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落叶松八齿小蠹是我国东北地区落叶松的主要蛀干害虫,由于该虫体型小、生活隐蔽、繁殖迅速,防治比较困难,造成巨大的经济损失及生态破坏,因此对该虫进行有效监测与防治刻不容缓。但关于该虫的分子地理系统学,聚集信息素及寄主信息化学物质的研究不够系统。因此,本研究主要结合我国东北地区落叶松八齿小蠹分子地理系统学的研究,利用触角电位仪(EAG)和气相色谱-触角电位仪联用技术(GC-EAD)分析不同种群的落叶松八齿小蠹触角对其聚集信息素响应的异同;利用其聚集信息素主要成分不同配比制作的诱芯在东北地区6个试验点进行野外引诱试验,揭示不同种群落叶松八齿小蠹对其聚集信息素野外行为反应的异同;采用顶空吸附采样法采集落叶松八齿小蠹不同寄主华北落叶松、兴安落叶松和长白落叶松树干和针叶的萜烯类挥发物,正己烷洗脱后利用手性气相色谱柱通过气相色谱及质谱进行定量定性分析,采用EAG和GC-EAD分析不同寄主背景下的落叶松八齿小蠹对寄主单萜类成分的选择性和敏感性;利用气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)分析不同地理种群的落叶松八齿小蠹以及其他种小蠹的体壁碳氢化合物成分,进一步揭示落叶松八齿小蠹的遗传变异及探讨体壁碳氢化学物成分作为化学分类特征物质的适用性。分析结果如下:
(1)不同地理种群的落叶松八齿小蠹线粒体DNA片段分析发现,总共捡测到27个单倍型,其中单倍型HT2,HT5,HT1,和HT6出现的频率最高,单倍型HT2可以被认为是中国东北地区落叶松八齿小蠹最古老的单倍型。HSJL和EDJL主要共享单倍型HT5,该地区并未发现单倍型HT2。较低种群内平均核酸变异度(0.6%)说明落叶松八齿小蠹并没有产生独立的地理亚种,同时发现分子变异与地理位置、气候和寄主密切相关。
(2) EAG剂量反应表明,落叶松八齿小蠹触角对聚集信息素主要成分97%-(S)-(-)-小蠹烯醇和97%-(S)-(+)-小蠹二烯醇的电生理灵敏度为0.1μg,且触角响应值在六个地理种群间无显著性差异;100μg量刺激下达到饱和水平,但是此时的触角响应值在六个地理种群间有显著性差异。50ng量刺激时,不同种群间落叶松八齿小蠹对R)-(-)-和(S)-(+)-小蠹二烯醇的EAD响应不同,主要可分为与地理位置与气候带相关的两个类群:类群1包括广兴、五岔沟、根河种群;类群2包括伊春、二道白河、抚顺种群;同时发现类群2的EAD响应值显著高于类群1;所有供试个体都检测到对(S)-(-)-小蠹烯醇EAD反应,且反应最强(0.35-0.73);而对所有供试个体对(R)-(+)-小蠹烯醇都无EAD活性。
(3)在所有地区诱芯为(-97/+3)-小蠹烯醇和(-3/+97)-小蠹二烯醇1∶1组合时引诱效果最强,而对于增加(-3/+97)-小蠹烯醇和(-97/+3)-小蠹二烯醇的比例对落叶松八齿小蠹的聚集均有一定的抑制效应,但是不同地区的抑制作用强弱不同。
(4)共鉴定出12种挥发性单萜烯成分,3种落叶松释放的主要单萜烯成分是s-(-)-α-蒎烯、r-(+)-α-蒎烯、(+)-3-蒈烯、r-(+)-β-蒎烯和s-(-)-β-蒎烯,其占挥发性萜烯成分的80%以上。
(5)落叶松八齿小蠹对对-伞花烃,(+)-3-蒈烯,s-(-)-α-蒎烯、(+)-柠檬烯、γ-萜品烯和萜品油烯表现出EAD活性;不同寄主背景下的落叶松八齿小蠹触角对寄主挥发物成分在100ng量刺激时产生不同强度的响应:对(+)-3-蒈烯、(+)/(-)-柠檬烯及香叶烯的反应都比较强烈,但不同地区已产生显著差异,而对(+)/(-)-莰烯反应比较弱,各地区间并没有显著差异;EAG剂量测试表明随着刺激浓度的增加,触角电位响应值增强;触角对单萜类物质的生物活性强弱与健康树体挥发物成分比例不相关,这可能是落叶松八齿小蠹一般不取食健康寄主的原因。
(6)不同种昆虫的体壁碳氢化合物在组成和比例都存在显著的差异,并无明显的雌雄二型性,同时不同地理种群间的落叶松八齿小蠹体壁成分也有一定的差异。体壁碳氢化合物的主要有含甲基支链的烷烃组成,其次是正烷烃。体壁碳氢化合物适合作为昆虫分类的化学特征物质,并适用于种及种以上水平的物种系统发育研究,但较低的分化是并不适合地理种群系统发育研究。