湯清波，黨 靜， 詹 歡， 曹 歡， 趙新成， 閆鳳鳴

(河南農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院，河南 鄭州 450002)

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棉鈴蟲和煙青蟲幼蟲對植物次生代謝物質(zhì)的味覺電生理反應(yīng)和取食選擇行為

湯清波，黨 靜， 詹 歡， 曹 歡， 趙新成， 閆鳳鳴

(河南農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院，河南 鄭州 450002)

為了研究棉鈴蟲Helicoverpaarmigera(Hübner)和煙青蟲H.assulta(Guenée)2種近緣種昆蟲寄主差異和寄主轉(zhuǎn)移的味覺機(jī)制，本研究利用單感受器記錄和葉碟法測定了棉鈴蟲和煙青蟲5齡幼蟲下顎栓錐感器對煙堿、辣椒素、棉酚和番茄苷等植物次生物質(zhì)的電生理反應(yīng)和取食選擇行為。結(jié)果表明，棉鈴蟲幼蟲中栓錐感器內(nèi)存在對番茄苷和棉酚敏感的味覺神經(jīng)元，而煙青蟲側(cè)栓錐感器和中栓錐感器內(nèi)分別存在對辣椒素和煙堿敏感的味覺神經(jīng)元。棉酚能夠顯著誘導(dǎo)棉鈴蟲5齡幼蟲的取食選擇行為，但是供試次生物質(zhì)并不能顯著影響煙青蟲幼蟲的取食選擇行為。

棉鈴蟲；煙青蟲；次生代謝物質(zhì)；電生理反應(yīng)；葉碟法

植食性昆蟲接受或者拒絕寄主植物，一般首先由其外周感受器官上的味覺感器對植物初級和(或)次生代謝產(chǎn)物的信息進(jìn)行探測，然后將探測信息傳導(dǎo)至中樞神經(jīng)系統(tǒng)進(jìn)行綜合判斷[1,2]。鱗翅目幼蟲口器的上唇、下顎須和下顎盔狀突起上有多種味覺感器，主要通過這些感器中的味覺神經(jīng)元來獲得寄主的化學(xué)信息[3-5]。已有研究發(fā)現(xiàn)，一些專食性和寡食性的昆蟲能夠?qū)⒓闹髦参锾赜械拇紊镔|(zhì)作為識別和接受寄主的“ 標(biāo)志性刺激物”(token stimulus)[6-8]，如在大菜粉蝶Pierisrassicae和菜粉蝶Pierisrapae幼蟲口器上中栓錐感器和側(cè)栓錐感器內(nèi)，都存在1個芥子油苷(glucosinolates)受體神經(jīng)元[4,6]，而煙草天蛾Manducasexta幼蟲存在對茄科寄主植物次生物質(zhì)——紫花茄皂苷(Indioside D)敏感的味覺神經(jīng)元[7,8]，這些特異感受神經(jīng)元的敏感性能夠決定昆蟲是否接受寄主或取食。棉鈴蟲Helicoverpaarmigera(Hübner)及其近緣種煙青蟲Helicoverpaassulta(Guenée)是中國重要的農(nóng)業(yè)害蟲，這2種昆蟲形態(tài)特征相似，在實(shí)驗(yàn)室條件下可以雜交[9]，幼蟲對寄主的取食選擇行為呈現(xiàn)典型的遺傳性狀[10]。但是2種昆蟲的寄主范圍卻不同，棉鈴蟲是典型的多食性昆蟲，其寄主涉及茄科、禾本科、豆科等30多個科200多種栽培和野生植物。其中重要的農(nóng)作物包括棉花、番茄、玉米、小麥、煙草和豌豆等，而煙青蟲是一種寡食性昆蟲，其寄主僅限于茄科的煙草和辣椒等少數(shù)植物[11，12]。棉鈴蟲側(cè)栓錐感器存在對蔗糖、中栓錐感器內(nèi)存在對肌醇敏感的細(xì)胞[13,14]，為了探明幼蟲栓錐感器的反應(yīng)譜及其差異，本研究利用電生理技術(shù)和行為觀察技術(shù)測定和比較了這2種昆蟲對不同次生物質(zhì)的電生理反應(yīng)和取食選擇行為，以期進(jìn)一步了解近緣種昆蟲寄主差異和寄主轉(zhuǎn)移的味覺機(jī)制。

1 材料與方法

1.1 供試?yán)ハx

供試棉鈴蟲和煙青蟲蟲源采自鄭州市惠濟(jì)區(qū)的河南農(nóng)業(yè)大學(xué)科教園區(qū)，在室內(nèi)進(jìn)行人工飼養(yǎng)。飼養(yǎng)條件為溫度(27±1)℃，相對濕度75%，光周期16L∶8D。幼蟲人工飼料參照前人設(shè)計(jì)的配方[15]，并略加改進(jìn)，用麥麩替代麥胚，并加入一定含量的蔗糖(表1)。測定時取棉鈴蟲和煙青蟲5齡幼蟲，分別進(jìn)行試驗(yàn)。

1.2 供試儀器

利用頂端記錄儀(Tip Recording)(Syntech, 荷蘭)測定幼蟲的味覺電生理反應(yīng)。微動操作儀型號為MP-22( Syntech, 荷蘭)。

1.3 供試試劑

氯化鉀溶液購于天津市北辰方正試劑廠，脯氨酸、棉酚、煙堿、辣椒素、番茄苷購自Sigma公司；乙醇、甲醇購自天津市德恩化學(xué)試劑有限公司，聚乙烯吡咯烷酮(Polyvinyl Pyrrolidone，PVP)(K30)購自天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所，化合物均為分析純。

表1 幼蟲人工飼料配方Table 1 Components of artificial diet for Helicoverpa larvae

1.4 味覺電生理測定

味覺電生理反應(yīng)的測定采用單感受器記錄法(Single Sensillum Recording，SSR)[16,17]。測定時取進(jìn)入5齡第2天的幼蟲，饑餓約6 h，然后切去幼蟲胸部第1胸節(jié)后的軀體，保留幼蟲頭部和第1胸節(jié)；將銀絲一端彎成湯匙形，從幼蟲胸部的切口處輕輕插入頭部，銀絲的另一端連接到味覺測量儀的微電極放大器探頭上；利用微動操作儀將充滿刺激物質(zhì)溶液的玻璃電極輕輕套入幼蟲栓錐感器頂端。栓錐感器內(nèi)味覺細(xì)胞受到刺激后產(chǎn)生脈沖電位，經(jīng)過放大器放大并由信號處理器處理，以數(shù)據(jù)形式保存在計(jì)算機(jī)上。

刺激化學(xué)物質(zhì)共設(shè)置3個濃度梯度，分別為0.01、0.1、1 mmol·L-1。不同次生物質(zhì)的稀釋溶劑也不相同，其中棉酚溶劑為含有5%乙醚、5%甲醇和0.32%的PVP的2 mmol·L-1KCl溶液；番茄苷溶劑為5%乙醇、2%的甲醇和0.32%的PVP的2 mmol·L-1KCl溶液；辣椒素溶劑為0.25%的甲醇、5%的乙醇和0.32%PVP的2 mmol·L-1KCl溶液；煙堿溶劑為含0.16% PVP的2 mmol·L-1KCl溶液。

1.5 取食選擇行為測定

取食選擇行為測定采用經(jīng)過改良的二項(xiàng)葉碟法[18]。根據(jù)電生理試驗(yàn)結(jié)果，選擇電生理反應(yīng)活性較強(qiáng)的次生物質(zhì)，分別測試幼蟲的取食選擇行為。其中，棉鈴蟲測試棉酚(1 mmol·L-1)、辣椒素(1 mmol·L-1)和番茄苷(0.01 mmol·L-1)3種次生物質(zhì)，煙青蟲測試煙堿(1 mmol·L-1)和辣椒素(1 mmol·L-1)2種次生物質(zhì)。

測試前采集新鮮的煙草葉片，用無菌蒸餾水沖洗干凈并晾干后，用打孔器制備成直徑1 cm 的葉碟。將葉碟分為處理和對照2組，處理葉碟用待測溶液浸泡，對照葉碟用相應(yīng)的待測溶液的溶劑浸泡，浸泡時間均為10 min。測試時在直徑12 cm的玻璃培養(yǎng)皿中放1張濕潤濾紙，然后取處理和對照葉碟各4片，交叉放置在培養(yǎng)皿底部邊緣，按照ABABABAB的順序沿著培養(yǎng)皿四周排放，每2片葉碟之間的距離一致。最后選取5齡幼蟲1頭，放置在培養(yǎng)皿中央，并將培養(yǎng)皿置于光照均勻的人工氣候箱內(nèi)(溫度25 ℃，濕度(75±5)%)，每隔30 min觀察1次。當(dāng)幼蟲選擇取食處理或?qū)φ杖~碟面積的一半左右(即2片葉碟)時，將幼蟲取出，用透明坐標(biāo)膠片測量剩余葉面積。每組處理重復(fù)測定10頭幼蟲。

1.6 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

電生理測定的電位信號用Autospike 3.7軟件進(jìn)行處理，用SPSS 17.0軟件統(tǒng)計(jì)分析幼蟲對不同處理和對照物質(zhì)的反應(yīng)頻率，用Duncan新復(fù)極差法比較不同濃度的處理與對照物質(zhì)之間的反應(yīng)頻率差異顯著性檢驗(yàn)(P<0.05)。

用取食選擇指數(shù)來分析幼蟲對處理和對照葉蝶的取食選擇差異，取食選擇指數(shù)的計(jì)算公式為：

處理葉碟的取食選擇指數(shù)(PT)= 皿中處理葉碟的取食面積/皿中所有被取食的葉面積；

對照葉碟的取食選擇指數(shù)(PC)= 皿中對照葉碟的取食面積/皿中所有被取食的葉面積。

用SPSS 17.0軟件統(tǒng)計(jì)不同處理取食選擇指數(shù)的平均數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)差或標(biāo)準(zhǔn)誤。用配對t測驗(yàn)分析不同幼蟲對不同處理和對照葉蝶的取食選擇差異顯著性(P<0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 棉鈴蟲幼蟲對植物次生代謝物質(zhì)的電生理反應(yīng)

棉鈴蟲幼蟲栓錐感器對不同次生物質(zhì)的電生理反應(yīng)結(jié)果見圖1。從圖1-A可以看出，中栓錐感器對棉酚的電生理反應(yīng)頻率隨溶液濃度的升高而增強(qiáng)，且3個濃度棉酚溶液誘導(dǎo)的反應(yīng)頻率差異顯著(P<0.05)，而0.01 mmol·L-1棉酚誘導(dǎo)的反應(yīng)頻率與對照差異不顯著(P>0.05)。與棉酚相反，幼蟲中栓錐感器對番茄苷的反應(yīng)強(qiáng)度隨著濃度的升高而降低，且對0.01 mmol·L-1和0.1 mmol·L-1番茄苷的反應(yīng)頻率均高于1 mmol·L-1(P<0.05)，而0.01 mmol·L-1和0.1 mmol·L-1番茄苷誘導(dǎo)的反應(yīng)頻率差異不顯著(P>0.05)。此外，中栓錐感器對不同濃度煙堿和辣椒素的反應(yīng)頻率均與對照差異不顯著(P>0.05) 。所以，中栓錐感器對棉酚和番茄苷的濃度梯度反應(yīng)表明中栓錐感器內(nèi)存在對應(yīng)的味覺受體神經(jīng)元。從圖1-B可以看出，棉鈴蟲幼蟲側(cè)栓錐感器對0.01 mmol·L-1和0.1 mmol·L-1煙堿溶液產(chǎn)生的反應(yīng)頻率均高于對照(P<0.05)，但1 mmol·L-1煙堿誘導(dǎo)的反應(yīng)頻率與對照差異不顯著(P>0.05) 。而側(cè)栓錐感器對0.01 mmol·L-1、0.1 mmol·L-1和1 mmol·L-1棉酚的反應(yīng)頻率之間差異不顯著 (P>0.05)，且0.01 mmol·L-1和1 mmol·L-1棉酚誘導(dǎo)的反應(yīng)頻率顯著高于對照(P<0.05)。側(cè)栓錐感器對于3個濃度辣椒素的反應(yīng)頻率均與對照差異不顯著(P>0.05)。這些結(jié)果表明棉鈴蟲側(cè)栓錐感器不存在對這些次生物質(zhì)敏感的特異味覺受體神經(jīng)元。

A.中栓錐感器對不同濃度的煙堿、辣椒素、棉酚和番茄苷的電生理反應(yīng)；B.側(cè)栓錐感器對煙堿、棉酚和辣椒素的電生理反應(yīng)。

A.Electrophysiological responses of medial sensillum to different concentrations of nicotine, capsaicine, gossypol and tomatine; B.Electrophysiological responses of lateral sensillum to different concentrations of nicotine, capsaicine and gossypol.

圖1 棉鈴蟲幼蟲栓錐感器對不同次生物質(zhì)的電生理反應(yīng)
Fig.1 Electrophysiological responses of sensilla styloconica ofH.armigeralarvae to different secondary plant substances

2.2 煙青蟲幼蟲對植物次生代謝物質(zhì)的電生理反應(yīng)

煙青蟲幼蟲栓錐感器對不同次生物質(zhì)的電生理反應(yīng)結(jié)果見圖2。從圖2可以看出，中栓錐感器對煙堿產(chǎn)生較高頻率的電生理反應(yīng)，其中對1 mmol·L-1煙堿的反應(yīng)頻率最高，達(dá)(105.50±27.50) 電位數(shù)·5 s-1，0.1 mmol·L-1煙堿溶液的反應(yīng)頻率相對較低，3個濃度煙堿誘導(dǎo)的反應(yīng)頻率均顯著高于對照溶劑(P<0.05)。側(cè)栓錐感器對3個濃度煙堿的反應(yīng)頻率均顯著高于對照溶劑(P<0.05)，但3個濃度誘導(dǎo)的反應(yīng)頻率差異不顯著(P>0.05)。側(cè)栓錐感器對辣椒素也有較高的反應(yīng)頻率，從低濃度到高濃度逐漸增強(qiáng)，均顯著高于對照(P<0.05)；比較3個濃度處理可以發(fā)現(xiàn)，0.1 mmol·L-1和1 mmol·L-1辣椒素的反應(yīng)頻率差異不顯著(P>0.05)，但均顯著高于0.01 mmol·L-1的反應(yīng)頻率(P<0.05)。這些結(jié)果說明煙青蟲側(cè)栓錐感器存在對辣椒素敏感的味覺受體神經(jīng)元，而中栓錐感器存在對煙堿敏感的味覺神經(jīng)元。

圖2 煙青蟲幼蟲栓錐感器對不同次生物質(zhì)的電生理反應(yīng)Fig.2 Electrophysiological responses of sensilla styloconica of H.assulta larvae to different secondary plant substances

比較圖1和圖2結(jié)果可以看出，煙青蟲幼蟲側(cè)栓錐感器對0.1 mmol·L-1和1 mmol·L-1辣椒素溶液的反應(yīng)頻率顯著高于棉鈴蟲幼蟲對相同濃度辣椒素溶液的反應(yīng)頻率(P<0.05)，而2種幼蟲對0.01 mmol·L-1辣椒素溶液的反應(yīng)頻率差異不顯著。說明煙青蟲幼蟲對辣椒素的敏感性要高于棉鈴蟲。煙青蟲幼蟲中栓錐感器對1 mmol·L-1煙堿的反應(yīng)頻率也顯著高于棉鈴蟲幼蟲，而對0.01、0.1 mmol·L-1煙堿的反應(yīng)頻率二者差異不顯著。煙青蟲幼蟲側(cè)栓錐感器對0.01、1 mmol·L-1煙堿的反應(yīng)頻率也顯著高于棉鈴蟲幼蟲，而2種昆蟲對0.1 mmol·L-1煙堿的反應(yīng)頻率差異不顯著(P<0.05)。這些比較結(jié)果說明煙青蟲幼蟲對煙堿的敏感性要高于棉鈴蟲。

2.3 棉鈴蟲和煙青蟲幼蟲對植物次生物質(zhì)的取食選擇行為

選擇電生理活性較高的次生物質(zhì)，分別測定棉鈴蟲和煙青蟲幼蟲的取食選擇行為反應(yīng)，得到圖3結(jié)果。圖3結(jié)果表明，棉鈴蟲幼蟲對1 mmol·L-1棉酚處理葉蝶取食選擇指數(shù)顯著高于對照葉碟(P<0.05)，而對1 mmol·L-1辣椒素處理葉碟的取食選擇指數(shù)與對照葉碟相比差異不顯著(P>0.05)，對0.01 mmol·L-1番茄苷處理葉碟的取食選擇指數(shù)與對照葉碟差異也不顯著(P>0.05)。煙青蟲幼蟲對1 mmol·L-1辣椒素溶液的取食選擇指數(shù)與對照差異不顯著(P>0.05)，對1 mmol·L-1煙堿溶液的取食選擇指數(shù)與溶劑對照差異也不顯著(P>0.05)。這些結(jié)果說明番茄苷能夠誘導(dǎo)棉鈴蟲幼蟲的取食選擇行為，而辣椒素并不能影響煙青蟲幼蟲的取食選擇行為。

白色和黑色柱狀體分別表示幼蟲對次生物質(zhì)處理的葉碟和對照葉碟的平均取食選擇參數(shù)±SDE。 * 表示幼蟲對處理和對照葉碟取食選擇參數(shù)差異顯著(P<0.05)，而ns表示差異不顯著(P>0.05)。

White column and black column represents the mean ± SDE of feeding choice indexes to second plant substances treated tobacco leaf-disc and solvent-treated leaf-disc, respectively. Abbreviations: Go.:gossypol; Ca.:capsaicine; To.:tomatine; Ni.: nicotine; C.: non-chemical treated tobacco leaf-disc. *represents the significance of feeding choice indexes of larvae to different discs is significant (P<0.05), which ns is not significant (P>0.05).

圖3 棉鈴蟲和煙青蟲幼蟲對幾種次生物質(zhì)的取食選擇行為

Fig.3 Feeding preference for different secondary plant substances ofH.armigeraandH.assultalarvae using leaf-disc choices

3 討論

3.1 棉鈴蟲和煙青蟲幼蟲的味覺受體神經(jīng)元

植物的次生物質(zhì)在昆蟲的取食過程中起著重要的作用[19]，棉酚、煙堿、辣椒素和番茄苷分別是是棉花、煙草、辣椒和番茄等植物中的重要次生代謝物質(zhì)。本研究發(fā)現(xiàn)，棉鈴蟲幼蟲被番茄苷和棉酚誘導(dǎo)的電生理反應(yīng)頻率相對高，而煙堿和辣椒素誘導(dǎo)的反應(yīng)頻率相對較低。其中，棉鈴蟲幼蟲中栓錐感器對棉酚的反應(yīng)呈典型的濃度梯度反應(yīng)，可以認(rèn)為棉鈴蟲幼蟲中栓錐感器中存在對棉酚敏感的細(xì)胞。番茄苷誘導(dǎo)的反應(yīng)頻率也相對高，且隨著反應(yīng)物濃度的升高反應(yīng)頻率逐漸降低，呈現(xiàn)逆濃度梯度反應(yīng)，可以認(rèn)為棉鈴蟲幼蟲中栓錐感器中也存在對番茄苷敏感的細(xì)胞。棉鈴蟲對棉酚的正濃度梯度反應(yīng)和對番茄苷的逆濃度梯度反應(yīng)可以認(rèn)為幼蟲中栓錐感器中對棉酚和番茄苷敏感的細(xì)胞非同一細(xì)胞。而煙堿和辣椒素誘導(dǎo)的反應(yīng)頻率均較低，且反應(yīng)均非濃度梯度反應(yīng)，推測與中栓錐感器中不存在對煙堿和辣椒素敏感的細(xì)胞有關(guān)。棉酚和煙堿在側(cè)栓錐感器誘導(dǎo)的反應(yīng)頻率均較低，且不呈濃度梯度反應(yīng)，推測棉鈴蟲幼蟲側(cè)栓錐感器中不存在對煙堿和棉酚敏感的細(xì)胞。

煙青蟲幼蟲中栓錐感器和側(cè)栓錐感器均對煙堿產(chǎn)生較高頻率的電生理反應(yīng)，其中，中栓錐感器對煙堿的反應(yīng)呈現(xiàn)一定的濃度梯度反應(yīng)，但3個濃度煙堿在側(cè)栓錐感器誘導(dǎo)的反應(yīng)頻率差異不顯著，且反應(yīng)頻率相對較低。因此，煙青蟲的中栓錐感器對煙堿更加敏感。側(cè)栓錐感器對辣椒素產(chǎn)生較高頻率的電生理反應(yīng)，且呈現(xiàn)典型的濃度梯度反應(yīng)。因此，煙青蟲幼蟲側(cè)栓錐感器內(nèi)可能存在對辣椒素敏感的細(xì)胞。

3.2 棉鈴蟲、煙青蟲及其他鱗翅目昆蟲味覺電生理反應(yīng)和取食行為的比較

近年來，多食性的棉鈴蟲及寡食性的煙青蟲逐漸成為研究鱗翅目昆蟲近緣種昆蟲食性、化學(xué)感受等特性進(jìn)化的模式昆蟲[20-25]。已有研究報道了棉鈴蟲和煙青蟲幼蟲對不同物質(zhì)敏感的味覺受體神經(jīng)元，如測定棉鈴蟲和煙青蟲幼蟲對單一濃度的蔗糖、肌醇、煙堿、棉酚、辣椒素等物質(zhì)的電生理反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)側(cè)栓錐和中栓錐感器內(nèi)分別存在蔗糖受體神經(jīng)元和肌醇受體神經(jīng)元，但是這2種昆蟲對次生物質(zhì)的反應(yīng)一般與對照差異不顯著[26]，推測與測試濃度較低有關(guān)(一般小于0.01 mmol·L-1)。本研究利用梯度濃度測定幼蟲對這些物質(zhì)的電生理反應(yīng)，確定了棉鈴蟲幼蟲中栓錐感器存在對棉酚和番茄苷敏感的受體神經(jīng)元，而煙青蟲的中栓錐感器和測栓錐感器分別存在對煙堿和辣椒素敏感的受體神經(jīng)元。此外，還有研究發(fā)現(xiàn)，棉鈴蟲中栓錐感器內(nèi)存在對取食抑制素番木鱉堿(Strychnine)和毒毛旋花子甙K(Strophanthin-K)敏感的神經(jīng)元[27]。這些對不同植物代謝物質(zhì)敏感神經(jīng)元的發(fā)現(xiàn)，對于了解昆蟲的食性差異和轉(zhuǎn)變具有重要的意義。

寡食性昆蟲能夠利用其寄主植物特有的次生物質(zhì)作為識別和接受其寄主的“標(biāo)志性刺激物”(Token stimulus)[4, 6-8]。煙草天蛾在自然界是取食茄科寄主的寡食性昆蟲，實(shí)驗(yàn)室可以用非茄科植物葉片或包含非茄科植物的人工飼料飼養(yǎng)煙草天蛾幼蟲，這些幼蟲也未形成?；匀∈承袨椋坏?，當(dāng)用其茄科寄主馬鈴薯葉片飼養(yǎng)這些非?；杂紫x后，幼蟲栓錐感器內(nèi)的味覺細(xì)胞對紫花茄皂苷(indioside D)高度敏感，且在行為上只取食含有紫花茄皂苷的茄科植物，而拒絕取食其他飼料，表明紫花茄皂苷是煙草天蛾取食茄科植物的標(biāo)志性刺激物[7,8]。本試驗(yàn)的行為測定結(jié)果表明，番茄苷能夠顯著誘導(dǎo)棉鈴蟲幼蟲取食，這與棉鈴蟲幼蟲在自然界取食富含番茄苷的未成熟番茄果實(shí)的現(xiàn)象相符。但是對番茄苷的電生理反應(yīng)表現(xiàn)為負(fù)梯度反應(yīng)，所以推測較高濃度的番茄苷可能抑制幼蟲的取食。

煙青蟲幼蟲對煙堿和辣椒素的敏感性高于棉鈴蟲，可能是由于煙堿和辣椒素是煙青蟲自然界兩大寄主中存在的次生代謝物，而且對這些次生物質(zhì)敏感性較高。棉鈴蟲則很少在辣椒上取食，至于煙堿在棉鈴蟲取食中的作用目前則不明確。此外，電生理反應(yīng)相對較強(qiáng)的煙堿和辣椒素均未對煙青蟲幼蟲表現(xiàn)出誘導(dǎo)取食作用，可能是由于這些物質(zhì)并非誘導(dǎo)煙青蟲取食選擇其茄科寄主的標(biāo)志性刺激物或者并非起決定性的作用，而誘導(dǎo)煙青蟲幼蟲選擇其寄主的標(biāo)志性刺激物是類似紫花茄皂苷或者其它誘導(dǎo)物質(zhì)，還有待進(jìn)一步研究。

3.3 初級或次生代謝物決定不同食性昆蟲的行為

相對于前期研究報道的棉鈴蟲對蔗糖和肌醇的電生理反應(yīng)[13,14]，棉鈴蟲和煙青蟲幼蟲對植物次生代謝物質(zhì)的電生理反應(yīng)強(qiáng)度弱于對蔗糖和肌醇的反應(yīng)。大量研究表明，蔗糖和肌醇是促進(jìn)昆蟲取食的物質(zhì)，而多數(shù)次生物質(zhì)是取食抑制物質(zhì)，那么這種差異是不是反映了次生物質(zhì)在這些幼蟲取食寄主的過程中的作用沒有促食物質(zhì)強(qiáng)。對于2種實(shí)夜蛾屬Heliothis近緣種昆蟲的研究表明，寡食性的Heliothissubflexa不但對次生物質(zhì)電生理反應(yīng)的閾值低于多食性的煙芽夜蛾Heliothisvirescens[28]，而且H.subflexa行為反應(yīng)的最低閾值也低于多食性的煙芽夜蛾，但是這種行為差異不是由于外周味覺神經(jīng)元的電生理反應(yīng)頻率引起，而可能是幼蟲中樞神經(jīng)系統(tǒng)的信息處理差異所導(dǎo)致[29]。本研究發(fā)現(xiàn)，寡食性的煙青蟲側(cè)栓錐感器對辣椒素和煙堿的敏感性要高于棉鈴蟲。但是，棉鈴蟲幼蟲栓錐感器內(nèi)可能并不存在典型的煙堿和辣椒素受體神經(jīng)元，而且煙堿和辣椒素對煙青蟲的行為誘導(dǎo)活性也不顯著。那么，是否棉鈴蟲和煙青蟲的取食機(jī)制如前人提出的鱗翅目昆蟲假設(shè)，多食性昆蟲幼蟲對寄主的選擇是植物初級代謝物質(zhì)如糖類決定，而寡食性昆蟲則由植物的次生代謝物質(zhì)決定[4,30]。這還需要進(jìn)一步測定棉鈴蟲和煙青蟲對多種初級代謝物和次生物質(zhì)的電生理及行為反應(yīng)。

[1] CHAPMAN R F. Contact chemoreception in feeding by phytophagous insects [J]. Annu Rev Entomol , 2003, 48:455-484.

[2] BERNEYS E A, CHAPMAN R F. Host-plant selection by phytophagouos insects [M]. NewYork: Chapman and Hall, 1995:73-76.

[3] ZACHARUK R Y, SHIELDS V D. Sensilla of immature insects [J]. Annu Rev Entomol, 1991, 36:331-354.

[4] SCHOONHOVEN L M, VAN LOON J J A. An inventory of taste in caterpillars: each species its own key [J]. Acta Zoolog Acad Sci Hungar, 2002, 48(Supp. 1): 215-263.

[5] HALLEM E A, DAHANUKAR A, CARLSON J R. Insect odor and taste receptors [J]. Annu Rev Entomol. 2006, 51:113-35.

[6] MILES C I, DEL CAMPO M L, RENWICK J A A. Behavioral and chemosensory responses to a host recognition cue by larvae ofPierisrapae[J]. J Comp Physiol A, 2005,191:147-155.

[7] CAMPO M L, MILES C I, SCHROEDER F C, et al. Host recognition by the tobacco hornworm is mediated by a host plant compound[J]. Nature, 2001, 411:186-189.

[8] CAMPO M L, MILES C I. Chemosensory tuning to a host recognition cue in the facultative specialist larvae of the mothManducasexta[J]. J Exp Biol, 2003, 206: 3979-3990.

[9] WANG C Z，DONG J F. Interspecific hybridization ofHelicoverpaarmigeraandH.assulta(Lepidoptera: Noctuidae)[J]. Chinese Sci Bull, 2005, 46 (6): 489-491.

[10]TANG Q B, JIANG J W, YAN Y H, et al. Genetic analysis of larval host-plant preference in two sibling species ofHelicoverpa[J]. Entomol Exp Appl, 2006, 118：221-228.

[11]FITT G P. The ecology ofHeliothisspecies in relation to agroecosystems [J]. Annu Rev Entomol, 1989; 34: 17-52.

[12]MITTER C, POOLE R W, MATTHEWS M. Biosystematics of theHeliothinae(Lepidoptera: Noctuidae) [J]. Annu Rev Entomol,1993, 38(1):207-225.

[13]張雪凝, 湯清波, 蔣金煒， 等. 棉鈴蟲幼蟲中栓錐感器對肌醇和糖類的電生理反應(yīng) [J]. 河南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報, 2011,45(1):79-85.

[14]曹 歡, 湯清波, 馬 英 ，等. 不同取食經(jīng)歷的棉鈴蟲幼蟲對糖和肌醇的味覺電生理反應(yīng) [J]. 河南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報, 2013, 47(3):306-312.

[15]WU K J, GONG P Y. A new and practical artificial diet for the cotton bollworm [J]. Insect Sci, 1997, 3:277-282.

[16]ROESSINGH P, HORA K H, VANLOON J A, et al. Evolution of gustatory sensitivity inYponomeutacaterpillars: sensitivity to the stereo-isomers dulcitol and sorbitol is localised in a single sensory cell [J]. J Comp Physiol A, 1999, 184: 119-126.

[17]VAN LOON J J A. Chemoreception of phenolic acids and flavonoids in larvae of two species ofPieris[J]. J Comp Physiol A, 1990, 166: 889-899.

[18]湯清波,王琛柱. 一種測定鱗翅目幼蟲取食選擇的方法——葉碟法及其改進(jìn)和注意事項(xiàng) [J]. 昆蟲知識, 2007, 44(6): 912-915.

[19]SCHOONHOVEN L M, VANLOON J A, DICKE M. Insect Plant Biology[M].Oxford: Oxford University Press, 2005:183-189.

[20]羅梅浩，郭線茹，鄭曉軍，等. 煙青蟲和棉鈴蟲在煙草上的生態(tài)位及其種間競爭 [J]. 中國煙草學(xué)報，2002，8(4):34-37.

[21]TANG Q B, YAN Y H, ZHAO X C ，et al. Tastes and chromosomes in interspecific hybrids betweenHelicoverpaarmigera(Hübner) andHelicoverpaassulta(Guenée)[J]. Chinese Sci Bull, 2005, 50:1212-1217.

[22]ZHAO X C, DONG J F , TANG Q B, et al. Hybridization betweenHelicoverpaarmigeraandHelicoverpaassulta(Lepidoptera: Noctuidae): development and morphological characterization of F1 hybrids [J]. Bull Entomol Res, 2005, 95：409-416.

[23]ZHAO X C, YAN Y H, WANG C Z. Behavioral and electrophysiological responses ofHelicoverpaassulta,H.armigera(Lepidoptera: Noctuidae), their F1 hybrids and back cross progenies to sex pheromone component blends[J]. J Comp Physiol A, 2006, 192:1037-1047.

[24]ZHANG Y F ,VANLOON J A, WANG C Z. Tarsal taste neuron activity and proboscis extension reflex in response to sugars and amino acids inHelicoverpaarmigera(Hübner) [J]. J Exp Biol, 2010, 213:2889-2895.

[25]GUO H, HUANG L Q, PELOSI P, et al. Three pheromone-binding proteins help segregation between twoHelicoverpaspecies utilizing the same pheromone components [J]. Insect Biochem and Molec Bio, 2012, 42: 708-716.

[26]TANG D L, WANG C Z, LUO L E, et al. Comparative study on the responses of maxillary sensilla styloconica of cotton bollwormHelicoverpaarmigeraand phytochemicals [J]. Sci China C, 2000, 43(6): 606-612.

[27]ZHOU D S, VANLOON J A, WANG C Z. Experience based behavioral and chemosensory changes in the generalist insect herbivoreHelicoverpaarmigeraexposed to two deterrent plant chemicals [J]. J Comp Physiol A, 2010, 196：791-799.

[28]BERNAYS E A, OPPENHEIM S, CHAPMAN R F, et al . Taste sensitivity of insect herbivores to deterrents is greater in specialists than in generalists: a behavioral test of thehypothesis with two closely related caterpillars [J]. J Chem Ecol，2000， 26: 547-563.

[29]BERNAYS E A, CHAPMAN R F. A neurophysiological study of sensitivity to a feeding deterrent in two sister species ofHeliothiswith different diet breadths [J]. J Insect Physiol, 2000, 46: 905-912.

[30]JERMY T. Feeding inhibitors and food preference in chewing phytophagous insects [J]. Entomol Exp Appl, 1966, 9:1-12.

(責(zé)任編輯：蔣國良)

Gustatory electrophysiology responses and feeding preference behaviors ofHelicoverpaarmigera(Hübner) andH.assulta(Guenée) larvae to secondary plant substances

TANG Qingbo， DANG Jing， ZHAN Huan， CAO Huan， ZHAO Xincheng， YAN Fengming

(College of Plant Protection, Henan Agricultural University, Zhengzhou 450002, China)

The gustatory mechanism of host-difference and host-shift between two closed lepidopteran species,Helicoverpaarmigera(Hübner) andH.assulta(Guenée) were investigated by measuring the electrophysiology responses of sensilla styloconica and feeding preference behaviors of the 5thinstar larvae to nicotine, capsaicine, gossypol and tomatine using the tip recording and the leaf-disc choices bioassay. The results show the medial sensillum ofH.armigeraresponded to tomatine and gossypol strongly, suggesting active tomatine and gossypol neurons in medial sensillum. ForH.assultalarvae, the lateral sensillum responded to capsaicine and medial sensillum responded to nicotine, suggesting an active capsaicine neuron in lateral sensillum and a nicotine neuron in medial sensillum ofH.assulta. The gossypol could significantly induce the feeding preference ofH.armigeralarvae, while the tested secondary plant substances had no significant effects on the feeding preference behaviors ofH.assulta.

Helicoverpaarmigera；H.assulta；secondary plant substance； electrophysiological responses；leaf-disc choice

1000-2340(2015)01-0061-07

2014-03-19

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31272373)；河南省教育廳自然科學(xué)計(jì)劃項(xiàng)目(2009B180009)

湯清波(1975-)，男，河南新野人，副教授，博士，主要從事昆蟲生理研究。

S435.6

A