（森林保护学专业论文）华北大黑鳃金龟对绿叶气味的反应及嗅感器超微结构研究.pdf

摘要 华北大黑鳃金龟胁，o 护f c 蛔0 6 ，妇f a l d 是东北地区地下害虫优势种群。鉴于化学 防治的种种弊端，本论文从昆虫与植物的关系以及昆虫对化学信息物质接收的角度考 虑，利用触角电位( e l e c t r o a n t e n n o g r a p h y ，e a g ) 和风洞技术研究华北大黑鳃金龟对 绿叶气味的电生理和行为反应，运用电镜扫描( s c a n n i n ge l e c t r o nm i c r o s c o p y ， s e m ) 和透射( t r a n s m i s s i o ne l e c t r o nm i c r o s c o p y ，t e m ) 揭示金龟子嗅感器的超微构 造。取得主要成果如下： ( 1 ) 华北大黑鳃金龟雌雄成虫均对绿叶挥发物( 反一2 己烯醛和5 甲基一1 一己醇) 产 生明显的e a g 反应，在测试剂量1 m g 以下，雌雄金龟子对反2 己烯醛和5 一甲基一1 己醇 的e a g 反应值都随着测试剂量的增加而逐渐增强，在高剂量1 m g 时触角对二者反应均 达到饱和状态。在测试剂量o o l 1 0 0 聘之间，雌雄金龟子对5 一甲基一1 己醇的e a g 反应值均高于对反一2 一己烯醛的e a g 反应值。 ( 2 ) 雌雄金龟子在光期和暗期中对两种绿叶挥发物的e a g 反应值无明显差异，说 明华北大黑鳃金龟的e a g 反应不受光周期的影响。 ( 3 ) 雌性金龟子对两种绿叶气息的e a g 反应值都明显高于雄性，说明雌性成虫对 绿叶挥发物敏感度高于雄性。 ( 4 ) 风洞生测表明，反一2 一己烯醛对成虫具有定向作用，而5 一甲基一1 一己醇不能引起 华北大黑鳃金龟显著的行为反应。 ( 5 ) 华北大黑鳃金龟触角上的感觉器集中于鳃片上。鳃片上的感器都分布在触角 表皮内陷形成的凹腔里，其中以锥形感器、板形感器为主，除此以外还有少量的坛形感 器和乳头状感器以及耳形感器和钟形感器。由此推断锥形感器和板形感器为嗅觉感受 器，其中锥形感器根据锥体形状的不同又可其分为6 种类型，板形感器分为5 种类型。 ( 6 ) 雌雄触角在大小和感器数目上存在明显的性二型现象。雌性触角的每一个鳃 片的长度都短于雄性。雄性触角鳃片上的感器总数也明显的多于雌性的感器总数，其中 雌雄鳃片上板形感器的数目差异不大，但雄性锥形感器的数目却远远多于雌性，几乎是 雌性的9 倍。由此推测锥形感器是感受性信息素的感受器，而板形感器用于感受植物气 味。 ( 7 ) 透射揭示了嗅感器的内部构造：每个锥形感器都由锥体、辅助细胞、嗅觉神 经元及与其相连的树突组成。锥形感器壁上有许多微孔，微孔下面的神经树突与1 至4 个嗅觉神经细胞相连。辅助细胞为l 或3 个。 关键词华北大黑鳃金龟，绿叶气味，e a g ，风洞，嗅感器超微结构 a b s t r a c t a b s t r a c t t h es c a r a bb e e t l ej j 幻z d ? ，i c 办i 口d 6 如搬f a l dp o s s e s sp r e d o m i n a n c ei nt h eu n d e r g r o u n dp e s t s i nn o r t h e a s ta r e ao fc h i n a c o n s i d e r i n gv a r i o u ss h o r t a g e so fc h e m i c a lc o n t r o l ， t h i sp a p e r s t u d i e dt h ee l e c t r i c a lp h y s i o l o g ya n db e h a v i o r a la c t i o n so ft h es c a r a b st og r e e n e r yo d o r sf r o m t h er e l a t i o no fi n s e c ta n dp l a n t sa n df o mt h ep o i n to fv i e wo fr e c e p t i o no fi n s e c t t o s e mi o c h e m i c a l sb yu s i n ge l e c t r o a n t e n n o g r a p h y ( e a g ) a n dw i n dt u n n e l s c a n n i n ge l e c t r o n m i c r o s c o p y ( s e m ) a n dt r a n s m i s s i o ne l e c t r o nm i c r o s c o p y ( t e m ) s h o w e dt h eu l s t r u c t u r eo f o l f a c ；t o r ys e n s i l l a m a i nr e s u l t sa r ea sf o l l o w s ： ( 1 ) t h eo b v i o u se a gr e s p o n s e st og r e e n e r yv o l a t i l e s ( e 一2 一h 9 x e n a la n d5 _ m e t h y l - 1 一 h e x a n o l lw e r eo b s e r v e di nb o t hs e x e so fh d 易z i 砌a d u l t s w h e nt h et e s t e dd o s a g ew a sb e l o w1 m g ，t h ee a g r e a c t i o n st oe 2 h e x e n a la n d5 一m e t h y l 一1 - h e x a n o lw a si n t e n s i f i e dg r a d u a l l yw i t h f h ei n c r e a s i n go fd o s a g ei nb o t hs e x e so ft h eb e e t l e s ，a n dt h ee a gr e a c t i o n st ot h et w ov o l a t i l e s p r e s e n t e ds a t u r a t e ds t a t e a tt h em a x i m a ld o s a g eo f 、1m g t h ee a gv a l u eo f5 一m e t h y l - 1 - h e x a n o lw a sa l w a y sh i g h e rt h a nt h a tt oe 一2 - h e x e n a lf r o m1 0n gt o1 0 0 “gi nb o t hs e x e s ( 2 ) n oe y i d e n td i f f e r e n c e sw e r eo b s e r v e di nt h ee a gr e s p o n s e st ot e s t e do d o r sb e t w e e n l i 曲ta n dn i g h ti n 。b o t hs e x e so fh d 6 j f i 尬t h e r e f o r e ，t h ee a ge x p e r i m e n t sw e r en o ta f ! f e c t e db y l j g h ti nh d 6 z i 勉 ( 3 ) t h ee a ga c t i v i t 夕t o 伊e e n e r yo d o r si n f e m a l e sw a sa l w a y sh i g h e rt h a ni nm a l e s ， w h i c hs h o w e dt h a tf e m a l ehd 6 j i 砌a d u l t sh a v eh i g h e rs e n s i t i v i t yt og r e e n e r yv o l a t i l e st h a n m a l e s 。 ( 4 ) byw i n dt u n n e l t e s t s ，i tw a sf o u n dt h a te - - 2 - h e x e n a lh a do r i e n t a t i n ga c t i o nt o w a r dh d 6 ，i 砌a d u l t s ，h o w e v e r5 m e t h y l - 1 _ h e x a n o lh a d n oo b v i o u sf u n c t i o n s ( 5 ) s e n s i l l aw e r el o c a t e dd e n s e l yo nt h ea n t e n n a ll a m e l l a ei nh d 6 z i f 口t h e s es e n s i l l a w e r es i t u a t e d6 nt h es u n k e nc a v i t yf b r m e db yt h ea n t e n n a lc u t i c l ed e p r e s s i o n s s e n s i l l a b a s i c o n i c a ( s b a ) a n ds e n s i l l ap l a c o i d e a ( s p 1 ) a r et h em o s tm o m m o nt y p eo fs e n s i l l ao nt h e l a m e l l a e ，b e s i d e st h e r ew e r eaf e ws e n s i l l aa m p u c e l l a c e o u s ( s a m ) ，s e n s i l l ap a p i l l a ( s p a ) ， s e n s i l l aa u r i c i l l i c a ( s a u ) a n ds e n s i l l ac a m p a n i f o r m i ( s c a ) s os b aa n ds p lw e r ec o n c l u d e dt o b eo l f a c t o r ys e n s i l l a s b ah a v es i xt y p e sa c c o r d i n gt ot h es h a p eo ft h e i rc o n e s ，s p lh a df i v e t y p e s ( 6 ) ac l e a rs e x u a ld i m o r p h i s mo c c u r r e dt ob o t hs e x e so fh d 6 z f 缸a tt h es i z eo fa n t e n n a e a n ds e n s i l l aa m o u n t t h el e n g t ho fe a c hl a m e l l aa n dt h et o t a ln u m b e ro fs e n s i l l ai nf e m a l e a n t e n n a ew e r er e m a r k a b l ys h o r t e rt h a ni nm a l e s t h et o t a ln u m b e ro fs p lh a dn oo b v i o u s d i f f e r e n c e sb e t w e e nt h eb o t hs e x e s b u ts b ai nm a l e sw e r ef a rm o r et h a ni nf e m a l e s ，t h et o t a l n u m b e ro fs b aw a sn e a r l yn i n et i m e so fs p 1 t h e r e f o r e ，s b aw e r es u g g e s t e dt ob es e x i i p h e r o m o n er e c e p t o ra i l ds p lw e r e u s e df o rr e c e p t i o no f p l a i l to d o r s ( 7 ) t e ms h o w e dt h ei n t e m a ls t m c t u r eo fo l f 乱t o r ys e n s i l l a ：e a c hs b ac o n s i s t so fc o n e ， a u x i l i a l 了c e u ，0 1 f a c t o r yn e u m n sa n dd e n d r i t i cb r a n c h e sw h i c hw e r ec o n n e c t e dt oo l f a c t o r y n e u r o n s 0 nt h ew a ho fs b am e r ea r em a n ym i c r o p o r e s ，t h ed e n d r i t i cb r a n c h e sb e n e a t h m i c r o p o r e sw e r ec o n n e c t e dw i t ho n e t of o u r0 1 f a c t o r yn e u r o n s t h en u m b e ro fa u x i l i a r yc e l l si s o n e o r t l 】r e e k e y w o r d s胁，d 驴f c 而胁d 6 胁口f a l d ，g r e e n e r yo d o r s ，e a gw i n dt u 衄e l ，u l t r a s t m c t u r eo f o l f a c t o r ys e n s i l l a 1 1 1 1 绪论 1 绪论 1 1 金龟子化学通讯国内外研究概况 金龟子在求偶、觅食、聚集等活动中常常借助于释放化学气味物质传递信息，相互 联络。这种在金龟子种群内个体间通过化学物质相互联络的过程叫金龟子的化学通讯 ( c h e m i c a lc o m m u n i c a t i o n ) ，这类化学物质称信息素( p h e r o m o n e ) 。其中在昆虫交配过 程中起通讯联络作用的化学物质称为性信息素( s e xp h e r o m o n e ) 。金龟子与其它生物之 问也存在多种化学联系。在不同种生物之间起联系作用的化学媒介主要有利己素、利他 素和协同素。上述在金龟子之间和金龟子与其它生物之间起通讯联系作用的化学物质统 称信息化学物质( s e m i o c h e m i c a l s ) 【。其中昆虫的性信息素具有活性高、目标特异性强、 无毒无污染、不伤天敌等优点，利用它既可进行虫情测报，指导化防，又可直接用来控 制害虫。因而，昆虫性信息素的研究受到高度重视，性信息素的分离与鉴定、生物测定 的准确评价、感受机制及其应用己成为害虫综合管理的重要组成部分。 我们关于化学通讯的知识大多来自于对昆虫信息素的研究。迄今为止，鳞翅目是昆 虫信息素化学研究中最为详尽的一个目。目前已有4 0 0 多种昆虫的性信息素鉴定出来， 仅在鳞翅目昆虫中就分离鉴定出3 5 0 多种性信息素，其中多数已能人工合成。这些化学 物质在防治害虫和行为生理学的研究中发挥了很大的作用【引。近年来，人们开始重视昆 虫化学通讯在害虫综合管理中的应用，借助于气质联用( g a sc h r o m a t o g r a p h y m a s s s p e c t r u m ， g c m s ) 、 触角电位与气相色谱联机( g a sc h r o m a t o g r a p h y e l e c t r o a n t e n n o g r a p h y ，g c e a d ) 等先进的试验技术，使昆虫化学通讯的研究取得了新 进展，目前在金龟子科已有2 0 余种植食性金龟子的性信：息素鉴定出来。同时对金龟子 嗅觉机制的研究，已由8 0 年代的结构研究迈上了一个新台阶，采用单细胞记录技术 ( s i n g l es e n s i l l u mr e c o r d i n g ，s s r ) 深入探索其嗅感器的生理功能，目前已对铜色丽金 龟a n o m a l ac u p r e a 、日本丽金龟p o p i l l i aj a p o n i c a 、大阪异丽金龟a n o m a l ao s a k a n a 、分 异发丽金龟砌y l l o p e r t h ad i v e r s a 和椰柱犀金龟o r y c t e sr h i n o c e r o s 触角进行了研究，并取 得了一定成果。 1 1 1 金龟子信息化学物质 金龟子在求偶、觅食、聚集等活动中常常通过释放化学气味物质相互联络，传递信 息。植食性的丽金龟科( r u t e l i d a e ) 、鳃金龟科( m e l o l o n t h i d a e ) 、花金龟科 ( c e t o n i i d a e ) 和犀金龟科( d y n a s t i d a e ) 包含了农业、园艺和林业上的重要经济害虫。 对这些害虫的防治，人们一直在力图寻找一种高效、无毒、无污染的生物防治新途径， 昆虫信息素和引诱剂的研究与应用成为了生物防治关注的焦点之一，从而昆虫化学生态 的研究日益受到国内外的重视。由于农业或草地害虫对经济影响重大，因此金龟子化学 通讯研究目标多数集中在丽金龟科、鳃金龟科、花金龟科和犀金龟科上【引。目前已鉴定 1 绪论 出的性信息素大多集中于丽金龟科和鳃金龟科，犀金龟科中只有几种聚集信息素被报 道，而有关植物源引诱剂方面的研究，多集中于丽金龟科和花金龟科中( 见表1 ) 。 2 0 世纪7 0 年代初，已有金龟子性信息素被鉴定，即新西兰肋翅鳃金龟c o s t e l y t r a z e a l a n d i c a 的性信息素被鉴定为苯酚【“。但随后的2 0 年间，金龟子信息化学物质的研究 进程较缓慢，只有日本丽金龟和红铜丽金龟a n o m a l ar u f o c u p r e a 的性信息素得到了鉴定 | 5 。6 1 。从9 0 年代开始，金龟子化学通讯的研究进程明显加快，许多相关的科研成果陆续 见报道。近年来，随着气相色谱、触角电位及其联用技术在昆虫研究领域的广泛应用， 金龟子化学生态研究取得了很大进展，迄今已有2 0 余种金龟子的信息化学物质被报道 ( 见表1 1 ) ，这些信息化学物质包括性信息素、聚集信息素及植物源引诱剂，在害虫综 合管理中，它们可用于对目标害虫的诱杀与监测。 1 1 1 1 性信息素 性信息素是昆虫交配过程中起通讯联络作用的化学物质。同鳞翅目蛾类一样，金龟 子一般由雌性释放性信息素引诱雄性前来交配。从目前已知的性信息素组分看，丽金龟 科通常使用类似蛾类性信息素生物合成途径中的脂肪酸衍生物作为性信息素【7 _ l ，但分 异发丽金龟的性信息素却非常特殊，它是一种具有药效活性的生物碱1 ，3 二甲基一 2 , 4 ( 1 e 3 硒间二氮杂萘，并且这种物质与其他金龟子的性信息素成分相比，挥发性较 低，但在田间对雄虫却具有很强的引诱作用，因此这种不能到达远处的小范围的信息化 学物质在分异发丽金龟的化学通讯中起着非常重要的作用【1 4 j 。与丽金龟科不同，鳃金龟 科的性信息素成分比较多样化：新西兰肋翅鳃金龟、甘蔗大褐齿爪鳃金龟h o l o t r i c h i a c o n s a n g u i n e a 以及h o l o t r i c h i ar e y n a u d i 分别使用结构比较简单的苯酚和苯甲醚作为性信 息素1 4 “1 “l ；黑七鳃金龟h e p t o p h y l l ap i c e a 使用( r ，z ) 7 ，1 5 十六碳二烯4 一交脂以及 h o p l i ae q u m a 使用十四烯酮2 这些脂肪酸衍生物作为性引诱剂1 17 ，”1 ；但鳃金龟也使用诸 如l 一缬氨酸甲酯、l - 异亮氨酸甲酯、l - 亮氨酸甲酯、法尼烯等氨基酸衍生物或萜类化合 物作为性信息素h 9 - 1 _ 3 j ；现在这些化合物中又多了一种特殊的成分，朋y l l o p h a g ac r i n i t a 的性信息素成分是室温下呈晶体状的含硫化合物2 一甲基( 聚硫甲基) 安息香酸盐，这 是首次发现含硫的昆虫性信息素成分i “j 。 1 1 1 2 聚集信息素与植物源引诱剂 聚集信息素( a g g r e g a t i o np h e r o m o n e ) 是由雄性、雌性或雌雄两性个体释放，能同 时引诱两性成虫聚集的信息化学物质。目前已知非洲犀金龟o r y c t e sm o n o c e r o s 、椰柱犀 金龟由雄性释放聚集信息素，其主要成分均为4 甲基辛酸乙脂【2 5 ”】。实验室生测表明， 椰柱犀金龟除了上述聚集信息素外，化学通讯中还涉及了雌虫产生的性信息素，但该性 信息素的组分目前还没有鉴定结果【2 6 l 。一些金龟子雌虫释放的挥发物兼有性信息素和聚 集信息素的双重作用。甘蔗大褐齿爪鳃金龟雌虫释放的挥发物为苯甲醚，可引诱雌雄两 性成虫，同时被这种信息化学物质引诱的雌雄两性也表现出了性行为，所以这种物质既 是它们的聚集信息素，也是其性信息素i l ”。a r a k a k i 等最近又报道了( 邻) 氨基苯甲酸对黑 金龟子h o l o t r i c h i al o o c h o o 日n 口l o o c h o o a n af s a w a d a ) 具有性引诱和聚集的双重作用i ”】。 j ： 夺 表1 - 1 金龟子信息化学物质 新l ”胁翅鳃金电c o s t e l y t t az e a l a n d i c a 苯酚p h e n o l 惭掣蚶金电h o l o t r i c h i a p a r a l l e l a l - 异亮氩酸1 1 酯l - i s o l e u c i n e m e t h y le s l e ( r ) ( - ) 一芳樟醉( r ) 一( - ) - i i n a l o o l 甘蔗大槲齿爪蜷金也h c o n s a n g u i n e a 苯。 1 醚a n i s o l e h r c w t a u d i hi o o c h o o a n ai o o c h a l l a 关l 蚶金吨h e p t o p h v l l a p i c e 2 璀 i 醚a n i s o l e ( 邻) 氨牡笨甲酸a m h r a n i l i ca c i d q 烯酮22 - t e t r a d e c a n o n e r ，z ) 一71 5 - l 六碳二烯4 - 交酯 ( r ，z ) 一7 ，1 5 - h e x a d e c a d i e n - 4 - o l i d e 陇靠【l f 鳃金龟脚f 却 n g 口n ，“名l 缬氢酸q ，酯l v a i i e m e i h v le s l e r s p l a n c e o l a t a m a l a d c j wm a l t i d a 盒龟科( r u t e l i d a e ) 日水谢盒龟p o p i l l i a j a p o n i c a r 制0 j 电a n o m a l ar u o c u p ，。 州包川金f a c “p r e a l = i _ 氏w h 金电as c h o t 腔i d t i 樱桃绿酣套龟a d a i m i a n a 而 绿| h f 金龟ao c t i e j c o s t 日f 4 e 绿洲金龟奇岛“种a a l b o p i l o s as a k i s h i m a n a 东方异| j _ j 金龟a o r i e n t a l i s 白毛绿川金龟、咿种aa l b o p i l o s aa l b o p i l o s a l 异亮氨酸甲酯l - i s o l e u c i n em e t h y le s t e r s l - 亮氨酸甲酯l - l e u c i n e m e t h y le s t e r s l - 异亮氲酸。f 1 酯l - i s o l e u c i n em e t h y le s t e r s 2 - q 1 蟹r 壤硫p 垫1 一安息香酸盐 m e t h y l2 - ( m e t h y l t h i o ) b e n z o a t e ( z ，e ) _ a - 法尾烯( z ，e ) 小f a r n e s e n e ( r z ) - 5 一( _ ) _ ( 1 - 凳烯基) 二氢呋哺酮- 2 ( r - j a p o n i l u r e ) ( r ，z ) - 5 ( 一) 一( d e c l e “y 1 ) 0 1 y a 。y c l o p e n l a n 2 - o n e ( z ) 一5 十心碳烯酸甲酯m e t h y l5 - ( z ) 一t e t r a d e c e n o a t e ( r ，z ) - 5 一( _ ) _ ( 1 - 辛烯基) 二氢呋喃酮一2 ( r b u i b u i l a c t o n e ) ( r ，z ) 5 一( _ ) - ( o c t - l e n y l ) o x a c y c l o p e n t a n - 2 - o n e ( r ，z ) 一5 - ( 十( 1 - 磐烯基) 二氢呋哺酮一2r - j a p o n i l u r e ( e ) - 2 - 壬烯醇12 - ( e ) 一n o n e n o l _ ( r ，z ) 5 一( 十( 1 一辛烯基) 二氢呋喃酮一2r b u i b u i l a c t o n e r e ) 一2 乇烯晰- l2 - ( e ) - n o n e n o l ( r ，z ) 一5 - ( - ) - ( 1 一半烯基) 二氢蚨哺耐- 2r b u i b u i l a c t o n e ( r ，z ) 5 一( _ ) - ( i 一登烯基) 二氢呋喃耐2r - j a p o r t i l u r e ( r z ) 一5 - ( - ) _ ( 1 - 辛烯基) 二氢呋喃酮- 2r - b u i b u i l a c t o n e ( rz ) 一5 - ( - ) - ( 1 - 癸烯基) 二氢呋喃酮一2r - j a p o n i l u r e ( z ) - 79 4 1 ( e ) 一7 - 十三烯酮27 - ( z ) 一a n d7 - ( e ) 一2 一t e t r a d e c a n o n e ( r ，z ) - 5 一( - ) _ ( i 一辛烯基) 二氢趺哺酮一2r - b u i b u i l a c t o n e 3 s s s a s s ，a s s s s s s s s s s s l 绪论 人陬异甜金电ao s a k a n a s o l i d a 竹芹技州盒龟p h y l m e , 抽nd i v e r s a 岸企龟科( d y n a s t i d a e ) 非洲胖金地o r y c t e s m o t l o c e l u s 棚，植雕盘也o , h l i n o c e r o s ( e ) - 2 壬烯斛- l2 - ( e ) - n o n e n o l ( e ) - 2 一壬烯醛2 - ( e ) - n o n e n a l 萆 。醴。p 酯m e t h y lb e n z o a t e ( s ，z ) - 5 一( + ) - ( 】癸烯基) 二氢呋哺酮- 2s - j a p o n i l m e ( r ，z ) 一5 - ( - ) 一( 1 - 半烯基) 二氢呋喃酮一2r b u i b u i l a c t o n e 1 , 3 - 二。p 丛24 ( 1 h , 3 m - 问二氢杂荼 1 3 d i m e t h y l 24 ( t h , 3 脚一q u i n a z o l i n e d i o n e 4 一 o 拈辛酸乙脂e t h y l4 - m e t h y l o c t a n o a t e a 4 甲基辛酸己脂e t h y l4 - m e t h y l o c t a n o a t e a 4 一h 基辛酸4 - m e t h y l o c i a n o i ca c i d 4 - 甲基胰酸乙脂e t h y l4 - m e t h y l h e p t a n o a t e 注：s 为眭信息秉a 为聚集信息紊 d m a l a d e r am a t r i d a 是分布在以色列的一种鳃金龟，其成虫于黄昏时出土取食、聚 集、在植物上交尾，并且雄虫总是先出土，几分钟后雌虫才出来与雄虫聚集使两者性比 达到1 ：1 【2 9 ，”】。这种金龟子雌虫释放的性信息素被鉴定为( z ，e ) a 法尼烯，能够引 起雌雄两性触角的e a g 反应【3 1 】，但在田间并不能引起雌性的聚集，也没有发现虫体释 放其他的聚集信息素。行为生测表明，雌雄两性都能被受伤寄主植物释放的挥发物所引 诱。因此f a l a c h 等人提出该种金龟子在聚集行为和性引诱机制上存在两个分开的( 也可 能是平行的) 阶段：首先雄虫先出土取食寄主植物，雌虫被取食过的寄主植物释放的挥 发物引诱，之后雄虫又受到雌虫释放的短距离性信息素的引诱瞄。 许多植食性金龟子的感觉细胞对绿叶挥发物及花的挥发物敏感，尤以丽金龟科和花 金龟科为例，取食和求偶都在花上，花的挥发物为其营养和繁殖提供必要的资源信息， 因此可利用这些花的挥发物来诱集金龟子，进行预测预报和防治工作。研究表明，蒲公 英中的顺3 己烯醇乙酸酯、苯甲醛、苯乙醛、苯乙醇、苯甲酸苯酯对扁绿丽金龟 爿n d 口l a o c t i e s c o s t t ab u r m e i s t e r 具有强烈趋向行为【3 2 】。从玫瑰花中提取的诱集物对分布 于我国北方的花金龟白星花潜金龟p o t o s i ab r e v i t a r s i s ( l e w i s ) 和小青花金龟o x y c e t o n i a f u c “n d af a l d e r m a n n 诱集力最强，尤以后者为甚1 3 。花的挥发物( z ) 3 一己烯醇一1 对分布在 欧洲大部分区域的植食性金龟子f 确y l l o p e r t h ah o r t i c o l a 有诱集作用，其中雄虫对( z ) 一3 一己 烯醇1 的反应尤为强烈，并且所引起的反应可由黄色的诱捕器得以增强。此外，诱捕位 置对诱捕量也能产生影响，如对于p h y l l o p e r t h ah o r t i c o l a 这个种类，在地面上5 0c m 和 1 2 5c m 处捕获的数量要明显多于置于2 0 0c m 处的诱捕量【j 。 通过阳问试验筛选出了一些丽金龟的两性引诱剂。最初发现日本丽金龟能被香叶醇 和丁子香酚所引诱，以1 0 ：1 的混合物作为诱剂，随后又将茴香脑和丁子香酚( 9 ：1 ) 混合物、丙酸苯乙酯和丁子香酚( 3 ：7 ) 混合物作为标准诱饵，最后发现丙酸苯乙酯、 1 绪论 丁予香酚和香叶醇( 3 ：7 ：3 ) 的混合物对日本丽金龟的引诱最为有效，目前己被广泛 应用于对该虫的诱杀与监测【3 j ：( 邻) 氨基苯甲酸甲酯能够引诱红铜丽金龟【3 5 j ；最近又发 现香叶醇，丁子香酚和2 乙基苯丙酸盐f 3 ：7 ：3 1 的混合物对p h y l l o p e r t h ah o r t i c o l a 的雌 雄两性具有引诱作用【3 。这些筛选出来的两性引诱剂，都是结构比较简单的天然化合 物，并且在一些植物中也存在这些物质。因此，这些物质可以看作是植物释放的利他素 ( k a i r o m o n e s ) ，对金龟子取食、交配、产卵、栖息等行为起诱导作用。 1 1 2 金龟子嗅觉感受器 触角是昆虫感j m j q - 界环境的主要器官，其上分布着许多不同类型的嗅觉感受器。昆 虫的嗅感器是一种由表皮特化而形成的薄壁构造，主要由毛原细胞、感觉神经细胞所形 成。昆虫利用这些感器来识别化学信号以取得种间以及与其它物种的化学联系，这是昆 虫进行通讯和传递信息的普遍方式。8 0 年代，人们利用电镜技术对鞘翅目金龟甲科的一 些种类进行了触角感觉器的超微结构研究，但单纯依据感器的形态和结构并不能判断某 一类型感器的具体功能，必须对这些嗅觉感器进行电生理研究才能证实它们在昆虫嗅觉 中的作用。9 0 年代以来，随着金龟子信息化学物质研究速度的加快以及单细胞记录技术 的应用，研究人员开始对金龟子嗅觉感器的类型及功能进行深入研究，这为理解金龟子 的嗅觉信号转导奠定了基础。 1 1 2 1 嗅感器的类型 金龟子的触角为鳃状，由8 一1 1 节组成( 通常是1 0 节) ，分为4 个部分：柄节、梗 节、鞭节和一个鳃状部，鳃状部由鞭节末端的3 - 7 节扩展形成。m e i n e c k e 对多种金龟 子的触角感觉器进行了形态研究，发现这些感觉器主要有以一f4 种类型：板形感器、锥 形感器、腔锥形感器和毛状感器【3 6 】。其中板形感器是鳃片内表面数量最多的类型，在板 形感器中夹杂一些腔锥形感器，后来的电生理实验表明了板形感器和腔锥形感器是金龟 子的嗅觉接受器 3 7 - 4 “。金龟子嗅感器一般分布于触角末端鳃片的内表面上。当触角处于 静止时，这些鳃片彼此贴在一起紧靠腹侧，以保护嗅感器表面。在外部形态上，金龟子 板形感器为圆盘状，表面有许多气孔，m e i n e c k e 称之为气孔盘感器( p o r ep l a t e s e n s i l l a ) ，并分为隐藏式气孔盘和有凹穴的气7 l 盘两种形式【3 6 】。除了有无凹穴的差异 外，金龟子的板形感器在外部形态上还有其它不同的特征，如铜色丽金龟触角鳃片上有 凹穴的气孔盘又可分为p a 、p b 和p c 3 种类型，这3 种类型的区别表现在盘的外部形态 上，即p a 扁平，p b 轻微褶皱，p c 是高度专化的褶皱m ”】。但是，这些外部形态不同的 感器在功能上是否有所差还没有结论。 1 1 2 2 雌雄触角嗅感器的差异 鳞翅目中蛾类雄性的触角一般比雌性发达，羽状，像天线一样有利于接收来自各个 方向的化学信息，同时雌雄触角上嗅觉感器的类型和数量也有很大差异，大多数种类只 有雄性才具有感受性信息素的毛状感器【4 “。 与鳞翅目昆虫一样，盒龟子的触角也常常出现性二型现象，有些种类雄性鳃片的数 1 绪论 量多于雌性，但这种现象一般存在于鳃金龟科。虽然丽金龟科的种类雌雄鳃片的数量相 等，但在鳃片大小，嗅感器的数量及嗅觉感受神经细胞( o l f a c t o r yr e c e p t o rn e u r o n s ， o r n s ) 的灵敏度上存在差异。脚l l o p e r t h ah o r t i c o l a 雄性的鳃片明显大于雌性，其上分 布的板形感器数量大约比雌性多6 0 1 4 。日本丽金龟雌雄鳃片的大小等同，但雄性鳃片 上感受性信息素的隐藏式气i l 盘的数量几乎是雌性的2 倍【3 9 】。铜色丽金龟和分异发丽金 龟雌雄两性触角上都存在大量的的板型感器，虽然雌性总感器数目略高于雄性，但感受 性信息素组分的感器却少于雄性，同时s s r 研究也表明，雌性感受性信息素的o r n s 的灵敏性低于雄性4 “。看来这些金龟子的雌性具有能够探测其自身释放的性信息素能 力，只是灵敏性低于雄性。雌性o r n s 灵敏性低的原因可能是雌性触角性信息素结合蛋 白或神经细胞膜的气味受体蛋白数量较少。在鳞翅目中也有类似的研究结果，棉铃虫 h e l i c o v e r p aa r m i g e r a 雌雄触角上毛状感器的类型和数量差异不大，但雄虫对性信息素 ( z 1 1 - 1 6 a l d ：z 9 1 6 a i d = 9 7 ：3 ) 的触角电位反应却明显强于雌性1 4 6 】。后来研究又发现， 棉铃虫性信息素结合蛋白( h a r m p b p ) 在其雄性触角上的特异表达水平远远大于雌性f 4 7 ， 4 s l 。而具有聚集习性的椰柱犀金龟的触角及嗅感器均无性二型现象，其雌雄触角在鳃片 大小、嗅觉感器的类型及数量上均无明显差异，雌雄两性触角中均存在感受聚集信息素 及植物挥发物的嗅觉感器神经细胞，并且反应灵敏性一致【4 9 】。 1 1 2 3 金龟子嗅觉体系的敏感性和特异性 在鳞翅目昆虫触角上，肘性信息素和植物挥发气味的感受是由不同类型的感器来完 成的，一般毛形感器用于感受性信息素，锥形感器感受植物挥发气味【5 。金龟子的触角 也是由不同嗅感器特异的感受信息素和植物挥发气味。椰柱犀金龟触角上由不同类型的 气孔盘专对聚集信息化合物( 4 甲基辛酸乙脂) 和植物挥发气味产生嗅觉刺激反应， 这些嗅感器随机分布于鳃片的内表面上。但在铜色丽金龟触角中，特异感受性信息素 和植物挥发气味的感受器在鳃片上的分布几乎完全隔离，它的鳃片内表面明显的分为光滑 和粗糙两个区域，光滑区域上分布着隐藏式气孔盘，专一感受性信息素，粗糙区域上分 布着有凹穴的感器( 包括3 种板形感器和腔锥形感器) ，它们对植物挥发气味有活性m 4 0 1 。 金龟子性信息素感器的每一个嗅觉感受神经细胞都专一对应个单个信息素组分， 包括单个的对映异构体。s s r 实验表明，铜色丽金龟、日本丽金龟及大阪异丽金龟每个 触角上性信息素感器中都包含两个神经细胞。大阪异丽金龟和日本丽金龟分别使用 ( s ) - j a p o n i l u r e 和( r ) - j a p o n i l u r e 作为单一的性信息素成分，并且雄性对性信息素的 反应受到相反异构体的抑制【5 ，5 ”，这两种金龟子性信息素感器中的两个o r n s 分别与其 性信息素和相反异构体一一对应1 4 ”。在铜色丽金龟中，性信息素感器中的两个o r n s 一 对应感受其性信息素的两个组分( r ) b u i b u i l a c t o n e 和( r ) - j a p o n i l u r e ，而对这两个组分的 相反异构体则没有反应。另外研究发现，分异发丽金龟触角中植物挥发气味感受器的 o r n s 也具有高度选择性，对绿叶挥发物f z ) 3 醋酸己烯酯高度敏感的o r n s 对其他绿叶 气息没有反应 3 8 ，4 5 1 。 1 1 3 金龟子嗅觉信号转导的分子基础 昆虫的嗅觉体系之所以具有高度敏感性和特异性，是由不同特异蛋白的综合作用实 现的。这些特异蛋白包括：气味结合蛋白( o d o rb i n d i n gp r o t e i n ，o b p ) 、嗅觉神经细胞 膜上的气味受体以及嗅觉神经细胞周围感器淋巴液中的气味降解酶1 5 。 在昆虫触角中，位于嗅觉感器神经树突膜上的气味受体蛋白与同源配位体相互作 用，将化学信号转换为神经活动 5 3 t5 。不过，在气味分子与气味受体相互作用之前，气 味分子必须首先进入嗅觉感器的水腔。这些疏水性的配位体进入和穿过含有高度聚集气 味降解酶的水环境，然后到达气味受体分子 5 5 ，5 “。这些蛋白被认为在感器的水腔和其表 皮壁的交界面上与气味分子结合，通过扩散穿过水腔，将气味运送到神经细胞膜受体 1 4 5 1 。气味分子与嗅觉神经细胞膜上的气味受体相互作用产生第二信使3 磷酸肌醇， 从而激发电生理信号 5 7 - 5 9 】。这些信号沿树突、轴突传递到中枢神经系统，从而使昆虫做 出一定的行为反应。 1 2 金龟子化学通讯的发展前景 利用昆虫信启、化学物质来防治害虫已成为生物防治开发的新途径。由于鳞翅目昆虫 信息化学物质( 特别是性信息素) 的研究比较详尽，所以有关性信息素的生物合成及嗅 觉机制的研究多集中于鳞翅目昆虫，而金龟子类昆虫信息化学物质的研究起步较晚。由 于其基础工作的薄弱，影响了金龟子化学生态的深入发展及实际应用。但近年来，随着 g c m s 、g c e a d 、s s r 等先进技术在昆虫研究领域的应用，金龟子化学生态中许多信 息化学物质在不久的将来将得以鉴定，进而不仅能够活跃信息素的生物合成及其神经调 控的研究，而且还将探索嗅觉感受机制和其他的生理因素，这预示着金龟子化学通讯的 研究将有一个更好的发展前景。同时随着基础研究的深入和应用试验的进展，必将为金 龟子嗅觉机制以及其它生理因素的研究提供一个更加广阔的发展空间，使金龟子信息物 质在害虫综合治理中发挥更大的作用1 6 。 1 3 本论文研究目的及意义 金龟子是鞘翅目昆虫中庞大的类群之一，其幼虫一蛴螬，是地下害虫中最大的类群， 也是危害最重、造成损失最大的种类。由于这类害虫具有种类多、分布广、生活隐蔽、 适应性强、生活史长短不一的特点，所以很难防治【6 l 】。长期以来，国内外