蓝莓果实挥发物对黑腹果蝇的引诱效果研究.pdf

袁鸿宇，刘丹，徐芳玲蓝莓果实挥发物对黑腹果蝇的引诱效果研究J中国森林病虫，2023，42（5）：1418蓝莓果实挥发物对黑腹果蝇的引诱效果研究袁鸿宇1,2，刘丹1,3，徐芳玲1,2（1.贵州大学林学院,贵州贵阳550025；2.贵州大学生物多样性与自然保护研究中心,贵州贵阳550025；3.贵州省铜仁市林业科学院,贵州铜仁554300）摘要：为明确蓝莓 Vacciniumspp.果实挥发物对黑腹果蝇 Drosophila melanogaster 的引诱效果，探寻基于寄主植物挥发物的化学生态调控技术。通过色度法判别蓝莓果实成熟程度，采用气相色谱质谱联用方法分析不同成熟度蓝莓果实浸提液的成分和含量变化，利用 Y 型嗅觉仪探究蓝莓果实挥发性化合物对黑腹果蝇的引诱效果。结果表明：蓝莓果实成熟度依据其色度范围值聚类分为未熟果、半熟果及成熟果，不同成熟度蓝莓果实挥发物中共含有 21 种化合物，主要含有苯类、萜烯类、酯类、醇类、醛类物质，以醇类、醛类和酯类物质为主；除甲苯表现为一定的驱避性外，其他 20 种成分均表现出一定的引诱效果；引诱效果最好的是叶醇和氧化芳樟醇，引诱率为 92.49%和 91.32%，其次为 3戊酮和异戊酸甲酯引诱率分别为 89.07%和 87.97%，而乙酸叶醇酯的引诱率也可达到 81.60%。该结果可为开发黑腹果蝇的植物源引诱剂提供参考。关键词：黑腹果蝇；蓝莓；果实成熟度；挥发性成分；引诱效果中图分类号：S763.41文献标志码：A文章编号：16710886（2023）05001405DOI：10.19688/ki.issn16710886.20230010Attraction effect of blueberry fruit volatiles to Drosophila melanogasterYUANHongyu1,2，LIUDan1,3，XUFangling1,2（1.CollegeofForestry,GuizhouUniversity,Guiyang550025,China；2.ResearchCenterforBiodiversityandNatureConservation,GuizhouUniversity,Guiyang550025,China；3.TongrenAcademyofForestry,GuizhouProvince,Tongren554300,China）Abstract：In order to determine the attractive effect of Vaccinium spp.fruit volatiles on Drosophilamelanogaster,thechemicalecologicalregulationtechnologybasedonhostplantvolatileswasexplored.Thechromamethodwasusedtodeterminethematurityofblueberryfruits.Thecompositionandcontentchangesofblueberryfruitextractswithdifferentmaturitywereanalyzedbygaschromatographymassspectrometry.TheattractiveeffectofvolatilecomponentsofblueberryfruitsonD.melanogasterwasinvestigatedby“Y”typeolfactoryinstrument.Theresultsshowedthatblueberryfruitripenesswasdividedintounripefruit,semi-ripefruitandripefruitaccordingtoitschromaticityrangevalueclustering.Therewereatotalof21compoundsinthevolatilesofblueberryfruitswithdifferentmaturitylevels,mainlybenzene,terpenes,esters,alcoholsandaldehydes,withalcohols,aldehydesandestersbeingthemajority.Inadditiontotoluene,theother20componentsshowedacertainattractanteffect.Thebestattractingeffectofleafalcoholandlinalooloxidehadalurerateof92.49%and91.32%,followedby3-pentanone and methyl isovalerate,with a lure rate of 89.07%and 87.97%,respectively,while the收稿日期：20220915；修回日期：20230310；网络首发：20230316基金项目：贵州省科技计划项目“蓝莓主要病虫害绿色防控技术研究示范1”（黔科合支撑 201625651 号）第一作者：袁鸿宇(1998)，女，重庆合川人，硕士在读，主要从事森林昆虫害虫防治研究，E-mail：通信作者：徐芳玲，副教授，主要研究方向为森林病虫害综合治理，E-mail：。中国森林病虫2023年9月第42卷第5期http:/attractionrateofcis3hexenylacetatereached81.60%.Theresultsofthisstudycanprovidereferenceforthedevelopmentofplant-derivedattractantsforD.melanogaster.Keywords：Drosophila melanogaster;blueberry;fruitmaturity;volatile;attractiveness蓝莓Vacciniumspp.属杜鹃花科 Ericaceae 越橘属植物，是多年生小浆果果树。蓝莓果实中富含多种营养元素，包含花青素、黄酮及其糖苷衍生物、超氧化物歧化酶、酚酸和维生素等1，对人类健康非常有益。近年来，贵州省蓝莓产业发展迅速，截至2020 年底，贵州省蓝莓种植面积达 1.21万 hm2，位居全国首位2。黑腹果蝇 Drosophila melanogaster属双翅目 Diptera 果蝇科 Drosophilidae 果蝇属Droso-phila，是危害蓝莓果实的主要害虫。该虫繁殖能力强、发育周期短，雌蝇将卵产在蓝莓果皮内，使孵化的幼虫得以取食果肉3，造成蓝莓果实变形、软化、早落、腐烂等，使蓝莓品质变差、产量下降，严重阻碍贵州省蓝莓种植业的发展45。目前，主要使用化学农药防控黑腹果蝇，但因其以幼虫钻蛀到果实内部危害，化学农药很难接触到靶标，防控效果较差，且长期使用化学杀虫剂，不仅破坏果园生态环境，还导致害虫抗药性增强。因此，黑腹果蝇的防控是贵州省蓝莓种植园亟待解决的一大难题。植物挥发物是植物自身合成并释放的分子量小、常温易汽化的亲脂性次级代谢产物，挥发性次生物质包括醛、酮、酯、醇以及萜类化合物等67。植物挥发物在调节昆虫与植物的关系，特别是在昆虫对寄主植物的定位、选择合适的交配或产卵地点方面发挥着重要作用89。迄今，学者们发现多种植物的挥发物对果蝇具有较好的引诱活性，如韭菜Allium tuberosum、凤仙花 Impatiens balsamina、鱼腥草 Houttuynia cordata、葱 Allium fistulosum、墨西哥鼠尾草Salvia leucantha、万寿菊Tagetes erecta 等1011。目前，利用植物源信息化合物诱杀害虫是国际公认的害虫绿色防控技术，通过植物挥发性物质干扰昆虫对寄主植物的选择，可降低害虫的危害，植物挥发物也可作为害虫引诱源对害虫进行诱捕，或者与性信息素引诱剂联用，提高诱捕效率12。植物挥发物在害虫防治中的主要应用形式是利用植物挥发物中的有效成分开发植物源引诱剂和驱避剂13。因此，笔者选取不同成熟度的蓝莓果实，采用气相色谱质谱联用技术（GC/MS）分析其浸提液的挥发物成分和相对含量，利用 Y 型嗅觉仪探究这些挥发物对黑腹果蝇的室内引诱效果，以期为开发黑腹果蝇的植物源引诱剂提供参考。1材料与方法1.1试验材料1.1试验材料黑腹果蝇采自贵州省麻江县蓝梦谷蓝莓基地（26172636N，1071710753E），保存于贵州大学林学院森林保护学实验室。利用玉米培养基在人工气候箱中饲养并扩繁果蝇，人工气候箱设置参数为温度（251）、相对湿度60%、光周期12L:12D。试验采用的是羽化 3d 的黑腹果蝇成虫。98%叶 醇、98%氧 化 芳 樟 醇、98%3戊 酮、95%异戊酸甲酯、98%乙酸叶醇酯、98%萜品醇、93%石竹烯、99%异戊酸乙酯、98%2甲基丁酸乙酯、99%邻二甲苯、99%二甲基硫醚、99%2己烯醛、99%桉叶油醇、98%鲨烯、99%乙酸2己烯1醇酯、96%2己烯醇、97%己醛、98%芳樟醇、99%乙酸己酯、99%苯乙烯、99%甲苯、99%正己烷，均购自上海麦克林生化科技有限公司。HP6F890/5975C气相色谱质谱联用仪，美国安捷伦公司；RXZ430C型人工气候箱，新江南仪器有限公司；SPH860 色差仪，德国 Colorlite 公司；Y形嗅觉仪，赛兰博化学仪器药品公司。1.2蓝莓果实成熟度的色度测定1.2蓝莓果实成熟度的色度测定利用色差仪测定整个蓝莓果实，包括 3 个侧面和底部。采用 CIELab 表色系统测定蓝莓果实的红度值（a）和黄度值（b）两个参数。每次挑选出 50 颗大小均匀、无机械损伤的蓝莓果实，每个果实重复测定 3 次。1.3蓝莓果实提取物1.3蓝莓果实提取物的的GC/MGC/MS S 分析分析称取未熟、半熟、全熟蓝莓果实各 3.0g，分别粉碎后用 3mL 正己烷室温下浸提 3 次，每次 24h，得到其浸提液14，过滤后置18 下保存备用。选择 1L 不同成熟度蓝莓果实浸提液作为供试溶液，利用 HP6F890/5975C 气相色谱质谱联用仪分析。色谱条件：色谱柱为 DB1MS（30m0.25mm0.25m）弹性石英毛细管柱，柱温 50保持 1min，以 6/min 升 至 250，保 持 2min，运 行 时 间36.34min，载气为高纯氦气（纯度99.999%），载气流量为 1.0mL/min；不分流进样。质谱条件：离子源为 EI 源，离子源温度 230，电子能量70eV，四级杆温度150，发射电流34.6A，中国森林病虫2023年9月第42卷第5期15倍增器电压 1518V，接口器温度 280，质量扫描范围 45350m/z。1.4黑腹果蝇对蓝莓果实挥发性化合物的嗅觉1.4黑腹果蝇对蓝莓果实挥发性化合物的嗅觉行为反应行为反应使用Y型嗅觉仪测试蓝莓浸提液中鉴定分离出的化合物对黑腹果蝇的嗅觉行为反应。Y型嗅觉仪的制作参考申建梅等15的处理方法，测试前将流速记调为 250mL/min，取未稀释的果实挥发性化合物 5L 滴加于滤纸条，放入味源瓶中作为处理组，另一味源瓶中加入等量的正己烷滤纸条作为对照，待果蝇移动到 Y 形管两臂时，观察并记录 Y 形管两臂中的果蝇数量。每 50 头成虫为一组，重复 6 次。每组测试后及时调换 Y 型管中的处理臂和对照臂，将味源瓶用乙醇和水清洗干净并晾干后使用。反应率(%)=(味源管中果蝇数量+对照管中果蝇数量)/测试果蝇总数100引诱率(%)=味源管中果蝇数量/(味源管中果蝇数量+对照管中果蝇数量)1001.5数据分析1.5数据分析利用 NIST98 标准质谱图鉴别挥发物成分，峰面积归一化法测定各化学成分的相对质量分数。使用 IBMSPSSStatistics26.0 单因素方差分析比较蓝莓果实挥发性化合物对黑腹果蝇引诱效果之间的差异性。2结果与分析2.1不同成熟度蓝莓果实果皮色泽的变化2.1不同成熟度蓝莓果实果皮色泽的变化蓝莓果实成熟最明显的外观变化是果实色度的变化。蓝莓果实成熟度依据其色度范围值聚类分为未熟果、半熟果及成熟果（图 1）。未熟果的色度分布在一、二象限，半熟果、全熟果的色度分布在二象限。未熟果的红度值 a 为6.50，黄度值 b 为34.042.0；半熟果的红度值 a 为 20.027.5，黄度值 b 为 2.09.0；全熟果的红度值 a 为 12.019.0，黄度值 b 为 1.55.0。A 未熟果UnripeB 半熟果Semi-ripeC 全熟果Ripe1 cm图 1不同成熟度蓝莓果实的表观特征Fig.1 The apparent characteristics of blueberry fruits withdifferent maturity2.2蓝莓果实挥发物成分种类和相对含量2.2蓝莓果实挥发物成分种类和相对含量不同成熟度蓝莓果实挥发物的主要化学成分共 21 种，其中以醇类、醛类和酯类为主（表 1）。未熟果主要含有 15 种挥发物质，相对含量97.73%，醇类相对含量最多，可达 53.58%；半熟果主要含有 11 种挥发物质，相对含量 93.06%，醛类相对含量最多，可达 65.37%；成熟果中主要含有 13 种挥发物质，相对含量 90.47%，其中 5 种醇类物质相对含量为 36.97%，而 4 种酯类相对含量 31.68%。不同成熟度蓝莓果实含己醛、2己烯醛、2己烯醇、邻二甲苯、萜品醇 5 种共同挥发物成分，但含量差异较大，其中醇类相对含量较高。未熟果含有 7 种特有挥发物，即石竹烯、乙酸己酯、乙酸2己烯1醇酯、3戊酮、二甲基硫醚、甲苯和鲨烯；全熟果含有 1 种特有挥发物，即异戊酸甲酯。2.3黑腹果蝇对蓝莓果实挥发性化合物的嗅觉2.3黑腹果蝇对蓝莓果实挥发性化合物的嗅觉行为反应行为反应黑腹果蝇对蓝莓果实 21 种挥发性化合物均具有较强的嗅觉反应，平均反应率在 89.00%左右，黑腹果蝇对蓝莓果实 21 种挥发性化合物的嗅觉反应率差异不显著（表 1），只有甲苯具有一定的驱避作用。其中引诱率超过 80.00%的挥发性化合物有5 种，引诱率由高到低依次为叶醇，氧化芳樟醇，3戊酮，异戊酸甲酯，乙酸叶醇酯，分别为 92.49%，91.32%，89.07%，87.97%，81.60%；引诱效果最弱的为苯乙烯和乙酸己酯，引诱率均在 50%左右。表 1 蓝莓果实挥发性组分相对含量及对黑腹果蝇的引诱效果Tab.1 Relative contents of volatile compounds from blueberry fruit and attractive effect on D.melanogaster挥发性化合物Volatilecompound物质数字识别号码CASnumber相对含量Relativecontent/%引诱效果Attractiveeffect未熟果实Unripefruit半熟果实Semi-ripefruit全熟果实Ripefruit反应率/%Reactionrate引诱率/%Lurerate叶醇Leafalcohol92896110.2701.1589.331.03a92.491.08a氧化芳樟醇Linalooloxide136519101.242.5188.331.51a91.320.92a16ForestPestandDiseaseSept.2023No.53结论与讨论目前，已有众多学者进行了关于越橘属挥发物的收集以及成分分析的研究，但不同品种、不同发育阶段、不同地区越橘属的挥发性物质组分及其含量差异很大16。Lugemwa等17研究发现矮丛越橘Vaccinium angustifolium 果实中醇类物质含量高达2540；胡秋丽18研究发现，北高丛越橘的主要成分为芳樟醇、松油醇，而南高丛越橘的主要成分为芳樟醇、叶醛等。本试验中，从蓝莓果实挥续表 1Tab.1(Continued)挥发性化合物Volatilecompound物质数字识别号码CASnumber相对含量Relativecontent/%引诱效果Attractiveeffect未熟果实Unripefruit半熟果实Semi-ripefruit全熟果实Ripefruit反应率/%Reactionrate引诱率/%Lurerate3戊酮3pentanone962200.590088.330.82a89.071.62b异戊酸甲酯Methylisovalerate556241001.6088.671.63a87.971.15b乙酸叶醇酯Cis3hexenylacetate36817188.7001.4688.671.63a81.601.42c萜品醇Alphaterpineol985550.713.534.5790.001.79a78.900.91d石竹烯Caryophyllene874450.910089.002.10a77.971.12de异戊酸乙酯Ethylisovalerate10864507.9526.6189.671.51a76.941.34ef2甲基丁酸乙酯Ethyl2methylbutyrate745279100.872.0190.331.51a76.741.52ef邻二甲苯Oxylene954760.930.961.7090.001.79a75.550.49f二甲基硫醚Dimethylsulfide751830.490089.001.10a75.291.27f2己烯醛Trans2hexenal5055775.0251.9314.2590.001.79a71.991.70g桉叶油醇Eucalyptol4708260.681.35090.331.51a70.120.92h鲨烯Squalene11102410.650090.671.63a68.750.84hi(E)乙酸2己烯1醇酯Acetate,(E)2hexen1ol249718910.980088.671.63a67.670.90ij2己烯醇Trans2hexenol230521741.927.1120.0089.001.67a66.791.11i己醛Hexanal662511.4713.444.5388.671.03a66.540.88i芳樟醇Linalool7870603.878.7488.331.51a65.700.71i乙酸己酯Hexylacetate1429273.310090.331.51a50.190.84j苯乙烯Styrene10042500.811.3490.001.26a50.000.99j甲苯Toluene1088831.100090.331.51a33.320.94k注：表中数据为平均值标准误。同列数据后不同小写字母表示不同挥发性化合物引诱率差异显著（P0.05）。Note:Thedatainthetablearemeanstandarderror.Afterthesamecolumnofdata,differentlowercaselettersindicatedsignificantdifferencesintheattractionratesofdifferentvolatilecompounds(P0.05).中国森林病虫2023年9月第42卷第5期17发物中鉴定出 21 种挥发性物质，主要包括醇类、酯类、醛类、苯类、萜烯类，蓝莓果实未成熟时以醇类和醛类为主，在成熟期转变为醇类和酯类，果实挥发性物质的产生与成熟度密切相关19。植食性昆虫通过识别植物挥发物的特定组分或常见组分的特定比例来识别寄主植物，进而对寄主植物作出特定的行为选择20。果蝇同样是依靠嗅觉系统完成寄主定位，并对取食和产卵场所进行定位21。目前，学者们在寄主植物挥发物对昆虫引诱效果的研究方面进行了大量的探讨，但寄主植物挥发物对黑腹果蝇引诱效果的研究较少。本试验中，测定了蓝莓果实中 21 种挥发性化合物对黑腹果蝇的引诱效果，除甲苯表现为一定的驱避性外，其他20 种成分均表现出一定的引诱效果。其中叶醇、氧化芳樟醇、3戊酮、异戊酸甲酯和乙酸叶醇酯的引诱效果高达 80%以上。植物挥发性信息化学物质在植食性昆虫的寄主选择中起着重要作用，这为黑腹果蝇防治新技术研究提供了新思路。植物信息化学物质在害虫的综合防治中具有维护物种多样性和生态系统稳定性等众多优点，符合对害虫可持续控制的目标8。根据试验结果，可以利用叶醇、氧化芳樟醇作为引诱源，制作专一诱捕黑腹果蝇的诱捕器，在一定程度上控制黑腹果蝇的危害程度，也不会干扰其他昆虫。本试验中，只测试了蓝莓果实挥发性化合物的引诱效果，不同挥发物混合液的引诱效果如何并未知晓，后续可以考虑将不同有效成分按照特定比例混配，并确定不同有效成分间的最佳配比。Dickens等22研究发现，将反2己烯醛和性信息素结合可诱捕到更多的地中海实蝇 Ceratitis capitata。性信息素与蓝莓果实挥发物成分混合是否对引诱黑腹果蝇具有增效作用，还有待进一步研究。参考文献：潘美华，程哲灏.蓝莓的营养成分及其保健功能的研究进展J.食品安全导刊，2022（22）：107109.1李亚东，裴嘉博，陈丽，等.2020中国蓝莓产业年度报告J.吉林农业大学学报，2021，43（1）：18.2闫琴，王明亮，花蕾，等.短小乳杆菌的代谢产物对黑腹果蝇产卵选择性的影响J.昆虫学报，2019，62（12）：14001408.3王雨，吴铃，程剑秋，等.蝇蛹俑小蜂寄生黑腹果蝇时实验种群生命表J.安徽师范大学学报(自然科学版)，2017，40（3）：255259.4董克锋，高勇，姜惠铁.蓝莓主要病虫害及绿色防控技术J.5中国园艺文摘，2015，31（10）：202.贾志飞，仇延鑫，赵永超，等.植物挥发物对昆虫的驱避和引诱作用研究进展J.山东农业科学，2022，54（7）：164172.6梁薇，麻亚辉，陈丽慧，等.寄主植物对植食性昆虫选择行为影响的研究进展J.生物灾害科学，2022，45（3）：299304.7戴建青，韩诗畴，杜家纬.植物挥发性信息化学物质在昆虫寄主选择行为中的作用J.环境昆虫学报，2010（3）：407414.8DUDAREVAN，KLEMPIENA，MUHLEMANNJK，etal.Biosynthesis,function and metabolic engineering of plantvolatile organic compoundsJ.The New 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