昆蟲化學生態(tài)學1

1、1,,楊美紅研究方向：昆蟲信息化學,昆蟲性信息素的研究及其在農(nóng)林害蟲防治中的應用,2,一、概述二、研究內(nèi)容（一）、性信息素的生物學特性研究（二）、性信息素的研究方法 1、昆蟲性引誘現(xiàn)象的觀察與測定 2、昆蟲性信息素天然物的提取方法 （三）、昆蟲性信息素在農(nóng)林害蟲防治上的應用 1、在害蟲測報上的應用 2、用大量誘殺法進行防治 3、利用迷向法防治害蟲 4、性信息素誘捕器與其它防治方法結合使用 三、必要性

2、及意義和前景,3,昆蟲性信息素研究的意義和前景 1、 減少污染 保護環(huán)境 不論是用性誘劑作蟲情測報，還是用誘捕法或迷向法直接防治害蟲，均有利于大量減少常規(guī)農(nóng)藥的用量，這對于減少化學農(nóng)藥對農(nóng)產(chǎn)品和環(huán)境的污染，保護生態(tài)環(huán)境和發(fā)展綠色農(nóng)業(yè)均具有重大而深遠的意義。 2、保護天敵 興益除害 大量使用廣譜性殺蟲劑造成的惡果之一，是,4,嚴重地殺傷害蟲天敵。失去了天敵控制以后，有些害蟲更加猖獗，甚至本來危害很輕的次要害蟲也大量

3、繁殖，上升為主要害蟲。與廣譜性殺蟲劑相反，性誘劑的選擇性很強，對天敵等益蟲沒有毒害，在綜合防治中可以充分發(fā)揮天敵抑制害蟲的作用，提高防治效果。,3、社會和經(jīng)濟效益 人工合成性信息素或性誘劑，利用性信息素或性誘劑研制即可用以蟲情測報，又可用以誘殺防治害蟲的高效仿生誘芯，形成商業(yè)性產(chǎn)品，大面積推廣這一無公害治蟲新技術。,5,以取得較大的社會和經(jīng)濟效益。 人工合成的昆蟲性信息素或性誘劑，無論作蟲情測報還是直接防治，都可提供一條高

4、效、無毒、無污染、無公害防治害蟲危害的新方法或新途徑。可以預期，隨著昆蟲性信息素研究的深入，隨著更多昆蟲性信息素的鑒定與合成，性信息素將在害蟲的綜合防治中發(fā)揮越來越大的作用 。,6,一 概述1、什么為昆蟲性信息素？ 昆蟲性信息素是昆蟲交配時，兩性相互尋找過程中的一種起傳遞信息作用的化學物質(zhì)。 這種極其微量的、特殊的化學物質(zhì)，由昆蟲個體本身產(chǎn)生并分泌到體外，在空氣中擴散，當被同種異性個體的感應器(觸角)感受后能激起一種或多

5、種行為反應（如觸角豎起、振翅、飛舞直至飛向氣味源等。）并直接或間接地導致交尾。,7,2、性信息素研究概況,昆蟲性信息素的研究開始于三十年代末． Butenandt 以家蠶為材料，經(jīng)過二十年的努力，于1959年終于從50萬頭未交尾雌蛾中獲得了12毫克的性信息素，隨后確定了它的化學結構，并進行了人工合成。此后，隨著分離技術的提高和微量分析儀器的發(fā)展，以鱗翅目昆蟲為主的性信息素一個接一個地被闡明了。2000多種昆蟲的性信息素已被鑒定，其中僅

6、鱗翅目昆蟲就有700多種。我國自七十年代起對多種農(nóng)林業(yè)主要害蟲：,8,如馬尾松毛蟲(Dendrolimus punctatus walker)、油茶毒蛾(Euproctis seudocon-spefa Strand)、午毒蛾(porthctria daispar Linilaeus)、油桐尺蠖(Bazufa suppressria Gueuee)、杉梢小卷蛾(polychrosis Cunninghamiacola Li

7、u et pai)、大袋蛾 (Gryptothelea formosicola Strand)、梨小食心蟲(Grapholitha molesta(Busck)、 桃小食心蟲(Carposina niponensis walsingham) 、棉紅鈴蟲(pectinophra gossypiella Saunders)、甘蔗黃螟(Argy roploce Schi staceana Suellen)、玉米螟(Ostri

8、nia nubilali(Hubner)、二化螟(Chilo suppre ssalis wa1kcr)、青海草原毛蟲(Gynaephora qinghaieinsis Chou et Yin)、,9,近幾年有關小木蠹蛾、沙棘木蠹蛾、沙柳木蠹蛾、沙蒿木蠹蛾、蘆筍木蠹蛾、六星黑點豹蠹蛾、礫黃枯葉蛾、榆木蠹蛾等等的性信息素進行了大量的研究工作，并取得了一些成果。 小木蠹蛾、沙棘木蠹蛾、沙柳木蠹蛾、沙蒿木蠹蛾、蘆筍木蠹蛾和榆木蠹

9、蛾的性信息素的化學結構已被我國的科學工作者確定，并已人工合成。為在我國深入研究昆蟲性信息素的治蟲機理以及在防治上的應用奠定了基礎。,10,二、研究內(nèi)容（一）、 性信息素的生物學特性研究昆蟲因種類不同，其產(chǎn)生性信息素的性別也各異，有由雌性昆蟲產(chǎn)生性信息素引誘雄性的，也有雄性昆蟲產(chǎn)生性信息素引繡雌性的。就鱗翅目而言，蛾蝶類就不一樣，蛾類大多數(shù)是雌蟲產(chǎn)生性信息素引誘雄性，而蝶類大部分由雄性產(chǎn)生性信息素來引誘雌性。雙翅目中家蠅是由雌成蟲分泌

10、性信息素，以引誘雄蠅；地中海果蠅則由雄成蟲產(chǎn)生性信息素引誘雌成蟲。但從目前所知曉的情況來看，以雌蟲產(chǎn)生性信息素的種類多。,11,,蛾類-雌蟲產(chǎn)生性信息素-引誘雄性,12,,,鱗翅目-蝶類雄性產(chǎn)生性信息素-引誘雌性,13,家蠅-雌成蟲分泌性信息素-引誘雄蠅目前所知曉的情況來看，以雌蟲產(chǎn)生性信息素的種類多,14,蝶類的腺體是毛刷狀的。,產(chǎn)生和釋放性信息素的特有結構稱為性信息素分泌腺。,分泌腺的腺體位置和形狀,,鱗翅目雌蛾分泌腺體在其腹部末

11、端一般在8～9節(jié)的節(jié)間膜內(nèi)，但也有不在腹末的，如大袋蛾的分泌腺就不在其腹部而在其前胸,膜翅目的分泌腺，如蜜蜂在頭部。雄性的腺體位置分布更不一致，比較分散，可在身體的各個部位，腺體的形狀也不相同,,外翻的腺體上皮環(huán),能夠外翻的囊,15,昆蟲性信息素的分泌量極微，但可將幾米乃至幾百米以外的異性引來，嗅覺是非常靈敏的。昆蟲接受性信息素的嗅覺感受器，絕大多數(shù)在觸角的鞭節(jié)上。當它們感受到這種化學物質(zhì)的刺激時，便可以立即產(chǎn)生一系列的行為反應，如果把

12、觸角切除，就沒有任何反應。。,,觸角,,16,（二）、 性信息素的研究方法,在確定研究對象前，要認真觀察對象昆蟲引誘能力和成蟲的某些生物學特性， 當我們選擇研究對象時，除了掌握害蟲的經(jīng)濟價值外，還必須摸清它的性引誘現(xiàn)象是否明顯？能否被利用？當確定研究對象后，還要確定對象昆蟲由雄性分泌性信息素，還是雌性分泌性信息素？腺體的位置在那里？釋放性信息素的時間等等問題。 性引誘現(xiàn)象的觀察，可將1頭或數(shù)頭未交尾的對象昆蟲，分別雌雄置

13、于沙籠內(nèi)，作為引誘源制成水盆或粘膠誘捕器，懸掛在田間或寄主林中，另設空白誘捕器為對照，檢查誘蛾頭數(shù)，以此確定是雌蟲還是雄蟲釋放性信息素和該蟲性引誘能力的強弱,17,18,,,,,,誘芯,處女雌蛾,,,雄蛾,,19,腺體位置的確定－“解肢提取”的方法： 分體段用溶劑提取，然后將提取物作為引誘源，到林間觀察其誘捕能力。大袋蛾經(jīng)分體段提取后，頭、前胸愈合部分的二氯甲烷提取物則誘到了大量的雄蛾。現(xiàn)經(jīng)進一步試驗，頭、前胸愈合部分中的誘蛾能

14、力又集中在前胸背板的二氯甲烷提取物上，這說明大袋蛾的腺體位置有可能是在前胸背板上。 性信息素的分泌高峰的確定： 高峰期一般是在交尾前或交尾時。,20,通過對性行為進行觀察，掌握交尾的高峰時間 。以此來確定性信息素的分泌高峰期。 通過林間觀察統(tǒng)計，以活成蟲為誘源的誘捕高峰出現(xiàn)時間，來確定該蟲的性信息素分泌高峰期、馬尾松毛蟲、油茶毒蛾就是通過以上方法確定其性信息素高峰期的。 1日令的馬尾松毛蟲雌蛾分泌高峰時間是

15、翌日凌晨3點至5點。 1日令油茶毒蛾雌蛾分泌高峰期居翌日清晨5點至6點半。,21,2．昆蟲性信息素天然物的提取方法 （1）收集試驗昆蟲 昆蟲性信息素是一種極微量的化學物質(zhì)，每頭昆蟲只含00.01～1微克，要想提取一定量的性信息素天然物供鑒定化學結構用，就必須有大量的供試昆蟲。為滿足要求可采用室內(nèi)飼養(yǎng)幼蟲來獲取成蟲；也可以收集蟲蛹(繭)或老熟幼蟲，放于室內(nèi)待其羽化后，及時收集起來，在分泌性信息素高峰期供提取用。,22,（

16、2）性信息素的提取 提取時選擇的溶劑應具有對性信息素有較大的溶解度，又較易揮發(fā)，化學性質(zhì)穩(wěn)定，純度較高的特點。常用的有二氯甲烷、乙醚、丙酮、石油醚、乙醇、正己烷等。 常用的提取方法有種： a．整體浸泡 將整體蟲在溶劑中浸泡一定時間。,23,如：（油茶毒蛾在二氯甲烷中浸泡30分鐘)，過濾，用少量溶劑淋洗濾渣，而后將濾液進行濃縮、封裝、保存。此法適用于蟲體小的昆蟲，例如油茶毒蛾、杉梢小卷葉蛾、介殼蟲等。 b

17、．剪尾 將未交尾雌蛾腹部最后幾節(jié)剪下浸泡、搗碎，若干小時后過濾，濃縮濾液，即得提取物。此法簡便、提取量大，但提取物中雜質(zhì)的含量高，適用于性信息素分泌腺位于腹部的昆蟲，如鱗翅目中蛾類的大多數(shù)。,24,c．精剪尾 將未交尾雌蛾腹部末端2—3節(jié)腺體部位所在，用手擠壓，擦去排泄物，剪下泡于溶劑中一定時間(馬尾松毛蟲在乙醚中泡8～10小時，小木蠹蛾在正己烷溶劑中浸泡30分鐘左右)，過濾。此法溶劑用量少于剪尾法，性信息素的含量相應增高，

18、而雜質(zhì)可減少。,d．腺體浸泡 將腺體在雙筒鏡下剝離提取，可得到高度純的提取物。但是此法操作較困難。,25,e．收集分泌物 將對象昆蟲放在帶有經(jīng)處理的濾紙或紗布的容器中數(shù)日，然后將吸附于濾紙或紗布上的分泌物用溶劑洗下。此法適用于蟲體小而不易剪尾的昆蟲，青海草原毛蟲曾用此法獲得了活性提取物。 f．氣流收集 利用凈化氣流通過許多能夠釋放性信息素的昆蟲個體，然后將它們釋放出的揮發(fā)性信性息素隨同氣流用冷阱收集。有人

19、曾應用這種辦法成功地收集到美洲蜚蠊、松葉蜂和黃介殼蟲的性信息素。,26,,我們在榆木蠹蛾性信息素研究過程中，曾采用上述各種方法，經(jīng)觸角電位檢測(簡稱EAG)和林間生物測定，證明對于榆木蠹蛾性信息素提取采用精剪尾的方法比較好。操作比較方便，溶劑用量少，活性物含量高，有利于分離工作。,,剪下,27,（3）分離純化 粗提物的提純和分離一般采用層析法。 A 氣相色譜進行昆蟲性信息素粗提物分離 B 高壓液相色譜進行昆蟲性信息素粗提

20、物分離 C 薄層色譜和柱層色譜進行昆蟲性信息素粗提物分離 榆木蠹蛾性信息素分離純化工作主要以薄層色譜進行昆蟲性信息素粗提物分離。,28,先將粗提物進行蒸餾、濃縮，然后將提取物連同一定數(shù)量的溶劑注入裝有硅膠的層析柱，用正己烷為洗脫液，洗脫，收取不同的餾份，經(jīng)生物測定確定活性成分。,（4)生物測定 生物測定就是利用活體或性信息素的感應器官作為檢測器，測定性信息素是否存在。生物測定分為室內(nèi)和野外(林間)測定兩種。室內(nèi)測定又分為

21、行為測定法和觸角電位檢測(EAG)法。,29,a 行為測定法 是根據(jù)異性昆蟲間所表現(xiàn)的性行為反應設計的。例如當雌蛾釋放性信息素時，雄蛾觸角上的嗅感覺器就會接受這種信號，通過神經(jīng)中樞，產(chǎn)生反應：觸角豎起，振動翅膀，伸出抱握器，向性信息素擴散的相反方向飛行尋找配偶。以判斷有無活性： b 觸角電位檢測(EAG)法。 是將受到性信息素分子激發(fā)的觸角上的感受細胞所產(chǎn)生的電位總和，通過放大在儀器上反映出來，根據(jù)反應電位的大小來判斷其

22、活性的有無與強弱。,30,（5）結構鑒定 昆蟲性信息素的結構鑒定借助紅外光譜分析、核磁共振分析、氣相色譜、氣相色譜－質(zhì)譜聯(lián)用儀進行的。同時用粗提物的微量化學反應提供官能團的信息，用臭氧解、環(huán)氧化測定雙鍵的位置。現(xiàn)已被鑒定的性信息素結構常見的有：,,蒙古木蠹蛾Z5-12: Ac,31,,,白楊透翅蛾E3Z13-18:OH,大楊透翅蛾Z3Z13-18:OH,,馬尾松毛蟲Z5E7-12:OHZ5E7-12:Ac,,32,（

23、6）性信息素的人工合成 確定結構后進行人工合成，同時合成它的幾何異構體，通過生物測定確定幾何構型。 （7）林間試驗 對于合成物要通過林間試驗測定其活性。研究表明，大多數(shù)昆蟲的性信息素是多組份的，為此必須測定其組份間的最適配比，才有應用的價值。例如馬尾松毛蟲性信息素是由三個活性組份(順5反7－十二碳二烯醇、醋酸酯、丙酸酯)組成，林間試驗的結果顯示了只有當它們以3：5：2混合時，才取得最好的引誘效果。,33,三、昆蟲性信

24、息素在農(nóng)林害蟲防治上的應用 第二次世界大戰(zhàn)后，高殘毒的有機合成農(nóng)藥研制成功，在控制害蟲蟲和提高產(chǎn)量上發(fā)揮了積極作用。但由于長期大量施用農(nóng)藥，昆蟲產(chǎn)生抗藥性，生態(tài)平衡被破壞和環(huán)境污染等問題。一些技術先進的國家開始停止和限制廣譜性、高殘毒農(nóng)藥的使用，并大量地推廣綜合防治措施。昆蟲性信息素具有強烈的種特異性，同時又具有不污染環(huán)境、對害蟲不產(chǎn)生抗藥性等特點，所以科學家們將其作為綜合防治的一項措施，正在進行廣泛深入的研究。,34,在害蟲測

25、報上的應用 將昆蟲性信息素作為害蟲測報工具，可以監(jiān)測害蟲，掌握害蟲發(fā)生期、危害范圍和發(fā)生數(shù)量，以利于指導適時噴藥、及時發(fā)現(xiàn)檢疫害蟲的擴散傳播、指導釋放天敵的有利時機、檢查防治效果等等。,1、害蟲監(jiān)測 1970年美國農(nóng)業(yè)部在邊遠地區(qū)沒置了3萬個舞毒蛾性誘劑誘捕器來監(jiān)測舞毒蛾的發(fā)生，結果在一些從未發(fā)現(xiàn)過舞毒蛾的地區(qū)，發(fā)現(xiàn)了這種害蟲。精確地統(tǒng)計了舞毒蛾的發(fā)生范圍。,35,2、發(fā)生期預測 發(fā)生期預測一般是根據(jù)性信息素誘捕器的

26、誘殺期，進行實際預測。蘋果卷蛾是鉆蛀性害蟲，所以只有當新孵化的幼蟲向枝芽遷移時施藥最有效。然而，用肉眼在田間很難觀察到新孵化的幼蟲，于是在荷蘭就用性信息素監(jiān)測蛾子群飛的時間，由此推知下一代幼蟲的孵化時間，指導適時施藥，使用藥次數(shù)由原來的5～7次減少到3～4次。美國加利福尼亞州的蘋果蠹蛾每年危害3～4次，用性信息素誘捕器精確地測得成蟲的飛出時間，由此推得5～7天后是幼蟲的孵化期，也適時地指導了噴藥時間。,36,3、發(fā)生量預測

27、 發(fā)生量預測是通過誘捕器的誘蟲數(shù)，推測下一代的發(fā)生量。 捷克的波希米亞東南部和摩拉維亞西南部約3500平方英里的范圍內(nèi)設置了3287個0.1毫克的松針毒蛾性誘劑進行松針毒蛾發(fā)生量的測報， 調(diào)查結果表明：當每個誘捕器誘到蛾 1000頭時，該地區(qū)的松汁毒蛾將要大發(fā)生。,37,優(yōu)點： 用昆蟲性信息素進行害蟲預測與其它預測方法相比，具有簡便、精確度較高，在低密度時也能檢測(靈敏度高)的特點。特別對于一些白天活動(如透翅

28、蛾類)或黑夜活動而無趨光性(如野螟、桃小食心蟲等)的蟲子更是有利的工具。 缺點： 預測精確度受環(huán)境因子影響，為彌補這一缺點需做大量的資料累積工作；同時也可與它預測方法 結合使用。,38,用大量誘殺法進行防治 大量誘捕法是用性信息素和性誘劑直接防治害蟲的一種方法，在防治區(qū)設置適當數(shù)量的誘捕器，把田間出現(xiàn)的求偶交配的雄蟲盡可能及時誘殺，使雌蟲失去交配的機會，致使相當數(shù)量的雌蛾不能受孕，不能有效地繁殖后代進行危害。下一代的蟲口

29、密度下降，從而達到防治害蟲的目的。 不足：試驗證實在蟲口密度較高時，用大量誘殺法降低蟲口密度是閑難的。,39,所以必須用其它方法(如化學農(nóng)藥等)先壓降蟲口密度，再使用大量誘捕法才有實際意義。,利用迷向法(干擾交配)防治害蟲 迷向法防治害蟲的機理：,(1)當合成性信息素源和活雌蟲同時存在時，雄蟲無法區(qū)分它們之間的區(qū)別，而對合成性信息源反復作無效的定位。,40,(2)當雄蟲的周圍被大量的合成性信息素源充滿時，雄蟲觸角上的感受器產(chǎn)生了適

30、應；而雌蟲釋放的性信息素成為新的刺激時就不能形成新的信號，使交尾受到影響。 (3)由于高濃度合成性信息的存在，使雄蟲的感覺細胞發(fā)生麻痹，而失去了固有的反應。,迷向法試驗近年來做的很多。在美國用舞毒蛾的性信息素制成微型膠囊。從,41,飛機上散放2.5～20克／公頃，成功地降低了雌蟲的交尾率、卵塊密度和孵化率。 1972年美國在大范圍內(nèi)，用迷向法防治甘蘭尺蠖，每夜每公頃用不到l毫克的甘蘭尺蠖性誘物，阻止了96%的雄蟲找到雌蟲，

31、起到了一定的防治效果. 迷向試驗中所用的載體種類很多，有棉芯、濾紙、聚乙烯毛細管、硅橡膠、微型膠囊等等。對載體的要求是殘效期長，釋放速率均勻，使用方使：目前使用最普遍的是微型膠囊和聚乙烯毛細管。（見動畫演示）,42,43,性信息素誘捕器與其它防治方法結合使用性信息素和其它生物農(nóng)藥組合使用技術是利用性信息素引誘昆蟲，使其感染病毒或接觸化學不育劑后返回田間，同異性交配使病毒等病原物蔓延，導致整個種群感染或產(chǎn)生流行病，或經(jīng)已攜帶不育