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小地老虎性信息素的提取、鉴定及相关生物学研究

作　者: 向玉勇
导　师: 杨茂发
学　校: 贵州大学
专　业: 动物学
关键词: 小地老虎 性信息素 触角感器 标准化合物 EAG反应 风洞实验 田间诱蛾试验
分类号: S433
类　型: 博士论文
年　份: 2007年
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内容摘要


小地老虎Agrotis ypsilon(Rottemberg)属于鳞翅目，夜蛾科。别名土蚕、地蚕、黑土蚕、黑地蚕、地剪、切根虫等。近年来在我国的发生危害日趋严重，已成为全国性的农业重要害虫，但缺乏有效的防治手段。本文利用光镜、电镜(EM)、气相色谱(GC)、气相色谱一质谱联用(GC-MS)、触角电位(EAG)、风洞和田间试验等技术与方法，首次对我国小地老虎的性信息素通讯系统进行了系统的研究，旨在探明我国小地老虎性信息素通讯系统及其动态变化特点，并探索利用性信息素防治小地老虎的新途径。主要结果如下：1．小地老虎生物学研究：在室内对小地老虎的生物学特性及性行为进行了连续观察，结果表明，随着饲养时间的延长，小地老虎的羽化率在不断地下降，但其性比始终在0.45～0.56之间上下波动。小地老虎羽化1天后才可以进行交配，雄蛾和雌蛾都可以多次交配，且交配能力受性比的影响很大。婚飞和交配活动主要发生在晚上熄灯的后半夜(00∶30～04∶00)，交配历时15～45min。成虫寿命是雌蛾长于雄蛾，并且随其交配状况而变化，未交配的成虫寿命稍长些。交配次数对其产卵量和幼虫孵化率有明显的影响，随着交配次数的增加，其产卵量和幼虫孵化率都显著地增大。2．小地老虎雌蛾性信息素分泌腺的部位和超微结构观察：通过光镜、扫描电镜和透视电镜观察了小地老虎雌蛾性信息素分泌腺的部位和超微结构，发现小地老虎雌蛾性信息素分泌腺位于腹部末端第8～9节之间的节间膜腹面，是一个完整的能够外翻的腺体上皮。一般情况下，它随第8、9节一起套缩在第7腹节之内，在求偶时腹部末端外伸露出节间膜，它也由褶展开为一黄白色的囊泡。腺体表面分布着饱满的锥形体，羽化后3天未交尾的雌蛾腺体细胞呈单层排列，腹面中央由密集的柱形上皮细胞组成，细胞排列向两侧延伸至背部，其形状由柱形逐渐变为扁平形，细胞核为椭圆形，细胞与细胞间有明显的胞连接，细胞基底膜基褶较多，质膜上分布着微绒毛，并与内表皮连接，内表皮上有多层几丁质，外角质层染色较深，细胞质中含有空泡、线粒体、脂质粒和光面内质网。3．小地老虎性信息素的提取及成分和结构鉴定：采用毛细管气相色谱(GC)和气相色谱一质谱联用(G C-MS)等分析技术，从小地老虎雌蛾性信息素腺体提取物中分离和鉴定出了顺7-12碳乙酸酯(Z7-12：Ac)、顺9-14碳乙酸酯(Z9-14：Ac)、顺11-16碳乙酸酯(Z11-16：Ac)、顺5-10碳乙酸酯(Z5-10：Ac)和顺8-12碳乙酸酯(Z8-12：Ac)五种化合物。各组分的含量分别为：0.245±0.098 ng、0.080±0.031ng、0.089±0.033 ng、0.085±0.031 ng、0.105±0.065 ng。这五种成分的比例Z7-12：Ac／Z9-14：Ac／Z11-16：Ac／Z5-10：Ac／Z8-12：Ac为40.451：17.022：14.943：14.392：17.225，前三种物质的比例Z7-12：Ac／Z9-14：Ac／Z11-16：Ac为58.75：18.91：22.34。4．小地老虎的求偶行为及性信息素产生的动态节律研究：小地老虎雌蛾在羽化后第1天很少发生求偶行为，3日龄雌蛾求偶达到高峰，求偶行为均发生在暗期，高峰期出现在暗期第7～9小时，随着蛾龄的增长，求偶时间提前。小地老虎雌蛾性信息素的产生和求偶行为一样，具有明显的昼夜节律和时辰节律，而且两者的高峰期基本吻合，均出现在暗期的后期，反映了小地老虎雌蛾性信息素的产生和求偶行为间的协同性。小地老虎雌蛾羽化的第1天，腺体中性信息素滴度很低，第3天达到峰值，然后下降。小地老虎雌蛾腺体从暗期开始到暗期后4.5h，5种组分的滴度无明显变动；但从4.5h到7h，各组分特别是主组分Z7-12：Ac的滴度陡然增加至最高峰；但至暗期8h又迅速下降，至暗期结束时，已回落到暗期4.5h以前的水平；暗期结束后各组分几乎降为零。可见，小地老虎性信息素滴度的高峰时间点位在暗期7h。5．交配和温度对小地老虎性信息素影响的研究：交配和温度对小地老虎性信息素影响的研究表明，交配对性信息素各组分的滴度无显著的影响，因此交配不影响小地老虎在下一暗期的再次求偶和交配。但环境温度对小地老虎性信息素的含量则有显著的影响。20～25℃最有利于小地老虎性信息素的生物合成，而低温和高温则均不利于小地老虎性信息素的正常产生与释放。6．小地老虎雄蛾触角感器的观察：通过扫描电镜观察了小地老虎雄蛾触角上各种感器的形态特征，发现在小地老虎雄蛾触角上分布有以下7种感器，它们分别为：毛形感器(Sensilla trichodea)，刺形感器(S．cheatica)，鳞形感器(S．squamiformium)，腔锥感器(S．coelonica)，腔形感器(S．coeloconica)，耳形感器(S．auricillica)和B(?)hm’s氏鬃毛(B(?)hm’s bristles)。其中毛形感器数量最多，是感受性信息素分子的主要化学感受器。7．小地老虎雄蛾触角对雌蛾性信息素腺体提取物及合成标准化合物的电生理反应：通过EAG生测技术测定了小地老虎雄蛾触角对雌蛾性信息素腺体提取物及合成标准化合物的电生理反应，结果表明，小地老虎雌蛾的五种性信息素组分Z7-12：AC、Z9-14：AC、Z11-16：Ac、Z5-10：Ac和Z8-12：AC都可引起同种雄蛾的触角电位反应，且其反应的EAG值均显著高于空白对照，表明小地老虎雄蛾触角上具有这五种化合物的感受细胞。小地老虎雄蛾在羽化后第1天对性信息素各单一组分和混合物的EAG反应值很低，到第3天达到最高峰，以后随着蛾龄增加，反应值又逐渐下降。小地老虎雄蛾触角对性信息素各组分及混合物的剂量反应曲线大致呈“S”形。8．小地老虎雄蛾对性信息素的风洞行为反应：风洞行为研究表明，5种单一组分均不能引起雄蛾向性信息素源完整的行为反应；二元混合物中以AB对雄蛾的引诱活性最强，仅次于腺体粗提物和活雌蛾；在同等使用剂量下，ABC三元混合物的引诱效果最好，这三种成分的混合物对雄蛾的引诱作用与3日龄活雌蛾的效果相当。性信息素组分间的比例对小地老虎雄蛾的行为反应有明显的影响，对二元混合物和三元混合物不同比例的测定结果表明，橡胶诱芯中AB和ABC的最佳比例分别为3：1和3：1：1，这一结果与有关雌蛾腺体中性信息素滴度间的比例是吻合的。三元混合物ABC在最佳比例(3：1：1)下，制成合成性信息素不同剂量的诱芯进行风洞实验，结果发现雄蛾对0.1～500pg的性信息素均有反应。剂量为100μg时反应最强烈，50μg次之，二者间差异不显著(P≥0.05)。以到达释放源及呈现预交尾行为的雄蛾百分率作为指标，它们对上述两剂量的反应百分率均显著高于其它剂量(P≤0.05)。9．田间诱蛾试验：以小地老虎性信息素标准化合物配成诱芯进行田间诱捕试验，结果发现田间诱捕试验的效果与雄蛾在风洞中对性信息素行为反应的研究结果相一致，性信息素单一组分在风洞中都不能引起雄蛾完整的行为反应，在田间诱捕实验中也都没有诱到雄蛾。选择二元混合物AB(3：1)和三元混合物ABC(3：1：1)进行田间诱蛾试验，发现AB(3：1)诱芯的平均诱捕量为2.6头，ABC(3：1：1)诱芯对雄蛾的引诱作用显著增强，平均诱捕量为7.40头，是AB(3：1)诱芯的2.8倍，说明C组分Z11-16：Ac有明显的增效作用。在剂量反应中，田间试验表明在剂量为200μg时的诱蛾活性最高。本文首次提取了小地老虎中国种群的性信息素，并鉴定和分析了性信息素的主要成分的精确含量和比例。通过EAG反应、风洞和田间诱蛾试验确定了性信息素的活性成分，获得了最佳诱芯的配方。这不仅丰富了昆虫性信息素研究的内容，而且有可能提供一种利用合成性信息素防治小地老虎的高效、无毒、无污染、无公害的新方法、新途径。

全文目录


摘要  8-12
Abstract  12-17
前言  17-23
  1 立题背景  17-21
    1.1 小地老虎的几个特性  17-18
      1.1.1 分布范围广  17
      1.1.2 寄主种类多  17
      1.1.3 扩散、迁飞能力强  17-18
      1.1.4 喜温、喜湿  18
    1.2 小地老虎在我国的发生现状、原因及未来趋势  18-19
      1.2.1 近年发生的现状  18-19
      1.2.2 大发生的原因  19
        1.2.2.1 种植制度变更  19
        1.2.2.2 害虫抗药性增强、防治水平低下  19
        1.2.2.3 气候条件适宜  19
      1.2.3 未来发展趋势  19
    1.3 我国小地老虎的防治现状和对策  19-20
      1.3.1 防治现状  19-20
      1.3.2 防治对策  20
    1.4 在我国利用性信息素防治小地老虎的可能性和需要进行的工作  20-21
      1.4.1 可能性  20-21
      1.4.2 需要进行的工作  21
  2 本研究的主要内容  21-22
    2.1 小地老虎交配行为和能力的研究  21
    2.2 小地老虎性信息素分泌腺体的部位、形态及超微结构观察  21
    2.3 提取小地老虎性信息素,进行成分分析和结构鉴定  21
    2.4 小地老虎求偶行为及性信息素产生动态节律研究  21
    2.5 交配和温度对小地老虎性信息素产生的影响研究  21
    2.6 小地老虎雄蛾触角感器的研究  21
    2.7 小地老虎雄蛾触角对性信息素各组分的EAG反应  21-22
    2.8 小地老虎雄蛾对性信息素各组分的风洞行为反应  22
    2.9 小地老虎性信息素的田间诱蛾试验  22
  3 预期结果  22-23
第一章 文献综述  23-38
  1 昆虫性信息素的研究与应用进展  23-35
    1.1 昆虫性信息素的概念  23
    1.2 昆虫性信息素生物学研究  23-28
      1.2.1 释放性信息素的性别  23-24
      1.2.2 释放性信息素的腺体部位  24
      1.2.3 性信息素的感受器  24-25
      1.2.4 性信息素的释放节律  25-26
      1.2.5 求偶与性信息素的节律  26
      1.2.6 性信息素的传递  26
      1.2.7 性信息素的感受机制  26-27
      1.2.8 昆虫对性信息素的行为反应  27-28
    1.3 性信息素的化学研究  28-30
      1.3.1 性信息素的提取  28-29
      1.3.2 性信息素的结构鉴定  29
      1.3.3 性信息素的合成  29-30
    1.4 昆虫性信息素的应用研究  30-35
      1.4.1 预测预报  30-31
      1.4.2 害虫防治  31-34
        1.4.2.1 大量诱捕  31-32
        1.4.2.2 交配干扰  32-33
          1.4.2.2.1 疏布式  32-33
          1.4.2.2.2 密布式  33
        1.4.2.3 性信息素与其它生物农药联用  33-34
      1.4.3 区分近缘种  34
      1.4.4 害虫检疫  34-35
    1.5 前景及展望  35
  2 小地老虎性信息素的研究进展  35-38
    2.1 小地老虎性信息素的化学结构鉴定  36-37
    2.2 小地老虎性信息素及其性诱剂的应用  37-38
第二章 小地老虎交配行为和能力的研究  38-46
  1 材料与方法  38-40
    1.1 供试昆虫的饲养  38-39
    1.2 小地老虎成虫交配行为的观察  39
    1.3 小地老虎成虫交配能力的测定  39
    1.4 小地老虎的成虫寿命、产卵前期、产卵量以及卵期和幼虫孵化率  39
    1.5 小地老虎成虫的交配次数对产卵量和幼虫孵化率的影响  39-40
  2 结果与分析  40-44
    2.1 小地老虎的羽化率和性比  40
    2.2 小地老虎成虫的交配行为  40-41
    2.3 小地老虎成虫的交配能力  41-43
    2.4 小地老虎交配行为和能力对成虫寿命、产卵前期、产卵期、产卵量和幼虫孵化率的影响  43-44
  3 讨论  44-46
    3.1 小地老虎的羽化率和性比  44
    3.2 小地老虎的交配行为和交配能力  44-45
    3.3 小地老虎交配行为和能力对成虫寿命、产卵前期、产卵期、产卵量和幼虫孵化率的影响  45-46
第三章 小地老虎性信息素分泌腺的部位、形态及其超微结构  46-53
  1 材料和方法  46-47
    1.1 供试昆虫  46
    1.2 实验仪器  46
    1.3 实验方法  46-47
      1.3.1 光镜处理方法  47
      1.3.2 扫描电镜处理方法  47
      1.3.3 透视电镜处理方法  47
  2 结果与分析  47-48
    2.1 小地老虎性信息素分泌腺的位置  47
    2.2 小地老虎性信息素分泌腺的组织切片  47-48
      2.2.1 横切面  48
      2.2.2 纵切面  48
    2.3 腺体分泌细胞的超微结构  48
  3.讨论  48-53
第四章 小地老虎性信息素的提取、成分和结构鉴定  53-61
  1 材料与方法  53-54
    1.1 供试昆虫的饲养  53
    1.2 化学试剂  53-54
    1.3 性信息素的提取  54
    1.4 化学分析  54
  2 结果与分析  54-59
    2.1 组分鉴定  54-57
    2.2 单腺体提取物中各组分的含量和相对比例  57-59
  3 讨论  59-61
第五章 小地老虎求偶行为观察及性信息素产生的动态节律  61-66
  1 材料与方法  61-62
    1.1 供试昆虫的饲养  61
    1.2 求偶行为观察  61
    1.3 性信息素的滴度测定  61-62
      1.3.1 羽化后性信息素日变动节律的研究  62
      1.3.2 暗周期中性信息素变动节律的测定  62
  2 统计分析  62
  3 结果与分析  62-65
    3.1 雌蛾求偶行为的动态节律  62
    3.2 雌蛾腺体中产生性信息素的日节律  62-64
    3.3 雌蛾腺体中产生性信息素的时辰节律  64-65
  4 讨论  65-66
第六章 交配和温度对小地老虎雌蛾性信息素产生的影响  66-70
  1 材料与方法  66-67
    1.1 供试昆虫的饲养  66-67
    1.2 交配对性信息素产生的影响  67
    1.3 温度对性信息素产生的影响  67
    1.4 性信息素的提取及测定  67
  2 结果与分析  67-68
    2.1 交配对性信息素产生的影响  67-68
    2.2 温度对性信息素产生的影响  68
  3 讨论  68-70
    3.1 交配对小地老虎雌蛾性信息素产生的影响  68-69
    3.2 温度对小地老虎雌蛾性信息素产生的影响  69-70
第七章 小地老虎雄蛾触角感受器的研究  70-76
  1 材料与方法  70-71
    1.1 供试昆虫  70
    1.2 扫描电镜观察样品的制备方法  70-71
  2 结果与分析  71-74
    2.1 小地老虎雄蛾触角的一般形态  71
    2.2 小地老虎雄蛾触角感器  71-74
      2.2.1 毛形感器  71-72
      2.2.2 刺形感器  72
      2.2.3 鳞形感器  72
      2.2.4 腔锥感器  72
      2.2.5 腔形感器  72
      2.2.6 耳形感器  72-73
      2.2.7 B(o|¨)hm's氏鬃毛  73-74
  3 讨论  74-76
第八章 小地老虎雄蛾触角对性信息素各组分的EAG反应  76-89
  1 材料与方法  76-78
    1.1 供试昆虫的饲养  76
    1.2 性信息素化合物  76
    1.3 性信息素腺体粗提液  76-77
    1.4 触角电位仪  77
    1.5 测定方法  77-78
      1.5.1 小地老虎雄蛾对性信息素单组分及混合物的EAG反应  78
      1.5.2 小地老虎雄蛾蛾龄对EAG反应的影响  78
      1.5.3 小地老虎雄蛾对几种重要化合物的剂量-反应曲线  78
    1.6 EAG  78
  2 结果与分析  78-86
    2.1 性信息素化合物诱发EAG反应的一般特征  78-80
    2.2 小地老虎雄蛾触角对性信息素各组分及其混合物的EAG反应  80-82
    2.3 小地老虎雄蛾蛾龄对性信息素EAG反应的影响  82-83
    2.4 小地老虎雄蛾对几种重要化合物的剂量-反应曲线  83-86
  3 讨论  86-89
    3.1 小地老虎雄蛾对性信息素的EAG反应  86-87
    3.2 小地老虎雄蛾蛾龄对性信息素EAG反应的影响  87
    3.3 小地老虎雄蛾对性信息素的剂量-反应曲线  87-89
第九章 小地老虎雄蛾对性信息素组分的风洞行为反应  89-98
  1 材料与方法  89-91
    1.1 供试昆虫的饲养  89
    1.2 雌蛾性信息素粗提物  89
    1.3 性信息素化合物  89-90
    1.4 风洞装置  90
    1.5 诱芯的配制  90-91
    1.6 行为测试  91
  2 结果与分析  91-96
    2.1 小地老虎雄蛾对合成性信息素单组分的行为反应  91-92
    2.2 小地老虎雄蛾对合成性信息素二元混合物的行为反应  92
    2.3 小地老虎雄蛾对合成性信息素三元混合物的行为反应  92-93
    2.4 小地老虎雄蛾对合成性信息素四元混合物及全组分的行为反应  93-94
    2.5 小地老虎雄蛾对合成性信息素三元混合物、四元混合物、全组分及粗提取的行为反应比较  94
    2.6 小地老虎雄蛾对性信息素二元混合物AB不同比例的行为反应  94-95
    2.7 小地老虎雄蛾对性信息素三元混合物ABC不同比例的行为反应  95
    2.8 小地老虎雄蛾对性信息素三元混合物ABC(3:1:1)不同剂量的行为反应  95-96
  3 讨论  96-98
第十章 小地老虎性信息素活性组分的田间诱蛾试验  98-102
  1 材料与方法  98-99
    1.1 诱芯  98
    1.2 诱捕器  98-99
    1.3 田间调查  99
  2 结果与分析  99-100
    2.1 小地老虎性信息素的田间诱蛾活性  99
    2.2 性信息素剂量对诱蛾活性的影响  99-100
  3 讨论  100-102
全文总结  102-106
致谢  106-107
参考文献  107-121
附录  121-122
图板  122-126
详细摘要  126-149

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