全 文 ：第 37卷 第 5期 东　北　林　业　大　学　学　报 Vol.37 No.5
2009年 5月 JOURNALOFNORTHEASTFORESTRYUNIVERSITY May2009
青杨脊虎天牛成虫交配行为及化学通讯方式 1)
王牧原　迟德富　左彤彤　宇　佳　李晓灿　王文帆
(东北林业大学 ,哈尔滨 , 150040)
　　摘　要　对青杨脊虎天牛(XylotrechusrusticusLinnaeus)成虫交配行为的观察和 Y型管生测仪的生测研究表
明 , 释放化学信息是引起青杨脊虎天牛成虫交尾的主要通讯方式。利用气相色谱—质谱联用对试虫正己烷提取物
的定性检测 , 进一步证明了雌虫释放短距离性信息素 , 雄虫接触后释放较长距离挥发性物质的推断。雄虫释放的
化学物质通过空气传递给雌虫 , 而后进行交尾。
关键词　青杨脊虎天牛;化学通讯;交配行为
分类号　S763.38:S763.1MatingBehaviorandChemicalCommunicationofImagoXylotrechusrusticus/WangMuyuan, ChiDefu, ZuoTong-tong, YuJia, LiXiaocan, WangWenfan(SchoolofLifeSciences, NortheastForestryUniversity, Harbin150040, P.R.China)//JournalofNortheastForestryUniversity.-2009, 37(5).-105 ～ 107, 111TheobservationonmatingbehaviorofadultXylotrechusrusticusLinnaeusandbioassaysbyY-shapedtubeshowthatprodu-cingsemiochemicalsisthemaincommunicationmeanscausingmatingbehaviorofadultX.rusticus.GC-MSwasusedtodetectthesemiochemicalsinitsbody, whichprovesthatthefemalesemitshortrangesexpheromoneandthemalesreleaselong-rangevolatilechemicalsbytouchingit.Thenthepheromoneistransmittedbacktothefemalesbyairandtheymate.Keywords　Xylotrechusrusticus;Chemicalcommunication;Matingbehaviors
　　青杨脊虎天牛(XylotrechusrusticusLinnaeus)为鞘翅目天
牛科脊虎天牛属昆虫 , 是国家林业局 2004年发布的林业检疫
性有害生物之一 , 属我国北方地区新暴发成灾的蛀干性害虫。
它分布范围较广 , 寄主以杨树为主 , 同时为害多种杨柳科林
木。该虫隐蔽性强 , 在防治上极为困难。受害的林木 ,其生长
极度衰弱 , 树木易断枝折头 , 直至死亡。然而 , 传统的化学农
药防治方法由于具有毒性大 、使昆虫产生抗药性 、污染环境等
缺点 , 已经在害虫防治方面难当大任。为了探索用昆虫信息
化学物质防治害虫的新方法 , 更加有效地控制该害虫危
害 [ 1-4] ,从上世纪 70年代起 , 国内外植保工作者对天牛的性
信息素 、引诱植物和植物性引诱剂开展了尝试性的研究。从
20世纪 70年代发现天牛性信息素存在以来 , 国内外现已鉴
定出了 13种天牛性信息素的化学结构。第一个被鉴定出化
学结构的是葡萄巨虎天牛(XylotrechuspyrrhoderusBates)[ 5] 。
随后 , 北美家天牛(Hylotrupesbajulus)[ 6] 、黄星桑天牛(Anoplo-
phoramalasiaca)[ 7] 、欧洲天牛(VesperusxatartiDufour)[ 8] 、胸
斑星天牛(Anoplophoramalasiaca)[ 9]和刺槐巨虎天牛(Chloro-
phorusdiadema)[ 10]等的性信息素组分也得以鉴定。 而目前
青杨脊虎天牛性信息素的化学结构尚属空白。因此 , 笔者对
青杨脊虎天牛成虫的交配行为 、交配中化学通讯的方式以及
性信息素成分做了大量研究 , 为日后应用化学生态的方法防
治青杨脊虎天牛提供理论参考。
1　材料与方法
试虫于 2007年 1月采自哈尔滨市呼兰区受青杨脊虎天
牛危害的杨树木段。在试虫化蛹前将受害木段罩以尼龙纱
网 , 待 5月下旬幼虫羽化后 ,选择活跃 、有正常求偶 、交配能力
的成虫供试。
1)国家自然科学基金(C02060302)和国家科技支撑项目
(2006BAD08A1003-3)支持。
第一作者简介:王牧原 ,男 , 1982年 7月生 ,东北林业大学生命学
院 ,硕士研究生。
通信作者:迟德富 ,东北林业大学教务处,教授。
收稿日期:2008年 5月 8日。
责任编辑:张建华。
1.1　成虫交配行为的生物学观察
1.1.1　室外成虫生物学行为观察
从 5月下旬开始 , 于每天 6:00— 20:00, 每隔 2h选择未
交尾过的 1 ～ 2日龄的青杨脊虎天牛成虫 , 观察其栖息场所 、
活动规律 、求偶及交尾情况 ,同时记录天气情况。
1.1.2　室内成虫生物学行为观察
将刚羽化出的未交尾雌 、雄成虫分别放入养虫笼内 ,采集
杨树枝条插入盛水三角瓶以保持其新鲜 ,将三角瓶放置于养
虫笼内供成虫栖息 、爬行。养虫笼放置在窗口附近以便采光。
按性比 1∶1取 10对 1 ～ 2日龄的成虫放入养虫笼内观察 , 记
录求偶时间 、求偶行为。并于每天 8:00— 22:00时每隔 2h观察
一次试虫的求偶现象 、求偶时间、求偶行为。在此期间若无求偶
现象,则于次日 0:00— 2:00、2:00— 4:00再分别观察一次。
1.2　化学信息联系的测定
1.2.1　室内短距离交尾行为的观察
取 1 ～ 2日龄活泼雌 、雄试虫 5对 , 分别将每对试虫放入
预先垫有滤纸的培养皿中 ,并加入少量新鲜杨树叶片用来模
拟其野外生活环境。每天更换新鲜的树叶 , 并向树叶上喷洒
少量水以保持叶片水分充足。培养皿直径为 15cm。将培养皿
放置在光照充足的地方对其进行连续 7d的观察,在试虫活跃的
时间段里观察并记录它们的交尾次数 、时间和交尾行为。
1.2.2　雌 、雄成虫浸提物的提取和生测
取 1 ～ 2日龄的活泼雌 、雄成虫各 5头分别置于 2个试管
中 ,加入正己烷 10mL, 加胶塞 ,在室温下浸提 12h;分别取出
雌 、雄试虫 ,并用少量正己烷冲洗虫体;将冲洗液与浸提液混
合 ,吹氮气浓缩至 2 mL(按照上述设计重复提取 30组 , 浓缩
液置 -40℃保存备用);将浓缩液分别滴在 2片 2 cm×2cm
的滤纸上 , 每片 2mL。待正己烷挥发完毕 , 再将滤纸分别置
于两个培养皿中。取雌雄试虫各 1头 , 分别放入培养皿中 , 观
察雄 、雌虫对含有雄虫或雌虫浸提物滤纸的行为反应。每测
试 2头试虫后 ,更换滴有浸提物的滤纸。有求偶现象则记录 ,
超过 30min无明显行为的记为不反应。每组试验测试 10头
雄虫和 10头雌虫 , 重复 3组。试验时间为上午 9:00时至下
午 15:00时。
1.2.3　活体源化学信息的 Y型管生测试验
选用 4 ～ 6日龄的试虫 200只 ,按雌雄分别置于模拟野外
环境的纱笼中。试验分为 5组 ,以 40只试虫为 1组。对雌性
和雄性成虫进行 Y型管生测:Y型管一侧选取 1只雌虫 、 1只
雄虫或雌 、雄虫各 1只作为 3组气味源;Y型管另一侧以空白
滤纸作为对照。试验每次放入 1只试虫 , 观察 15 min,试虫爬
向气味源其中的某一侧管臂超过侧管臂长度的 1/2, 记为反
应;试虫静止不动或爬向一侧不足 1/2, 记为无反应 , 并记录
试虫选择的结果。
1.3　试虫正己烷浸提液中主要成分的测定
取 2 ～ 4日龄雌 、雄试虫各 3只 ,按性别分别置于 2个试
管中。将两试管分别加入色谱纯正己烷 10mL, 加胶塞 , 在室
温下浸提 12h。弃去试虫 , 剩余正己烷用 60℃水浴浓缩至 1
mL。采用 Agilent公司的气相色谱—质谱联用仪(6890N—
5973insert)测定试虫正己烷浸提液的主要成分。
条件:毛细管色谱柱 DB-17MS, 柱长 30 m, 内径 0.25
mm,膜厚 0.25μm,气化室温度 270℃, 载气为氦气 , 柱流量 1
mL/min, 进样量 1μL。柱温:60℃保留 4min, 以 5 ℃/min升
至 250℃保留 5min, GC—MS接口温度 280℃。电离源 EI, 电
子能量 70eV, 离子源温度 230℃,扫描范围:15 ～ 360u。
提取液经 GC—MS分析后 , 所得质谱图谱主要利用计算
机标准质谱图库(NIST98)并辅助以人工识别确定化合物 , 以
质谱离子峰面积百分数表示各成分相对含量。
2　结果与分析
2.1　青杨脊虎天牛的生物学习性观察
通过室外观察发现:青杨脊虎天牛晴天较为活跃 , 喜光 ,
多停息在树段或纱网上 , 有时在木段或在纱网上爬行;不善飞
行 , 但受扰时可作短距离飞行。雄虫通过爬行寻找雌虫进行
交尾 , 交配时间在上午 9:00时至下午 15:00时 , 下午 16:00
时之后 , 雌虫和雄虫活性明显降低。
经室内观察发现:在饲养有雌 、雄成虫的虫笼中 , 试虫不
如野外活跃 , 且表现出明显的趋光性 ,半数以上的试虫都聚集
在向光一侧。少数同性试虫在爬行时相遇 ,则互相避开对方 ,
且大都在纱网内做小范围爬行 ,与室外相比 , 试虫少有交尾发
生 , 且整体活性也较低。
由室内培养皿中短距离交尾行为观察发现:试虫活动时
间一般为上午 9:00时至下午 3:00时。试验初期 , 试虫对环
境的改变显得非常不适应 ,做无规则的爬行。雌 、雄虫相遇后
立即避开。大约数十分钟后 , 试虫可以适应这种新的环境 , 而
后出现求偶及交尾现象。一般 ,雄虫以爬行方式追逐雌虫 , 追
上雌虫后 , 爬到雌虫体上 , 抱握雌虫背部 , 这时雌虫会背负雄
虫继续爬行几秒到十几秒不等 ,然后停止。停止爬行后 , 雌虫
从腹部末端伸出淡粉色生殖器官(0.5 ～ 0.6cm), 雄虫将其生
殖器官(黑色 ,细而短 , 0.1 ～ 0.2cm)伸入雌性生殖器官内。 8
～ 50s后两虫生殖器官分离 , 即为一次交尾。 5 ～ 10s后再次
进行交尾 , 如此反复几次。交尾结束后 , 两虫并不马上分离 ,
而是雄虫继续抱卧在雌虫背部 , 触角 、前足摆动 ,而后雌虫爬
开 , 全部交尾结束。青杨脊虎天牛在求偶和交尾过程中外界环
境发生变化时 ,交尾过程一般不会停止。 5组试虫平均每天交尾
次数为 3～ 10次,单次交尾时间为 8s～ 2min不等。
2.2　雌 、雄试虫对浸提物反应的结果
研究中 , 分别利用 3组雌雄青杨脊虎天牛对浸提物滤纸
进行交配反应试验(表 1),结果表明:雌虫对雌虫浸提物 、雄
虫对雄虫浸提物均无明显反应 ,即将雌虫和雄虫放入各自浸
提物的培养皿中时 , 它们时而静卧 ,时而做杂乱无章的爬行;
将雄虫放入含有雌虫提取物滤纸的培养皿中时 , 当雄虫未接
触滤纸时 , 无明显反应 , 而当雄虫接触雌虫提取物滤纸后 , 则
有曲腹 、抱握的求偶动作;将雌虫放入含有雄虫提取物滤纸的
培养皿中进行试验时 , 雌虫放入培养皿后未接触滤纸时 , 就有
伸出雌性生殖器官的反应 , 然后爬上滤纸 , 继续伸出生殖腺
体 ,静卧其上。由表 1的统计数字可见:大部分雌虫或雌虫对
含有同性浸提物的滤纸都无明显的求偶反应 , 但对含有异性
浸提物的滤纸有求偶动作。
表 1　雌、雄试虫对浸提物滤纸有交配反应的数目 头　
试虫性别 雌性浸提物反应数 未反应数
雄性浸提物
反应数 未反应数
雌 0 10 9 1
0 10 9 1
1 9 10 0
雄 9 1 0 10
10 0 1 9
10 0 1 9
2.3　雌 、雄试虫对不同气味源反应(Y型管生测)的结果
由表 2可见 ,在空白对照组中 , 雌 、雄试虫对 Y型管两端
的滤纸选择的比率为 45.0% ～ 55.0%, 经 T检验未达显著性
水平 ,说明试虫对滤纸的选择可能是随机的。雌性试虫对雄
性气味源的选择比率最高 ,为 70.0% ～ 82.5%,平均可达 76.5%。
而雄性试虫对雌性气味源的选择比率较低 ,为 50.0% ～ 60.0%,
平均达到 55.0%。雄虫产生吸引雌性的物质与雌性相比更
具有挥发性。因此 , 雌性试虫选择雄性气味源的比率 ,要高于
雄性试虫选择雌性气味源的比率。
表 2　试虫对气味源的选择结果
试虫
性别
试虫
数 /头
空白对照试验
数量 /
头
比例 /
%
雌体气味源
数量 /
头
比例 /
%
雄体气味源
数量 /
头
比例 /
%
雌体 +雄体气味源
数量 /
头
比例 /
%
雌体 40 18 45.0 19 47.5 33 82.5 28 70.0
40 21 52.5 24 60.0 30 75.0 26 65.0
40 20 50.0 20 50.0 31 77.5 27 67.5
40 20 50.0 21 52.5 28 70.0 29 72.5
40 19 47.5 23 57.5 31 77.5 30 75.0
雄体 40 19 47.5 24 60.0 22 55.0 22 55.0
40 20 50.0 20 50.0 19 47.5 20 50.0
40 22 55.0 23 57.5 20 50.0 21 52.5
40 19 47.5 21 52.5 21 52.5 21 52.5
40 21 52.5 22 55.0 18 45.0 19 47.5
2.4　试虫正己烷浸提液中的主要成分
由表 3可知 ,在试虫正己烷浸提液所含成分主要为烷烃
类物质 , 集中在 15 ～ 28个碳原子数的区间内 , 且有部分碳原
子数相同的烷烃。雌虫浸提液所含烷烃种类较之雄虫略多 ,
雄虫浸提液中主要成分为十八烷 ,而雌虫体中含量较多的是
9-辛基十七烷和二十四烷。按含量由高到低 , 雄性浸提液中
特有的物质有:十八烷 、二十七烷 、 9-甲基十九烷 、2, 6-二甲基
十七烷 、2-甲基十七烷 、3, 8-2甲基癸烷;雌性浸提液中特有的
物质为:9-辛基十七烷 、二十四烷 、二十一烷 、二十烷 、十七烷 、
8-己基十五烷 、 7-甲基十五烷 、 2-甲基十五烷。
3　结论与讨论
对青杨脊虎天牛成虫行为的观察表明 ,其求偶行为和释
放性信息素具有一定的时辰节律性 , 但外界环境会对这种时
辰节律性产生一定影响。这种现象已经在很多种类昆虫上得
到证实。例如:亚洲玉米螟(Ostriniafurnacalis)[ 11] 、一点粘虫
(Pseudaletiaunipuncta)[ 12] 、舞毒蛾(Lymantriadispar)[ 13]等。
在本试验中 , 早 9:00时至下午 15:00时 , 试虫求偶行为发生
得比较频繁 , 在阳光充足 、温度较高的情况下 , 其活动更加活
跃;在光照不充足或者阴雨情况下 , 试虫活动能力明显降低 ,
在低温环境下较少发生交配行为。
在青阳脊虎天牛雌 、雄虫对不同溶剂的性信息素提取液
的反应研究中发现 , 雌虫对雄虫性信息素浸提液的滤纸尚未
接触就表现出求偶迹象 , 而雄虫则通过接触含有雌性性信息
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素浸提液的滤纸后才表现出此现象。因此 ,可以初步认为:雄
虫释放的是挥发性信息素 , 而雌虫释放的是识别性信息素;雌
虫首先受到远距离雄虫释放的挥发性信息素的吸引 , 并逐渐
趋向静息的雄虫 , 雄虫又受到近距离雌虫产生的性信息素的
刺激而变得兴奋 , 进而产生求偶 、交尾行为。已有的研究证
明 , 天牛雌 、雄成虫均可释放性信息素来达到两性间通讯联系
的目的 , 如葡萄巨虎天牛 [ 5] 、北美家天牛 [ 6]等。张克斌在研
究黄斑星天牛(Anoplophoranobillis)的交尾行为时也发现了雄
虫能产生挥发性信息素的现象 ,而雌虫产生的也是接触性信
息素 [ 14] 。另外 ,北美家天牛(Hylotrupesbajulus)也是依靠雌 、
雄成虫两性产生的性信息素进行通讯联系的 [ 15] 。 已有研究
表明:柳杉纹虎天牛(Anaglyptussulfasciatus)[ 16] 、桑脊虎天牛
(Xylotrechuschinensis)和咖啡灭字脊虎天牛 (Xylotrechus
quadripes)的雄成虫由释放性信息素来引诱雌成虫 [ 17] 。
表 3　试虫正己烷浸提液中所含成分及相对含量
编号 保留时间 /min 化 合 物 分子式
雄　性
质量分
数 /%
符合
度 /%
雌　性
质量分
数 /%
符合
度 /%
1 18.081 9-甲基十九烷 C20H42 9.262 83
2 18.497 二十三烷 C23H48 3.175 83 2.112 90
3 19.233 二十八烷 C28H58 2.872 99 11.835 91
4 19.652 2-甲基十五烷 C16H34 1.455 86
5 20.128 二十二烷 C22H46 8.958 97 4.957 97
6 20.860 二十七烷 C27H56 17.163 99
7 20.869 二十四烷 C24H50 20.809 98
8 21.259 9-辛基十七烷 C25H52 22.996 96
9 21.267 十八烷 C18H38 34.077 96
10 21.399 7-甲基十五烷 C16H34 3.159 82
11 21.552 3, 8-2甲基癸烷 C12H26 2.289 80
12 21.563 十七烷 C17H36 5.576 91
13 21.726 二十五烷 C25H52 14.911 98 1.276 85
14 21.743 二十一烷 C21H44 13.985 95
15 22.468 8-己基十五烷 C21H44 3.350 91
16 24.322 2-甲基十七烷 C18H38 3.526 98
17 24.341 二十烷 C20H42 7.992 91
18 25.024 2, 6-二甲基十七烷 C19H40 3.766 89
　　通过 Y型管系列生测发现:以雌虫作为试虫 , 以雄虫为
气味源时 , 雌虫爬向雄虫方向的比率为 76.5%;而以雌虫作
为气味源 , 雄虫爬向雌虫方向的比率较低 , 说明雄虫并无明显
受雌虫引诱。因此 , Y型管生测试验也进一步证实 ,雄虫释放
的是挥发性信息素 , 而雌虫释放的是识别性信息素。
通过气相色谱—质谱联用对试虫正己烷浸提液的定性 、
定量分析试验结果表明:青杨脊虎天牛成虫整体提取液为一
系列长链烃。目前 , 已有 13种天牛的性信息素组分得到鉴
定 , 如葡萄虎天牛的性信息素组分为(2s, 3s)-辛二酸和(2s)-
羟-3-辛酮 [ 5] ,这也是人们发现的第一例天牛雄性信息素。天
牛雌虫释放的性信息素最初是由 Leal等 [ 18]报道的云斑天牛
(Migdolusfryanus), 其性信息素主要成分为 N2(2S)-甲基丁
酰基-2-甲基丁胺。 Zhang等 [ 19]在对光肩星天牛(Anoplophora
glabripenis)的研究中也发现 , 雄虫特异性挥发物质是 4-庚基
氧化丁醛和 4-庚基氧化丁-1醇 , 在气相色谱—触角电位联用
仪(GC-EAG)分析测试中 , 雌 、雄成虫对该挥发物均反应强
烈。将此两种成分等量混合进行生测 ,雌 、雄成虫均产生兴奋
反应 , 并刺激其飞行和行走。本研究中 , 在雄性青杨脊虎天牛
释放的化学物质中 , 小于或等于 18个碳原子的烷烃的质量分
数超过了 30%, 而雌性青杨脊虎天牛 24、25个碳原子的烷烃
质量分数达到了 42%以上。同样 , 有学者研究也认为:天牛
短距离或接触性信息素一般由雌虫释放 , 化学结构是具甲基
的分支表皮烃;而长距离性信息素一般由雄虫释放 , 主要化学
成分由 10个左右的碳原子的酮或醇类物质组成 [ 20] 。此外 ,
由烷烃的物理性质可知 , 碳链越长的烷烃 ,其密度越大 , 熔 、沸
点越高 , 挥发性越小 , 稳定性越强 [ 21] 。雄性试虫释放的化学
物质中含量较大的是碳原子数较少的烷烃;而雌性释放的化
学物质多为碳链较长的烷烃 , 这些化学物质的挥发性要比雄
性释放物的挥发性小一些。因此 , 这也可能证明雌虫释放的
是短距离或接触性性信息素 , 而雄虫释放较长距离挥发性物
质的结论是合理的 [ 22-23] 。
目前 , 昆虫信息素已被普遍地应用于害虫预测预报和防
治上。比如 ,通过应用在成虫交尾中起重要作用的性信息素 ,
扰乱雌雄成虫间交配的通讯联络 , 干扰破坏正常交尾行为 , 使
其不能交配和繁殖后代 , 实现减少下一代虫口数量的目
的 [ 24-25] 。本研究中发现 ,雄性青杨脊虎天牛对雌性信息素提
取物的感应方式为接触式反应 , 如能应用性信息素进行干扰
交配 ,控制青杨脊虎天牛交尾 ,对其防治是较为理想的方法。
但研究中尚未测定这些化学物质中哪些是性信息素 , 以及这
些性信息素的结构和释放部位 , 因此 ,这些结果还需更更加深
入地探索。
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107第 5期　　　　　　　　　　　　王牧原等:青杨脊虎天牛成虫交配行为及化学通讯方式　　　　　　　
之间有一定的相关性 。
图 4　帽儿山地区 10种不同色斑型异色瓢虫的遗传聚类图
图 5　黄底黑斑型异色瓢虫的遗传聚类图
图 6　黑底黄斑型异色瓢虫的遗传聚类图
3　结论与讨论
笔者利用筛选出的 10对 SRAP引物对 10种色斑型异色
瓢虫进行扩增 , 得到条带 175个 , 其中多态性条带 133个 , 多
态位点比率为 76.04%。平均每对引物扩增出条带 17.5条 ,
多态性条带 13.3条。表明 , 异色瓢虫的遗传多样性处于较高
水平。聚类分析结果表明 , 帽儿山地区异色瓢虫的遗传多样
性较为丰富 , 其亲缘关系的远近与色斑型无明显相关性 , 但是
部分异色瓢虫的亲缘关系与其底色之间或者色斑形状之间存
在一定的关联性 , 符合形态分类学标准。
SRAP分子标记与 SSR、RAPD和 AFLP等分子标记相比 ,
引物序列固定 , 不需要开发物种特异性引物 , 且操作简便 , 因
此是一种非常理想的检测物种遗传变异的分子标记方法。
SRAP标记技术已经在多种植物的研究中成功地应用 , 但在
异色瓢虫遗传多样性方面相关报道较少 ,本研究结果表明利
用 SRAP标记对不同色斑型异色瓢虫进行遗传多样性分析具
有可行性 ,在阐明其遗传多样性水平和遗传结构方面具有重
要的意义。张爱萍等 [ 15]以 51对引物组合分析西瓜种质资源
多样性 , 结果表明 , 其多态性频率为 56.4%;张鹏等 [ 16]以 31
对引物对芝麻的遗传多样性进行分析 , 显示其多态性频率为
62.08%。与上述数据相比 ,异色瓢虫的遗传多样性应处于较
高的水平;同时 , 也说明此方法适用于异色瓢虫种内遗传多样
性研究。
参　考　文　献
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