跟踪信息素对红火蚁觅食行为的调控作用

The red imported fire ants (RIFA), a famous global invasive species, was discovered in China in 2004. They pose a threat to native ants and other species due to its strong fertility and competitiveness. In addition, RIFA can be harmful to livestock and humans for their aggressive behavior. Many studies have been done on RIFA trail following behavior, and the mail component of trail pheromone has been identified. However, the composition and ratios of tail pheromones are not clear. How trail pheromone modulate the beginning of foraging behavior and ending a used trail when the food is exhausted, and how to tag food with different quality and quantity are not clear. In this project, we focus on trail following behavior; we investigate the composition of trail pheromones and the ratios of different compounds. We want to figure out how RIFA recruit workers and start trail following behavior, tag food with different quality and quantity; and end a used trail when the food is exhausted. As so to clarify the chemical regulation of trail pheromone to trail following behavior in RIFA. How social insects, ants, use individually produced chemicals to regulate colony level behavior. Furthermore, trail pheromones are species-specific and have powerful attractive effects to RIFA. Therefore, the RIFA population can be maintained at a low level, using trail pheromones combined insecticide, and thus achieve the purpose of pest control.

红火蚁2004年入侵中国，由于繁殖力大且竞争性强，对入侵地的蚂蚁和其他物种造成极大威胁，不仅破坏生态环境，而且由于攻击性强，危及农业生产和人畜健康。国际上对红火蚁跟踪行为有一定的研究，跟踪信息素主要组分也已鉴定。但对于红火蚁跟踪信息素的组成，以及如何调控觅食行为的开始，终止；如何编码不同种类的食物资源等方面尚不清楚。本项目从觅食跟踪行为入手，探索红火蚁跟踪信息素的化学组成和比例及动态变化，明确红火蚁如何招募工蚁，启动跟踪行为；如何标记不同种类食物资源，确保跟踪行为的进行；以及在食物搬运结束时，红火蚁如何标记跟踪路径的结束。从而阐明红火蚁跟踪信息素的化学调控机理，个体水平释放的跟踪信息，如何调控群体水平的行为。此外，跟踪信息素具有物种特异性，微量的跟踪信息素就有很强的吸引性，因此可以通过跟踪信息素干扰蚂蚁觅食行为，结合杀虫剂的方法，将蚂蚁种群数量维持在一个较低的水平上，达到害虫防治的目的。

红火蚁在世界范围内的扩散、入侵，取代入侵地蚂蚁成为优势种，并显著降低入侵地的生物多样性，与其高效的觅食效率，掠夺式的迅速抢占有限的食物资源的习性密切相关。红火蚁使用跟踪信息素调控觅食行为。红火蚁跟踪信息素由杜氏腺产生，并通过毒针对觅食路径进行标记。调控红火蚁觅食跟踪行为的信息素组分的化学结构还存在争议，法尼烯被认为在觅食行为中有重要的调控作用。我们使用硅胶柱分离纯化了红火蚁工蚁的浸提物，使用制备HPLC和核磁共振对跟踪信息素组分 (法尼烯组分) 的结构进行了分析，确定了跟踪信息素组分的四种化合物为Z,E-α-法尼烯、E,E-α-法尼烯、Z,E-α-高法尼烯和E,E-α-高法尼烯，并合成、纯化了这四种化合物。我们解剖得到了红火蚁工蚁杜氏腺浸提物，使用杜氏腺浸提物、硅胶柱分离得到的跟踪信息素组分和合成的Z,E-α-法尼烯进行了行为实验。行为实验结果显示，杜氏腺腺体浸提物低浓度 (0.005个体当量/微升) 时即可显著引起红火蚁工蚁的觅食行为，而高浓度的Z,E-α-法尼烯 (1个体当量/微升) 也无法引起觅食行为；即使使用杜氏腺诱导红火蚁工蚁进入觅食状态，工蚁也无法沿着Z,E-α-法尼烯形成的路径完成跟踪行为。我们通过硅胶柱分离纯化杜氏腺腺体浸提物，结合行为实验测定的方法，找到有含有重要活性物质的流分，该流分内不含法尼烯，通过比较GC-MS/MS质谱定位到活性化合物的保留时间，根据质谱信息初步鉴定此化合物的结构为高桉叶烯（C16H26），将开展化学合成工作对化学结构和活性进行验证。该化合物具有极高的招募行为活性，将可以开发觅食行为干扰剂和引诱剂用于红火蚁的防控。