光肩星天牛对沙枣和新疆杨的偏好性.pdf
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1、DOI:10.12403/j.1001-1498.20220595光肩星天牛对沙枣和新疆杨的偏好性邵鹏鹏1,杨兵军1,苏智2,孙佐翔1,王卓2,刘宇婷2,魏建荣1*(1.河北大学生命科学学院,生命科学与绿色发展研究院,河北保定071002;2.中国林业科学研究院,沙漠林业实验中心,内蒙古磴口015200)摘要:目的 新疆杨是目前我国西北地区防护林建设的首选树种,长期单一化的种植模式使其受到了光肩星天牛的较大危害。沙枣对光肩星天牛有一定的诱杀效应,但是否可用于保护新疆杨尚不清楚。方法 本研究通过测试光肩星天牛成虫对新疆杨和沙枣枝叶气味偏好性和树干产卵试验,以及树木挥发物的触角电位活性测定等,初步
2、评估了沙枣作为保护树种的可行性。结果 1)当新疆杨 vs 沙枣枝叶时,雌虫偏好沙枣枝叶气味,占作出选择成虫数的 80.65%,雄虫对二者选择无显著差异;2)雌虫触角对新疆杨挥发物中的叶醇和乙酸叶醇酯以及沙枣挥发物中 3-蒈烯、乙酸叶醇酯和叶醇表现出电生理活性,新疆杨和沙枣挥发物中叶醇含量之比为2.66:1,乙酸叶醇酯之比为 1.19:1,因其含量不同所表现出来的电生理活性刺激强度也不同;3)室内试验新疆杨 vs 沙枣树干时,雌虫偏好在沙枣上产卵,每个供试树段上的刻槽数达 181.73 个,但单选试验中在新疆杨上的有效产卵率高于沙枣,分别为 75.00%和 58.33%;4)在林间寄主树干上的套
3、笼试验表明,雌虫在无选择条件下在二者上的刻槽数无显著差异,但幼虫在沙枣上均未成活。结论 上述结果证实了沙枣对光肩星天牛成虫有一定引诱性,但沙枣在一定区域内是否会有效控制光肩天牛种群的增长,还需进一步的研究。关键词:光肩星天牛;新疆杨;沙枣;寄主选择;防护林中图分类号:S763.38文献标识码:A文章编号:1001-1498(2023)04-0122-07光肩星天牛(Anoplophora glabripennis)属鞘翅目天牛科(Coleoptera:Cerambycidae),是我国“三北”地区危害最为严重的蛀干害虫,也是重要的国际检疫害虫1-2。文献记录其在我国北方地区 23a繁殖 1 代
4、,老熟幼虫 45 月化蛹,成虫 68 月大量羽化,补充营养并交配产卵3,但据我们实地调查,光肩星天牛在内蒙古磴口县 1a可以完成 1 代。沙枣(Elaeagnus angustifoliaL.)树高46m,具有耐寒旱、盐碱和抗风沙特性,在我国主要分布于 34N 以北和海拔 1500m 以下地区,是我国西北地区防风固沙和水土保持的主要树种4-5。沙枣可吸引光肩星天牛产卵,但其能流出树胶使天牛后代不能发育,因此被认为具有诱杀天牛的特性6-7。我国西北地区土地干旱贫瘠、盐碱地多、风沙较大,很多树种不宜生存。新疆杨(Populus albavar.pyramidalis)因其树体高大、干形通直、耐干旱
5、、耐贫瘠,对光肩星天牛有一定的抗性,是目前西北地区二代防护林构建的主栽树种。长期单一栽植也使其受到天牛的危害,因此构建合理的混交防护林体系是实现虫害生态调控的必要手段8。目前常以合作杨(Populus simoniiPpyramidaliscvOpera8 277)、箭杆杨(Populus nigravar.thevestina)、复叶槭(Acer negundoL.)等作为诱饵树,加以化学农药和人工物理捕杀的方式来保护新疆杨免遭天牛危害8-10,然而这种方式费时费力,如果对诱饵树处理不当反而成为虫源木。沙枣对光肩星天牛具有一定的诱杀特性,且侧根发达能收稿日期:2022-12-02修回日期:2
6、022-12-22基金项目:国家自然科学基金项目(32171798;32271891);中国林科院专项资金(CAFYBB2018MB005)。*通讯作者:魏建荣,博士,研究员。主要研究方向:森林昆虫。电话:15132278569Email:2023,36(4):122-128林业科学研究http:/Forest Research生出很多根瘤提高土壤肥力,因此有研究者认为将沙枣与新疆杨间作可形成很好的防风沙林11-13。但沙枣对天牛的诱杀特性是否可对新疆杨起到较好的保护效果,目前尚不可知。本研究以沙枣和新疆杨为对象,结合室内、外试验评估了成虫对二者的选择性,为将来营造新一代抗虫农田防护林提供理论
7、依据。1材料与方法1.1供试材料林间试验主要在内蒙古磴口县(4020N,10655E)开展,该地为光肩星天牛疫区,新疆杨和沙枣大量栽植,取材方便。春季砍伐受光肩星天牛危害的旱柳(SalixmatsudanaKoidz.)木段,运回后用石蜡将两端切口密封,然后将整个木段装入纱网袋内,置于阴凉室内。在成虫羽化季节每日收取新羽化的成虫,单头放入饲养盒(PE,22cm17.5cm12.5cm)中,在磴口县用新鲜垂柳(Salix babylonicaL.)枝叶饲喂,在河北大学实验室内用复叶槭枝叶饲喂。饲养温度保持在 25,相对湿度 70%,待用。1.2方法1.2.1利用嗅觉仪测试成虫对沙枣和新疆杨枝叶的
8、选择Y 型嗅觉仪的设置参考 Ginzel 等14并改进。经活性炭过滤后的空气流速 0.6Lmin1,经气味源和 Y 管每个臂的流速为 0.3Lmin1,气味源处设置 50g 刚从树上剪下的沙枣或新疆杨枝叶(枝叶混合,未剪碎,枝叶比 3:2),单选试验时以洁净空气作为对照,双选试验时则为沙枣 vs 新疆杨枝叶。实验装置均以特氟隆管连接。每次测试引入 1 头成虫,当成虫爬过 Y 臂的 2/3 处或落入陷阱球中认为做出选择,若在 10min 中内没有做出选择,则更换试虫,每头试虫只测试 1 次,为保证统计分析的需求,本实验中作出选择反应的成虫数定为 3040 头。每测试 2 头试虫转换 1 次左右臂
9、,每测试 4 头试虫用丙酮清洗 1 次 Y 管,蒸馏水冲洗干净,电热风吹干冷却后使用。试验在每天 8:3017:30 进行,室温 2326,照度为 4.80106lux,且光源在位于测试的 Y 管正上方(非点状光源)。供试成虫为羽化饲养 1 周的成虫,未交配。1.2.2沙枣和新疆杨挥发物鉴定与活性测定采用动态顶空吸附法收集沙枣和新疆杨挥发性化合物,参照陈友铃等15方法并加以改进:连续气流以 500mLmin1的流速通过变色硅胶和活性炭后进入聚氟乙烯气体采集袋(袋内有 8 枝,大约长30cm,粗 1cm,500g 左右,),然后携带植物挥发物进入玻璃吸附管(长 13cm,内径 5mm,200mg
10、PorapakQ 吸附剂,80100 目,WatersCorporation,美国),抽提装置以特氟隆管连接成闭合回路,采集 3h。采集完成后用 1000L二氯甲烷(色谱纯,天津市科密欧化学试剂有限公司)淋洗吸附管中的提取物至 4mL 棕色小瓶中,氮 吹(100 mLmin1)浓 缩 至 200 L,置 于20 保存,用于后续的电生理试验和挥发物鉴定。气相色谱-触角电位联用仪(GC-EAD)由配备了 DB-WAX 毛细管柱(30m0.25mm0.25m)的 Agilent7890AGC(美国)和 EAG记录操作系统(Syntech,荷兰)组成。挑选触角完好、活力旺盛的雌性天牛成虫,剪下触角鞭节
11、端部 2 节,用玻璃电极将触角两端固定,触角连接稳定后立即进样,同时打开记录系统采集电信号。进样口温度 240,检测器温度 300。手动进样1L,载气为高纯氮气,不分流进样。升温程序:起始温度 40,保持 2min,以5min1的速率程序升温至160,保持2min,最后以10min1的速率程序升温至 200,保持 2min。挥发物鉴定:将上述提取液进样气相色谱-质谱联用仪(GC-MS,安捷伦 7890B-7000C)进行分离鉴定。GC 色谱柱为 TG-WAX(30m0.25mm0.25m),进样口温度 240,不分流进样。进样量与升温程序同上。MS 条件:电子轰击离子源(EI)230,能量:7
12、0eV;传输线温度为240;全扫描谱分析,扫描质量范围35550aum。挥发物定量分析:化合物(Z)-3-己烯乙酸酯(Sigma-Aldrich 有限公司,德国,纯度98%);(Z)-3-己烯醇(百灵威科技有限公司,中国,纯度98%);溶剂为二氯甲烷(天津科密欧试剂有限公司,中国,纯度 99.5%)。将测试化学物分别稀释至 1、5、10、50、100nguL1等 5 个标准溶液进行检测,可以绘制一条以浓度与响应色谱峰面积为变量的标准曲线,通过曲线回归方程即可算出引起电生理反应的挥发物浓度。第4期邵鹏鹏,等:光肩星天牛对沙枣和新疆杨的偏好性123挥发性物质鉴定通过检索NIST14 库(Scien
13、tificInstrument Services,Inc.,Ringoes,NJ,USA),并进样标准化合物获得质谱图进行比对获得化合物定性结果,以外标法-标准曲线进行定量分析。1.2.3室内测试成虫在两种树干上的刻槽产卵选择从林间截取高 85cm 左右、直径 12cm 左右的新疆杨和沙枣树干若干段,截面用石蜡密封保湿,置于阴凉室内待用,在 48h 内完成下述接虫试验。单选试验:取上述树皮完整无损的新疆杨或沙枣树干 1 段放入行为测试笼(1m1m1m,不锈钢笼架,10 目不锈钢网罩笼)底部中心点处直立,同时配置同树种枝叶(100mL 锥形瓶水培)为成虫提供营养(2d 更换 1 次)。在测试笼的
14、对顶角引入相同日龄的性成熟成虫 2516,每天记录木段上刻槽数、刻槽位置、刻槽时间等,10d 后取出成虫和木段,将木段用保鲜膜包裹,直立置于 25 室内。30d 后解剖刻槽,记录树段上的刻槽数、产卵数、死亡卵数、存活幼虫数和存活幼虫体质量(有效刻槽率/%=产卵刻槽数/刻槽总数100,孵化率/%=孵化卵数/产卵数100,存活率/%=幼虫存活数/产卵数100)。每组设 3 个重复。双选试验:试验方法同上,取新疆杨和沙枣木段各 1 段于测试笼底部对角线两端直立放置,在未放置木段的对角线顶角释放天牛成虫 25,每组设 3 个重复。1.2.4林间套笼试验在林间选择健康、长势相近、胸径 12cm 左右的新
15、疆杨和胸径 8cm 左右的沙枣各 5 棵(树龄一致,新疆杨长得快),分别编号,在每棵树的树干部位距离地面 80160cm 处套上纱网(10 目),每个笼网内接入相同日龄的25天牛成虫,笼内放置新鲜幼嫩枝条提供营养,每天更换枝条并检查试虫,若有成虫死亡立即更换相同日龄的新虫,10d 后取出试虫。30d后,解剖刻槽部位,并记录每棵树上的刻槽数、产卵数、死亡卵数量、存活幼虫数、存活幼虫体质量。1.3数据分析成虫对 2 种枝叶的选择结果采用非参数检验(Pearson2)进行比较。采用独立样本 T 检验比较室内、外雌虫在沙枣与新疆杨树干刻槽产卵的差异性。采用软件 IBMSPSSStatistics26.
16、0 进行数据分析。2结果与分析2.1成虫对沙枣和新疆杨枝叶的选择在单选试验中(图 1),雄虫对沙枣枝叶的选择数为 30 头,与对照相比存在极显著差异(2=10.411,P0.05)。雌虫对沙枣枝叶的选择数为 29 头,与对照相比存在极显著差异(2=8.584,P0.05),以上每组选择中未作出选择的试虫数均未超过 5 头。MaleMaleMaleaccccnsa*N=30(35)N=25(35)N=29(35)N=15(35)N=6(31)N=17(36)nsansabbbb403020100成虫选择头数 Numbers of adult selected102030FemaleFemaleF
17、emale注:N 代表选择左侧气味物质的成虫数,括号中代表作出选择的成虫数;a 表 示 沙 枣 枝 叶 气 味,b 表 示 新 疆 杨 气 味,c 表 示 空 白,*P0.05,差异显著;*P0.01,差异极显著;ns,差异不显著,卡方检验Notes:N:representthenumberofadultschoosetheodoroftheleftbar,and numbers in parentheses represents the total number ofadults made choice;a,represent the volatiles of Elaeagnusangust
18、ifolia;b,represent the volatiles of Populus alba var.pyramidalis;c,representtheblankcontrol.*,P0.05;*,P0.05.PearsonX2test图1光肩星天牛成虫在 Y 型嗅觉仪中对不同植物气味物质的选择反应Fig.1BehavioralresponsesofAnoplophoraglabripennisadultstodifferentplantodorsinY-tubeolfactometer在双选实验中(图 1),雄虫选择沙枣枝叶19 头,选择新疆杨枝叶 17 头,未作出选择 4 头,雄虫对
19、于二者选择无显著性差异(2=0.191,P0.05);雌虫选择沙枣枝叶 25 头,选择新疆杨枝叶 6 头,未作出选择 4 头,雌虫选择沙枣枝叶气味的成虫数占作出选择成虫数的 80.65%(2=8.533,P0.05);但有效刻槽率具显著性差异(t=3.162,df=4,P0.05),沙枣树干上的有效刻槽率较低;沙枣树干上的卵孵化率低于新疆杨树干(t=25.166,df=4,P0.05);幼虫体质量有极显著性差异(t=3.499,df=15,P0.01)(见表 1)。表1室内光肩星天牛在沙枣和新疆杨树干上的产卵试验Table1OvipositionexperimentsofAnoplophora
20、glabripennisonstemsofElaeagnusangustifoliaandPopulusalba.var.pyramidalisinlaboratory方法Method树种Treespecies平均刻槽数Averagenumberofeggniche有效刻槽率Percentofeffectiveeggniche/%孵化率Egghatchingrate/%幼虫存活率Survivalrateoflarvae/%存活幼虫体质量均值Averageweightoflivinglarvae/mg单选SinglechoiceP8.331.53a75.005.00a1000a52.670.09
21、a5118bE15.004.36a58.337.64b57.332.94b51.900.17a8116a双选DoublechoiceP4.671.15a72.234.79a1000a78.6318.55a5422aE18.001.73b58.9010.31a65.438.49b53.7315.86a8131b注:数据为平均值标准误;P代表新疆杨,E代表沙枣;同列不同小写字母表示差异显著(P0.05),下同Notes:Dataaremeansstandarderror(SE);P,representsP.alba.var.pyramidalis,E,representsE.angustifoli
22、a;Differentlettersinthesamecolumnmeansignificantdifferenceat0.05level.Thesamebelow双选实验中,成虫在沙枣树干上的平均刻槽数(181.73)远多于新疆杨(4.671.15)(t=11.094,df=4,P0.05);新疆杨树干上的卵孵化率显著高于沙枣(t=7.053,df=2,P0.05);沙枣上的幼虫体质量显著大于新疆杨上的幼虫体质量(t=2.116,df=23,P0.05)(表 2),但幼虫在新疆杨上的存活率显著高于在沙枣树上的存活率(t=17.837,df=2,P0.01),说明沙枣树不适合光肩星天牛幼虫存活
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