昆虫生理生化技术在我国害虫生物防治中的应用进展—昆虫信息素的研究与应用

昆虫生理生化技术在我国害虫生物防治中的应用进
展
----------昆虫信息素的研究与应用
前言:对于大多数昆虫来说,信息素在它们的生存,繁殖,社会行为中起着十分
重要的作用。

在过去五十年里,破译昆虫之间的化学语言一直是化学生态学家研究的重要课题。

对于昆虫信息素表现形式,功能,合成途径的研究不仅促进农业害虫防治技术的发展也给进化生物学提供了更加深入的视野。

信息素防治害虫与传统的化学防治相比,具有无毒,特异性强的特点。

目前利用信息素控制害虫主要有三个策略:交配干扰,诱捕,诱杀[1]。

所运用的信息素主要有性信息素,聚集信息素,产卵信息素等。

本文重点介绍性信息素在害虫防治中的应用,包括性信息素诱捕效果的影响因素,植物挥发物与性信息素的协同作用,利用性信息素进行虫情测报等方面。

并对聚集信息素,产卵信息素等在害虫防治中的应用进行介绍。

方法:1.数据库:NCBI 检索关键词:insect pheromone输出文献数量:4410 符合要求文献数量:1
2.数据库:中国知网检索关键词:害虫生物防治方法输出文献数量:54526 符合要求文献数量:2
3.数据库:中国知网检索关键词:昆虫信息素输出文献数量:16187 符合要求文献数量:3
4.数据库:中国知网检索关键词:昆虫信息素的应用输出文献数量:13339 符合要求文献数量:2
5.数据库:中国知网检索关键词:昆虫性信息素输出文献数量:3137 符合要求
文献数量: 2
6.数据库:中国知网检索关键词:昆虫聚集信息素输出文献数量:4285 符合要求文献数量: 1
7.数据库:中国知网检索关键词:昆虫产卵信息素输出文献数量:6001 符合要求文献数量: 1
昆虫在整个生命周期中的许多行为活动受信息化学物质调节和控制,许多昆虫必须依靠它们对气味的感觉才能生存。

昆虫信息素是调节和控制昆虫行为的一种重要信息化学物质,其对昆虫的定向、召唤、交尾、产卵、聚集、追踪、告警、防御以及种间识别等行为均具有重要的作用[2]。

昆虫信息素是昆虫各种腺体向外分泌的具有不同作用的种内激素,是用于进行同种个体与其他种个体之间的信息交流的化学物质,主要包括昆虫性信息素、昆虫聚集信息素、昆虫示踪信息素、昆虫告警信息素和昆虫产卵信息素等。

昆虫信息素的研究发展迅猛,自Butenandt等1959年分离并鉴定出第一个昆虫性信息素的化学结构-蚕蛾醇。

至今,全世界已经鉴定和合成的昆虫信息素及其类似物达2000多种,昆虫性信息素已商品化生产,其中以鳞翅目昆虫性信息素的研究最为详尽[3]。

1 性信息素在害虫防治中的应用
用昆虫信息素防治害虫是近些年发展起来的一种治虫新技术。

许多昆虫发育成熟以后能向体外释放具有特殊气味的微量化学物质(以引诱同种异性昆虫前去交配),这种微量化学物质在昆虫的交配过程中起联络通讯作用。

自从1959年世界上首次分离出昆虫信息素,经过数十年的努力,用于分离和鉴定昆虫引诱异性的化学信息物质的研究手段已有很大改观。

气相色谱法、飞行风洞生测技术、气载成分收集器和微量样品分析仪器等的应用,已能快速有效地分离并鉴定出微量的信息素化合物,使得昆虫性信息素的研究得以迅猛发展[4]。

昆虫性信息素防治害虫具有经济、有效,不污染环境,作用对象专一,对害虫天敌安全和使用方便(不受地域等限制)等优点,因此性信息素防治成为害虫综合治理体系中一个重要组成部分[5]。

1.1虫情预测预报
害虫测报是进行害虫综合治理的必要前提。

利用昆虫性信息素进行预测预报的基本原理是:昆虫羽化之后,往往寻找配偶交配,于是利用人工合成雌虫性信息素便可引诱雄虫,从而可以监测和预测害虫的发生期、发生量以及分布区域等,估计害虫为害的面积和控制适期。

只有对害虫为害预测准确、及时,才能正确地拟定综合防治计划和措施,经济有效地控制害虫的发生危害。

由于昆虫性信息素活性好、专一性强、持效期长、诱蛾量大、不杀伤天敌等特点,可以灵敏地监测害虫的发生、迁入或羽化时间,尤其对一些偶发性害虫和目前尚无测报方法的害虫具有很大的价值。

同时,根据不同害虫的特点、种类及成虫发生消长的规律,合理地、有针对性地使用化学制剂、生物制剂等综合灭虫措施,可以减少化学制剂等的使用次数,提高灭虫效果,降低生产成本,减少环境污染。

如此多优点使得其在害虫测报上广泛应用。

用信息素进行监测的害虫以鳞翅目昆虫为最多。

我国先后在30余种害虫上开展应用性信息素预测预报和防治技术研究,如用性信息素监测防治苹果蠹蛾技术,可提高防治效果;在虫口密度较低的情况下,可用性信息素诱捕器灵敏地监测松毛虫的存在[6]。

1.2干扰交配
在充满性信息素气味的环境中,雄蛾丧失寻找雌蛾的定向能力,致使田间雌雄间的交配几率大为减少,从而使下一代虫口密度急剧下降。

干扰雌雄间的交配可直接使用人工合成的目标昆虫性信息素,如美国用飞机喷洒带黏胶的含棉红铃虫性信息素的空心纤维,防治棉红铃虫效果显著。

也可采用目标昆虫性信息素类似物,尽管它们的生物活性比天然的低,但合成方便,价格便宜,适宜大规模应用[7]。

另外,还可采用目标昆虫性信息素的抑制剂干扰交配,如反- 9- 十二碳烯醇醋酸是苏丹棉铃虫的性信息素的强烈抑制剂,利用超低容量喷雾器喷洒含抑制剂的微胶囊剂型,可产生显著的防治效果。

1.3植物挥发性物质对昆虫性信息素的协同增效作用
越来越多的研究结果表明,植食性昆虫的寄主植物释放挥发性物质,其中有些对昆虫性信息素的引诱效果具有协同增效作用。

用性诱剂诱捕2种主要农业害虫美洲棉铃虫和苹果蠹蛾时,加入寄主植物的绿叶挥发物诱捕到的雄蛾数量明显多于单独使用性信息素诱捕到的;美洲棉铃虫的雌蛾性信息素与寄主植物的挥发物(顺- 3-己烯乙酸或顺- 3-己烯乙醇)混合,能增强诱捕器的诱捕量,当把诱捕器放在处于花期的玉米植株旁时,其诱捕量显著增加。

此外,加拿大杨树叶气味能显著增强棉铃虫性诱剂的引诱力。

Light 等研究表明,寄主植物绿叶挥发性气味(顺-3-己烯乙酸酯)对美洲棉铃虫性诱剂具有一定的协同增效作用,可以提高美洲棉铃虫性诱剂的诱捕量;用5种已知的绿叶挥发物与苹果蠹蛾的性信息素混合,雄蛾的诱捕量显著增加。

同样,小菜蛾性信息素对雄蛾的引诱作用因加入来源于寄主植物的异硫氰酸酯而得到增强;黄地老虎雄虫对性信息素的反应在有寄主植物气味存在时增强。

装有谷物抽提物及性信息素的诱捕器捕获麦蛾的数量明显高于仅设置性信息素的诱捕器。

在印度,一种香稻植株的抽提物和维生素E 的混合物能显著增加三化螟性信息素诱捕器的诱蛾量,与单用性信息素相比,3种混合物诱蛾量增加近1倍,同时水稻受害率下降,三化螟卵寄生率上升[8]。

1.4昆虫性信息素诱捕效果的影响因子
昆虫性信息素诱捕技术作为害虫综合治理的重要组成部分之一,已经在某些害虫种群监测和大量诱杀中发挥重要作用。

但其应用范围和效果尚不能满足人们对减少农药使用造成的环境污染、促进农业可持续发展的迫切需要。

昆虫性信息素应用的某些局限性并不完全在于其本身,很大程度上是由于我们对昆虫性信息素生态学,特别是影响性信息素释放、接收及性信息素诱捕器诱虫效果等众多生态因子缺乏深入的了解。

1991年,McNeil对影响蛾类性信息素释放及接收的11个生态因子进行了全面的综述,包括蛾龄、同种性信息素的作用、交配、寄主植物、病原微生物、温度、日照长度、光强、相对湿度、风速和空气状况。

诱捕器和诱芯的规范化设计是信息素防治效果的一个主要影响因子。

无论对害虫进行监测还是大面积诱杀,要
得到最佳的诱捕效果,必须对诱捕器和诱芯做最优化设计。

苏建伟等比较了水盆、
筒形、笼罩、泥盆和黏胶等几种常见诱捕器对二化螟的诱蛾效果,得出水盆诱捕器
诱蛾效果最佳。

徐洁莲等报道了自制矿泉水瓶诱捕器和国外的斯坦乃尔诱捕器对橘小实蝇的诱杀效果比较,认为自制的改装矿泉水瓶诱捕器诱虫效果较好。

引起一些
昆虫性信息素在田间应用效果较差的原因除了上述的生态因子和诱捕器的设计外,
还有可能是合成的性信息素物质纯度不够。

研究显示,即使极微量的立体或光学异
构体杂质也会极大地影响害虫的行为反应,同时性信息素组分或配比也对昆虫性信
息素诱捕效果存在很大影响。

郑永利等在春季十字花科蔬菜地对6种不同组分及配比的小菜蛾性信息素诱芯品种的诱蛾灵敏度、诱集量进行了比较,显示不同配比的
性信息素制成的诱芯效果显著不同[9]。

2聚集信息素在害虫防治中的应用
昆虫聚集信息素通常被定义为由昆虫产生,并能引起雌、雄两性同种昆虫聚集
行为反应的化学物质。

昆虫通过聚集或获得有益的环境,或共享资源,或抵御外敌的侵入。

昆虫聚集信息素主要应用于虫情监测和害虫的诱杀。

最初, 昆虫聚集信息素
应用于森林害虫小蠹的防治, 后来, 在露尾甲上得到成功应用。

对于某些仓储害虫, 如谷象, 还可以用聚集信息素辅助研究其分布。

聚集信息素可以与杀虫剂混用, 诱杀半翅目害虫以及一些鞘翅目害虫。

寄主植物挥发物与昆虫聚集信息素混用可以起增效作用, 合成的萝卜菜跳甲聚集信息素与异硫氰酸烯丙酯混用比单独使用可以大大增加诱捕量。

另外, 起增效作用的途径还有添加一些植物性增效剂, 死虫或活虫; 结合使用模拟的寄主。

最近Lacey等报道了黑腹尼虎天牛的聚集信息素,这是第1
个天牛科昆虫聚集信息素, 这种信息素已经在新西兰应用[10]。

3产卵信息素在害虫防治中的应用
许多植物为防御昆虫产卵, 能通过自身的次生代谢途径, 产生一系列忌避昆
虫产卵的化学物质, 统称为植物源昆虫产卵忌避异种化感物(insect oviposition-
deterring allelochemics, 简称ODAs) , 它归属于益己素的类别;另一方面, 当很多昆虫选择好寄主植物以后, 为了使其后代占有适宜的小生境, 避免食物竞争,维持一定的种群密度, 雌虫产卵时, 便在寄主上分泌一类标记化学物质, 以避免自己或其他昆虫再到这里产卵, 或者是幼虫的粪便中含有这种物质, 以警告同种或异种的雌虫不要在该寄主及附近产卵, 这类化学物质统称为昆虫产卵的忌避信息素( insect oviposition-deterringpheromon-as, 简称ODPs) , 它归属于抗聚集信息素的类别。

这种产卵忌避物质在植食性和捕食性昆虫中都有存在, 例如, 植食性昆虫中鳞翅目的黄地老虎, 菠萝褐灰蝶, 海灰翅夜蛾, 草地夜蛾, 粉纹夜蛾, 玉米螟; 鞘翅目的松天牛; 捕食性昆虫如异色瓢虫, 龟纹瓢虫。

其中, 由于幼虫的粪便中含有产卵忌避素, 黄地老虎和玉米螟的产卵减少率可达90%。

另外, 通过生物提取或人工合成害虫的产卵忌避信息素P异种化合物, 在害虫产卵盛期喷洒在农作物上, 就可以有效地抑制害虫在作物上的产卵, 使作物免遭为害。

Katsoyannos首次用ODPs 防治欧洲樱桃实蝇,显示出明显的防治效果, 取得成功。

产卵信息化合物就是可以激起昆虫产卵行为的化学物质, 与产卵忌避化合物的作用恰好相反, 但同样可以用于害虫的防治上。

五带淡色库蚊的产卵信息素在许多国家的疫区已经被应用。

最近,Olagbemiro等从一种可再生植物体中找到某种植物前体用以合成五带淡色库蚊的产卵信息素, 大大地降低了该产卵信息素的生产成本[11]。

4信息素应用的分析与展望
大量、不合理化学农药的使用,对我们生存的环境产生了污染和破坏,进而引发了一系列的环境与社会问题,诸如害虫天敌被杀伤、害虫的抗药性日趋加重等。

随着人类对环境越来越重视,国际上对化学农药使用的限制也越来越严格了,许多国家对农药使用都有明确规定。

在害虫综合防治中,一些新的技术也逐渐发展起来,在掌握和了解了昆虫信息素的特点后,人为地加以模拟和利用,使昆虫信息素显示出奇妙和巨大的生物效应,出现了新型高效的途径[12]。

与传统农药相比具有明显的优
越性,生物活性高,专一性强; 害虫不产生耐药性,对天敌无害; 减少农药使用量与环境污染; 使用简便,防治成本低。

昆虫信息素用于防治害虫,保护人体健康将具有巨大的优越性和发展潜力。

然而目前来说信息素的研究与应用还存在一定的问题,今后研究的主要内容也将集中在以下几个方面: ①目前研究较多的是鳞翅目昆虫的性信息素,对于体型较小昆虫,如双翅目,由于其本身释放的性信息素较少,想收集到较多的性信息素非常困难,因此给合成带来困难。

还有像旋光异构体和含成分较多的几何异构体的昆虫性信息素的合成,也比较难以进行; 目前合成的昆虫性信息素基本都属12C、14C和16C 的脂肪族化合物,对于一些碳数较多的昆虫性信息素的合成较少,如双翅目蝇类的不饱和烷烃。

因此,需要全面掌握生物信息素的分类、提纯方法,搞清楚不同虫种信息素的有机化学结构及其构象,为人工合成创造条件。

②实现信息素的工厂化生产。

信息素在生物防治中能否得到实际应用,最终取决于能否人工合成信息素。

③寻找适宜的信息素载体,信息素能否最佳发挥诱集效果,载体发挥着关键的作用,一种好的载体应该具备持续、稳定、均匀将信息素释放在目标区域的作用。

④筛选与载体相应的长效化学杀虫剂和设计更有效、能与信息素相配合使用的杀虫方法和设备。

⑤对于信息素的诱集效果,还需要更深入地探讨,选择最有效、最经济的用药量、有机成分和使用方法。

参考文献
[1]Joanne Y. Yew, Henry Chung. Insect pheromones: An overview of function, form, and discovery [J]. Progress in Lipid
Research,2015,59:88-105.
[2]苏茂文,张钟宁.昆虫信息化学物质的应用进展[J].昆虫知
识,2007,44(4):477-486.
[3]吴英杰,刘金龙.昆虫性信息素在害虫防治中的应用[J].山西农业科
学,2009,37(8): 60-62.
[4]郑卫青,陈海婴,刘小青,等.昆虫信息素研究与应用概况[J].中华卫生杀虫药械,2014,20 (6):591-595.
[5]刑万静,阚云超,乔惠丽.农业害虫生物防治的现状及发展趋势综述[J].安
徽农业科学, 2014,42(18):5803-5806.
[6]李?,曾鑫年,王瑞霞,等.信息化合物对昆虫行为的影响及其在害虫防治中
的应用[J].广东农业科学,2008,7:85-90.
[7]陈真元,蔡绵聪,吕业成.农业害虫的生物防治方法[J].广东农业科
学,2007,5:66-68.
[8]王郁,邱乐忠.昆虫信息素的应用及前景[J].福建农业科技,2011,2:48-51.
[9]李咏玲,韩福生,张金桐.昆虫性信息素研究综述[J].山西农业科
学,2010,38(6):51-54.
[10]姜勇,雷朝亮,张钟宁.昆虫聚集信息素[J].昆虫学报,2002,45(6):822-832.
[11]吴文伟,陈建新,宋敦伦,等.昆虫产卵忌避信息化学物质的研究与应用[J].西南农业学报,2002,15(3),105-111.
[12]孟宪佐.我国昆虫信息素研究与应用的进展[J].昆虫知
识,2000,37(2):75-85.。