全 文 ：守瓜属甲虫的取食行为与寄主植物葫芦素
种类的关系*
杨 晓1 孔垂华1, 2* * 梁文举2 张茂新1 胡 飞1
( 1 华南农业大学热带亚热带生态研究所, 广州 510642; 2中国科学院沈阳应用生态研究所,沈阳 110016)
摘要 黄足黄守瓜和黄足黑守瓜是两个非常相似的守瓜属甲虫,但它们对寄主的选择性和取食行为却
完全不同. 黄足黄守瓜先用口器在黄瓜或南瓜叶面划圈, 然后取食圈内叶组织,但却不取食丝瓜、苦瓜和西
瓜, 而黄足黑守瓜则只取食丝瓜,且不发生划圈取食行为.研究表明, 这两种甲虫的寄主选择性及取食行为
与瓜类作物合成的葫芦素种类显著相关. 黄瓜和南瓜在黄足黄守瓜取食后能诱导合成抑制取食的葫芦素
I, 使得黄守瓜只能先划圈阻断葫芦素 I在叶面的迁移才能取食圈内叶组织. 而苦瓜和西瓜本身就合成抑
制取食的葫芦素 D,使得甲虫不选择这两种瓜类作物取食.丝瓜则合成刺激甲虫取食的葫芦素 B 和 E, 使
得黑守瓜能直接取食. 本研究表明,守瓜属甲虫对寄主植物合成的特定次生物质的味觉响应机制在其寄主
选择和取食行为方面起着重要作用.
关键词 黄足黄守瓜 黄足黑守瓜 瓜类作物 取食行为 葫芦素
文章编号 1001- 9332( 2005) 07- 1326- 04 中图分类号 Q948. 12 文献标识码 A
Relationships of Aulacophora beetles feeding behavior with cucurbitacin types in host crops. YANG Xiao1 ,
KONG Chuihua1, 2 , L IANG Wenju2, ZHANG Maox in1 , HU Fei1 ( 1 I nstitute of T rop ical and Subtrop ical Ecolo
gy , South China Agr icultural Univer sity , Guangz hou 510642, China; 2 I nstitute of App lied Ecology , Chinese
A cademy of Sciences , Shenyang 110016, China) . Chin. J . A ppl . Ecol. , 2005, 16( 7) : 1326~ 1329.
Aulacophora f ermoralis chinensis and Aulacophora cattigarensis are the tw o related A ulacophora beetles, but
their host selectivit y and feeding behavior are significantly differ ent. A . f ermoralis chinensis usually feeds upon
Cucumis sativ us and Cucurbita moschata, but never upon L uf f a acutangula, Momordica charantia and Cit
r ullas lanatus . Its feeding behavior on hosts is to snip a cir cular trench on their leaves, and then, to feed the leaf
tissues isolated by the trench. On the contrary, A . cattigar ensis only feeds L . acutangula, and its trenching be
havio r rarely occurs. This study show ed that the host select ivity and feeding behavior of the two beetles w ere sig
nificantly correlated w ith the types of cucurbitacin biosynthesized by host melon crops. C. sativus and C .
moschata might be induced to produce cucurbitacin I by A . f ermoralis chinensis feeding , and this compound was
responsible fo r feeding deterrent on A . f ermoralis chinensis . Therefore, the feeding behavior of A . f er moralis
chinensis was to block the translo cation of cucurbitacin I to feeding sites. M. charantia and C. lanatus contained
deterrent cucurbitacin D, and t hus, bot h beetles never fed upon them, while L . acutangula contained stimulants
cucurbitacin B and E, and made A . cattigar ensis directly feed upon it wit hout trenching . The results suggested
that the taste r esponses of insects on specific allelochemicals from plants may play an impor tant r ole in host selec
tivity and feeding behav ior.
Key words Aulacophora f ermoralis chinensis , Aulacophora cattigarensis, Melon crop, Feeding behavior , Cu
curbitacin.
* 国家自然科学基金项目( 30170182)和中国科学院! 百人计划∀资助
项目.
* * 通讯联系人. Email: kongch@ mail. edu. cn
2004- 07- 21收稿, 2004- 11- 19接受.
1 引 言
前期研究发现[ 12 ] ,守瓜属( A ulacophor a spp. )
甲虫对寄主有不同的选择性和取食行为. 黄足黄守
瓜 ( A . f ermor alis chinensis ) 成虫主要取食黄瓜
( Cucumis sativus)和南瓜( Cucur bi ta moschata ) , 而
不取食丝瓜( L uf f a acuf angula )、苦瓜( Momordica
charantia) 和西瓜( Citr ul las lanatus) , 而且黄足黄
守瓜在取食黄瓜和南瓜时往往是先用口器在叶面划
圈,然后再取食圈内的叶组织. 但黄足黑守瓜( A .
catt igar ensis)则主要取食丝瓜, 而且几乎不发生划
圈取食行为. 愈来愈多的研究显示[ 2, 4, 6, 8] , 守瓜和
叶甲( Diabrot ica spp. )等属甲虫的取食选择性及行
为与寄主合成的葫芦素显著相关. 葫芦素是一类四
环三萜化合物,目前已鉴定出 10余种结构不同的葫
芦素[ 8, 18] . 这些葫芦素对大多数动物是毒性的, 但
却是守瓜和叶甲等属甲虫的取食引诱物质,以葫芦
素为主要成份的诱饵已成功地在田间诱捕为害的甲
虫[ 3, 13 ] .然而, 黄足黄守瓜和黄足黑守瓜两个非常
接近的甲虫为何有根本不同的寄主选择性和取食行
应 用 生 态 学 报 2005 年 7 月 第 16 卷 第 7 期
CHINESE JOURNAL OF APPLIED ECOLOGY, Jul. 2005, 16( 7)#1326~ 1329
为? 本文将在前期工作的基础上,报道这一问题的
进一步研究结果.
2 材料与方法
21 受试材料和化学品
受试的黄足黄守瓜和黄足黑守瓜均是它们单一雌虫卵
孵化培养的第二代成虫;受试的黄瓜(粤秀 1 号)、南瓜(粤丰
1 号)、丝瓜(大肉粤优)、苦瓜(夏丰 3 号)和西瓜(美丰 3 号 )
均为华南地区主栽品种; 葫芦素 B、C、D、E 和 I 纯品通过液
相色谱( HPLC)方法[ 9, 16]从葫芦素粗品(购自天津医药公司)
中分离获得;其他有机溶剂均为市售色谱纯或分析纯试剂.
22 瓜类作物子叶葫芦素种类的鉴定[ 7, 12]
分别采集各受试瓜类作物子叶 100 mg, 加 1 ml氯仿匀
化浸提 5 min, 浸提液离心过滤后加入反相 C18 Seppak 微固
相萃取柱(购自Waters 公司)中, 萃取柱先后用水和 50%甲
醇水溶液淋洗( 3 ∃ 1 ml) ,合并 50%甲醇水溶液淋洗相,用氮
气浓缩至 100l后在 Finnigan TSQ7000 型液相色谱/质谱
( LC/ MS)联用仪上对葫芦素进行定性测定, 依据质谱分子
量值及特征离子判断葫芦素的种类(表 1) . LC/ MS 测定条件
如下:在室温下采用 C18反相色谱柱( Hypersil, 125 ∃ 4 mm, 5
m) , 以甲醇/水 ( 7#3, 体积比) 为流动相, 流速 0 5 ml%
min- 1 ,紫外检测波长 268 nm,进样量 10 l.质谱采用大气压
化学电离( Atmospheric Pressure Chemical I onization, APCI)方
式,氮作为碰撞气体. 质谱滞留时间为 500 ms, 持续时间 10
min, 停顿时间 5 min.所有测定均在正离子质谱模式下进行,
并采用多重反应监测方式 ( Multiple React ion Monitoring
mode, MRM)监测相关的离子.
表 1 各种葫芦素的色谱保留时间和质谱特征离子
Table 1 Chromatographic retention time and mass spectral characteris
tic ions of cacurbitacins
葫芦素
Cucurbitacin
保留时间
Retention time
(min)
特征离子
Charact er ist ic ions( m/ z)
B 223 498(M+ - 60) , 485, 403, 113, 96 ( 100% )
C 355 500(M+ - 60) , 482, 470, 111, 43 ( 100% )
D 312 516(M+ ) , 403, 385, 111, 96 ( 100% ) , 43
E 210 556(M+ ) , 164, 113, 96 ( 100% ) , 43
I 275 514(M+ ) , 146, 96, 43 ( 100% )
23 甲虫对瓜类作物的取食选择性及行为
在 20~ 30 & , 相对湿度为 75% ~ 95% 的温室内, 向用
50 目滤网罩住的笼( 150 cm ∃ 80 cm ∃ 80 cm)中随机放置 10
盆盆栽的同种子叶期受试瓜类幼苗(每盆 1株幼苗) , 随后每
笼分别放入 10 头预先停止饲喂 24 h 的黄足黄守瓜或黄足
黑守瓜成虫, 观察受试甲虫对瓜类幼苗的取食选择性及行
为.根据甲虫在 24 h 内是否取食笼内瓜类作物判断甲虫取
食的选择性,对甲虫取食的瓜类作物, 在取食后 1 min 内, 从
笼中取出被取食的幼苗盆, 放置 60 min 后采集受试瓜类作
物子叶样品 ,按 2. 2 的方法测定葫芦素的种类.每种受试瓜
类作物和甲虫在相同条件下实验 7 次,每次代表 1个重复.
2 4 生测
各葫芦素对受试甲虫的取食影响采用滤纸法评价[ 1] . 在
9 cm 直径培养皿中放入 3 张直径 7 cm 的滤纸 (杭州新华 1
号) ,然后在滤纸上放 1 张环形(内径 2 cm,外径 7 cm)的透明
胶片.胶片上四个方向分别放入处理和对照 20 mm2 方形滤纸
片(等距离间隔放置) .处理的滤纸片为吸收 75 l实验设定浓
度的各种葫芦素甲醇溶液后挥干溶剂, 对照滤纸片则是吸收
75 l甲醇后挥干. 培养皿用蒸馏水润湿后每皿放入 5 头预先
停止饲喂24 h 的受试甲虫,培养皿放入培养箱( 25 ∋ 2 & , L#D
= 16#8)24 h 后, 取出处理和对照的滤纸片, 用毫米方格纸划
分成 400 个等份,检查每 1 等份是否有甲虫咬痕, 计算出滤纸
片的咬痕数量.上述实验在相同条件下重复 3 次.
3 结果与分析
31 瓜类作物的葫芦素种类和甲虫的取食选择性
及行为
LC/ M S测定结果表明,各受试瓜类作物子叶中
所含葫芦素种类有显著不同, 涉及到葫芦素 B、C、
D、E 和 I共 5种(图 1) .其中, 黄瓜和南瓜均含有葫
芦素 I,而且它们是在黄足黄守瓜取食后诱导产生
的,丝瓜、苦瓜和西瓜则均含有葫芦素 E. 相应地,黄
足黄守瓜以划圈的方式取食黄瓜和南瓜, 黄足黑守
瓜则以非划圈方式直接取食丝瓜, 但这两种甲虫均
不取食苦瓜和西瓜(表 2) .
大多数研究均发现[ 1, 14, 17] , 单一葫芦素往往刺
图 1 受试瓜类作物子叶中的葫芦素结构
Fig. 1 St ructures of cucurbitacins in the cotyledon of tested melon crops.
13277 期 杨 晓等:守瓜属甲虫的取食行为与寄主植物葫芦素种类的关系
激相关甲虫的取食, 但也有研究发现[ 5, 12] , 一些甲
虫对结构差异并不大的葫芦素有选择性. 这样可以
推测黄足黄守瓜和黄足黑守瓜两种甲虫的取食选择
性及不同取食行为应与各瓜类作物所含葫芦素种类
的差异相关.
表 2 守瓜属甲虫取食行为与瓜类作物的葫芦素种类
Table 2 Feeding behavior of Aulacophora beetles and type of cucur
bitacins frommelon crops
瓜类作物
M elon
crops
取食行为
Feeding
behavior
取食百分率
Feeding
percentage( % )
葫芦素种类
Type of
cucurbitacins
黄瓜
C. sativus
黄足黄守瓜划圈取食
A . f er moralis chinensis fed with trenching
90 00 ∋ 1069 C, I*
南瓜
C. moschata
黄足黄守瓜划圈取食
A . f er moralis chinensis fed with trenching
74 29 ∋ 1178 B, I*
丝瓜
L . acuf angula
黄足黑守瓜直接取食
A . cattingarensis fed w ithout trenching
90 ∋ 1069 B, E
苦瓜
M . charantia
两种甲虫均不取食
No feeding both beetles
0 00 B, D, E
西瓜
C. lanatus
两种甲虫均不取食
No feeding both beetles
0 00 D, E
* 黄足黄守瓜取食后的产物 Products produced by melon species after fed by A . f er mor alis
chniensis.
32 各种葫芦素对甲虫取食的效应
生测实验显示,葫芦素 B和 E 在试验浓度范围
( 10~ 150 g%g- 1)均有刺激黄足黄守瓜和黄足黑守
瓜取食的效应, 葫芦素 C 也刺激黄足黄守瓜取食,
但对黄足黑守瓜取食无影响.而葫芦素 D和 I 虽然
在低浓度也能刺激两种甲虫取食,但在中高浓度则
显著地抑制它们的取食(表 3) .
表 3 葫芦素对守瓜属甲虫取食的影响
Table 3 Effect of cucurbitacins on Aulacophora beetles feeding
葫芦素
Cucurbitacin
浓度
Concentration
(g%g- 1)
黄守瓜
A. f ermoralis chinensis
处理
Treatment
对照
CK
黑守瓜
A. cattigarensis
处理
Treatment
对照
CK
B 10 13. 6 ∋ 37 21 ∋ 09* 6100 ∋ 98 300 ∋ 0450*
50 193 ∋ 28 52 ∋ 17* 173 5 ∋ 148 0 60 ∋ 0 04*
150 396 ∋ 89 79 ∋ 21* 27037 ∋ 285 04 ∋ 010*
C 10 391 ∋ 78 0* 52 ∋ 11 0*
50 1766 ∋ 112 10 3 ∋ 2 9* 98 ∋ 23 0 6 ∋ 0 1*
150 98 7 ∋ 18 3 63 ∋ 19* 21 9 ∋ 52 1 9 ∋ 0 8*
D 10 7 7 ∋ 2 5 18 ∋ 07* 11 ∋ 02 193 ∋ 29*
50 2 3 ∋ 0 9 38 ∋ 5 5* 0 326 ∋ 68*
150 0 72 ∋ 113* 0 77 4 ∋ 13 2*
E 10 198 ∋ 32 04 ∋ 00* 23 8 ∋ 42 10 ∋ 0 2
50 69 3 ∋ 11 2 22 5 ∋ 2 5* 996 ∋ 173 0*
150 1730 ∋ 148 71 ∋ 11* 270 0 ∋ 333 0*
I 10 185 ∋ 26 0* 24 5 ∋ 88 7 9 ∋ 1 1*
50 1 1 ∋ 0 2 19 6 ∋ 2 1* 56 ∋ 13 209 ∋ 99*
150 0 586 ∋ 105* 0 66 6 ∋ 17 2*
注 :数据为 3次重复的平均值 Data were values from three replicates. * 表示在Mann- Whitney
误差分析中,处理和对照在 5% 水平上的差异显著性. Means s ignificantly different between
treated and control at 5% by MannWhitney test.
4 讨 论
本研究结果表明, 黄足黄守瓜和黄瓜黑守瓜两
种甲虫的寄主选择性及取食行为和葫芦素D和 I 相
关.苦瓜和西瓜均含有抑制取食的葫芦素 D,使得两
种甲虫均不取食这两种瓜类作物. 黄瓜和南瓜本身
并不会有抑制两种甲虫取食的葫芦素, 但黄足黄守
瓜取食后可以诱导产生抑制取食的葫芦素 I, 因而
黄足黄守瓜不得不采用划圈方式阻断圈外叶组织被
诱导合成的葫芦素 I迁移到圈内[ 12, 17] ,以保证能取
食圈内的叶组织. 而丝瓜在取食前后均只含有刺激
取食的葫芦素 B和 E,使得黄足黑守瓜可直接取食,
而不必采用先划圈后取食圈内叶组织的方式.但本
研究结果尚不能解释为何黄足黄守瓜不和黄足黑守
瓜一样去直接取食丝瓜, 而选择取食能产生抑制取
食的葫芦素 I 的黄瓜和南瓜, 也许这和两者的协同
进化相关.
植物和昆虫通过次生物质为媒介的化学关系近
年成为科学研究的热点之一[ 15] ,但大多数研究集中
在作物/害虫/天敌三营养链中植物挥发物的嗅觉响
应上[ 10, 11, 19] , 反而忽视了昆虫对植物取食最直接的
味觉响应机制.本研究表明,昆虫的味觉响应对其寄
主选择和取食行为有着重要的影响.
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作者简介 杨 晓, 女, 1978 年生,硕士,现在广州市园林科
研所工作.主要从事植物和昆虫相互作用关系研究, 发表论
文 2 篇. Email: yx yangx iao@ 163. com
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) Collection/ T ranspor tation and Integrated U tilization of
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ing Landfill L eachate
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) Phytoremediation and ecolog ical r ehabilitat ion of Aban
doned Landfilled Sites
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13297 期 杨 晓等:守瓜属甲虫的取食行为与寄主植物葫芦素种类的关系