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旱冬瓜叶片提取物对云南切梢小蠹的行为影响分析



全 文 : 2016年7月 Journal of Green Science and Technology 第14期
收稿日期:2016-06-06
基金项目:云南省教育厅科学研究基金资助(编号:2015Y308);云南省森林灾害预警与控制重点实验室开放基金资助(编号:ZK150007)
作者简介:王大伟(1982—),男,博士研究生,主要从事化学生物学和生物资源利用研究。
通讯作者:户连荣(1981—),女,助理研究员,硕士,主要研究方向为森林生态与保护。
旱冬瓜叶片提取物对云南切梢小蠹的行为影响分析
王大伟1,户连荣2,杨 斌1,季 梅2,赵 宁1,杨思林1
(1.西南林业大学 云南省森林灾害预警与控制重点实验室,云南 昆明650224;
2.云南省林业科学院,云南 昆明650201)
摘要:为研究云南切梢小蠹对寄主植物和非寄主植物的行为反应,在实验室内利用Y型嗅觉仪测试了云南
切梢小蠹对云南松和旱冬瓜乙醇提取物的行为反应;录制了云南切梢小蠹在云南松和旱冬瓜乙醇提取物
气味影响下的运动视频,并利用Ethovision XT动物行为分析软件对视频进行了分析,得到了云南切梢小
蠹的运动轨迹和运动数据。Y型嗅觉仪测试结果表明:云南松提取物气味能够引诱云南切梢小蠹,而旱冬
瓜提取物气味则对试虫有明显的趋避作用。由运动视频分析所得的运动轨迹和运动数据可知,云南切梢
小蠹在寄主植物云南松区域的平均停留时间为1133.7±59.7s,在旱冬瓜区域的平均停留时间为652.0±
58.0s,且两者具有显著性差异(T=5.7883,P<0.01)。
关键词:云南切梢小蠹;非寄主;视频;运动轨迹
中图分类号:S763      文献标识码:A  文章编号:1674-9944(2016)14-0042-04
1 引言
云南切梢小蠹(Tomicus yunnanensis)隶属于鞘翅
目小蠹科,该虫专性寄生于云南松,取食云南松的松梢
和树干的韧皮部,可导致云南松林大面积死亡[1,2]。研
究表明非寄主阔叶树种的挥发性化学成分能够对多种
针叶树小蠹的取食和产卵等行为产生影响[3]。旱冬瓜
又名桤木,是云南省常见的阔叶乔木,在分布地域和适
应气候上与云南松重叠。赵宁等报道了云南切梢小蠹
对多种非寄主树叶的趋向行为反应,揭示了旱冬瓜树叶
对该虫表现出较强的驱避作用[4];岳锋等在云南切梢小
蠹危害严重的地区,研究了云南松与旱冬瓜等树种的混
交林对云南切梢小蠹的抗性,结果显示云南松与旱冬瓜
混交可有效降低云南切梢小蠹对云南松梢的危害[5]。
化学生态学研究表明,昆虫能够依靠嗅觉感受到寄主植
物和非寄主植物的化学气味,并以此来定位寄主植物避
开非寄主植物[6],昆虫依靠嗅觉感知植物化学气味物质
的能力关系到取食和产卵,对昆虫的生存、繁衍和进化
有着重要的影响。
EthovisionXT动物行为分析软件是近年来 Noldus
Information Technology公司开发的一款通过处理视频
文件分析动物行为的专业软件,该软件适合处理小型动
物运动行为的视频文件,给出运动轨迹图和运动的分析
数据,常被用于分析老鼠、鱼、昆虫以及其他节肢动物的
运动视频文件,从而为研究动物的运动特征、生活习性
和社会交互行为提供数据支撑[7~9]。
本文在实验室内利用Y型嗅觉仪测试了云南切梢
小蠹对云南松、旱冬瓜乙醇提取物的行为反应,并以视
频文件的形式采集云南切梢小蠹在植物提取物气味影
响下的运动轨迹,并将视频文件利用EthovisionXT软
件作进一步分析,得到了云南切梢小蠹的运动轨迹及相
关的运动数据。
2 实验部分
2.1 供试昆虫
云南切梢小蠹试虫采集于云南省曲靖市沾益县九
龙山林场(东经103°47′,北纬25°40′,海拔1998m),于
2013年6~8月间剪下被云南切梢小蠹钻蛀取食的云
南松松梢带回实验室,实验室温度20~23℃,实验时剥
开松梢取出云南切梢小蠹,禁食12h后用于行为测试。
2.2 植物提取物
将健康的云南松松梢、旱冬瓜叶片用乙醇浸提7
天,提取液用旋转蒸发仪进行浓缩。
2.3 仪器与软件
云南切梢小蠹运动视频使用索尼公司数码摄录一
体机(型号 HDR-PJ760E)录制,每个视频录制时间为
30min;视频分析使用荷兰 Noldus Information Tech-
nology公司研发的EthovisionXT8动物行为分析软件
(视频文件格式为avi)。
2.4  Y形嗅觉仪行为测试
采用Y型嗅觉仪测试云南切梢小蠹对两种植物乙
醇提取物的嗅觉反应。Y型嗅觉仪参照阎雄飞等[10]的
方法制作并略加改进:Y型嗅觉仪用无色玻璃制成,管
内径2cm,主管和两臂长度均为20cm,两臂夹角为
75°,两臂分别用聚四氟乙烯管与味源瓶和对照瓶连接。
实验时在脱脂棉上滴加1mL云南松或旱冬瓜的乙醇
提取物,放置挥发掉乙醇溶液,然后将其放进球形味源
瓶内。打开气泵,空气先后经过活性炭和蒸馏水洗气
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DOI:10.16663/j.cnki.lskj.2016.14.016
 王大伟,等:旱冬瓜叶片提取物对云南切梢小蠹的行为影响分析 环境与安全
瓶,使空气得到净化和加湿,再同时进入味源瓶和对照
瓶,气流速度保持0.2L/min。通入空气30s后,从主
管口引入5头健康的云南切梢小蠹,然后迅速用黑布遮
光。试虫逆气流运动,到达两臂交叉处通过嗅觉做出选
择。15min后记录两臂内试虫的数量,以试虫爬过某
侧管壁5cm并持续30s以上记录试虫对该气味源做出
选择。实验室温度22±2℃,测试时间为每天10:00~
15:00。云南松和旱冬瓜的乙醇提取物分别测试100头
健康的云南切梢小蠹,每测试完5头试虫调换味源瓶和
对照瓶的位置。每测试完20头试虫,用乙醇冲洗Y型
嗅觉仪的内壁,然后用蒸馏水冲洗,100℃烘干后用于
下一次测试。
2.5 云南切梢小蠹行为视频采集
取一张25cm×25cm的正方形滤纸,以滤纸的中
心为圆心画一个直径20cm的圆,然后将圆对称分成4
个带状区域,并使云南松区域面积等于旱冬瓜区域面
积,然后在相应区域内滴加云南松乙醇提取物和旱冬瓜
乙醇提取物,圆形滤纸分区情况见图1。将滤纸静置30
min挥发掉溶剂乙醇后,取一个直径同样为20cm的玻
璃表面皿盖在圆形滤纸的上方,以防止试虫在录制视频
过程中跑出实验区域。实验开始时,将一头健康的云南
切梢小蠹放在圆形滤纸的中央,迅速盖上玻璃表面皿,
同时开始录制视频。录像时左右两侧以相同亮度的日
光灯照明,以消除光源对试虫的影响。试虫放入玻璃罩
内开始爬行,其运动轨迹以视频形式记录下来,录制时
间约为30min(误差在20s内)。视频重复录制3次,每
次放入一头健康的试虫。将录制的视频格式保存为avi
格式。
图1 利用EthovisionXT8软件对实验区域进行分区
2.6 数据和视频分析
使用卡方检验计算器V1.70对Y形嗅觉仪测试数
据进行卡方(χ
2)检验,分析选择两臂气味的试虫数是否
具有显著性差异。使用DPS(V9.5)统计软件对试虫在
两区域的停留时间进行student t检验,验证停留时间
均数是否具有显著性差异。视频文件分析使用Ethovi-
sionXT8软件处理,采用中心点识别模式。
3 结果与讨论
3.1 Y型嗅觉仪实验
在嗅觉选择实验中云南松乙醇提取物和旱冬瓜乙
醇提取物分别测试100头云南切梢小蠹。在云南松提
取物实验中有69头试虫选择云南松气味一侧,与空白
对照臂相比云南松乙醇提取物对试虫有显著的引诱效
果(χ
2=32.65,P<0.01);在旱冬瓜提取物实验中仅有
24头试虫选择旱冬瓜气味一侧,与空白对照臂相比旱
冬瓜乙醇提取物对试虫表现出明显的驱避作用(χ
2=
49.51,P<0.01)。对选择两种植物提取物气味的虫数
进行卡方检验,结果表明,选择云南松气味的虫数与选
择旱冬瓜气味的虫数之间也存在显著性差异(χ
2=
43.55,P<0.01)。通过 Y型嗅觉仪实验我们可以发
现,云南切梢小蠹能够依靠嗅觉在寄主与非寄主植物气
味之间做出有明显倾向的选择,而且非寄主植物旱冬瓜
叶片的乙醇提取物对云南切梢小蠹有一定的驱避作用
(图2)。
图2 云南切梢小蠹对云南松、旱冬瓜乙醇提取物的嗅觉反应
3.2 运动视频数据分析
3.2.1 运动轨迹图
云南切梢小蠹在云南松与旱冬瓜树叶乙醇提取物
影响下的运动视频重复录制3次,试虫在圆形实验区域
内的运动路线经EthovisionXT8软件处理后,以运动轨
迹图的形式给出(见图3)。图中红色曲线是试虫在30
min内爬过的轨迹,该轨迹由中心点定位产生,即软件
会根据试虫与背景颜色的深浅差别将试虫识别,并将体
色更深的试虫以黄色标出,试虫的中心为红色点(中心
点)。当试虫在圆形实验区域内移动式,红点也随之移
动,最后软件会将试虫经过的所有路线以轨迹的形式给
出(红色曲线)。由图3可见,试虫在圆形实验区域内做
随机运动,3次录制的运动轨迹均不同,红线密集的位
置表示试虫经过该处的频率较高,但运动轨迹图不能说
明试虫在某区域停留时间的长短,软件经过计算后会以
表格形式给出。
3.2.2 运动视频的分析数据
EthovisionXT8软件计算出试虫在每个区域的停留
时间,同时也给出了云南切梢小蠹运动轨迹在整个实验
区域内的总运动距离和运动速度。云南切梢小蠹在“云
南松提取物区间”和“旱冬瓜提取物区间”两个对比区域
内的累计停留时间的统计数据见表1,该停留时间是将
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图3 云南切梢小蠹的运动轨迹
相同气味的两块区域内的停留时间相加的数值。我们
进一步可得出三个视频中云南切梢小蠹在云南松区域
的平均停留时间为1133.7±59.7s,在旱冬瓜区域的平
均停留时间为652.0±58.0s。云南切梢小蠹在不同区
域内停留时间均值差异性检验表明,在95%置信区间
内停留时间具有显著性差异,T=5.7883,P=0.0044。
这说明在实验过程中云南切梢小蠹更倾向于停留在有
云南松提取物的区域。由于试虫在实验时的运动完全
是随机的,而且个体存在差异,所以试虫在相同时间(30
min)内运动的总距离和运动速度有所不同。
表1 云南切梢小蠹在实验区域内的运动分析
区域 全部圆形实验区域 云南松区域 旱冬瓜区域
项目
总运动
距离/cm
录制
时间/s
平均速度
/(cm/s)
停留时间
/s
停留时间
/s
视频1  779.9  1790.9  0.44  1150.3  640.6
视频2  955.2  1780.6  0.54  1023.0  757.6
视频3  661.1  1785.7  0.37  1227.9  557.8
4 结论
研究环境中化学因素对昆虫行为的影响是化学生
态学的重要研究方向。调查研究发现,云南切梢小蠹只
取食云南松的松梢和树干的韧皮部,该虫食性专一,不
会取食邻近的华山松或其他针叶树种。针叶树和阔叶
树的树叶具有不同的挥发性化学成分,这些来源于植物
的挥发性化学成分往往是昆虫识别和取食寄主植物所
依赖的信息物质[11,12]。多数非寄主植物的挥发性化合
物对昆虫有消极的影响,如具有取食和产卵的忌避作
用,这种具有忌避活性的物质可以是挥发物中的单一化
合物,也可能是几种化合物按照一定比例组成的混合
体系。
使用Y型嗅觉仪测试昆虫对化学气味的行为反应
是化学生态学研究中常用的方法[13]。以录制视频的方
式记录昆虫的行为,并利用软件对视频进行分析是一种
研究昆虫行为的新方法,Ethovision软件是一款用于动
物行为分析的软件,它可以记录动物的运动轨迹和一些
特殊的行为反应,而且还能够对轨迹进行分析,以便给
出有价值的实验数据。在视频录制过程中每头试虫的
运动都是随机的、不可重复的,但是多头试虫表现出来
的行为倾向就具有统计意义。试虫在不同植物提取物
区间的停留时间的长短可以显示出昆虫对植物气味的
嗜好、逃避或者不敏感。本研究使用软件分析实验区域
内云南切梢小蠹在植物气味影响下的运动特点,发现云
南切梢小蠹在寄主植物云南松提取物区域的停留时间
(1133.7±59.7s)明显多于它在旱冬瓜提取物区域的
停留时间(652.0±58.0s),前者大约是后者的两倍。
对停留时间均值进行student t检验,结果表明,云南切
梢小蠹在两区域的停留时间具有显著性差异(T=
5.7883,P=0.0044)。
研究还发现,Y型嗅觉仪测试结果与运动视频分析
结果具有一致性,都显示出旱冬瓜叶片提取物对云南切
梢小蠹具有显著的驱避作用。另外,实验结果也表明,
云南切梢小蠹完全可以凭借嗅觉区分云南松和旱冬瓜
两种植物。旱冬瓜与云南松同属云南地区重要的经济
树种,两者有相似的生长环境。本研究为利用非寄主植
物旱冬瓜与云南松组成混交林,对云南切梢小蠹进行综
合防治做了必要的实验研究,也为研究昆虫对植物化学
物质的行为反应进行了探索。
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(下转第47页)
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苯腈原药的半数致死浓度(LC50)分别为22.5mg a.i./
kg(干土)和21.8mg a.i./kg干土,97%溴苯腈原药对
赤子爱胜蚓的急性毒性均为低毒。
(4)随着97%溴苯腈原药浓度的升高赤子爱胜蚓
的死亡率也在逐渐增加,二者呈现出较为明显的线性关
系。因此,农药97%溴苯腈原药对土壤生态环境具有
潜在的生态风险,赤子爱胜蚓的死亡率可作为土壤对农
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InfluenceAnalysisof Alnus nepalensisLeaves ExtractsonBehavior of
Pine Shoot Bettle Tomicus yunnanensis
Wang Dawei 1,Hu Liangrong2,Yang Bin1,Ji Mei 2,Zhao Ning2,Yang Silin1
(1.Key Laboratory of Forest Disaster Warning and Control in Yunnan Province,Southwest Forestry University,
Kunming650224;2.School of Life Sciences,Southwest Forestry University,Kunming650224,China)
Abstract:In order to study the behavior effects of the pine shoot beetle Tomicus yunnanensis to host and non-host
plants,a Y tube olfactory tests were conducted in the laboratory to exam the selectivity of pine shoot beetles to
Pineyunnanensis and Alnus nepalensis ethanol extracts.The movement videos of pine shoot beetles were recorded,
when the beetles influenced by odors of Pineyunnanensis and Alnus nepalensis ethanol extracts.A Ethovision XT
software was used to analyze the movement videos,and weobtained the movement trail of the tested pests as wel as
the movement data.Y tube olfactory tests showed that,the odor of Pineyunnanensis showed an attractive effect to
pine shoot beetles,and the odor of Alnus nepalensis showed a repeling effect to these beetles.It could be seen from
the movement trail and movement data that the average time in host plant Pineyunnanensis zone was 1133.7±59.7
s,and the average time in Alnus nepalensis zone was 652.0±58.0s.Statistics showed that the average time in two
zones had significant differences(T=5.7883,P<0.01).
Key words:Tomicus yunnanensis;non-host plant;video;movement trail
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