劉旭祥, 季清娥

(福建農(nóng)林大學(xué)生物防治研究所, 聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織/國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)實(shí)蠅防控中國(guó)合作中心,生物農(nóng)藥與化學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 閩臺(tái)作物有害生物生態(tài)防控國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 福州 350002)

實(shí)蠅隸屬雙翅目(Diptera)實(shí)蠅科(Tephritidae),廣泛分布于除兩極之外的熱帶、亞熱帶以及溫帶地區(qū);絕大多數(shù)屬植食性,幼蟲(chóng)潛葉、食芽、蛀莖、蛀根、蛀果,潛葉危害或造成蟲(chóng)癭,另外尚有極少數(shù)種類(lèi)屬非植食性(Christenson and Foote, 1960; 梁廣勤等, 1993; Headrick and Goeden, 1998; Vargasetal., 2010)。

全世界已知實(shí)蠅科昆蟲(chóng)近500屬5 000余種(Clarkeetal., 2005; Scolarietal., 2021),其中具有經(jīng)濟(jì)意義的實(shí)蠅累計(jì)26屬233種(White and Elson-Harris, 1992),是最具經(jīng)濟(jì)重要性的實(shí)蠅科之一(梁廣勤等, 1993; Hsuetal., 2012),目前在實(shí)際生產(chǎn)防治中使用的實(shí)蠅引誘劑主要包括雄性實(shí)蠅引誘劑和雙性實(shí)蠅引誘劑。雄性實(shí)蠅會(huì)被一些特定的化合物所吸引,一般稱(chēng)之為雄性引誘劑(male lures)。雄性實(shí)蠅引誘劑可以分為兩大類(lèi),一類(lèi)是天然植物揮發(fā)物,例如:甲基丁香酚(methyl eugenol, ME)、覆盆子酮(raspberry ketone, RK)、姜酮(zingerone, ZG);另一類(lèi)是人工合成的天然產(chǎn)物類(lèi)似物,例如:4-(4-乙酰氧基苯基)-2-丁酮(cuelure, CL)、叔丁基-4-氯-2-甲基環(huán)己烷-1-羧酸酯(trimedlure, TML)、乙烷基4-(和5-)碘代-反-2-甲基環(huán)己烷-1-羧酸酯(ceralure, CRL)(Chambers, 1977; Sivinski and Calkins, 1986; 蔡曉明等, 2018)。

自然界植物釋放的揮發(fā)性信息化合物不僅是植物的語(yǔ)言,而且可以作為害蟲(chóng)信息素發(fā)揮作用,在害蟲(chóng)天然產(chǎn)物引誘劑的研發(fā)中扮演著重要角色,但是存在揮發(fā)性過(guò)高、空氣中快速氧化、含量低且難以人工合成的問(wèn)題;天然信息素的多樣性為人工合成其高效類(lèi)似物提供結(jié)構(gòu)借鑒,而類(lèi)信息素與天然信息素相比具有更優(yōu)異的理化和毒理學(xué)特性(鄭麗霞等, 2018)。類(lèi)信息素?zé)o論在高效性、特異性還是穩(wěn)定性方面都表現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢(shì),可以解決天然信息素面臨的問(wèn)題,而且類(lèi)信息素作為天然信息素的模擬物、增效劑或抑制劑,可以用于害蟲(chóng)的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)、誘集捕殺、統(tǒng)防統(tǒng)控、交配干擾等多個(gè)領(lǐng)域,應(yīng)用前景廣闊(Renou and Guerrero, 2000; 鄭麗霞等, 2018; Reddyetal., 2020)。植物揮發(fā)物對(duì)調(diào)節(jié)植物-害蟲(chóng)、植物-天敵、害蟲(chóng)-天敵及植物-害蟲(chóng)-天敵之間的關(guān)系起到重要作用,從植物揮發(fā)物中分離鑒定到的部分信息化學(xué)物質(zhì)已被應(yīng)用于實(shí)蠅害蟲(chóng)的防控(Pickettetal., 1997; Agelopoulosetal., 1999; Aldrichetal., 2003)。受啟發(fā)于自然界植物與實(shí)蠅害蟲(chóng)之間千絲萬(wàn)縷的聯(lián)系與相互作用,植物揮發(fā)物及其人工合成類(lèi)似物與實(shí)蠅害蟲(chóng)的相互作用在實(shí)蠅雄性引誘劑的深度開(kāi)發(fā)與應(yīng)用過(guò)程中備受關(guān)注(欽俊德和王琛柱, 2001; 秦秋菊和高希武, 2005; 張真等, 2022)。類(lèi)似于實(shí)蠅取食植物可以為其自身信息素的合成提供前體物質(zhì)(蔡曉明等, 2018),雄性實(shí)蠅在被雄性引誘劑吸引的同時(shí)會(huì)貪婪地進(jìn)食引誘劑;對(duì)這種雄性實(shí)蠅被特定化合物強(qiáng)烈吸引并進(jìn)食現(xiàn)象的解釋為,雄性實(shí)蠅取食這些特定的化合物用于合成信息素(Shellyetal., 2010),進(jìn)而獲得交配優(yōu)勢(shì)(Kumaranetal., 2014)。

實(shí)蠅取食雄性引誘劑的研究與信息素和類(lèi)信息素緊密相關(guān),取食雄性引誘劑造成的影響與多樣化的昆蟲(chóng)信息素和類(lèi)信息素發(fā)揮作用的機(jī)制不盡相同,明確昆蟲(chóng)信息素與類(lèi)信息素的分類(lèi)將有助于指導(dǎo)雄性實(shí)蠅取食引誘劑現(xiàn)象的揭秘。昆蟲(chóng)信息素(來(lái)自希臘語(yǔ)“φερειν”-transfer和“oρμαν”-excite)是由昆蟲(chóng)分泌釋放至體外、能夠在個(gè)體間傳遞信息、引起同種或異種個(gè)體產(chǎn)生生理或行為反應(yīng)的微量化學(xué)物質(zhì),是昆蟲(chóng)交流的語(yǔ)言(閆鳳鳴, 2011; 閆鳳鳴等, 2013; Scolarietal., 2021)。作為信息素研究領(lǐng)域的重點(diǎn),性信息素一直扮演著無(wú)可替代的角色。實(shí)蠅科昆蟲(chóng)的性信息素活性成分主要由雄成蟲(chóng)直腸上所包含的直腸腺釋放(Arita and Kaneshiro, 1986; Wee and Tan, 2005; Tokushimaetal., 2010),例如:加勒比按實(shí)蠅Anastrephasuspensa、蒲桃實(shí)蠅Bactroceraalbistrigatus、楊桃實(shí)蠅B.carambolae、番石榴實(shí)蠅B.correcta、黃瓜實(shí)蠅B.cucumis、橘小實(shí)蠅B.dorsalis、辣椒實(shí)蠅B.latifrons、 昆士蘭實(shí)蠅B.tryoni、地中海實(shí)蠅Ceratitiscapitata、瓜實(shí)蠅Zeugodacuscucurbitae;但也有極少數(shù)是由雌成蟲(chóng)直腸腺釋放,例如:橄欖實(shí)蠅B.oleae(Benellietal., 2014; Zhangetal., 2019)。

在植物長(zhǎng)期的進(jìn)化過(guò)程中,苯丙氨酸代謝通路最后可以產(chǎn)生ME和RK等物質(zhì)(Metcalf and Kogan, 1987; McPheron and Steck, 1996),而且兩類(lèi)物質(zhì)一直是取食效應(yīng)研究的聚焦點(diǎn)。由于RK對(duì)實(shí)蠅的引誘效果在近距離時(shí)較為顯著且RK常溫下呈固態(tài)、揮發(fā)性差,而其類(lèi)似物CL在遠(yuǎn)距離時(shí)效果更佳且揮發(fā)性好,故RK與CL的研究常被劃分為一類(lèi)(Metcalf, 1990)。大多數(shù)雄性引誘劑要么吸引對(duì)ME有反應(yīng)的實(shí)蠅,要么吸引對(duì)RK/CL有反應(yīng)的實(shí)蠅(Drew, 1974);這種現(xiàn)象可能是由于雄性實(shí)蠅特定嗅覺(jué)感器的進(jìn)化發(fā)展導(dǎo)致,這種嗅覺(jué)感器在結(jié)構(gòu)上與特定的苯丙烷類(lèi)或苯丁烷類(lèi)物質(zhì)互補(bǔ)(Metcalfetal., 1979, 1983)。不同實(shí)蠅對(duì)不同引誘劑的反應(yīng)差異詮釋了實(shí)蠅與腐爛果實(shí)的常見(jiàn)腐生關(guān)系的進(jìn)化差異(Drew, 1974; Metcalfetal., 1979, 1981, 1983, 1986; Drew and Hooper, 1981; Metcalf and Mitchell, 1990; Raghu, 2004; Tanetal., 2014)。

對(duì)ME有反應(yīng)的實(shí)蠅類(lèi)群相關(guān)研究表明:(1)ME代謝產(chǎn)物與雄性性信息素的內(nèi)源性成分一起被儲(chǔ)存和釋放;(2)含有這些代謝產(chǎn)物的信息素對(duì)雌性表現(xiàn)出極強(qiáng)的吸引力;(3)飼喂ME(或含有ME的植物)的雄性享有更高的交配成功率。對(duì)RK有反應(yīng)的實(shí)蠅類(lèi)群相關(guān)研究表明:(1)RK不會(huì)被分解或代謝,以原有形式被隔離儲(chǔ)存;(2)雌性對(duì)進(jìn)食RK的雄性產(chǎn)生的信息素表現(xiàn)出強(qiáng)烈偏好性;(3)攝入RK會(huì)顯著短暫提高雄性的交配成功率(Shelly, 2010)。對(duì)CL有反應(yīng)的實(shí)蠅類(lèi)群研究相對(duì)較少,研究表明:實(shí)蠅取食CL后在體內(nèi)以水解產(chǎn)物儲(chǔ)存在直腸腺中進(jìn)而作為信息素成分發(fā)揮作用(Nishidaetal., 1993; Tan and Nishida, 1995)。

昆蟲(chóng)自身的生物學(xué)特性及其生長(zhǎng)發(fā)育狀況、復(fù)雜多變的生態(tài)環(huán)境、一系列人為活動(dòng)等因素,都會(huì)影響昆蟲(chóng)產(chǎn)生用于交流的信號(hào),同時(shí),也增加了高效實(shí)蠅雄性引誘劑研發(fā)的難度。不斷被研究發(fā)現(xiàn)的實(shí)蠅信息化學(xué)物質(zhì)(例如:植物揮發(fā)物及其類(lèi)似物)是開(kāi)發(fā)實(shí)蠅雄性引誘劑的基石;同時(shí),在實(shí)蠅雄性引誘劑使用過(guò)程中,對(duì)雄性實(shí)蠅取食引誘劑現(xiàn)象的深入探討將會(huì)促進(jìn)實(shí)蠅信息化學(xué)物質(zhì)的研究發(fā)現(xiàn);兩者既相互區(qū)別,又互相聯(lián)系。最常見(jiàn)的引誘劑取食代謝效應(yīng)是,實(shí)蠅攝入的引誘劑在求偶期作為雄性信息素的一部分釋放之前,以未改變的原始物質(zhì)狀態(tài)或改變的全新代謝物狀態(tài)經(jīng)血淋巴轉(zhuǎn)運(yùn)到隔離和儲(chǔ)存雄性信息素的腺體中,然后與信息素一起釋放發(fā)揮作用(Hee and Tan, 2006; Wee and Tan, 2007)。這樣的信息素更有吸引力且最大程度保障雄性交配的成功(Kumaranetal., 2013; Weeetal., 2018a; Shamshir and Wee, 2019)。本文綜述了主要實(shí)蠅雄性引誘劑及其代謝,以期為實(shí)蠅引誘劑的開(kāi)發(fā)提供研究參考與思路指南。

1 ME

一個(gè)多世紀(jì)前,Howlett(1912)在測(cè)試蠅類(lèi)引誘劑時(shí)發(fā)現(xiàn)香茅精油對(duì)寡鬃實(shí)蠅屬Dacus的實(shí)蠅具有吸引效果,并且實(shí)蠅會(huì)取食香茅精油;研究首次表明,香茅精油對(duì)雄性實(shí)蠅的吸引是由于一種化學(xué)成分,即甲基丁香酚(4-allyl-1,2-dime-thoxy-benzene)所導(dǎo)致(Howlett, 1912, 1915; Tanetal., 2021),這種化學(xué)物質(zhì)自然存在于38個(gè)不同目的80個(gè)科中的450多種植物中,含量從微量到超過(guò)90%不等(Tan and Nishida, 2012)。被號(hào)稱(chēng)為“實(shí)蠅偉哥”的ME是已知的一種獨(dú)特且最有效的實(shí)蠅雄性引誘劑。有多種對(duì)ME有反應(yīng)的果實(shí)蠅屬實(shí)蠅,包括幾種推測(cè)的果實(shí)蠅屬?gòu)?fù)合姊妹種,如:杜英實(shí)蠅B.cacuminata、楊桃實(shí)蠅B.carambolae、番石榴實(shí)蠅B.correcta、橘小實(shí)蠅B.dorsalis、達(dá)爾文實(shí)蠅B.opiliae、面包實(shí)蠅B.umbrosa、桃實(shí)蠅B.zonata、B.musae和B.xanthodes等(Tan and Nishida, 2012; Vargasetal., 2015; Naazetal., 2016; Royer and Mayer, 2018; Royeretal., 2019b; Weeetal., 2020; Manoukisetal., 2023)。實(shí)蠅在距離引誘劑800 m甚至是1 km處都會(huì)有反應(yīng)(Steiner, 1952; Roomietal., 1993),其發(fā)揮作用的機(jī)理研究對(duì)于指導(dǎo)引誘劑的開(kāi)發(fā)與研制價(jià)值巨大。

隨著實(shí)蠅對(duì)ME的強(qiáng)烈趨性與取食現(xiàn)象引起廣泛關(guān)注,Fitt(1981)率先提出ME或ME衍生化合物是雄性實(shí)蠅釋放的性信息素的一部分;不同種類(lèi)的實(shí)蠅取食攝入ME后生物轉(zhuǎn)化的產(chǎn)物有所差異(表1)。對(duì)于性成熟或接近性成熟時(shí)取食ME的雄性實(shí)蠅,如:楊桃實(shí)蠅B.carambolae、番石榴實(shí)蠅B.correcta、橘小實(shí)蠅B.dorsalis、面包實(shí)蠅B.umbrosa和桃實(shí)蠅B.zonata來(lái)講,會(huì)將取食的ME作為一種前體物質(zhì),由單一成分產(chǎn)生到各種內(nèi)源成分組合,在雄性實(shí)蠅體內(nèi)進(jìn)行代謝后轉(zhuǎn)化為信息素成分,通過(guò)血淋巴運(yùn)輸?shù)街蹦c腺儲(chǔ)存和釋放。這種取食效應(yīng)可使信息素更具吸引力,最大程度提高雄性的交配性能和競(jìng)爭(zhēng)力且保障雄性實(shí)蠅交配的成功(Kumaranetal., 2013; Weeetal., 2018a; Shamshir and Wee, 2019)。

表1 果實(shí)蠅屬實(shí)蠅取食攝入甲基丁香酚(ME)后生物轉(zhuǎn)化的代謝產(chǎn)物Table 1 Biotransformated metabolites in Bactrocera fruit flies after ingestion of methyl eugenol (ME)

盡管小部分(<5%)雄性楊桃實(shí)蠅在成蟲(chóng)羽化后10 d內(nèi)就對(duì)ME有反應(yīng),而雄性橘小實(shí)蠅在14 d左右對(duì)ME有反應(yīng),但大部分(>80%)楊桃實(shí)蠅對(duì)ME的最佳反應(yīng)時(shí)間出現(xiàn)在較大日齡,因此,喂食ME對(duì)橘小實(shí)蠅產(chǎn)生的反應(yīng)更明顯(Weeetal., 2002)。而且喂食橘小實(shí)蠅ME后約15 min即可出現(xiàn)雄性血淋巴中苯丙烷類(lèi)物質(zhì)的積累、在喂食6 d后達(dá)到峰值且可在直腸腺中儲(chǔ)存3周,在喂食21 d后表現(xiàn)出明顯的交配優(yōu)勢(shì),獲得交配優(yōu)勢(shì)可持續(xù)35 d之久(Nishidaetal., 1988; Shelly and Dewire, 1994)。面包實(shí)蠅在羽化(尚未性成熟)后7 d約22%的雄成蟲(chóng)對(duì)ME有反應(yīng),而在羽化后10 d超過(guò)50%的雄成蟲(chóng)對(duì)ME有反應(yīng)。與其性成熟程度相對(duì)應(yīng),ME對(duì)雄性實(shí)蠅的吸引力在10-27 d達(dá)到高峰。喂食ME可以使楊桃實(shí)蠅與面包實(shí)蠅更早的開(kāi)始召喚、聚集、炫耀、求偶,它們對(duì)處女雌性實(shí)蠅的吸引比例顯著高于未喂食ME的雄性實(shí)蠅。即便楊桃實(shí)蠅雄性處在靜止?fàn)顟B(tài),雌性也會(huì)向喂食ME的雄性表現(xiàn)一種交配接受姿態(tài)。未喂食ME的雄性經(jīng)常聚集在1頭喂食過(guò)ME的雄性周?chē)?進(jìn)食、召喚、交配,這種聚集行為和肛門(mén)分泌物攝食行為可能會(huì)轉(zhuǎn)移它們對(duì)交配的注意力,并在一定程度上保障取食過(guò)ME的雄性實(shí)蠅能夠擁有更高的交配成功率,這是取食過(guò)ME的雄性實(shí)蠅將其生物轉(zhuǎn)化為信息素進(jìn)而體現(xiàn)在競(jìng)爭(zhēng)中的生殖優(yōu)勢(shì)(Weeetal., 2007, 2018a)。供給ME時(shí),雄性橘小實(shí)蠅會(huì)產(chǎn)生一種誘導(dǎo)一系列行為模式的觸角多肽。多肽會(huì)誘導(dǎo)攝食行為,如將多肽注射到從未接觸過(guò)ME的同種或異種(例如:楊桃實(shí)蠅)雄性實(shí)蠅體內(nèi)時(shí),雄性實(shí)蠅會(huì)頻繁地?cái)D出喙部增加探測(cè)行為(Tan, 2000b)。體外研究表明,在橘小實(shí)蠅雄性體內(nèi)ME轉(zhuǎn)化為苯丙烷類(lèi)物質(zhì)涉及一種解毒代謝酶,即基于細(xì)胞色素P450系統(tǒng)的混合功能單加氧酶(CYP450),昆蟲(chóng)經(jīng)一個(gè)氧化過(guò)程解毒并將ME轉(zhuǎn)化為危害較小的副產(chǎn)物,在釋放前儲(chǔ)存在直腸腺中(Hee and Tan, 2004; 劉喃喃等, 2006; Felton and Tumlinson, 2008; Kimetal., 2011; 彭威等, 2020; 李欣蓮等, 2022)。

橘小實(shí)蠅將ME轉(zhuǎn)化為3種信息素成分2-烯丙基-4,5-二甲氧基苯酚(2-allyl-4, 5-dimethoxyphenol, DMP)、反式松柏醇(trans-coniferyl alcohol, ECF)和順-3,4-二甲氧基肉桂醇(cis-3, 4-dimethoxycinnamyl alcohol, ZDMC),DMP的累計(jì)量較大,ECF和ZDMC的累計(jì)量相對(duì)較少。DMP, ECF和ZDMC不僅是性信息素,還是聚集信息素(Hee and Tan, 2006; Wee and Tan, 2007)。隨著黃昏的臨近,光照強(qiáng)度的降低被認(rèn)為是實(shí)蠅開(kāi)始交配所需的正常刺激。當(dāng)光照強(qiáng)度降低到300～700 lx(對(duì)應(yīng)于黃昏交配期的開(kāi)始)時(shí),雌性橘小實(shí)蠅對(duì)DMP和ECF反應(yīng)最明顯(Hee and Tan, 1998; Khooetal., 2000; Weeetal.,2007)。巧合的是,黃昏時(shí)刻不僅是實(shí)蠅求偶的時(shí)間也是實(shí)蠅直腸腺化合物釋放的時(shí)間,兩者時(shí)間相吻合背后蘊(yùn)藏著極為深遠(yuǎn)的生態(tài)學(xué)意義。在性成熟時(shí),橘小實(shí)蠅除取食消耗ME在體內(nèi)代謝產(chǎn)生信息素成分以外,還可代謝產(chǎn)生內(nèi)源性性信息素成分N-3-甲基丁基乙酰胺(MBA)和6-羰基-1-壬醇(OXO)(Nishidaetal., 1988)。而飼喂ME的番石榴實(shí)蠅雄性在直腸腺中分離出ZDMC和順式松伯醇(ZCF)兩種不同的代謝物,且兩者總量達(dá)100 μg/頭。取食ME的番石榴實(shí)蠅與橘小實(shí)蠅的直腸腺中所累計(jì)的代謝產(chǎn)物存在差異,可能是因?yàn)椴町惔x物在同域物種的種內(nèi)或種間相互作用中發(fā)揮不同功能(Tokushimaetal., 2010)。

ME通過(guò)二甲氧基苯環(huán)上的對(duì)羥基化迅速生物轉(zhuǎn)化為DMP,相較于ECF和ZDMC,DMP對(duì)性成熟雄性實(shí)蠅更有吸引力。性成熟雄性橘小實(shí)蠅對(duì)DMP的反應(yīng)在白天較高而晚上較低,雄性橘小實(shí)蠅是否交配對(duì)于對(duì)DMP的嗅覺(jué)反應(yīng)并沒(méi)有顯著影響。但是,單獨(dú)提供給雌性橘小實(shí)蠅DMP時(shí),雌性實(shí)蠅未表現(xiàn)出接受交配的姿勢(shì)。毒理學(xué)試驗(yàn)表明, DMP是安全無(wú)毒的,是一種應(yīng)用于橘小實(shí)蠅防控的高效、環(huán)保引誘劑(Dengetal., 2021)。相比之下,ME的烯丙基側(cè)鏈上較慢的對(duì)羥基化則導(dǎo)致ECF含量較低,且ECF對(duì)性成熟雄性實(shí)蠅的引誘效果弱于DMP。雄性實(shí)蠅在近距離接觸ECF時(shí)表現(xiàn)出類(lèi)似于對(duì)ME的取食效應(yīng),雄性實(shí)蠅被ECF強(qiáng)烈吸引并以該化合物為食(Tan and Nishida, 1998)。相較于DMP,單獨(dú)提供給雌性橘小實(shí)蠅ECF時(shí),ECF可以誘導(dǎo)雌性實(shí)蠅的產(chǎn)卵器伸長(zhǎng),呈現(xiàn)出一種接受交配的姿勢(shì)。而DMP, ECF和DMC單獨(dú)提供給雌性時(shí),ECF是最具吸引力的。ECF可以誘導(dǎo)一定比例的雌性橘小實(shí)蠅“Z”字形飛行。DMP和ECF的組合引誘試驗(yàn)表明,兩者組合處于次優(yōu)濃度時(shí)才增強(qiáng)ECF的吸引力,這兩種化合物以0.5 mg/15 min的釋放速率吸引大多數(shù)雌性橘小實(shí)蠅(Khooetal., 2000),可以引起更高的雄性實(shí)蠅反應(yīng)百分比(Nishidaetal., 1990)。因此,為了增加ECF的吸引力,需要以正確的比例與DMP, DMC, MBA和OXO混合。

血淋巴作為雄性實(shí)蠅取食ME后代謝產(chǎn)物的轉(zhuǎn)運(yùn)載體,揭示了雄性實(shí)蠅取食ME后的代謝產(chǎn)物到直腸腺的轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程。首次喂食ME后,即可在雄性橘小實(shí)蠅的血淋巴中檢測(cè)到ME的代謝產(chǎn)物。其次,處女雌性實(shí)蠅與雄性實(shí)蠅交配時(shí),被雄性實(shí)蠅的直腸腺分泌物吸引并進(jìn)食。在己烷中進(jìn)行薄層色譜(thin layer chromatography, TLC)后在乙酸乙酯溶劑系統(tǒng)中,實(shí)蠅在TLC板上發(fā)現(xiàn)血淋巴提取物的起始點(diǎn)并在其上進(jìn)食(Hee and Tan, 2004)。雄性橘小實(shí)蠅被以ME喂養(yǎng)的雄性實(shí)蠅血淋巴提取物吸引并取食,而不以未提供ME的雄性實(shí)蠅血淋巴提取物為食;對(duì)ME喂養(yǎng)的雄性血淋巴提取物進(jìn)行化學(xué)分析,發(fā)現(xiàn)存在性信息素成分(Metcalfetal., 1975; Hee and Tan, 2004)。ME衍生的信息素成分的存在、血淋巴中ME的缺失和雌雄性實(shí)蠅的行為反應(yīng)表明,血淋巴參與了性信息素成分到直腸腺的運(yùn)輸。

昆蟲(chóng)不育技術(shù)(sterile insect technique, SIT)中的輻照處理導(dǎo)致不育雄性實(shí)蠅交配競(jìng)爭(zhēng)力降低,提高不育雄性實(shí)蠅的交配競(jìng)爭(zhēng)力是成功應(yīng)用SIT的關(guān)鍵,而取食效應(yīng)對(duì)雄性實(shí)蠅的作用被視為一種重要的提升不育雄性交配競(jìng)爭(zhēng)力的方法。雖然取食ME可以提高雄性實(shí)蠅的交配成功率,但是與取食ME的雄性交配的雌性可能會(huì)儲(chǔ)存更少的精子,并更快地再交配,這可能牽扯到有關(guān)ME在代謝過(guò)程中的高耗能與一定的取食毒性(Shellyetal., 2005);而且取食ME對(duì)其生殖器官大小和附腺產(chǎn)物沒(méi)有明顯影響,最終,不育雄性未能發(fā)揮預(yù)期作用,不能實(shí)現(xiàn)交配抑制。因此,探索對(duì)ME的高效替代物質(zhì)十分必要,氟原子強(qiáng)大電負(fù)性會(huì)引起分子中電子分布的變化進(jìn)而使分子極性發(fā)生一定變化,利用氟原子或含氟基團(tuán)對(duì)天然信息素成分中的氫原子或極性基團(tuán)進(jìn)行取代,可以使替代物質(zhì)的結(jié)構(gòu)更符合應(yīng)用要求,例如:ME的氟化類(lèi)似物FME和RFME。對(duì)替代極為有利的是,在田間試驗(yàn)測(cè)試中FME表現(xiàn)出與ME相近的引誘活性,這將加速M(fèi)E替代品的研究(Khrimianetal.,1994, 2006, 2009; Liquidoetal.,1998)。由此可見(jiàn),將天然或代謝產(chǎn)物中的信息素成分應(yīng)用于SIT以達(dá)到不育雄性實(shí)蠅在田間的交配競(jìng)爭(zhēng)力提高依然存在難度(Orankanoketal., 2007)。

對(duì)SIT實(shí)施有利的是,以ME為食的實(shí)蠅雄成蟲(chóng)重復(fù)進(jìn)食的發(fā)生率較低,這使得ME處理過(guò)的毒餌能夠在雄性湮滅技術(shù)(male annihilation technique, MAT)處理中發(fā)揮很好的作用,在野生雄性交配產(chǎn)生后代前將其滅殺,提高不育雄成蟲(chóng)對(duì)野生雄成蟲(chóng)的替代作用(Robinson and Hendrichs, 2005)。取食ME還可以提高雄性實(shí)蠅體內(nèi)的蛋白質(zhì)儲(chǔ)備,蛋白質(zhì)含量可能會(huì)影響雄性求偶過(guò)程中信息素的產(chǎn)生和能量消耗,從而導(dǎo)致取食過(guò)ME的雄性整體交配成功率更高,但在日齡較小時(shí)這種交配優(yōu)勢(shì)不明顯,依然會(huì)低于野生橘小實(shí)蠅(Reyes-Hernándezetal., 2019)。但在實(shí)蠅雄成蟲(chóng)齡期較小時(shí),取食ME的同時(shí)補(bǔ)充高蛋白質(zhì)飼料會(huì)顯著提升其交配優(yōu)勢(shì)(Orankanoketal., 2013)。低概率的重復(fù)進(jìn)食與高含量的蛋白質(zhì)儲(chǔ)備,是取食效應(yīng)可用于優(yōu)化SIT的重要特征。

2 RK

RK存在于自然界的多種植物中(Hirvetal., 1981; Hirv and Honkanen, 1984; Marcoetal., 1988),是蘭花、薔薇和菊花等植物揮發(fā)物的組成成分,一種由花朵自然分泌的物質(zhì)吸引雄性實(shí)蠅進(jìn)行授粉(Tanetal., 2002)。為了促進(jìn)異花授粉,RK也是一種重要野生石豆蘭屬Bulbophyllum蘭花(例如:Bulbophyllumapertum)傳粉者的回饋物質(zhì),可以吸引近300種果實(shí)蠅屬和50余種寡鬃實(shí)蠅屬及部分鏃果實(shí)蠅屬實(shí)蠅,例如:B.albistragata,B.caudata,B.melastomatos,Z.cucurbitae和Z.tau(Metcalf, 1990; Tan, 2009; Tanetal., 2014)。作為一種適應(yīng)和進(jìn)化,石豆蘭屬花有著高度可移動(dòng)的唇瓣,有助于提高實(shí)蠅進(jìn)行授粉的效率;RK主要分布在活動(dòng)的唇瓣上,這也是雄性實(shí)蠅進(jìn)行探測(cè)后最終取食RK的位置(Tan and Nishida, 2005)。對(duì)RK有反應(yīng)的雄性實(shí)蠅會(huì)將RK與內(nèi)源性合成成分一起代謝消耗和隔離儲(chǔ)存在體內(nèi),形成雄性信息素來(lái)吸引雌性,或起到阻止脊椎動(dòng)物捕食的作用,而且可能增加雄性的交配能力(Khoo and Tan, 2000; Tan and Nishida, 2005)。

截至目前已經(jīng)揭示RK有兩種作用:一是作為性信息素成分吸引同種雌性,二是作為聚集信息素成分吸引同種雄性形成求偶場(chǎng)(Kuba and Sokei, 1988; Tan, 1993; Tan and Nishida, 1998, 2020),并且RK還是一種利己素(Tan, 2000a)。瓜實(shí)蠅雌性會(huì)優(yōu)先與喂食RK的雄性交配(Nishidaetal., 1993)。此外Akter等發(fā)現(xiàn),可能是因?yàn)榇x的增強(qiáng),將RK喂食給未性成熟雌雄性昆士蘭實(shí)蠅會(huì)增加其性發(fā)育的速度。如果雌性的選擇性交配涉及爭(zhēng)奪競(jìng)爭(zhēng)或耐力競(jìng)爭(zhēng)因素,新陳代謝的增強(qiáng)可能會(huì)使雄性更積極地表現(xiàn)求偶行為,進(jìn)而增加雄性獲得配偶的機(jī)會(huì)(Akteretal., 2017a, 2017b)。

3 ZG

4-(4-羥基-3-甲氧基苯基)-2-丁酮/姜酮[4-(4-hydroxy-3-methoxyphenyl)-2-butanone]是一種存在于生姜根莖中的化學(xué)物質(zhì),也在野生蘭花Bulbophyllumpatens和B.baileyi的花序香味中被發(fā)現(xiàn)。因其化學(xué)結(jié)構(gòu)類(lèi)似于ME(含甲氧基活性基團(tuán))和RK(含丁酮側(cè)鏈)(Tan and Nishida, 2000),所以能夠吸引多種對(duì)ME或RK/CL有反應(yīng)的雄性實(shí)蠅,例如:B.albistrigata,B.carambolae,B.caudata,B.umbrosa,Z.cucurbitae和Z.tau;但ZG的引誘活性弱于ME/CL。同時(shí),ZG也可吸引部分對(duì)ME或RK/CL無(wú)明顯反應(yīng)的雄性實(shí)蠅,例如:B.aglaiae,B.aurea,B.jarvisi,B.speewahensis和D.secamoneae,誘蟲(chóng)譜較廣但高效性與專(zhuān)一性較低(Khoo and Tan, 2000; Tanetal., 2002; Fay, 2012)。這些雄性實(shí)蠅是幾種石豆蘭屬蘭花(例如:Bulbophyllumbaileyi,B.patens和B.praetervisum)的重要傳粉媒介,ZG作為一種吸引和獎(jiǎng)勵(lì)物質(zhì)被植物釋放回饋于雄性實(shí)蠅。

與ME和RK類(lèi)似,雄性實(shí)蠅取食ZG后儲(chǔ)存在直腸腺中的物質(zhì)因?qū)嵪夘?lèi)群不同而有所差異,取食ZG的雄性實(shí)蠅對(duì)雌性實(shí)蠅表現(xiàn)出更高吸引力。南亞實(shí)蠅雄成蟲(chóng)取食50 μg ZG后直腸腺提取物對(duì)同種雌成蟲(chóng)具有顯著的吸引力,雄成蟲(chóng)初次取食后的交配優(yōu)勢(shì)可以持續(xù)7 d(Shamshir and Wee, 2019)。雄性昆士蘭實(shí)蠅通過(guò)取食ZG獲得多次交配機(jī)會(huì),提高交配成功率,取得交配優(yōu)勢(shì),但這種優(yōu)勢(shì)僅為1 d甚至更短;且取食可以導(dǎo)致雌性昆士蘭實(shí)蠅的生殖力增加和再繁殖能力降低(Kumaranetal., 2013; Shamshir and Wee, 2019)。這可能是因?yàn)閿z入的ZG發(fā)生不同生物轉(zhuǎn)化導(dǎo)致,昆士蘭實(shí)蠅將少量ZG轉(zhuǎn)化為RK和β-(4-羥基-3-甲氧基苯基)-丙酸[β-(4-hydroxy-3-methoxyphenyl)-propionic acid],顯然,RK可以提高雄性實(shí)蠅的交配成功率,但是尚未對(duì)其他代謝轉(zhuǎn)化成分所發(fā)揮的潛在功能進(jìn)行研究。作為扎氏果實(shí)蠅的一種特定雄性引誘劑和監(jiān)測(cè)劑(Fay, 2012),喂食ZG會(huì)顯著提高雄性扎氏果實(shí)蠅的交配成功率,ZG用量對(duì)交配優(yōu)勢(shì)持續(xù)時(shí)間有顯著影響;相比于RK喂食的雄性扎氏果實(shí)蠅,雌性扎氏果實(shí)蠅更喜歡與ZG喂食的同種雄性交配(Wee and Clarke, 2020)。

取食代謝導(dǎo)致ZG儲(chǔ)存的形式因物種而異,除上述昆士蘭實(shí)蠅對(duì)少量ZG的代謝轉(zhuǎn)化形式以外,ZG可以以原有形式被隔離儲(chǔ)存(Kumaranetal., 2014)。其次,部分種類(lèi)實(shí)蠅(例如:瓜實(shí)蠅和橘小實(shí)蠅)可以將ZG轉(zhuǎn)化為4-(4-羥基-3-甲氧基苯基)-2-丁醇/姜醇[4-(4-hydroxy-3-methoxyphenyl)-2-butanol](zingerol, Zgol)(Tan and Nishida, 2000)。在瓜實(shí)蠅雄性隔離儲(chǔ)存大量ZG的同時(shí),也會(huì)有相對(duì)少量的Zgol被隔離儲(chǔ)存,兩者比例與自然界蘭花中的比例高度相似(Tan and Nishida, 2000)。然而,在有關(guān)橘小實(shí)蠅的相關(guān)研究中則表明,雄性橘小實(shí)蠅將ZG轉(zhuǎn)化為Zgol吸引雌性時(shí),雄性隔離儲(chǔ)存了大量的Zgol,而ZG量相對(duì)較少,其比例與蘭科植物花中所發(fā)現(xiàn)的比例明顯不同;這可能是因?yàn)樾坌蚤傩?shí)蠅優(yōu)先將ZG轉(zhuǎn)化為Zgol,進(jìn)行Zgol的合成(Tan and Nishida, 2007)。因?qū)嵪壏N類(lèi)不同,ZG和Zgol的混合物以不同的比例被隔離儲(chǔ)存(Tan and Nishida, 2000, 2007)。雄性實(shí)蠅直腸腺中的ZG和Zgol不僅可以刺激雄性的性活動(dòng),而且可以吸引雌性實(shí)蠅(Tan and Nishida, 1995)。毫無(wú)疑問(wèn),在這種獨(dú)特的互惠關(guān)系中,雄性實(shí)蠅和野生蘭花都能獲得一定繁殖利益。

盡管如此,由于沒(méi)有對(duì)喂食ZG的雄性和未喂食的雄性進(jìn)行雄性信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)率和信息素成分的比較,因此無(wú)法確定雌性吸引力的增加是由于信息素釋放頻率的增強(qiáng),還是信息素成分的改變,或者兩者兼有。然而,Shelly(2017)發(fā)現(xiàn),在被喂食ZG后沒(méi)有證據(jù)表明瓜實(shí)蠅的雄性交配能力增強(qiáng)。瓜實(shí)蠅將少量ZG轉(zhuǎn)化為Zgol,但是尚未對(duì)Zgol所發(fā)揮的潛在功能進(jìn)行研究;如果Zgol對(duì)瓜實(shí)蠅雄性交配成功率沒(méi)有影響,那么部分ZG轉(zhuǎn)化為Zgol可能是導(dǎo)致ZG對(duì)瓜實(shí)蠅雄性交配成功率沒(méi)有影響的原因(Seguraetal., 2018)。

4 CL

作為瓜類(lèi)實(shí)蠅高效引誘劑代表之一的CL可以吸引多種實(shí)蠅雄成蟲(chóng),例如:B.albistrigata,B.breviaculeus,B.caudata,B.curvipennis,B.distincta,B.facialis,B.frauenfeldi,B.kirki,B.melanota,B.obliqua,B.psiidi,B.tryoni,Dacusbivittatus,D.longicornis,D.punctatifrons,Z.cucurbitae和Z.tau等(Limetal., 2012; Vargasetal., 2015; Royeretal., 2019a, 2019b, 2020; Weeetal., 2020; Onsongoetal., 2022; Manoukisetal., 2023)。雄性實(shí)蠅攝入CL后在直腸腺中積累了它的脫酰衍生物,吡嗪類(lèi)、脂肪胺類(lèi)和2-乙氧基苯甲酸衍生物已被鑒定為雄性瓜實(shí)蠅直腸腺分泌物的主要成分,其中主要的揮發(fā)性芳香物質(zhì)被鑒定為4-羥基苯甲酸甲酯、4-羥基苯甲酸乙酯(乙酯含量會(huì)隨著性成熟從成蟲(chóng)早期的低含量逐漸增加,達(dá)到10 μg/雄)和4-羥基苯甲酸丙酯,它們與CL都是RK的類(lèi)似物(Nishidaetal., 1990)。以瓜實(shí)蠅為例,RK與CL之間存在一定的生物轉(zhuǎn)化關(guān)系,雄性瓜實(shí)蠅在有水分的情況下食用CL后很容易將其在體內(nèi)轉(zhuǎn)化為RK,且飼喂CL后6 h即可在雄性瓜實(shí)蠅直腸腺中被隔離儲(chǔ)存(Nishidaetal., 1993)。人工誘捕的雄性瓜實(shí)蠅在直腸腺中選擇性地積累揮發(fā)性芳香物質(zhì)的水解衍生物RK,因此,訪問(wèn)產(chǎn)生和釋放RK蘭花的雄性實(shí)蠅類(lèi)群都會(huì)對(duì)CL有強(qiáng)烈趨性(Nishidaetal., 1993; Clarkeetal., 2002; Tan and Nishida, 2005)。Tan等(2014)報(bào)道在巴布亞新幾內(nèi)亞的某些石豆蘭屬蘭科植物中檢測(cè)到了CL和誘蟲(chóng)酮(anisylacetone),之前CL一直被認(rèn)為是一種合成化合物(Tanetal., 2014; Seguraetal., 2018; Royeretal., 2020; Aryaetal., 2022; Tarnoetal., 2022)。

與對(duì)ME有反應(yīng)的實(shí)蠅類(lèi)群相似,在對(duì)CL有反應(yīng)的實(shí)蠅類(lèi)群中,CL對(duì)雄性實(shí)蠅的吸引力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于對(duì)雌性實(shí)蠅的吸引力;在性成熟后,CL對(duì)雄性實(shí)蠅的吸引力會(huì)大幅增加(Fitt, 1981; Wongetal., 1991; Tan and Nishida, 1995;Weldonetal., 2008)。瓜實(shí)蠅雄成蟲(chóng)取食CL可以顯著提高其交配競(jìng)爭(zhēng)力,雌性會(huì)優(yōu)先與喂食CL的雄性交配。雖然雌性瓜實(shí)蠅會(huì)優(yōu)先與喂食CL的雄性交配,但雌性并沒(méi)有通過(guò)與喂食CL的雄性交配來(lái)獲得直接的健康效益,喂食CL沒(méi)有介導(dǎo)雄性射精的成分和數(shù)量改變,進(jìn)而沒(méi)有提高雌性的壽命和繁殖能力(Shelly and Nishimoto, 2017)。

瓜實(shí)蠅雄成蟲(chóng)喂食CL后1 d,在性成熟的雄性直腸腺中檢測(cè)到少量的4-羥基苯甲酸乙酯和相對(duì)大量的RK和壬二醇(nonanediol),后者作為雄性實(shí)蠅直腸腺主要信息素成分,其含量從2周齡時(shí)約0.1 μg增加到5周齡時(shí)的4.5 μg(Nishidaetal., 1993)。而在有關(guān)昆士蘭實(shí)蠅取食CL后的代謝物研究中發(fā)現(xiàn),以CL為食的雄性昆士蘭實(shí)蠅直腸腺體中檢測(cè)到幾種酮類(lèi)物質(zhì),其中部分酮類(lèi)成分含量隨著雄性昆士蘭實(shí)蠅性成熟而增多,說(shuō)明雄性昆士蘭實(shí)蠅取食CL后,在其直腸腺代謝轉(zhuǎn)化為以酮類(lèi)為主成分的物質(zhì)暫存(Tan and Nishida, 1995)。雖然性成熟的雌性實(shí)蠅對(duì)這些酮類(lèi)物質(zhì)沒(méi)有反應(yīng),但是在實(shí)驗(yàn)室條件下,性成熟的雄性實(shí)蠅則會(huì)被酮類(lèi)物質(zhì)吸引并以此為食(Hee and Tan, 1998),這種現(xiàn)象的產(chǎn)生可能是因?yàn)樾坌岳ナ刻m實(shí)蠅取食CL后的代謝產(chǎn)物主要對(duì)同種性成熟同性起到吸引作用,可能在求偶場(chǎng)的形成方面發(fā)揮一定作用(Tan and Nishida, 1995)。

在瓜實(shí)蠅雄成蟲(chóng)取食CL后通過(guò)內(nèi)源性產(chǎn)生壬二醇作為性信息素成分及發(fā)揮抗捕食作用時(shí),會(huì)消耗較多代謝能用于合成化合物以?xún)?chǔ)存在直腸腺中;而橘小實(shí)蠅雄成蟲(chóng)取食ME時(shí),相比于前者則消耗更少的能量即可將ME轉(zhuǎn)化后運(yùn)輸?shù)街蹦c腺儲(chǔ)存;即:前者產(chǎn)生內(nèi)源性成分,然后隔離存儲(chǔ)信息素成分以增強(qiáng)信息素和防御系統(tǒng),后者消耗并轉(zhuǎn)化外源性ME以產(chǎn)生信息素和異單體成分,從而消耗更少的代謝能(Tanetal., 2002)。自然界中,已經(jīng)被記錄到可以分泌ME的植物種類(lèi)遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于可以分泌RK/CL的植物種類(lèi),一定程度上可能說(shuō)明物種豐富度與其對(duì)應(yīng)的代謝能消耗多少與進(jìn)化水平存在一定聯(lián)系,即被ME吸引的實(shí)蠅物種在進(jìn)化上比被RK/CL吸引的實(shí)蠅物種更先進(jìn)(Tan and Nishida, 2000)。

5 3-羥基-α-紫羅蘭酮 (3-hydroxy-α-ionone)

3-羥基-α-紫羅蘭酮是一種存在于茄子中的雄性辣椒實(shí)蠅特異性引誘劑。以茄果為食的雄性性成熟辣椒實(shí)蠅選擇性地在直腸腺中積累系列3-氧合-α-紫羅蘭酮/α-紫羅蘭醇(3-oxygenated-α-ionone/α-ionol)及其類(lèi)似衍生物,例如:3-氧代-α-紫羅蘭醇(3-oxo-α-ionol)和3-氧代-7,8-二氫-α-紫羅蘭醇(3-oxo-7,8-dihydro-α-ionol)。喂食3-羥基-α-紫羅蘭酮、3-氧代-α-紫羅蘭醇或3-氧代-α-紫羅蘭酮(3-oxo-α-ionone)的雄性實(shí)蠅,在攝入后6 h內(nèi),可將其部分生物轉(zhuǎn)化為3-氧代-7,8-二氫-α-紫羅蘭醇,并在直腸腺(5 μg/腺體)隔離儲(chǔ)存;異佛爾酮/3,5,5-三甲基-2-環(huán)己烯-1-酮(isophorone/3,5,5-trimethyl-2-cyclohexene-1-one)和異佛爾醇/3,5,5-三甲基-2-環(huán)己烯-1-醇(isophorol/3,5,5-trimethyl-2-cyclohexene-1-ol)具有α-紫羅蘭酮/α-紫羅蘭醇(α-ionone/α-ionol)(即三甲基環(huán)己烯)的部分骨架結(jié)構(gòu),它們對(duì)辣椒實(shí)蠅雄性具有吸引力,并且它們與辣椒實(shí)蠅雄性引誘劑α-紫羅蘭醇(latilure)的混合物表現(xiàn)出比任何單個(gè)化合物更強(qiáng)的活性(Ishidaetal., 2008)。

與先前有關(guān)實(shí)蠅類(lèi)害蟲(chóng)信息素成分儲(chǔ)存腺體的研究結(jié)果相同,直腸腺同樣被認(rèn)為是辣椒實(shí)蠅的信息素儲(chǔ)存器,這些雄性活性成分可能作為性信息素或其前體,在黃昏求偶期間吸引雌性,其方式類(lèi)似于其他果實(shí)蠅屬實(shí)蠅物種利用苯丙烷類(lèi)揮發(fā)物吸引同種雌性(Nishidaetal., 2009)。

6 β-石竹烯 (β-caryophyllene, CAR)

CAR是一種植物天然倍半萜烴產(chǎn)物,通常作為番石榴和芒果等番石榴實(shí)蠅的主要寄主水果揮發(fā)性成分(Chyauetal., 1992; White and Elson-Harris, 1992; Allwoodetal., 1999; Tamuraetal., 2000)。雄性番石榴實(shí)蠅可以在性成熟以后直接從植物源中獲得倍半萜碳?xì)浠衔锊?chǔ)存在直腸腺(超過(guò)250 μg/腺體)中,這些化合物包括β-石竹烯、α-葎草烯(α-humulene)和香橙烯(alloaromadendrene),因此在野生雄性番石榴實(shí)蠅信息素腺體中可以檢測(cè)到大量的CAR。成熟番石榴果實(shí)比未成熟果實(shí)產(chǎn)生更多CAR,因?yàn)镃AR的氣味類(lèi)似于寄主水果,于是有觀點(diǎn)認(rèn)為雄性實(shí)蠅在求偶期間釋放的直腸腺倍半萜類(lèi)物質(zhì)可能是在向雌性傳遞成熟果實(shí)的存在(Chyauetal., 1992; Soaresetal., 2007; Tokushimaetal., 2010)。

雄性番石榴實(shí)蠅對(duì)CAR和ME都有趨性,但個(gè)體性成熟前對(duì)CAR的趨性和需求均更強(qiáng)。CAR能夠以類(lèi)似于ME的方式,在喂食1 d后增加番石榴實(shí)蠅雄性的交配成功率(Orankanoketal., 2013),這是一種雄性交配競(jìng)爭(zhēng)力提升的外在表現(xiàn)(Weeetal., 2018a)。半野外試驗(yàn)中,CAR喂養(yǎng)的雄性實(shí)蠅與ME喂養(yǎng)的雄性實(shí)蠅在競(jìng)爭(zhēng)同種雌性時(shí)的競(jìng)爭(zhēng)力相當(dāng);田間雙選試驗(yàn)中,讓雌性在CAR或ME喂養(yǎng)的同種雄性之間做出選擇時(shí),交配成功率沒(méi)有差異;野外試驗(yàn)中,CAR僅誘捕到番石榴實(shí)蠅,但是ME還可以誘捕到橘小實(shí)蠅;對(duì)于番石榴實(shí)蠅而言,CAR比ME更具效力和特異性(Weeetal., 2018b; Zhangetal., 2019)。因此,CAR比ME更能滿(mǎn)足MAT的先決條件,因?yàn)樗茉谛猿墒熘罢T捕和消滅許多齡期較小的野生雄性實(shí)蠅。這將指導(dǎo)以提升交配競(jìng)爭(zhēng)力為目的的不育雄性釋放前處理技術(shù)的發(fā)展,提升不育雄性田間交配競(jìng)爭(zhēng)力的同時(shí)降低其對(duì)引誘劑的反應(yīng)靈敏程度,提高SIT雄蟲(chóng)的野外適應(yīng)性。雄性引誘劑的應(yīng)用與推廣將大大提升SIT、MAT、蛋白餌劑技術(shù)(protein bait technique, PBT)的使用效率與防治效果(Vargasetal., 2010; Stringeretal., 2017; Enkerlin, 2021)。

7 小結(jié)與展望

雄性實(shí)蠅引誘劑在實(shí)蠅害蟲(chóng)的防控中占有重要地位,其與害蟲(chóng)之間的微妙關(guān)系成為諸多代謝研究的落腳點(diǎn)。本文立足于雄性實(shí)蠅引誘劑取食效應(yīng)的研究聚焦點(diǎn),綜述了甲基丁香酚、覆盆子酮、姜酮、4-(4-乙酰氧基苯基)-2-丁酮、3-羥基-α-紫羅蘭酮和β-石竹烯6種實(shí)蠅雄性引誘劑及其代謝相關(guān)的研究進(jìn)展,內(nèi)容主要包括雄性實(shí)蠅的取食行為及其代謝變化、取食效應(yīng)對(duì)實(shí)蠅行為反應(yīng)的影響、取食過(guò)引誘劑的雄性實(shí)蠅對(duì)雌雄實(shí)蠅的吸引效果及其交配成功率變化等方面,旨在為雄性實(shí)蠅引誘劑取食效應(yīng)的研究提供基礎(chǔ),為實(shí)蠅引誘劑的研制提供指南。

不難發(fā)現(xiàn),對(duì)ME, RK, ZG和CL等實(shí)蠅害蟲(chóng)雄性引誘劑的研究中,部分物質(zhì)的作用機(jī)理及其代謝產(chǎn)物、儲(chǔ)存位置等已經(jīng)得到證明,效果明顯的物質(zhì)已被開(kāi)發(fā)成商品制劑進(jìn)行實(shí)際推廣應(yīng)用。大面積推廣使用的單一主成分雄性引誘劑ME,雖然引誘效果顯著,但刺激的行為反應(yīng)相對(duì)較少,而以多種成分作為一個(gè)整體復(fù)合單元可以引發(fā)一系列行為反應(yīng)(Robacker and Wolfenbarger, 1988)。但是識(shí)別這種復(fù)雜信號(hào)機(jī)制將是一項(xiàng)巨大的挑戰(zhàn),同時(shí)也為后續(xù)研究注入新活力(Tanetal., 2014)。不僅如此,ME還有一定的取食毒性,會(huì)威脅到天敵的生存,ME對(duì)捕食性天敵壁虎肝臟具有毒性,癥狀包括肝組織變色和硬化,膽囊變白,或出現(xiàn)腫瘤(Wee and Tan, 2001)。因此,對(duì)雄性引誘劑作用機(jī)理、代謝機(jī)制、合成途徑及實(shí)際應(yīng)用的探究十分必要,引誘劑的使用不僅需要考慮防治對(duì)象的廣度,而且還要充分綜合其對(duì)生態(tài)環(huán)境及天敵昆蟲(chóng)等造成的影響。同時(shí),隨著組學(xué)、生物信息學(xué)、分子生物學(xué)新興技術(shù)手段的興起,雄性實(shí)蠅對(duì)特異性引誘劑產(chǎn)生趨性的分子機(jī)理被愈發(fā)重視起來(lái)(Diasetal., 2018; Verschutetal., 2018; 彭威等, 2020; 李靜靜等, 2022)。

有關(guān)實(shí)蠅害蟲(chóng),集中于Anastrepha(Nation, 1972, 1989, 1990),Bactrocera(Fletcheretal., 1968; Kobayashietal., 1978; Bakeretal., 1980; Kuba and Sokei, 1988; Poramarcom and Baimai, 2020)和Ceratitis(Arita and Kaneshiro, 1986; Quilicietal., 2002)信息素研究當(dāng)中,直腸腺一直作為參與揮發(fā)性信息素產(chǎn)生的熱點(diǎn)腺體被用于信息素的分離、鑒定及代謝與功能分析等研究,截至目前已有多種實(shí)蠅進(jìn)行過(guò)直腸腺信息素物質(zhì)的提取(表2)。其實(shí),在有關(guān)蠟實(shí)蠅屬Ceratitis實(shí)蠅(例如:地中海實(shí)蠅)的研究中表明,雄性實(shí)蠅具有3種性別特異性腺體,分別是:肛腺(anal glands)、胸膜腺(pleural glands)和二態(tài)唾腺(dimorphic salivary glands)(Nation, 1981)。按實(shí)蠅屬Anastrepha實(shí)蠅有胸膜腺與二態(tài)唾腺,但是沒(méi)有肛腺(Nation, 1972, 1981)。馱實(shí)蠅屬Toxotrypana實(shí)蠅有胸膜腺,雄性實(shí)蠅胸膜腺會(huì)出現(xiàn)膨脹(puffing)現(xiàn)象(Landolt and Hendrichs, 1983; Tanetal., 2014)。遺憾的是,本文重點(diǎn)介紹的果實(shí)蠅屬Bactrocera實(shí)蠅,肛腺與二態(tài)唾腺均不存在(Fletcher,1968, 1969; Nation, 1981)。由于對(duì)寡鬃實(shí)蠅屬Dacus實(shí)蠅與繞實(shí)蠅屬Rhagoletis實(shí)蠅相關(guān)研究缺乏,因此特異性腺體在兩屬中的存在情況有待探究。對(duì)特異性腺體的結(jié)構(gòu)與功能研究可能揭開(kāi)信息素或類(lèi)信息素發(fā)揮作用的新機(jī)制。類(lèi)似于對(duì)腺體多樣性的探索,發(fā)揮引誘劑識(shí)別作用的部位不僅有觸角,還有喙與下顎須(Fanetal., 2022)。隨著研究的深入,越來(lái)越多的證據(jù)表明,實(shí)蠅在感知引誘劑過(guò)程中不僅有觸角的識(shí)別作用,雄性實(shí)蠅的喙與下顎須也發(fā)揮著無(wú)可替代的作用。例如:雄性昆士蘭實(shí)蠅在識(shí)別CL時(shí),主要使用下顎須而不是觸角來(lái)探測(cè)和響應(yīng)CL;而且下顎須在短距離和長(zhǎng)距離下補(bǔ)充了雄性橘小實(shí)蠅基于觸角的ME探測(cè),但在近距離下喙所發(fā)揮的作用大于下顎須(Parketal., 2018; Verschutetal., 2018; Fanetal., 2022)。喙與下顎須可能是雙翅目實(shí)蠅嗅覺(jué)研究的另一個(gè)重點(diǎn),可能在指引雄性實(shí)蠅較短距離內(nèi)發(fā)現(xiàn)靠近引誘源方面發(fā)揮了巨大作用(Chiengetal., 2018)。下顎須、觸角與喙對(duì)引誘劑的感知效應(yīng)研究有助于深層次的揭開(kāi)實(shí)蠅感知引誘劑全過(guò)程感器參與的神秘面紗,為后續(xù)取食效應(yīng)的研究奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ),極大程度上幫助我們理解引誘劑與實(shí)蠅間的互作。

表2 實(shí)蠅科已從直腸腺提取物鑒定過(guò)信息素的物種與性別對(duì)應(yīng)表(改自Scolari et al., 2021)Table 2 List of Tephritidae species and sexes for which pheromones have been identified from rectal gland extracts (adapted from Scolari et al., 2021)

表3 實(shí)蠅科已鑒定表皮碳?xì)浠衔?CHs)的物種與發(fā)育階段對(duì)應(yīng)表(改自Scolari et al., 2021)Table 3 List of Tephritidae species and developmental stage for which cuticular hydrocarbons (CHs) have been identified (adapted from Scolari et al., 2021)

取食引誘劑對(duì)雄性實(shí)蠅求偶、交配、繁殖等方面的影響研究已經(jīng)在多種實(shí)蠅物種中得到證實(shí),但是針對(duì)雌性實(shí)蠅的相關(guān)研究較少,例如:雌性實(shí)蠅更傾向與取食過(guò)引誘劑的雄性實(shí)蠅交配,這種現(xiàn)象會(huì)對(duì)雌性實(shí)蠅造成什么樣的直接影響,截至目前幾乎沒(méi)有研究涉及。與取食引誘劑的雄性進(jìn)行交配,雌性會(huì)獲得什么益處值得探究;這將有助于更加全面、深刻地理解實(shí)蠅對(duì)引誘劑的響應(yīng)機(jī)制,有助于揭秘雌雄兩性在取食效應(yīng)下各自發(fā)揮的重要作用與相互的內(nèi)在復(fù)雜聯(lián)系。