牛角花齒薊馬對4種牧草花及其揮發物的行為選擇反應

崔曉寧，趙曉東，席駁鑫，胡桂馨，尚素琴，彭 斌，史薛強

（1.甘肅農業大學草業學院/草業生態系統教育部重點實驗室/國家林業草原高寒草地鼠害防控工程技術研究中心，蘭州 730070；2.甘肅省平涼市崆峒區農業農村局，平涼 744000；3.甘肅農業大學植物保護學院，蘭州 730070）

牛角花齒薊馬Odontothripsloti屬于纓翅目Thysanoptera，薊馬科Thripidae，齒薊馬屬Odontothrips，主要營孤雌生殖，是我國北方苜蓿上重要害蟲之一[1,2]。在苜蓿營養生長階段，牛角花齒薊馬為害苜蓿頂端嫩葉，使植株葉片皺縮、卷曲，降低光合效率；待苜蓿開花后，薊馬則轉移到花器中活動，造成花莢脫落[3-5]。在我國西北苜蓿產區，牛角花齒薊馬在田間的蟲害率可達70%～100%，降低苜蓿粗蛋白含量8.86%～11.56%，氨基酸總量下降35.0%以上，嚴重影響苜蓿鮮草、種子的品質和產量[6,7]。目前的防控主要以化學防治為主，長期使用不僅影響環境安全，還易使害蟲產生抗藥性，這嚴重制約草牧業的高質量發展，亟需探索新的防控技術。

植物花釋放的揮發物是影響薊馬長距離寄主選擇的重要因素之一。西花薊馬Frankliniellaoccidentalis寄主廣泛，如萬壽菊Tageteserecta[8]、非洲菊Gerberajamesonii[9]、黃花美人蕉Cannaceaeindicavar.flava[10]、康乃馨Dianthuscaryophyllus[9]、玫瑰Rosarugosa[11]、月季R.chinensis[12]等多種花卉能吸引西花薊馬趨向活動，寄主釋放的茶螺烷、壬醛和2-乙酸-苯乙酯等對西花薊馬有很強的引誘作用[11]。迷迭香Rosmarinus officinialis花對西花薊馬、煙薊馬Thripstabaci、棕櫚薊馬Thripspalmi均有明顯的忌避效果，桉油精是導致薊馬產生忌避反應的主要組分[13,14]。因此，生產上常栽植一些能夠引誘或驅避薊馬的植物進行生態防控[15,16]。利用植物源引誘劑對薊馬進行種群監測和誘殺的技術具有廣闊的應用前景[17]。研究表明，將寄主化合物茴香醛與誘蟲板結合可增加西花薊馬誘捕數量的1.8～6 倍[18,19]；異煙酸甲酯被證明對西花薊馬、花薊馬F.intonsa、煙薊馬和棕櫚薊馬等12 種薊馬具有很強的引誘效果，與誘蟲板結合使用可提高對西花薊馬誘捕量的2.4～4 倍；異煙酸甲酯對薊馬具有廣譜和高效的引誘活性，在歐洲廣泛應用于多種薊馬的生態防治[20-22]。異煙酸甲酯對天敵小花蝽也具有較強的吸引作用，將該物質與天敵昆蟲結合使用可顯著增強薊馬的生物防效[21]。

牛角花齒薊馬的寄主植物主要有苜蓿屬Medicagospp.、草木樨屬Melilotusspp.和車軸草屬Trifoliumspp.等豆科牧草[2]。紫花苜蓿M.sativa、黃花草木樨Melilotusofficinalis、紅豆草Onobrychisviciaefolia和紅三葉Trifoliumpratense是我國重要的豆科飼草植物。田間調查發現，牛角花齒薊馬對這4 種牧草花表現不同的為害程度，其中對紫花苜蓿的為害最嚴重。為探討植物揮發物對牛角花齒薊馬寄主選擇的影響，本研究選取紫花苜蓿、黃花草木樨、紅豆草和紅三葉4 種豆科牧草的花為研究對象，測試牛角花齒薊馬對寄主花的氣味偏好性，分析相關揮發物組分構成及含量差異，以期明確牛角花齒薊馬的寄主選擇機制，為開發植物源引誘劑的害蟲綠色監控技術奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 供試材料

1.1.1 供試昆蟲 牛角花齒薊馬雌成蟲采自甘肅農業大學牧草試驗田，寄主為“清水”紫花苜蓿。室內盆栽“清水”紫花苜蓿罩籠飼養2 代后，再挑選若干雌成蟲到塑料養蟲罐（直徑6 cm，高5 cm）中飼養。罐底鋪一層濾紙，加入少量健康的苜蓿嫩葉，用濕脫脂棉包裹葉柄保持葉片新鮮。選取同日齡的薊馬雌成蟲用于嗅覺選擇行為測試。

1.1.2 供試植物 4 種豆科牧草，“甘農3 號”紫花苜蓿、黃花草木樨、“甘肅”紅豆草和“甘紅一號”紅三葉。4 種牧草盆栽埋地種植于甘肅農業大學牧草試驗地塑料溫室，用細紗封住網室入口防止害蟲侵入，待盛花期采集健康植株的花朵用于嗅覺行為測試和揮發物收集。

1.1.3 儀器和試劑 大氣采樣儀QC-1B 型，購自北京科安勞保新技術公司；Y 型玻璃嗅覺儀，直徑1.0 cm，基臂長10 cm，測試臂長15 cm；氣相色譜-質譜聯用儀（7890B+7000D，美國Agilent，GC-MS）；Paropak Q 吸附劑（80～100 目）購自美國Waters 公司；正己烷（HPLC 級）購自阿拉丁公司。

1.2 牛角花齒薊馬對4 種寄主花的嗅覺行為選擇

嗅覺行為測試組裝：大氣采樣儀→活性炭（除雜）→蒸餾水（加濕）→氣體流量計→味源瓶（玻璃洗氣瓶）→Y 型嗅覺儀。Y 管兩臂用醫用硅膠軟管與味源瓶相連，味源瓶（250 mL）內放入植物花的鮮樣20 g為測試植物。兩測試管臂中各放一根細鐵絲引導薊馬爬行，兩臂氣體流速調節為100 mL/min。嗅覺儀用紙箱遮蓋，懸掛1 根白色節能燈管作為補充光源。試驗在室溫條件下進行，每天測試時間為10：00～16：00，此時薊馬行為活躍，測試前試蟲饑餓處理1 h。每次測試放入1 頭薊馬，5 min 后檢查記錄兩測試臂和基臂中的試蟲，測定1 次交換兩測試臂的位置。每種牧草處理測試60 頭，每頭僅測試一次。每測試10 頭薊馬更換Y 型嗅覺儀，每測試30 頭更換測試植物。嗅覺儀用75%乙醇擦拭，清水沖洗后烘干再用。

單項選擇試驗以空氣為對照，兩項選擇試驗4 種豆科牧草間相互比較。薊馬對植物氣味的選擇反應率計算參考陳泓渝等[23]的方法，公式如下：

選擇反應率（R）＝味源臂試蟲數/（味源臂試蟲數＋對照臂試蟲數）×100%。

1.3 寄主植物花揮發物的采集和化合物鑒定

1.3.1 揮發物采集 采用動態頂空吸附法采集牧草花釋放的揮發物[24]。聚四氟乙烯管、洗氣瓶、玻璃吸附柱（內徑0.5 cm，長度10 cm）等組成密閉的循環系統：大氣采樣儀（進氣）→活性炭（除空氣雜質）→樣品瓶（玻璃洗氣瓶，250 mL）→吸附劑柱→大氣采樣儀（出氣）。吸附柱中裝入Paropak Q 吸附劑100 mg/管，用玻璃棉塞住兩端管口。每個樣品瓶中裝入新鮮的牧草花朵約35 g，每種牧草處理4 個重復。揮發物采集氣體流速為300 mL/min，采集時間5 h，以空氣為空白對照。采集結束將植物樣品在烘箱（70 ℃）中烘至恒重，稱取干重。

1.3.2 化合物鑒定及含量分析 揮發物采集結束后取下吸附柱，用正己烷（HPLC 級）淋洗至1.5 mL，0.22 μm濾膜過濾后，在冰浴條件下氮氣（純度99.99%）濃縮至0.5 mL，保存于-20 ℃冰箱。揮發物樣品進行氣相色譜-質譜測試，上樣量1.0 μL。氣相色譜使用HP-5 色譜柱，升溫程序：40 ℃保持1 min，6 ℃/min 升溫至230 ℃保持5 min，以氦氣作為載氣（1.0 mL/min），無分流進樣，溶劑延遲3 min。氣相色譜進樣口溫度200 ℃，傳輸線溫度250 ℃。質譜（EI，70 eV）質量掃描范圍40～500 μ，發射電流150 μA，離子源溫度230 ℃。比對NIST 2017 標準譜圖，根據保留時間、保留指數和匹配度鑒定化合物。每種揮發性化合物的相對含量采用內標法（乙酸庚酯）定量，每種化合物的含量以植物干物質中的物質含量表示（ng/g）[25]。

1.4 數據統計與分析

所有數據采用SPSS 20.0 軟件處理。單項選擇和兩項選擇反應率差異比較采用非參數卡方檢驗（chi-square test，χ2test，α＝0.05）；每種揮發性化合物的含量在兩種植物間的差異比較采用獨立樣本t檢驗（α＝0.05），3 個及以上植物間的含量差異比較采用單因素方差分析（Duncan’s HSD，α＝0.05）。對4 種植物揮發物的含量進行因子分析，利用主成分方法提取3 個因子，采用Kaiser 標準化正交旋轉法，構建旋轉成份矩陣，獲得每種揮發物在各個因子上的載荷值。將每種化合物在3 個因子上的成份得分系數回歸化獲得每種植物的因子得分。利用單因素方差分析（Duncan’s HSD，α＝0.05）比較每個因子中不同植物間的因子得分差異，選取因子1 和2 的得分繪制二維分布圖[25]。

2 結果與分析

2.1 牛角花齒薊馬對4 種牧草花的嗅覺行為選擇

與空氣對照比較，牛角花齒薊馬對紫花苜蓿具有顯著的正選擇趨性，選擇反應率為70.6%（χ2=8.647，P=0.003）。牛角花齒薊馬對其他3 種牧草的選擇反應率與對照相比無顯著差異，薊馬對黃花草木樨、紅豆草和紅三葉的選擇反應率分別為63.6%（χ2＝3.273，P＝0.07）、43.5%（χ2=0.783，P=0.376）和59.6%（χ2=1.923，P=0.166）（圖1）。

圖1 單項選擇條件下牛角花齒薊馬對4 種豆科牧草花的嗅覺行為反應Fig.1 Single-choice olfactory behavioral responses of Odontothrips loti females to floral volatiles emitted by four tested plants

兩兩嗅覺行為選擇表明，牛角花齒薊馬對紫花苜蓿的選擇趨性顯著高于紅豆草和紅三葉，選擇反應率分別為紫花苜蓿78.3%，紅豆草21.7%（χ2=14.696，P<0.001）；紫花苜蓿68.7%，紅三葉31.3%（χ2=6.75，P=0.009）。牛角花齒薊馬對紫花苜蓿（R=56.8%）的選擇趨性與草木樨（R=43.2%）相比無顯著差異（χ2=0.818，P=0.366）。與紅豆草和紅三葉比較，牛角花齒薊馬對草木樨的選擇趨性與這兩種牧草均無顯著差異，選擇反應率分別為草木樨60.5%，紅豆草39.5%（χ2=1.684，P=0.194）；草木樨59.5%，紅三葉40.5%（χ2=1.324，P=0.25）。牛角花齒薊馬對紅三葉的選擇趨性與紅豆草相比無顯著差異，選擇反應率為紅三葉60.0%，紅豆草40.0%（χ2=1.6，P=0.206）（圖2）。

圖2 兩兩選擇條件下牛角花齒薊馬對4 種豆科牧草花的嗅覺行為反應Fig.2 Dual-choice olfactory behavioral responses of Odontothrips loti females to floral volatiles emitted by four tested plants

2.2 4 種寄主花的揮發物組分及含量分析

4 種豆科牧草花釋放的揮發物共鑒定到40 種化合物（表1），包括烷烴1 種，醇類9 種，酮類2 種，醛類5 種，酯類9 種，萜烯類13 種，酚類1 種。紫花苜?；ㄡ尫诺膿]發物組分有32 種，其中14 種物質為紫花苜蓿特有組分，分別為α-松油醇、2-茨醇、綠花白千層醇、柏木腦、3,4-二甲基苯乙酮、苯甲醛、鄰甲氧基肉桂醛、肉桂酸甲酯、甲酸芳樟酯、月桂酸甲酯、十五烷酸甲酯、棕櫚油酸甲酯、檜烯、白菖烯。草木樨花釋放的揮發物組分有24 種，其特有組分有5 種，分別是喇叭茶醇、馬兜鈴烯、α-律草烯、β-石竹烯和香橙烯。紅豆草花的揮發物組分有14 種，月桂烯是其特有物質。紅三葉花釋放的揮發物組分最少，有7 種，癸醛是其特有物質。庚烷、肉桂酸芳樟酯、5-甲基-1-己烯和α-衣蘭油烯這4 種物質僅存在于紫花苜蓿和草木樨花的揮發物中。

表1 4 種豆科牧草花釋放的揮發物組分和含量Table 1 The component and content of floral volatiles released from four different tested plants (ng/g)

2.3 4 種寄主花釋放的揮發物含量的因子分析

4 種豆科牧草花釋放的揮發物含量因子分析表明（表2），以主成分方法提取的前3 個因子累計解釋了總方差的96.75%。構成因子1 的揮發物組分對總方差的解釋概率為52.65%，貢獻率較大（絕對值＞0.7）的物質有22 種，分別是十五烷酸甲酯、鄰甲氧基肉桂醛、3,4-二甲基苯乙酮、2-茨醇、α-松油醇、檜烯、肉桂酸甲酯、棕櫚油酸甲酯、綠花白千層醇、白菖烯、柏木腦、月桂酸甲酯、藍桉醇、苯甲醛、甲酸芳樟酯、α-蒎烯、δ-杜松烯、3-異丙基苯甲醛、棕櫚酸甲酯、肉桂酸芳樟酯、5-甲基-1-己烯和庚烷。構成因子2的揮發物組分對總方差的解釋概率為24.47%，貢獻率較大的組分有7 種，分別是α-衣蘭油烯、馬兜鈴烯、α-律草烯、香橙烯、β-石竹烯、1-甲氧基-2-茚醇和喇叭茶醇。構成因子3 的揮發物組分對總方差的解釋概率為15.63%，貢獻率較大的組分有肉桂醛、百里酚、癸醛、4-乙基苯甲酸甲酯、4-異丙基苯甲醇、月桂烯和萜品-4-醇7 種物質。每個因子中揮發物組分的因子得分在4 種豆科牧草間均存在顯著差異，對因子1、2、3 得分貢獻最高的分別是紫花苜蓿、草木樨，以及紅豆草和紅三葉的揮發物組分。

表2 4 種豆科牧草花釋放的揮發物含量的因子分析Table 2 Factor analysis of the content of floral volatiles released from four different tested plants

根據組成因子1 和因子2 的揮發物的因子得分繪制的主成分圖（圖3）表明，紫花苜蓿分布在二維圖的右下部，草木樨分布在左上部，兩者分布位置較遠，說明紫花苜蓿和草木樨之間的揮發物組分構成和含量存在較大差異。紅豆草和紅三葉分布在二維圖的左下部，兩者之間分布位置較近，說明這兩種牧草的揮發物在組分構成和含量上差異較小，但他們均與紫花苜?；虿菽鹃氐膿]發物在組成和含量上存在較大差異。

圖3 以4 種豆科牧草花釋放的揮發物含量的因子得分構成的主成分圖Fig.3 Principal component analysis of floral volatile contents of four different tested plants

3 討論

薊馬類害蟲對寄主植物的花表現出不同程度的選擇偏好性。如曹宇等[10]發現西花薊馬對花的選擇偏好為黃花美人蕉＞黃花槐Sophoraxanthantha＞鳳尾蘭Yuccagloriosa＞夾竹桃Neriumoleander；黃胸薊馬Thripshawaiiensis對花的嗅覺行為選擇為洋桔梗Eustomagrandiflorum＞杜鵑Rhododendronsimsii＞百合Liliumbrownie＞菊花Dendranthemamorifolium[26]。薊馬的這種嗅覺選擇偏好性不僅影響對寄主植物的定位和取食行為，還與薊馬的產卵選擇、生長發育以及存活情況等密切相關。如西花薊馬對不同寄主花的嗅覺偏好性（玫瑰＞康乃馨＞非洲菊＞天竺葵）與害蟲在田間的取食選擇趨性表現一致[9]。西花薊馬和煙薊馬對紫花苜蓿的花表現極強的趨向性，蔥和絲瓜花的揮發物對這兩種薊馬也有較強的吸引作用，但這兩種薊馬對羅勒和裂葉荊芥的花表現明顯的忌避性，這種選擇行為與兩種薊馬在寄主上的種群數量趨勢保持一致[13]。黃胸薊馬對寄主花的嗅覺反應為康乃馨＞郁金香Tulipagesneriana＞繡球Hydrangeamacrophylla＞玫瑰，薊馬從卵到成蟲的發育歷期在這4 種寄主上依次為9.58 d、9.92 d、10.35 d、10.75 d，存活率分別為76.33%、71.33%、64.00%和59.00%[27]。本試驗表明牛角花齒薊馬對紫花苜蓿的花表現極強的正趨性，對草木樨、紅豆草和紅三葉無明顯的行為選擇趨性，這和田間觀察的牛角花齒薊馬偏好在紫花苜?；ㄉ暇奂潭雀叩默F象一致。牛角花齒薊馬的這種嗅覺選擇行為與其在不同寄主花上的產卵、生長發育及存活率等的關系還需進一步探究。

薊馬在嗅覺選擇過程中，部分關鍵寄主揮發物組分發揮重要作用[17]。Cao 等[28]發現黃胸薊馬的偏嗜寄主梔子花釋放的順-3-己烯醇-2-甲基-2-丁烯酸酯、芳樟醇和（E3,E7）-4,8,12-三甲基-1,3,7,11-十三碳四烯對該薊馬有明顯的引誘效果。豇豆Vignaunguiculata花對普通大薊馬Megalurothripsusitatus的引誘作用顯著高于四季豆Phaseolusvulgaris花，豇豆花中的植醇和棕櫚酸乙酯對普通大薊馬具有引誘活性，羅勒烯對普通大薊馬有顯著的驅避效果[29]。目前，已報道對薊馬有引誘活性的植物揮發物有46 種，多為苯環類、萜烯類、吡啶類和酯類；表現驅避作用的有38 種，多為苯環類和萜烯類[30]。本試驗中，苯甲醛是紫花苜?；〒]發物的特有組分，研究表明10-4體積比濃度的苯甲醛對西花薊馬[31,32]和花薊馬[33]表現較強的引誘活性；草木樨花的特有組分β-石竹烯，10-4濃度對西花薊馬[11]和普通大薊馬[29]具有引誘作用；α-蒎烯作為紫花苜蓿和草木樨共有的特異組分，0.1 μg/mL 和1.0 μg/mL 濃度對棕櫚薊馬具有很強的引誘效果[14]。月桂烯僅在紅豆草花揮發物中鑒定到，月桂烯10-2濃度對西花薊馬[32]和花薊馬[33]具有顯著的引誘效果。棕櫚酸甲酯和百里酚是普遍存在于豆科牧草花中的揮發性組分，普通大薊馬[29]和煙薊馬[34]對這兩種物質表現明顯的忌避趨性。據此推測，苯甲醛、β-石竹烯、α-蒎烯、月桂烯對牛角花齒薊馬可能具有吸引作用，棕櫚酸甲酯和百里酚對牛角花齒薊馬表現驅避作用。

本研究明確了牛角花齒薊馬偏好選擇紫花苜蓿的花，對草木樨、紅豆草和紅三葉的花選擇趨性較弱。4 種豆科牧草花釋放的揮發物共鑒定到40 種化合物，其中紫花苜蓿32 種，草木樨24 種，紅豆草和紅三葉較少，分別有14 種和7 種，根據因子分析結果推測牛角花齒薊馬的嗅覺選擇偏好與寄主揮發物的化學組成及含量密切相關。通常植食性昆蟲對寄主的定位是通過多種揮發物組分形成的化學指紋圖譜識別和判斷[35,36]。因此，明確關鍵揮發物組分對牛角花齒薊馬的吸引或驅避作用的最佳濃度，探討多種化合物的復配對薊馬行為反應的具體作用是后續研究的重要內容。這對闡明牛角花齒薊馬寄主選擇的嗅覺感受機制，研發和應用植物源引誘劑進行害蟲監測和防治具有重要意義。