重大入侵害虫松树蜂的繁殖行为与化学生态调控机理

The sirex woodwasp Sirex noctilio has become an important forestry invasive species in a number of countries and has invaded in northeast China on P. sylvestnis var. mongolica Litv. two years ago. It is urgent to improve the monitoring technique of the invasive pest. The study on the reproductive behaviour is crucial part of optimizing monitoring technique, which is also an important content of invasion biology. On the other hand, the reproductive behaviour are closely related to chemical ecology regulation, which also play an important role in exploiting new pest montoring approach. The Circaian rhythm of S. noctilio adult emergence, calling, mating and oviposition behavior on the host plant P. sylvestnis var. mongolica Litv. are studied by field surveillance and labortory observation. Semiochemicals including S. noctilio pheronome, plant and symbiotic fungus volatiles are exacted and collected. They are identified and quantified gas chromatography-mass spectrometry(GC-MS). Attractiveness of these semiochemicals to S. noctilio adults are based on gas chromatography-electroantennogram detection (GC-EAD). Both wind tunnel, Y-tube bioassay and field tests are conducted to measure the attraction of S. noctilio adults to crude extract or synthetic compounds lures under labortory and field conditions. Using single sensilum recording (SSR), we investigate the mechanism of the semiochemicals coding in the peripheral olfactory nervous system of S. noctilio. In total, the studies will observe the invasive behaviour and elucidate chemical ecology medicated mechanism of S. noctilio, and finally provide a new approach to monitor the pest under the field conditions from “insect-plant- symbiotic fungus” complex.

松树蜂是国际上具有极高风险的林业外来入侵生物，两年前首次发现已入侵并定殖于我国东北地区樟子松林分，急需有效的监测技术。系统明确繁殖行为，是开发监测技术的理论基础，也是入侵生物学核心内容之一；而繁殖行为离不开化学生态调控，化学生态调控研究是开发监测技术的最佳切入点。本项目通过林间调查和室内行为实验，研究松树蜂在樟子松上羽化、求偶、交尾和产卵等繁殖行为；运用昆虫信息素、植物（或共生菌）挥发物取样技术、GC-EAD、GC-MS、风洞和Y型嗅觉仪等一系列信息化合物分析技术、室内电生理实验、行为实验以及林间监测试验，明确松树蜂配偶和寄主定位信息化学活性物质组份与比例，开发松树蜂引诱剂，并应用于林间种群监测；嗅觉机制方面，利用单感受器记录，研究松树蜂触角外周嗅觉神经对信息化学活性物质的感受特点。最终从“昆虫-植物-共生菌”复合系统阐明松树蜂的繁殖行为与化学生态调控机理，为该虫的有效监测提供新方法。

松树蜂是国际上具有极高风险的林业外来生物，2013年首次入侵我国并定殖于东北地区樟子松林，目前急需有效的监测技术来摸清其种群传播态势。本项目从松树蜂繁殖行为和化学生态调控两个方面展开研究。首先，松树蜂雄蜂先羽化，数量显著多余雌蜂，羽化期集中在每年6 月底到9 月初；成蜂交尾具明显日节律和昼夜节律，2日龄10:00-11:00是其求偶和交尾高峰，非生物因子（光）对求偶交尾影响最大，5:15的雌雄比最适宜树蜂交尾，体型大的雄蜂更容易交尾，有无寄主不影响交尾成功。信息素方面，在交尾节律高峰收集的中国松树蜂种群，其雄蜂挥发物主要成分为顺-3-癸烯-1-醇，释放节律与交配节律一致。植物挥发物方面，全环割樟子松释放的5种物质(+)-α-蒎烯、β-蒎烯、(±)-柠檬烯、莰烯、(+)-3-蒈烯，均能引发较强的电生理反应，是松树蜂植物源引诱剂最重要的活性物质。林间应用方面，使用上述信息素和植物源活性物质配置诱芯进行连续5年的林间诱捕实验，可以非常理想的捕获雌雄两性树蜂。在化学感受机制方面，松树蜂触角上分布了7种不同的感器类型，利用单感器记录技术找到了关键气味物质的嗅觉受体神经元；通过转录组测序，筛选得到松树蜂触角气味结合蛋白16种，化学感受蛋白7种, 气味受体 41 种, 味觉受体 8 种, 离子型受体 13 种, 感觉神经元膜蛋白 1 种；通过同源建模和分子对接，发现SnocOBP4，SnocOBP9和SnocOBP12可以结合关键植物源挥发物(+)-α-蒎烯、β-蒎烯、雌蜂信息素顺-9-二十九烯和雄蜂信息素顺-3-癸烯-1-醇。特别值得一提的是，SnocOBP9和蜜蜂以及其他膜翅目性信息素结合蛋白同源性非常高，通过荧光结合实验证实，该蛋白正是结合雄蜂信息素主成分顺-3-癸烯-1-醇的特异性信息素结合蛋白（PBP）。从分子层面挖掘嗅觉蛋白基因，可以和关键活性物质鉴定相互印证；下一步考虑从“反化学生态”角度，借助室内分子证据，进一步优化林间配方。此外，对同域近缘种新渡户树蜂进行了相关研究，并和松树蜂进行比较分析；本地种和入侵种的同步比较研究，更有助于理解松树蜂入侵机理，预测其定殖后发展态势，为下一步开展更深层次、更多角度的研究奠定基础。