棉铃虫找“产房”背后的化学感受机制揭示重大农业害虫绿色防治有了新思路

图为棉铃虫。

昆虫是如何通过气味来寻找合适的产卵地点的?中国农业科学院深圳农业基因组研究所研究员王桂荣团队等从棉铃虫产卵的独特行为入手，揭示了其选择产卵地点背后的化学感受机制，有望为棉铃虫这一世界重大农业害虫的绿色防治提供新思路和新策略。该研究由中国农业科学院深圳农业基因组研究所、中国农业科学院植物保护研究所、挪威科技大学等机构合作完成，相关研究成果近日发表于国际期刊《当代生物学》。

棉铃虫具有迁飞距离远、繁殖能力强等特性，对棉花、玉米、小麦等300多种农作物都有严重危害性。其对化学杀虫剂易产生抗药性，防治难度大。因此，开发绿色、针对性强的棉铃虫防治方法，对保障国家粮食安全具有重要意义。

从怀卵的那一刻开始，棉铃虫雌虫便踏上了寻找“产房”的漫漫长路。为了找到适合后代生存的环境，雌虫需要进行实地考察，主要通过气味来寻找合适的产卵地点。然而，气味纷繁杂糅，究竟是哪种气味对雌虫选择产卵地点起主导作用呢?

针对昆虫行为的过往研究显示，棉铃虫雌虫产卵后，虫卵会释放出一种特殊的气味，可以阻止其他雌虫在相同的地方产卵，这种独特的行为被称为“昆虫产卵忌避行为”。但是，这种气味如何引起昆虫的忌避行为，其中的机制一直不明确。

为了探究这背后的机制，王桂荣团队设计了一组有趣的实验。他们将交配后的雌虫放入一个长20厘米、宽14厘米、高8厘米的盒子中，在盒子顶部一侧放置未做任何处理的纱布，另一侧放置用产卵忌避素浸透过的纱布。产卵忌避素是能够调控棉铃虫产卵行为的特殊化合物。实验发现，棉铃虫对两侧产卵地点的首次访问率没有显著差异，但不会在有产卵忌避素的纱布上久留。

接着，研究人员模拟了雌虫寻找产卵地点的真实情况，将植株分为两组，一组涂有产卵忌避素混合物，一组不涂。结果显示，雌虫更倾向在未涂混合物的植株上产卵。通过气相色谱质谱法，研究团队利用气相色谱—触角电位联用仪，在棉铃虫虫卵表面鉴定出三个具有生物活性的长链脂肪酸甲酯。实验表明，这三种卵表化合物及其混合物都能够显著引起棉铃虫的产卵忌避行为，即阻止棉铃虫在特定区域产卵。同时，团队在棉铃虫触角的神经元中找到了能够识别这些气味的基因。

“这意味着我们从分子和神经水平上，掌握了昆虫产卵忌避行为背后的化学感受机制，解析了卵表挥发物忌避雌虫产卵的机制，为雌虫特异嗅觉通路介导产卵生殖提供了证据和实例。”王桂荣说，基于该研究，科研人员下一步有望研制出针对棉铃虫产卵的行为调控剂，用更加绿色的方法阻止棉铃虫在特定的田地里产卵，有效保护农作物。