑布遮光。20：00放入，第2天9：00统计产卵量和卵块数。在该双选生物测试中，甜菜夜蛾雌蛾可任意选择在2种健康枝条上产卵。每日20：00更换喷洒过的新鲜枝条。其他非生命条件与甜菜夜蛾饲养相同。设6次重复，结果用每日产卵总量和卵块数的平均值表示。同法测定4 069、8 521 μg/mL的十八烷酸丁酯的活性。并根据总产卵量计算驱避率(repellent rate,RR)，计算公式如下：

RR=(NCK-NT)/(NCK+NT)×100%

其中，NCK为对照组的总卵数，NT为十八烷酸丁酯处理组的总卵数。

1.2.3 甜菜夜蛾成虫嗅觉行为测试 参考杨发忠等[10]的甜菜夜蛾成虫嗅觉行为测试方法，使用Y型嗅觉仪进行试验，测试8 521、4 069、1 116 μg/mL的十八烷酸丁酯溶液对甜菜夜蛾嗅觉行为的影响，以相同体积的溶剂(乙醇)作对照。在相同条件下重复5次，每次放入已交配雌蛾10只。记录Y型管两侧枝中的雌蛾数及未反应虫数，计算平均值及驱避率(计算方法同1.2.2，用雌蛾数计算)。

1.2.4 田间试验 十八烷酸丁酯对甜菜夜蛾产卵驱避作用的田间测试在云南省昆明市呈贡区月季种植基地的大棚中进行。试验开始前14 d内不使用任何农药，进行正常水肥管理。试验开始时中国月季平均株高58 cm，处理小区与对照小区面积各4.12 m2，间隔2 m。根据实验室中进行的产卵试验和嗅觉行为试验结果筛选出十八烷酸丁酯的最佳使用质量浓度，田间试验的处理小区使用该质量浓度溶液喷施中国月季全株，对照小区仅用等体积的乙醇同法喷施，处理和对照均每株喷施1 mL。在大棚中放入10对人工饲养的雌雄配对的甜菜夜蛾成虫，每天收集、统计卵数和卵块数，至第5天计算总产卵量。各设3次重复，结果用总产卵量均值和总卵块数均值表示，并计算驱避率，计算方法同1.2.2。大棚中湿度75%～95%、温度18～40 ℃，其他方法和条件与室内产卵测试试验相同。

1.3 数据分析方法

使用SPSS 21.0 (IBM-SPSS,Chicago,IL,USA)进行数据统计分析。产卵量测定结果用t检验进行分析；Y型管测定结果用卡方检验进行分析。

2 结果与分析

2.1 十八烷酸丁酯对甜菜夜蛾成虫产卵行为的影响

从图1、图2可以看出， 在测试的3个质量浓度

(1 116、 4 069、8 521 μg/mL)下，十八烷酸丁酯在所有测试时段内对雌蛾产卵行为均表现出驱避活性。从3 d内总产卵量结果来看(图1)，3个质量浓度下处理组和对照组差异均达到极显著水平(P=0.001、P<0.001、P<0.001)，驱避率分别为28.1%、62.4%、53.5%；质量浓度为4 069 μg/mL时，驱避效果最好。测试开始后第1天内，雌蛾还未开始大量产卵，处理组和对照组枝条上的产卵量尚未表现出明显的差异，仅当质量浓度为8 521 μg/mL时差异达到显著水平(P=0.046)；第2、3天出现产卵高峰，十八烷酸丁酯对雌蛾产卵行为均表现出十分明显的驱避活性，在3种质量浓度下，处理组和对照组差异均达到极显著水平(P<0.01)。从卵块数统计结果来看(图2)，变化规律与产卵量的规律基本一致。尽管处理组与对照组相比差异已达到极显著水平，然而处理组叶片上卵块数也较多，说明在处理组叶片上每一卵块对应的卵数较少，即卵块相对较小。这可能是因为，十八烷酸丁酯不仅能挥发到空气中在较远距离引起雌蛾对寄主的定向行为发生改变(产生离去的行为)，而且少量存留于叶片表面的十八烷酸丁酯还能起到一定的抑制雌蛾产卵的作用。

A、B、C中十八烷酸丁酯质量浓度分别为1 116、4 069、8 521 μg/mL；同一时间内处理组(十八烷酸丁酯)和对照组 (乙醇)间不同小、大写字母分别表示差异显著(P<0.05)、差异极显著(P<0.01)。图2同图1 十八烷酸丁酯对甜菜夜蛾产卵量的影响

图2 十八烷酸丁酯对甜菜夜蛾产卵过程中卵块数的影响

2.2 十八烷酸丁酯对甜菜夜蛾成虫嗅觉行为的影响

从图3可以看出，测试的3个质量浓度下，雌蛾在Y型管中乙醇一侧停留的数量多于十八烷酸丁酯一侧。即使在较低质量浓度(1 116 μg/mL)下，对照一侧雌蛾数也明显多于处理一侧，差异接近显著水平(P=0.065)。当质量浓度增加至4 069、8 521 μg/mL时，差异均达到显著水平(P=0.011、0.034)，表明十八烷酸丁酯对甜菜夜蛾雌蛾有较好的驱避活性，质量浓度为4 069 μg/mL时驱避效果最好，这一结论与甜菜夜蛾产卵行为测试结果一致，但相同质量浓度下的驱避率(42.9%)小于室内产卵试验中所得结果(62.4%)。试验结果(图3)还显示，测试过程中有部分雌蛾仍留在Y型管基部口(入口处)未做出任何反应，这可能对驱避率的测定产生一定的影响。

图3 不同质量浓度十八烷酸丁酯对甜菜夜蛾交配雌蛾嗅觉行为的影响

综合产卵量、卵块数和嗅觉反应测试结果来看，十八烷酸丁酯对甜菜夜蛾产卵行为和嗅觉行为产生了明显的抑制作用，当其质量浓度达到4 000 μg/mL及以上时，驱避效果较佳，且各质量浓度之间差异不大(图1—3)。在所测试的3种质量浓度下，4 069 μg/mL时驱避率达最大值，所以田间试验将在此质量浓度下对十八烷酸丁酯的驱避活性进行验证。

2.3 田间试验中十八烷酸丁酯对甜菜夜蛾成虫产卵行为的影响

从产卵量和卵块数统计结果(表1)可以看出，在大棚中月季实际生产条件下，十八烷酸丁酯同样对甜菜夜蛾产卵显示出明显的驱避作用。但与实验室中所得结果(62.4%)相比，相同质量浓度下的驱避率较小(40.6%)，主要是因为田间试验空间较大，十八烷酸丁酯的实际有效质量浓度相对较小。

表1 十八烷酸丁酯活性田间试验测试结果

3 结论与讨论

白粉菌侵染中国月季后，甜菜夜蛾发生少，表明白粉菌侵染中国月季对甜菜夜蛾产生了不利影响。十八烷酸丁酯是白粉菌侵染中国月季后诱导其体内合成的一种挥发性次生代谢产物。本研究结果表明，十八烷酸丁酯能被甜菜夜蛾感知，在健康中国月季上喷施十八烷酸丁酯后，甜菜夜蛾不选择在此中国月季植株上产卵，出现了逃离行为。这表明在甜菜夜蛾成虫搜索适合产卵寄主的过程中，十八烷酸丁酯起到了信息化学物质的作用，甜菜夜蛾雌蛾能感知十八烷酸丁酯的存在及其质量浓度变化，并据此做出判断，认定此植株是感病的寄主，从而产生规避行为。可见，十八烷酸丁酯是甜菜夜蛾识别感病中国月季的关键化学信号之一，在病虫互作关系中发挥着重要作用。这为深入理解病原菌-植物-昆虫这一三元系统中病虫互作关系的化学机制提供了重要依据。

有理论认为，雌蛾产卵时有能力预知并选择适合其后代生长发育的生活环境，即“妈妈知道理论”(the ‘mother knows best’ principle)或最优产卵理论[11-12]。本研究中，甜菜夜蛾抱卵雌蛾能通过十八烷酸丁酯等信息化学物质感知中国月季植株已经感病，从而避免在感病的寄主上产卵，正好验证了该理论。雌蛾产卵前需要判断寄主植物是否健康、是否适合其后代生长发育，像十八烷酸丁酯这样的信息化合物至关重要。某一特定三元系统中昆虫是否能感知寄主感病，与昆虫、植物、病原菌的种类均有直接联系。已有研究表明，病害对虫害可能产生不利的影响，但也可能产生有利的影响，或者没有影响[1]。

另外，十八烷酸丁酯对甜菜夜蛾雌蛾具有较好的驱避活性，表明该信息化合物在中国月季种植过程中具有较好的应用潜力，可用于甜菜夜蛾的无公害防治。该化合物本身来自植物，在自然界必然有着完整的降解途径[13]，使用过程中不会对环境造成污染，可用于研发环境友好型生物源农药。已有研究表明，中国月季作为甜菜夜蛾的寄主植物，健康植株产生的挥发性成分对甜菜夜蛾有强烈的引诱作用[6]。如能探明该挥发性成分的具体化学组成，将十八烷酸丁酯与之结合，用于甜菜夜蛾的防治，则可形成“推拉系统(push-pull system)”[14]，从而获得更为理想的防效。探明健康和感病中国月季植株中对甜菜夜蛾有较强引诱和驱避活性的挥发性成分的化学组成，将它们用于甜菜夜蛾的防治，是未来研究中值得进一步深入探讨的问题。

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Effects of Butyl Stearate on Ovipositional and Olfactory Behaviours of Beet Armyworm

YANG Wenxue,XU Shaoyao,DU Wenping,XU Jun,ZHANG Longmei,YANG Fazhong*

(School of Science,Southwest Forestry University,Kunming 650224,China)

In order to study the effects of butyl stearate(BS) when rose powdery mildew induces the host to resist beet armyworms,the BS repellent activity towards olfactory and ovipositional behaviours of beet armyworms was explored using the methods of dual-choice bioassay and olfactory bioassay.When rose plants were treated with BS solution in ethanol at concentrations of 1 116,4 069,and 8 521 μg/mL,the ovipositional behaviour of beet armyworms was inhibited and the total number of eggs on the treated rose plants during three days decreased significantly compared with the control(ethanol).The repellent percentages were 28.1%,62.4%,and 53.5%,respectively,according to the egg number.Likewise,the obvious inhibition could be found based on the number of egg clutches.The further bioassays elucidated that BS possessed the significantly inhibitory effect on the olfaction of the mated female moths and the repellent percentages were 31.8%,42.9%,42.2% at the three concentrations,respectively.The results from the field tests also demonstrated that the oviposition of the females was inhibited by BS.The egg numbers on the BS-treated roses and on the control plants(treated with ethanol only)were 732.5 and 1 735.5，and the repellent percentage was 40.6%.Therefore,BS possesses significantly inhibitory effect on beet armyworms,and the important and potential application of BS in the non-pollution control of the insect can be presumed.

butyl stearate;Spodopteraexigua; oviposition; olfactory behaviour;Rosachinensis; repellency; chemical mechanism

2016-10-20

西南林业大学大学生科技创新项目(15009)

杨文学(1996-)，男，云南宜良人，在读本科生，研究方向：化学生态学。E-mail:2318825860@qq.com

*通讯作者：杨发忠(1971-)，男，云南楚雄人，副教授，博士，主要从事化学生态学方面的研究。 E-mail:yangfazhong105@163.com

S436.8+1;Q969.436.5

A

1004-3268(2017)04-0075-05