發(fā)布時(shí)間：2022-01-22所屬分類：農(nóng)業(yè)論文瀏覽：1次
摘 要： 摘 要： 利用刺探電位圖譜(Electronic penetration graph, EPG)技術(shù)研究了石蒜綿粉蚧(Phenacoccus solani)在朧月(Graptopetalum paraguayense)和番茄(Lycopersicon esculentum)上的取食行為。結(jié)果表明，石蒜綿粉蚧在這 2 種植物上取食時(shí)，可產(chǎn)生 A 波、B 波、C 波、pd
摘 要： 利用刺探電位圖譜(Electronic penetration graph, EPG)技術(shù)研究了石蒜綿粉蚧(Phenacoccus solani)在朧月(Graptopetalum paraguayense)和番茄(Lycopersicon esculentum)上的取食行為。結(jié)果表明，石蒜綿粉蚧在這 2 種植物上取食時(shí)，可產(chǎn)生 A 波、B 波、C 波、pd 波、E 波、E1e 波以及 G 波等基本波型，其中，E1e 波為主要的持續(xù)性取食波形;取食番茄時(shí)，E 波偶發(fā)且該波內(nèi)未出現(xiàn)典型的被動取食波(E2 波)。石蒜綿粉蚧在 2 種植物上的取食行為差異顯著，相較于后者，石蒜綿粉蚧在朧月上取食時(shí)，位點(diǎn)轉(zhuǎn)換頻率更低、穿透葉表速度更快、獲取葉肉營養(yǎng)更多、持續(xù)性取食時(shí)間更長，且期間未出現(xiàn) E 波而長時(shí)間發(fā)生 E1e 波，E1e 波內(nèi)出現(xiàn)典型的 E1 波和 E2 波(但電動勢水平為零)的亞波型。本研究結(jié)果說明了石蒜綿粉蚧在 2 種植物上取食時(shí)產(chǎn)生的 EPG 波形與韌皮部取食型昆蟲類似，但其主要取食波形為 E1e 波，表明石蒜綿粉蚧在多肉植物朧月上具有更強(qiáng)的適應(yīng)性和為害風(fēng)險(xiǎn)。
關(guān)鍵詞： 石蒜綿粉蚧;刺探電位圖譜;波型定義;取食行為;致害力評價(jià)
石蒜綿粉蚧(Phenacoccus solani Ferris)隸屬半翅目(Hemiptera)粉蚧科(Pseudococcidae)綿粉蚧屬(Phenacoccus)，體小，體長約 2～3 mm、體寬約 1～2 mm，體表覆蓋蠟粉層，以口針刺入植物內(nèi)部組織吸食汁液，食性雜，寄主范圍廣，喜群集生活，龐大種群的為害可在短時(shí)間內(nèi)引起植物枯萎、死亡[1]。石蒜綿粉蚧以若蟲、雌性成蟲等蟲態(tài)營固定取食，個(gè)體轉(zhuǎn)移能力相對較弱，但隨著全球物流業(yè)的日趨發(fā)達(dá)及人為長距離跨境跨域活動的日益頻繁，加之石蒜綿粉蚧寄主范圍廣泛，使得該類昆蟲隨著各種產(chǎn)品的運(yùn)輸，尤其是多肉類觀賞植物，在全球范圍內(nèi)擴(kuò)散傳播。近年來，各地不斷出現(xiàn)石蒜綿粉蚧的危害報(bào)道[2 − 5]。同時(shí)，在我國進(jìn)境植物及植物產(chǎn)品檢疫中，石蒜綿粉蚧不斷被截獲[6] ，對我國農(nóng)林生產(chǎn)具有極大的威脅[7 − 8]。目前，國內(nèi)外針對石蒜綿粉蚧開展了部分基本生物學(xué)特征[9 − 11]、除害處理[12] 等方面的研究，但其致害性評價(jià)或相關(guān)機(jī)制方面的內(nèi)容鮮見報(bào)道。
刺探電位圖譜技術(shù)(electrical penetration graph technique, EPG)，又稱刺吸電位技術(shù)，是目前用于研究刺吸式口器昆蟲取食行為的最佳技術(shù)[13]。EPG 技術(shù)可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控刺吸式昆蟲取食時(shí)其口針?biāo)诘闹参锝M織部位，并對相關(guān)的行為，如唾液分泌、口針穿刺葉肉細(xì)胞、吸食韌皮部汁液等進(jìn)行有效的區(qū)分。該技術(shù)多用于分析研究刺吸式口器昆蟲的取食習(xí)性[13 − 15]、致害性評價(jià)[16 − 18]、病毒傳播[19] 以及植物抗性評價(jià)[5] 等。筆者采用該技術(shù)研究石蒜綿粉蚧的取食行為，定義其刺探電位圖譜，旨在為其致害力評價(jià)及其他入侵生物學(xué)機(jī)制的進(jìn)一步研究提供參考及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
1 材料與方法
1.1 供試?yán)ハx及植物 石蒜綿粉蚧(Phenacoccus solani Ferris)截獲自入境杭州郵檢的日本進(jìn)口植物，鑒定于浙江省檢驗(yàn)檢疫科學(xué)技術(shù)研究院植檢實(shí)驗(yàn)室。在植物檢疫實(shí)驗(yàn)室昆蟲人工氣候箱內(nèi)進(jìn)行室內(nèi)種群維持，以景天科風(fēng)車草屬多肉植物朧月(Graptopetalum paraguayense)作為寄主植物，環(huán)境溫度(25±1)℃，相對濕度(70±5)%，光周期 14L︰10D。挑取 3 齡末幼蟲進(jìn)行隔離飼養(yǎng)，將羽化后 2 d 的成蟲轉(zhuǎn)移至鋪有干燥濾紙的培養(yǎng)皿內(nèi)進(jìn)行饑餓處理，12 h 后用于 EPG 測試。
已有研究報(bào)道了其他粉蚧在寄主上的取食波形，如扶桑綿粉蚧[15]、木薯綿粉蚧[20] 等。由于 EPG 波形圖譜與植物內(nèi)部結(jié)構(gòu)存在相關(guān)性，考慮到波形的可比性，將番茄 (Lycopersicon esculentum) 作為初步研究石蒜綿粉蚧 EPG 信號圖譜的寄主植物，受試植物為盆栽的 5 葉苗，在上述環(huán)境下培養(yǎng)。為進(jìn)一步研究石蒜綿粉蚧的食性，再以多肉植物朧月(株高 2～3 cm)作為適應(yīng)性寄主植物用于 EPG 測試，同等環(huán)境下培養(yǎng)。
1.2 EPG 試驗(yàn) 供試儀器及軟件為 Giga-8 刺探電位儀，購自荷蘭瓦赫尼根大學(xué);正極通過銅絲、銀膠、金線(直徑為 18 μm)與粉蚧體背相連，負(fù)極銅針插入盆栽土壤內(nèi)。每日早上 9:00 開始監(jiān)測，連續(xù)監(jiān)測時(shí)間為 8 h。依據(jù)前期研究關(guān)于同屬粉蚧取食行為 EPG 圖譜定義的原則[15] ，利用 Stylet+程序(http://www. epgsystems.eu)記錄及分析取食行為的 EPG 信號。
1.3 數(shù)據(jù)分析 EPG 數(shù)據(jù)參數(shù)分析參考 SARRIA 等[21] 的方法，利用 SPSS 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。
2 結(jié)果與分析
2.1 石蒜綿粉蚧取食行為的 EPG 信號圖譜 石蒜綿粉蚧的單次取食行為開始于以口針刺入終結(jié)于口針脫離葉片，記為 1 次刺探，記為 Probe(Pr，圖 1-A)。期間出現(xiàn)的主要波型：A 波：整個(gè) Pr 過程中正壓振幅最大的波(圖 1-B、圖 1-C)，頻率不規(guī)則，持續(xù)時(shí)長視不同種類的寄主而異，在番茄和朧月上分別為(9.6 ± 2.1)s(n = 30)和(4.4 ± 1.5)s(n = 30)，后者顯著短于前者(P < 0.01)。B 波：首個(gè) B 波一般跟隨于 A 波發(fā)生，初始正壓振幅與 A 波相同，頻率為(0.083 ± 0.033) Hz;隨著時(shí)間發(fā)展，振幅逐漸變小直至降至系統(tǒng)水平線(零壓強(qiáng))(圖 1-B)。在口針處于葉肉細(xì)胞層時(shí)，B 波也可間歇性發(fā)生，持續(xù)時(shí)間由 116 s 至 265 s 不等。C 波：跟隨于 A 波發(fā)生，B 波發(fā)生時(shí)，整合于 C 波發(fā)生(圖 1-A、圖 1-B)。C 波為零壓強(qiáng)波，振幅為 A 波的 20%～30%。pd(potential drop)波：負(fù)壓波，不規(guī)律地發(fā)生在 C 波階段(圖 1-A、圖 1-D)。單個(gè) pd 波持續(xù)時(shí)間因寄主種類而異，取食同一寄主時(shí)單個(gè) pd 波持續(xù)時(shí)間變異很小。在番茄和朧月上，石蒜綿粉蚧單個(gè) pd 波的平均時(shí)長分別為 (16.2 ± 1.1) s(n = 30)和 (30.7 ± 3.1) s(n = 30)，后者顯著長于前者(P < 0.01)。每個(gè) pd 波內(nèi)，根據(jù)波形發(fā)生的頻率，可分為 pd1 波和 pd2 波，兩者所占單個(gè) pd 波的時(shí)長比例接近 1，且該比例不隨寄主種類變化而變化。E 波：負(fù)壓波，跟隨于 C 波發(fā)生，振幅接近于 pd 波，但持續(xù)時(shí)間顯著長于 pd 波(圖 2-A)。E 波不發(fā)生其他粉蚧或蚜蟲 E 波內(nèi)典型的被動取食波形(E2 波)(圖 2-B)。E1e(extracellular E1)波：發(fā)生于 C 波之后，電動勢水平與 C 波相同(圖 3A 虛線框內(nèi))， 持續(xù)時(shí)間數(shù)分鐘至幾小時(shí)不等。除電動勢水平外，波形發(fā)生的其他特性與其他粉蚧或蚜蟲的韌皮部相關(guān)波形 E1 波相似(圖 3-B)。G 波：頻率為 8～10 Hz(圖 4)。
將 EPG 監(jiān)測的所有結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，各波形發(fā)生的關(guān)系及概率如圖 5 所示。73% 的 probe 發(fā)生過程中會有 B 波的發(fā)生，除了緊隨 A 波發(fā)生的情況外，還在路徑波(C 波)發(fā)生的過程中有 9% 的出現(xiàn)概率。除 A 波外，所有的波形發(fā)生后均回復(fù)到 C 波后再進(jìn)行其他波形的轉(zhuǎn)換。跟隨 C 波發(fā)生的主要波形是 E1e 波形和 np 波形，發(fā)生概率分別為 48% 和 38%，此外還有較小的概率發(fā)生 E 波和 G 波。
2.2 石蒜綿粉蚧在不同植物上的取食行為 石蒜綿粉蚧在番茄和朧月上的取食波形在類別和發(fā)生情況上存在一定程度的差異。
在波形種類上，石蒜綿粉蚧取食番茄時(shí)可發(fā)生 E 波，但是在已觀察的所有取食波形(> 100 probe)中，發(fā)生 E 波的次數(shù)很少，僅存在數(shù)次。石蒜綿粉蚧取食朧月時(shí)從未發(fā)生 E 波，但是出現(xiàn)大量 E1e 波形，且在發(fā)生過程中出現(xiàn)水溶性唾液分泌波“E1” 波相似的亞波型(圖 6-A)和主動取食波形“E2”相似的亞波型(圖 6-B)以及兩種波形的混合波形(圖 6-C)。在已定義的粉蚧和蚜蟲的 EPG 圖譜中，韌皮部相關(guān)的水溶性唾液分泌波和主動取食波形的發(fā)生情況均與消化效率相關(guān);同時(shí)，考慮到 EPG 圖譜定義的統(tǒng)一性，因此，對于胞外水平的 E1 和 E2 暫不加以區(qū)分而都?xì)w并于 E1e 波。
在波形發(fā)生的相關(guān)參數(shù)上，石蒜綿粉蚧在朧月的取食行為對比于其在番茄上的取食行為，具體如表 1 所示。在監(jiān)測時(shí)間范圍內(nèi)的刺探總體情況而言，前者的刺探數(shù)顯著少于后者，表明石蒜綿粉蚧在朧月上取食位點(diǎn)更加固定，相對而言，其在番茄上時(shí)會較為頻繁地變換取食位點(diǎn);同時(shí)，前者的刺探總時(shí)長顯著長于后者的刺探總時(shí)長。雖然兩者的刺探總時(shí)長存在顯著差異，但是路徑波總時(shí)長卻非常接近，主要的差異表現(xiàn)在持續(xù)性取食波的總時(shí)長，從數(shù)據(jù)上看，前者幾乎是后者的 4 倍。前者首個(gè)刺探發(fā)生的時(shí)間要顯著快于后者，且首個(gè)刺探波的時(shí)長是后者的 3 倍有余。單個(gè)刺探內(nèi)口針穿透葉表皮的時(shí)間，前者顯著短于后者。首個(gè) pd 波發(fā)生的時(shí)間，兩者間并不存在顯著差異。然而，前者 pd 波的次數(shù)顯著多于后者。石蒜綿粉蚧在兩種植物上的持續(xù)性取食波都以 E1e 波為主，首個(gè) E1e 波發(fā)生之前所需的刺探數(shù)，前者顯著少于后者。
3 討 論
參考扶桑綿粉蚧 (Phenaoccus solenopsis) [15]、木薯綿粉蚧 (Phenacoccus manihoti) [20]、橘臀紋粉蚧 (Planococcus citri) [22]、暗色粉蚧 (Pseudococcus viburni) [23] 等取食行為的 EPG 圖譜，石蒜綿粉蚧取食行為的刺探電位圖譜也包含 7 種基本波形，即 A 波、B 波、C 波、pd 波、E1e 波、E 波以及 G 波，以上波形分別對應(yīng)口針穿透葉表面時(shí)產(chǎn)生的波形、唾液鞘形成時(shí)產(chǎn)生的波形、口針游走于葉肉細(xì)胞間是產(chǎn)生的波形、在葉肉細(xì)胞內(nèi)嘗試性取食時(shí)產(chǎn)生的波形、胞外取食波形、持續(xù)性取食波形和木質(zhì)部取食波形。
扶桑綿粉蚧 EPG 相關(guān)研究[15] 表明，不同取食位點(diǎn)葉表皮層的消化難易度不同，導(dǎo)致 B 波變化較大，有時(shí)在某些刺探內(nèi)幾乎沒有顯著的體現(xiàn)。在粉蚧和蚜蟲單次刺探取食行為的 EPG 信號中，B 波緊隨于 A 波，僅出現(xiàn)一段，且發(fā)生時(shí)間通常少于 20 s。與前期研究不同的是，石蒜綿粉蚧取食時(shí)，B 波可在單個(gè)刺探內(nèi)多次發(fā)生。因 B 波為唾液鞘形成時(shí)產(chǎn)生的波形，推測可能與其取食習(xí)慣相關(guān)，但仍有待證實(shí)�？卺樣巫哂谌~肉細(xì)胞間時(shí)，會發(fā)生對周圍細(xì)胞進(jìn)行嘗試性的穿刺并伴隨蟲體主動吸食的過程，因此 pd 波是相對于 C 波的負(fù)壓波。有研究認(rèn)為 pd 波是刺吸式口器傳毒媒介昆蟲獲毒傳毒的主要行為表現(xiàn)[24 − 25]。雖然目前尚無研究發(fā)現(xiàn)石蒜綿粉蚧可傳帶某種病毒，但該蟲的取食特性使其具備獲毒傳毒的生理學(xué)基礎(chǔ)，因此，在制定針對石蒜綿粉蚧的綜合防治措施時(shí)還應(yīng)考慮其寄主植物上可能攜帶病毒的發(fā)生情況。根據(jù)主要攝食部位的不同，刺吸式口器昆蟲通常分為木質(zhì)部取食型昆蟲，如葉蟬等，韌皮部取食型昆蟲，如蚜蟲、煙粉虱等，以及葉肉汁液取食型昆蟲，如棉盲蝽等。目前關(guān)于粉蚧取食行為的 EPG 研究中，所有的結(jié)果都顯示粉蚧為典型的韌皮部取食性昆蟲，如扶桑綿粉蚧[15]、桔臀紋粉蚧[22]、木薯綿粉蚧[26] 等，且持續(xù)取食時(shí)間通�？砷L達(dá)數(shù)小時(shí)。本文研究結(jié)果顯示石蒜綿粉蚧雖也可發(fā)生韌皮部取食，但受試個(gè)體中出現(xiàn)的韌皮部取食的次數(shù)非常少，雖然持續(xù)時(shí)間亦可長達(dá)數(shù)小時(shí)以上，但波形上并未呈現(xiàn)典型的被動取食波形(E2 波)。在長尾粉蚧 Pseudococcus longispinus[27] 的相關(guān)取食波研究中也發(fā)現(xiàn)了這種類似的情況，即沒有典型 E 波亞波型。雖然報(bào)道中也對相關(guān)波形進(jìn)行了 E1 和 E2 的標(biāo)記，但其圖例結(jié)果中并沒有呈現(xiàn)類似于其他粉蚧 E1 及 E2 波形的典型特征。同時(shí)，研究者在討論中提及，在長尾粉蚧的 EPG 記錄中同樣出現(xiàn)了 E1e 波形，該波形被整合入 C 波進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。對比于前期針對扶桑綿粉蚧的研究，其原因可能是 E1e 出現(xiàn)的頻率較低且時(shí)長較短。然而迄今為止，E1e 波形的生物學(xué)意義仍未確定[15] ，在刺吸式口器昆蟲 EPG 波型相關(guān)的所有研究中也未見針對 E1e 波形進(jìn)行詳細(xì)的統(tǒng)計(jì)與分析。對比于其他粉蚧與韌皮部取食昆蟲產(chǎn)生的 E 波，如扶桑綿粉蚧[15]、木薯綿粉蚧[26]、桔臀紋粉蚧和暗色粉蚧[23] 等，石蒜綿粉蚧在本研究供試植物上的持續(xù)取食波更多的是以胞外形式出現(xiàn)，即 E1e 波的形式為主，在 EPG 信號上表現(xiàn)為零壓強(qiáng)波，而典型的 E 波則是強(qiáng)烈的負(fù)壓強(qiáng)波。除電動勢外，不管發(fā)生的頻率、持續(xù)的時(shí)長以及包含的波形，石蒜綿粉蚧的 E1e 波與扶桑綿粉蚧 E 波(包括 E1 和 E2)的 EPG 性質(zhì)非常相似。推測可能與石蒜綿粉蚧喜好取食多肉植物有關(guān)[11] ，而石蒜綿粉蚧在朧月和番茄上取食行為的不同則說明了石蒜綿粉蚧在多肉植物上具有更強(qiáng)的適應(yīng)性和為害風(fēng)險(xiǎn)。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，相較于番茄，石蒜綿粉蚧在朧月上取食時(shí)，取食位點(diǎn)轉(zhuǎn)換頻率低、穿透葉表速度快、獲取葉肉營養(yǎng)多、持續(xù)性取食時(shí)間長，即石蒜綿粉蚧更加適應(yīng)寄主植物朧月。有研究者[28] 認(rèn)為，多肉植物的葉片結(jié)構(gòu)具有其特殊性，主要體現(xiàn)在葉片厚度、角質(zhì)層的厚薄有無、氣孔的分布密度以及葉肉細(xì)胞的分化種類和輸導(dǎo)組織的發(fā)達(dá)程度等方面。據(jù)此推測，石蒜綿粉蚧取食多肉植物時(shí)發(fā)生的 E1e 波，包括期間出現(xiàn)的類似 E1 和 E2 的亞波型，是其主要的取食波形;而電動勢方面的差異，推測主要和植物結(jié)構(gòu)本身有關(guān)，但仍需做進(jìn)一步深入研究。
本實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明，石蒜綿粉蚧取食行為的 EPG 波形與韌皮部取食型昆蟲類似，但其主要取食波形為 E1e 波，證實(shí)了石蒜綿粉蚧在多肉植物朧月上具有更強(qiáng)的適應(yīng)性和為害風(fēng)險(xiǎn)。本研究結(jié)果也為進(jìn)一步研究石蒜綿粉蚧的致害性和寄主偏好性的行為學(xué)機(jī)制提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和技術(shù)參考。——論文作者：黃 芳1，吳志毅2，呂要斌3，張紅英4，張文俊5
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