金银花与害虫咖啡脊虎天牛的化学通讯机制研究

Honeysuckle is an important medicinal and edible herb, of which the main pest, one longicorn beetle species (Xylotrechus grayii), has caused great economic losses. Chemical insectcide has little effect on woodborer insects like longicorn beetles. Based on chemical communication between insects and their host plants, use of phyto-attractants is a novel strategy for pest control. In this study, chemical communication between honeysuckle and X.grayii will be investigated. Multidisciplinary techniques will be adopted to analyze host volatiles of honeysuckle and to find out key components and their combination that attract X. grayii. The morphology of antennal sensilla and ordorant binding protein (OBPs) of X.grayii will be characterized. This study will not only demonstrate the chemical communication mechanism between medicinal plants and pests, but also help introduce environmental-friendly biological methods for pest control of medicinal plants.

金银花是我国重要的药食同源植物，其主要害虫咖啡脊虎天牛严重威胁金银花产业。使用传统化学农药防治天牛等钻蛀性害虫不仅效果差而且严重影响药材安全性，基于昆虫和植物化学通讯理论研发的植物源害虫引诱剂是一种无公害的害虫防治手段。基于此，本研究以金银花-咖啡脊虎天牛二级营养关系为研究体系，运用植物化学、昆虫电生理学和分子生物学等多学科技术，分析金银花挥发物的化学成分并筛选对咖啡脊虎天牛有引诱作用的化合物，观测该天牛触角感器的形态和功能结构，分析天牛气味结合蛋白的分子特征和结合特性，从形态结构、生理和分子层面上系统探讨该天牛对金银花的嗅觉感受机制；进而基于两者间的化学通讯原理，通过消减法筛选金银花吸引该天牛的关键挥发性化合物及其最佳配比，为研制该天牛的植物源诱杀剂提供基础。本研究不仅促进了药用植物和害虫化学通讯机制的理论研究，同时为药用植物害虫的无公害防治提供新途径。

金银花是我国重要的药食同源植物，其主要害虫咖啡脊虎天牛严重威胁金银花产业。使用传统化学农药防治天牛等钻蛀性害虫不仅效果差而且严重影响药材安全性，为寻找有效的绿色防控手段，本研究从野外调查和室内实验相结合，明确了咖啡脊虎天牛的生物学及其对寄主植物和配偶的识别机制，结果表明：1）调查了咖啡脊虎天牛的发生与危害特性。在各金银花主产区仅在山东平邑有危害，危害率高达72%；4-5月成虫出孔交尾产卵期，是防治的关键时期。2）研究了咖啡脊虎天牛的活动节律和交配行为，天牛活动时间为9：00-17：00，交配高峰为12：00-16：00。雌雄成虫均可与多头异性多次交配。交配过程经历相遇、抱对、 交尾、配后保护4个阶段。雌成虫产卵前无刻槽行为，卵散产于金银花枝干老皮下缝隙或表皮裂缝处。3）初步明确了咖啡脊虎天牛不是依赖嗅觉进行寄主植物选择，而是在产卵前依靠触觉识别寄主植物进行产卵，金银花枝干的表面结构是该天牛产卵识别的关键因素。4）咖啡脊虎天牛雌性成虫存在挥发性信息素，其中长叶环烯Longicyclene和荜澄茄油萜烯β-Cubebene能引起天牛持续的电生理反应，其比例为1：3，雌性成虫存在接触性信息素，雌成虫特有的两种成分17-三十五烯 和1-二十八烷醇是接触性信息素的的关键物质。接触性信息素是诱发交尾行为的关键。5）研究了咖啡脊虎天牛下唇须、下颚须、产卵器、足跗节的超微结构。下唇须和下颚须上感器共5类9种亚型。产卵器上感器2类4种，足跗节上刺形感器3种，这些感器在天牛寄主和配偶识别过程中起重要作用。 6）转录组分析显示咖啡脊虎天牛化学感受相关蛋白有气味结合蛋白OBPs34个，化学感受蛋白CSPs15个，气味受体ORs60个，感觉神经元膜蛋白SNMPs4个。荧光定量PCR显示XgraCSP5在雄虫触角中高表达，XgraCSP9主要在触角中高表达，且雌虫与雄虫之间存在显著性差异。本研究不仅明确了咖啡脊虎天牛的寄主植物和配偶的危害机制，为利用性信息素研发天牛引诱剂和迷向剂干提供依据，还从超微结构和分子角度阐释天牛对寄主和配偶的识别机制。