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昆虫性信息素研究现状及展望


昆虫性信息素研究现状及展望 摘要:昆虫的性信息素,又称性外激素,它具有高度的专一性和很强 的引诱力。一头雌蛾显然只能释放 0.005 微克左右的性外激素,却能 诱集到 100 万头以上的雄蛾。 利用昆虫性信息素进行虫情侦查并用以 指导大田的防治工作已日趋成熟, 在生产上得到了较大面积的推广应 用,也取得了明显的效果,与传统的黑光灯诱蛾预测法比较,性诱测 报具有专一性强、准确性高、方法简便、成本低廉和安全可靠、不杀 伤天敌等优点。 昆虫性信息素作为同种异性昆虫之间生殖阶段的化学 通讯工具, 其化学结构的高度复杂性和特殊性是昆虫种间生殖隔离的 重要保证,因此,不同昆虫之间的性信息素相互不能替代,也不会引 起混淆,这在昆虫的区域性调查、植物检疫以及诱杀防治等方面具有 较大的实用价值。 关键词:昆虫性信息素、应用现状、影响因素、展望

性信息素是雌性成虫性成熟后, 释放体外作为求偶通讯联系的一种化 学物质。早在 1932 年,美国科学家就利用从舞毒蛾腹尖提取的性信 息素,用来监测舞毒蛾的分布和发生范围。1956 年美国农业部用人 工合成的引诱剂,作为监测地中海果蝇的预警系统,指导适时使用杀 虫剂。1959 年德国化学家分离鉴定了第一个天然性信息素家蚕醇的 分子结构, 并发现空气中存有极微量的家蚕醇, 就显示对雄虫的活性, 从此揭开了自然界的一个新奥秘, 大大地推动了昆虫性信息素的研究

进程。到 1982 年全世界不仅有 150 多种昆虫信信息素被分离鉴定, 还发现了 674 种信息素和引诱剂。1979 年美国批准了红铃虫、家蝇、 舞毒蛾和日本丽金蝇 4 种昆虫性信息素用于防治农业害虫, 拉开了昆 虫性信息素用于病虫防治的序幕。[1]至今,世界各地在利用昆虫性 信息素用于害虫的测报和防治方面,取得了长足的进步,我国已能人 工合成 100 多种昆虫性信息素, 在农林害虫测报和防治中进行了广泛 应用和研究,应用技术上取得了新的突破。 目前生产上应用的性诱测报大都以诱集雄蛾为测报依据, 即使将附近 田块的雄成虫诱集至一块田中, 对当代为害程度及后代发生量均无不 良影响,同时,昆虫性信息素对人、畜、家蚕及环境安全,无不良副 作用,而黑光灯诱测易将附近田块的其他害虫诱集至灯光所在田块, 造成成虫集中产卵反而加重为害。另外,利用昆虫性信息素进行大量 诱杀防治,目前主要在鞘翅目、直翅目、同翅目等害虫中应用较多, 鳞翅目昆虫中的诱翅蛾科以及雄成虫交配次数少的种类也有一定的 实用价值; 而迷向防治则以干扰成虫交配前的化学通讯为主要手段, 因此在害虫的防治上具有广阔的发展前景,相信随着绿色农业的发 展,享有第三代农药之称的昆虫性信息素的应用前景必将更加广阔。 [2]并且利用害虫性信息素进行监测和防治农林害虫,符合以生态管 理为基础,以生物防治为主导的害虫综合管理的发展方向,是一种很 有前途的害虫测报和防治的技术方法。 1 昆虫性信息素的应用 1.1 种群监测

用昆虫信息素作为虫情监测和调查的工具已获得普遍承认。 事前预知 害虫的发生期和发生量,对进行适当的防治极为重要。国外已有 60 多种商品信息素出售。据不完全统计,国内合成的有 30~40 种,其 中应用较多的有 10 余种,如水稻二化螟、稻纵卷叶螟、棉铃虫、玉 米螟、桃小食心虫、梨小食心虫、桃蛀螟、苹果小卷叶蛾、白杨透翅 蛾、舞毒蛾等[3] 。性信息素和性诱剂在害虫防治上的第一个用途是 监测虫情, 作虫情测报。 由于它具有灵敏度高、 准确性好、 使用简便、 费用低廉等优点,获得越来越广泛的应用。阎云花等[4]的研究表 明,用性信息素进行棉铃虫发生期测报准确可靠,比黑光灯诱蛾法灵 敏、简便、省工、省钱,用其指导化学防治效果好、效益高。此外, 性信息素还被应用在昆虫抗药性方面的种群监测。 1.2 大量诱捕 昆虫信息素可诱集异性或两种昆虫而达到降低虫口, 减少下一代危害 的目的。 人工合成美国白蛾性信息素已应用于其成虫的大量诱杀 [5] 。 利用性信息素防治苹果小卷蛾,取得了较好的防治效果[6] 。烟草甲 信息素、印度谷螟信息素、谷蠹信息素和斑皮蠹信息素均能诱杀相应 的储粮害虫[7] 。应用性诱剂对棉铃虫诱杀效果较好[8] 。用苹果蠹 蛾性信息素来诱杀雄虫非常有效[9] 。甲基子丁香酚、诱蝇酮、甲基 丁香油和地中海实蝇性信息素 4 种实蝇性信息素在田间能诱捕多种 实蝇[10] 。 1.3 干扰交配 如前所述,许多害虫是通过性信息素相互联络求偶交配的。如果能干

扰破坏雌雄间这种通讯联络,害虫就不能交配和繁殖后代。干扰交配 俗称“迷向法” ,就是在田里普遍设置性信息素散发器,使空气中到 处都散发性信息素的气味,从而导致雄虫分不清真假,无法定向找到 雌虫进行交配的一种治虫新技术。黎教良等[11]用迷向法防治甘蔗 条螟获得成功,面积达 3300 hm2 以上,每 667 m2 甘蔗田设 25~500 个中空塑料管或塑料丝性信息素散发器(含性信息素 3g 以上)。雄蛾 迷向率达 95% 以上,雌蛾交配率下降 80% 左右,甘蔗被害率减少 50%以上。 1.4 配合治虫 将性信息素与化学不育剂、病毒、细菌等配合使用也是很有意义的。 用性信息素把害虫诱来,使其与不育剂、病毒、细菌等接触后离开, 再与其他昆虫接触、交配。这样,对其种群造成的损害要比当场死亡 大得多。这是近年来国内外开始研究的一个新领域,目前还处于试验 和探索阶段。赵博光等[12]以大袋蛾为试验昆虫,用性信息素加核 型多角病毒制成的橡皮头诱芯进行了风洞和林间试验, 结果认为此技 术对雄虫多次交配,或雄虫性比明显高于雌虫的害虫,可能更有实用 价值。昆虫信息素与速效杀虫剂混用也有应用前景。张钟宁等[13] 的试验表明,将蚜虫报警信息素与农药速灭杀丁混用,能显著提高防 治蚜虫的效果。 1.5 区分近缘种 作为分类学的辅助手段,对于一些近缘种只用形态特征很难区别,而 用性信息素则容易区别。以前,我国玉米螟一直沿用欧洲玉米螟的学

名 Ostrinia nubilalis Hubner,20 世纪 70 年代初用欧洲玉米螟性信息 素在我国进行田间诱蛾试验,基本没有活性。后来经全国玉米螟协作 组[14]用不同种玉米螟性信息素在全国范围进行联合测试,鉴定了 在我国大部分地区玉米螟的优势种为亚洲玉米螟; 在新疆分布的是欧 洲玉米螟;而甘肃、宁夏和河北北部部分地区是两种玉米螟的混生地 区。借助昆虫性信息素解决虫种鉴定与分类难题的还有日本松干蚧 [15] 。 2 影响昆虫性信息素防治效果的因素 2.1 信息素的剂量和配比 有些害虫对性信息素的剂量反应不同。3 种性信息素引诱剂诱杀茶毛 虫成虫结果表明,10,14-二甲基十五碳异丁酸酯的 0.5 ㎎、1.0 ㎎和 0.8 ㎎ 3 种型号引诱剂,灯下总体诱蛾量 1.0 ㎎显著地高于其他两种 剂量的诱蛾量。两种蚧虫的诱捕数量随着剂量的增大而增加,而同一 种性诱剂在不同果园的诱蛾效果差别很大。 国外学者研究了二化螟雄 蛾对性信息素产生反应的适宜浓度,发现 0.1mg/l 的性信息素对二化 螟雄蛾的引诱力最强, 浓度过高过低都降低雄蛾对性信息素产生反应 的能力。 性信息素关键组分和次要组分的不同混合比例是高效诱捕昆虫的关 键因素。有些成分在多种信息素中存在,甚至在许多昆虫中有完全相 同的信息素成分,而只是比例不同。甜菜夜蛾信息素按 Z9E12-14:AC 与 Z9-14:OH 按 10:1 的比例混合时,诱虫效果可持续 49d;用 7:3 的 比例混合时,也获得较好的诱虫效果。以 E12-14:Ac 和 Z9-14:OH 按

比例 9: 1,剂量为 100ug 配制的硅橡胶塞诱芯,田间对甜菜夜蛾显示 强烈的诱蛾活性。 Z9-14:Ac 和 Z9E12-14:Ac 的二元组份诱芯中, 以前 后者比例为 5:5 和 6:4 比例配制成的诱芯诱蛾效果最好,田间诱蛾量 显著高于以 1:9、2:8 和 3:7 比例配制的诱芯。国外学者的烟青虫田间 试验结果表明:z9-16:Aid 和 Z11-16:Aid 的二元混合物在不同国家都有 较好的诱蛾活性,但其最佳比例却大不相同。[16] 2.2 诱捕器 诱捕器是性信息素重要的应用设备,其类型、规格、设置高度和密度 等都会影响防治效果。据报道,在常见类型的诱捕器中,粘性诱捕器 和水盆型诱捕器效果较好。苏建伟等[17]比较了水盆、筒形、笼罩、 泥盆和粘胶诱捕器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。在塑料水盆中,又以绿色、口径 24cm、设置 高度 20cm 的诱杀效果为佳。此外,诱芯至水面的距离也有影响,以 0.5~1cm 为佳。诱捕器的高度对诱虫效果有一定影响,诱捕器高于蔬 菜 30cm 时效果最佳;地面设置诱捕器效果最差,与烟株等高处诱捕 效果最好,而且大的诱捕器可以诱捕到较多的蚧虫。经验还表明,诱 捕器在田间的位置影响诱蛾效果, 放于田边的诱捕器对越冬代雄蛾的 诱集效果要好于田块中间的诱捕器。在虫口密度过高时,大面积诱捕 难以完全控制二化螟危害,需要辅助其他防治措施,行间诱捕效果比 行内诱捕效果好。诱捕小菜蛾一般认为每 667m2 设诱芯 4~ 6 个效果 较好,大棚内可适量增加。 诱捕器在田间的布设密度和防治面积也对防治效果有影响。 布设密度

与田间害虫种群密度、性信息素含量及周围环境和气候条件等有关, 防治面积越大,效果越好。也有学者认为诱芯田间投放密度越大,二 化螟雄蛾活动范围越小,干扰交配防效越好,但费用较高。此外,诱 捕器的日常管理也影响防治效果。如在用水盆诱捕器诱杀二化螟时, 要保持水盆水量充足,要定期捞掉水盆中的死蛾,否则会影响诱蛾效 果。 2.3 气候因子 如同其它生物防治技术一样,性信息素田间防治效果受气象、环境等 多种因子影响,光周期和寄主气味等对性信息素扩散也有影响。温度 是控制二化螟交配的主要因子, 夜晚温度的差异可能是影响性信息素 对不同世代二化螟诱集效果差异的重要原因, 月光和降雨都能降低性 信息素诱蛾效果。性信息素随温度的升高而释放率增加,当温度较低 时其释放率就低并不能引诱雄蜂。高温日晒会降低诱芯的使用寿命, 这可能与高温使得性信息素过度挥发有关,如诱捕夏季始于晚 18:00 时,以晚 20:00~22:00 时诱蛾量最多。 适当的风速可以加快性信息素扩散,增强了诱芯的定向引诱能力,微 风对诱蛾有利,强风对诱蛾不利。而当风速在 2~4m/s 时,诱获率最 高;也有研究认为,性诱剂诱芯的作用距离与风速无关,风速只是加 快信息素扩散的速度。不同程度的降雨对诱蛾效果的影响也不一样, 同样条件下干燥气候应用性诱剂控制小菜蛾的效果优于湿润气候。 晚 18:00~22:00 时降雨对诱蛾影响显著。虫口基数相同时干燥气候下诱 捕量是湿润气候诱捕量的 7 倍, 相同性信息素在低温下诱蛾量高于高

温下诱蛾量,温度、相对湿度与诱捕量成负相关。温度在 13~32 度范 围内,相对湿度、降水量和蒸汽压对诱捕效果无明显影响。 诱捕量与月光强度成反比。圆月时诱捕量较低,诱捕量与月光强度呈 明显的负相关。 从圆月到无月, 诱捕量递增; 从无月到圆月, 呈递减。 总诱捕量在前半个月较多。[18] 2.4 植物挥发性物质 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 Helicoverpazea 和 苹 果 蠹 蛾 Cydiapomonella 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[19]。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 [20];黄地老虎 Agrotis segetam 雄虫对性信息素的反应在有寄主植物 气味存在时增强[21]。装有谷物抽提物及性信息素的诱捕器捕获麦蛾 Sitotraga cerealella 的数量明显高于仅设置性信息素的诱捕器[22]。

3 展望 3.1 经济效益及发展前景 我国外来有害生物入侵形势十分严峻。 经济全球化和对外开放使我国 与世界各地的经贸交流和旅游往来频繁, 外来有害生物传入我国的风 险大大增加。2002 年,国家检验检疫部门在全国口岸共截获各类有 害生物 1310 种 22448 批次,比 2001 年分别增加了 1.5 倍和 3.4 倍。 例如,椰心叶甲从东南亚入侵海南,2002 年受害椰树达 46 万株,有 关部门治理该虫花费近 500 万元。2006 年全国出入境检验检疫机构 共截获有害生物 2471 种 10.4 万次,截获次数比 2005 年同期增加了 30%。据统计,近年我国遭受外来生物入侵的种类约 400 余种,昆虫 引诱剂已经成功应用在美国白蛾、 红脂大小蠹等成虫发生期及种群动 态的监测上。经粗略估计,几种主要的入侵种每年造成的农林业直接 经济损失高达 5.74 亿元,入侵种造成的总体损失可达数千亿元人民 币。[23]国家各海关检疫系统已经将昆虫信息素应用于各海关、港口 进行了有害生物的监控和检疫,有效截获了多类疫情,每年减少直接 经济损失上亿美元。 据 FAO 统计,中国果树总面积为 993.3 万 hm2,占世界果树总面积的 20.39%,居世界第一位。1993 年以后,我国已成为世界第一水果生 产大国。目前全国约有 350 个县(区、市)果园面积超过 666.7hm2, 全国水果出口创汇仍然呈较大幅度的增长, 果树生产已成为我国种植 业中的重要组成部分。加入 WTO 后,进口果品的高价畅销与国内果 品的低价滞销形成巨大反差,而形成这一反差的主要原因是果品质

量,提高产品的质量和商品性,是提高果品经济效益,使果树产业健 康发展的有效途径。 只要我们使用病虫害无公害防控技术就可以提高 果品质量,按照 IFP(综合果实生产管理技术体系)生产方式生产无 公害果品,再加上我国水果产区较好的生态环境,就一定能够提高我 国果品在世界贸易市场上的销售量,赚取更多的外汇。应用昆虫信息 素来防控果树的虫害是目前行之有效且可筛选出有效的生物防治措 施之一,能有效减少农药的使用量,降低农药残留,达到出口果品的 标准。 从生产绿色蔬菜方面来看, 2006 年全国蔬菜种植面积达 1600 万 hm2, 成为仅次于粮食的第二大农作物。 2001 年中国蔬菜总产量 2.4 亿吨,出口额 21 亿美元,成为出口增长 最快的农产品之一。我国是一个蔬菜生产和消费大国,同时也是病虫 害发生比较严重的国家, 如何有效地防治病虫害一直是广大农民和植 物保护工作者面临的主要难题。蔬菜害虫是农业害虫中重要一类,为 了有效地控制该类害虫,同时又不破坏生态环境和危害人类健康,其 防治应着重利用天敌昆虫或昆虫病原微生物。其中,利用昆虫信息素 防控虫情的发展是一项环保、绿色、无公害、无污染的手段,对于出 口创汇的蔬菜虫害防治,起到了不可缺少的作用。 我国是农业大国,除粮食作物、蔬菜外,经济作物的种植面积也相当 可观。2006 年全国棉花种植面积达到 533.3 万 hm2,新疆及其他棉花 产区的棉花害虫发生严重,为保证棉桃产量和质量,使用昆虫信息素 的防治方法有效抑制了害虫的发生。2007 年,仅棉铃虫的信息素诱

芯使用量达到几十万粒。[24]近两年,农业上各类害虫的信息素诱芯 的使用数量呈快速增长趋势, 作为一种害虫防控的生物控制手段已经 被广大农民们认可和接受,具有广阔的发展空间。 3.2 生态效益及发展前景 由于昆虫信息素具有专一性强,对人畜低毒,不污染环境、不伤害天 敌的优点, 且可广泛应用于农林业生产, 海关检疫, 仓储害虫的防治, 有效地检测和控制害虫的发生,可以作为害虫综合治理的有效手段。 同时,随着昆虫信息素的深入研究,还可应用于卫生害虫、文档害虫 的防治。对于不便使用农药的公园、露天运动场、宾馆、餐厅等,昆 虫信息素都可发挥它的优势,带给人们以真正绿色健康的生活环境。 昆虫信息素的合理利用必将为我国生产高质量的农林产品, 防止有害 生物入侵和人们的绿色健康生活做出积极的贡献。 可以看出,昆虫信息素不仅绿色环保无公害,而且还是高效的生物杀 虫剂,防治效果不输于化学农药,使用信息素防治可有效降低农药使 用量及防治成本,因其不伤害天敌,不对目标昆虫产生抗药性,故在 IPM 防治对策中可以使用昆虫信息素作为绿色防治害虫的重要手段。 从生产和应用上看,该项技术在我国有着巨大的发展空间和前景。

4 小结 以性信息素技术进行防治害虫和动态监测有多种优点, 并已在许多 国家地区得到应用, 然而这一技术还存在成本较高、田间效果不太 稳定、使用不够方便等问题, 但随着性信息素人工合成成本的降低、

剂型的改进及相关技术的不断完善, 特别是人们环保意识的增强和 对绿色食品的要求, 昆虫性信息素这种不污染环境的害虫防治技术, 必将在未来的植物保护中占有越来越重要的位置。 参考文献 [1] 曹涤环.神奇的昆虫性信息素.农药市场信息, 2010,12(14) [2] 王郁, 邱乐忠.昆虫信息素的应用及前景.福建农业科技, 2011, 2: 48-50 [3] 张晓光, 赵连吉, 王兆荣, 等.昆虫信息素在害虫防治上的应用 [J] . 吉林林业科技,2003,32(2):68-68,72. [4] 阎云花,伍德明,崔君荣. 用性信息素预测棉铃虫发生期的可靠 性[J].生态学报,1999,19(6):882-884. [5] 朱丽虹, 金伟玲, 戚凯.人工合成美国白蛾性信息素的应用研究 . [J] 昆虫知识,1998,35(4):225-227. [6] 周长泉,尹若波,王营书,等.性信息素防治苹果小卷叶蛾的应用 推广[J].山东林业科技,1998(6):20-21. [7] 沈光鹏.用信息素监控储粮害虫 [J] .粮油储藏, 1999, 16(1): 34-36, 49. [8] 徐文华,沈安国,陈志远,等. 性信息素在棉铃虫综合治理中的 作用研究[J].植物保护,2000,26(4):23-26. [9] 薛光华,严均,王文广,等.性信息素监测和防治苹果蠹蛾的应用 技术研究[J].植物检疫,1995,9(4):198-203. [10] 赵学谦, 范京安, 秦慕, 等.四种性信息素田间监测实蝇研究 [J] .

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