桃红颈天牛成虫的交配行为及对不同寄主植物的栖落和产卵选择性

陈俊蓉,闫诗谣,曹丹丹,2,靖金蕊,张 阔, 菅凯敏,马海峰,魏建荣,*

(1.河北大学生命科学学院,河北保定 071002;2.河北省生物工程技术研究中心,河北保定 071002; 3.巴彦淖尔市造林技术推广站,内蒙古巴彦淖尔 015000;4.巴彦淖尔市野生动植物和湿地保护中心,内蒙古巴彦淖尔 015000)

桃红颈天牛Aromiabungii属鞘翅目(Coleoptera)天牛科(Cerambycidae)天牛亚科(Cerambycinae)(陈世骧等,1959)。原产于东亚地区，我国除新疆和西藏外广泛分布，国外则分布于俄罗斯、日本、朝鲜、韩国、越南等国。寄主植物主要以蔷薇科果树和观赏树木为主，也危害其他阔叶树。其中桃树受害最为严重(龚青等,2013;EPPO,2015;白瑞霞等,2017)。

桃红颈天牛2～3年完成一代，一代跨3～4年。成虫以成熟或腐烂的果实为食，寿命长达2个月。成虫羽化出孔即可交配，并可多次交配产卵(余桂萍和高帮年,2005;马文会等,2007)。作者调查发现，在河北保定，成虫一般在6月下旬羽化，7月中旬达到高峰期。成虫一般将卵产在寄主树皮的裂缝中，卵孵化为幼虫后在韧皮部或厚的树皮中钻蛀取食，随着幼虫长大逐渐至木质部取食，最后在木质部中化蛹。幼虫一生钻蛀隧道长约50～60 cm。据调查，3 年生以上挂果后的桃树开始受到侵害，6～7年生桃树年均死亡株率6.5%，12年生桃树被害株率88.9%，19～20年生桃树受害率达90%以上(李密等,2018)。桃红颈天牛自2013年以来在日本对桃园和樱花树造成了严重的破坏(Yasuietal.,2019)。在意大利，数百棵杏树、樱桃和李树由于幼虫危害造成树势衰弱甚至死亡(EPPO,2014)。在国内仅李属植物受到的危害已给水果产业造成重大影响(龚青等,2013)。

桃红颈天牛危害严重，幼虫生活的隐蔽性使得对其开展的防控效果不佳。目前的防治方法主要是物理刮皮法或采取树干注药、涂药泥等方法杀死幼虫，但易对寄主树造成伤害，并且有农药残留，所以开发利用信息化学物质对其进行监测和防治逐渐受到关注。目前与桃红颈天牛有关的信息素已发现3种，分别是源于雌成虫虫体挥发物中的(R)-(+)-香茅醛[(R)-(+)-citronellal](魏建荣等,2013;Wangetal.,2018)；雄成虫虫体挥发物中的反-2,顺-6-壬二烯醛[(2E,6Z)-nona-2,6-dien-1-al](魏建荣等,2013;Zouetal.,2019)；以及一种雄虫产生的聚集性信息素(Fukayaetal.,2017)，其主要成分为(E)-2-顺式-6,7-环氧壬烯醛[(E)-2-cis-6,7-epoxynonenal](Xuetal.,2017)，它的外消旋体(Xuetal.,2017)和对映异构体(Yasuietal.,2019;Zouetal.,2019)已能进行人工合成。上述研究的信息化合物皆源自桃红颈天牛虫体，属于虫体挥发物，在野外复杂多变的环境中能够诱捕到一些成虫，但目前还未达到理想的效果。

植食性昆虫除利用自身信息素进行聚集和搜寻配偶外，还利用植物挥发物对寄主进行定位以选择取食、交配和产卵场所(杜家纬,2001)。产卵对昆虫的繁衍起着至关重要的作用(Ballabenietal.,2001;Ishihara and Ohgushi,2008;Zhangetal.,2012)，成虫产卵偏好性与昆虫行为间的关系是植物和昆虫进化过程中的关键问题(Futuyma and Peterson,1985;Thompson,1988)。桃红颈天牛世代周期长，幼虫发育期间不更换寄主，雌虫选择产卵的位置直接决定了子代的发育，因此研究桃红颈天牛交配产卵行为与寄主间的关系具有重要意义，然而到目前为止未见相关报道。本研究选取蔷薇科2亚科3属共8种寄主植物木段对桃红颈天牛成虫栖落和产卵选择性进行了研究，同时对其成虫的交配和产卵行为进行了仔细观察，目的在于揭示其成虫行为与寄主间的关系，发现对桃红颈天牛引诱性最强的寄主植物，为下一步提取引诱性物质、开发引诱剂，或为经济林树种合理间作等提供科学有效的依据。

1 材料与方法

1.1 供试昆虫

桃红颈天牛成虫于2019年7月上旬采自河北省顺平县台鱼庄(38°15′36″N,115°08′06″E)。捕捉成虫并置于养虫管(高10 cm，直径3.5 cm)内带回室内，在养虫盒(长×宽×高=19 cm×12 cm×8 cm)中以果面出现烂斑，且腐烂面积在1/4左右的桃果饲养，定期更换清洗养虫盒。

1.2 供试寄主植物

选择曾报道受害的8种寄主植物树段作为供试材料，分别为苹果Maluspumila、山樱花Prunusserrulatavar.spontanea、桃树Prunuspersica、西府海棠Malusmicromalus、毛樱桃Prunustomentosa、秋子梨Pyrusussuriensis、杏树Prunusarmeniaca和红叶李Prunuscerasiferavar.atropurea。上述8种寄主材料均采自于河北大学校园内。2019年7月上旬截取离地面高0.8～2 m、胸径7～8 cm的健康树段带回室内，再截成40 cm长木段，用石蜡封住截面，保鲜膜包裹，以减少树段水分的散失。室温保存，一周内开展产卵选择试验。

1.3 桃红颈天牛成虫交配和产卵行为观察及在不同寄主植物树段上的栖落和产卵选择性测定

预试验表明，树皮的粗糙程度会影响成虫的产卵选择。为避免树段的物理性状影响成虫的选择，本试验中先采用工具刮掉木段上比较粗糙的树皮，使8种树段表面粗糙程度相似。然后在每节木段上刻一条纵向槽(宽约0.15 cm，深约0.35 cm)和一条“之”字形的槽(转角70～80°，宽深同纵向槽)。

参照随机数字表，将处理后的8种木段垂直随机放入纱笼(长×宽×高=2 m×2 m×1 m，六面覆盖60目纱网，一侧能打开)底部的A-H位置(图1)，以不锈钢三脚架固定。挑选20头日龄为10 d左右、处于产卵期的雌虫，10头活力较强的雄虫，放入笼子底部中心(S区)，待其适应30 min后开始记录栖落在各木段上的雌、雄虫数量，每隔1 h记录一次。期间观察桃红颈天牛的各种行为。每天上午8∶00时左右将天牛引入，下午18∶00时观察结束，记录从每个树段上掉落的卵粒数，并清洗沙笼。翌日再次重复，连续观察记录3 d，3 d后剖开检查、记录每种木段上的卵粒数。试验期若有活力较差的成虫，则以健康成虫替换。试验设共3组重复。试验温度为25.4±0.55℃，RH 56.7%±3.19%。

图1 试验纱笼底面示意图Fig.1 Bottom view of the experimental cageA-H:试验区 Test areas;S:适应区Adaptation zone.图中虚线表示每个试验区到适应区距离相等。The dotted lines between each test area to the adaptation area mean equal distance.

1.4 数据分析

成虫在8种寄主植物木段上的平均栖落雌虫数、平均栖落雄虫数、产卵量占比的计算公式分别如下：

某植物木段上平均栖落雌虫数(头/次)=该木段上栖落雌虫总数(头)/观察总次数(次)；

某植物木段上平均栖落雄虫数(头/次)=该木段上栖落雄虫总数(头)/观察总次数(次)。

某植物木段上的产卵量占比(%)=该木段上的卵粒数(粒)/8种木段上的卵粒总数(粒)×100%。

2 结果

2.1 桃红颈天牛成虫的交配和产卵行为

将桃红颈天牛引入测试笼后，成虫迅速向周围爬行散开，在爬行过程中触角左右小幅度摆动，当需要近距离识别时触角开始大幅度摆动，识别对象包括同性、异性、寄主亦或其他。成虫在识别过程中针对不同的对象会表现出不同的行为。

2.1.1交配行为：雌雌相遇时(图2:A)，大多数时候双方静止不动，用触角相互轻触彼此后绕开；极少数情况下会发生对峙、打斗行为。

图2 桃红颈天牛成虫的交配行为Fig.2 Mating behaviors of Aromia bungii adults图中文字具实线框为常见行为，无框为可能行为。The texts with solid wire frame in the figure mean a common behavior and the word without frame means a possible behavior.

雄雄相遇时(图2:B)，一旦触角相接便会发生打斗，但随着接触次数的增加，发生打斗的频率随之降低。打斗时中后足稳定发力，前足进攻，触角竖直减小张开角度并高频大幅度晃动，试图用上颚咬住对方的触角，一旦成功，振翅发力，直至弱者逃离。极少数情况下一雄爬上另一雄的背上，以口器轻触对方鞘翅基部或者前胸背板并有曲腹行为，而后离开。

雌雄相遇时(图2:C)，双方短暂静止。如果雄虫没有交配意向，两者用触角轻触彼此后改变爬行方向。如果雄虫有交配意向，则开始在雌虫周围积极爬行，雌虫避让，雄虫紧追，当雌虫静止不动时，雄虫突然以前足攀附上雌虫后胸两侧，中足跗节贴紧雌虫腹部抱住雌虫，曲腹伸出外生殖器，轻扫雌虫尾端。在此过程中有的雌虫欲逃跑或者反抗，雄虫便会用口器轻咬或舔雌虫鞘翅基部和前胸背板使其安静下来。抱对成功后，雌虫尾端微微张开，雄虫顺势将外生殖器插入雌虫生殖腔，随后稍稍拉出后又再次插入，多次尝试后雄虫内囊伸入雌虫交配囊，然后躯体微微抬高接着前后高频率震动。输精完成后，雄虫内囊缩回至雄虫腹部，但躯体依旧保持半骑抱握的交配姿势，陪护雌虫行走、取食、产卵或静止，该行为时间可持续2～60 min不等，之后雌雄分开，也有的雌虫会继续背负雄虫爬行，雄虫伺机而动再次交尾。整个交配过程可分为相遇抱对、插入输精、交配后陪护3个阶段。雌雄虫皆可多次与不同的异性交配。雌天牛既可以边交配边取食，也可以在交配和产卵之间快速切换。

若雌虫遇上一对正在交配的成虫(图2:D)，大多数情况下雌虫避让，极少数情况下雌虫会把正在交配的一对雌雄虫驱散，或者雄虫丢下正在抱对交配的雌虫与后来者交配。

若雄虫遇上一对正在交配的成虫(图2:E)，正在交配的雄虫会表现出较强的进攻性，用触角将新到的雄虫赶走，少数情况下新到的雄虫将正在交配的雌雄虫驱散，或把雄虫赶走后与雌虫交配。

2.1.2产卵行为：若雌虫遇上寄主木段，识别寄主木段后，会快速爬上木段，用触角鞭节的第5-9节不断接触敲打树皮表面进行产卵基质探测，其中第7-8节接触最为频繁；同时用下颚须和下唇须端部接触树皮表面，从外侧向内侧划过树皮表面进行探测；当探测到粗糙的树皮表面后，第8腹节末端下弯，用产卵器端突在粗糙的树皮表面进行探测，如果有缝隙，立即伸出产卵器插入缝隙内进行探测，一旦缝隙合适即进行产卵，产卵时头稍向前倾并伴随着来回伸缩。缝隙的大小、深度影响产卵的数量，适合的产卵缝隙中最少有1粒天牛卵，最多观察到17粒卵。每产1粒卵约需5～6 min，一头雌虫日产卵几粒到几十粒不等，一生产卵可达300多粒，产卵期约15 d。

若雄虫遇上寄主木段，识别寄主木段后，爬上木段，探寻一圈后更换位置，似乎是在找寻食物或者呼唤交配对象，少数出现单雄独自栖息的情况。

2.2 桃红颈天牛成虫在8种寄主木段上的栖落选择性

桃红颈天牛雌虫在8种寄主植物木段上的平均栖落数量存在显著性差异(F7,16=4.596,P<0.05)(图3:A)。在桃木段上平均栖落雌虫数量最高，为1.25±0.11头/次；其次是在毛樱桃、山樱花、杏、红叶李和秋子梨上，依次为1.03±0.30,0.78±0.11,0.66±0.15,0.57±0.08和0.49±0.10头/次；在苹果和西府海棠木段上的较低，分别为0.38±0.18和0.23±0.10头/次。其中在桃与苹果和西府海棠木段上的平均栖落雌虫数量存在显著性差异(F2,6=13.269,P<0.05)，在毛樱桃与西府海棠木段间存在显著性差异(F1,4=7.33,P<0.05)，但在苹果与西府海棠木段之间无显著性差异(F1,4=0.446,P=0.541)，在山樱花、杏、红叶李、秋子梨木段相互之间也无显著性差异(F3,8=1.188,P=0.374)。

桃红颈天牛雄虫在8种寄主植物木段上的平均栖落数量存在显著性差异(F7,16=3.758,P<0.05)(图3:B)。在毛樱桃木段上平均每次栖落雄虫数量最高，为0.68±0.16头/次；其次是在红叶李、桃、山樱花、秋子梨、杏和苹果上的栖落数量,依次为0.55±0.07,0.53±0.13,0.46±0.03,0.43±0.06,0.21±0.07和0.21±0.17头/次；在西府海棠木段上的最低，仅为0.10±0.06头/次。其中在毛樱桃与西府海棠木段上的平均栖落雄虫数量存在显著性差异(F1,4=12.456,P<0.05)，在其余任何两种植物木段上的平均栖落雄虫数量间无显著性差异(F5,12=2.479,P=0.092)。

图3 桃红颈天牛雌(A)、雄(B)成虫对8种寄主树段的栖落选择性Fig.3 Perching preference of female (A) and male (B) adults of Aromia bungii among logs of eight host tree species桃红颈天牛共计20♀10♂置于一个笼子中，每隔1 h记录1次每种木段上栖落成虫数；试验于2019年7月17-19日上午8∶00-18∶00时进行。图中数据为3组重复的平均值±标准误，柱上不同小写字母表示不同寄主植物间差异显著(P<0.05,Tukey氏HSD检验)。Twenty males and 10 females of A.bungii were introduced into one cage,and then the numbers of A.bungii adults perching on each log were recorded every 1 h.The experiments were conducted from 8∶00 a.m.to 6∶00 p.m.during July 17-19,2019.Data in the figure are means±SE of three replicates.Different lowercase letters on bars indicate significant difference among different host plants (P<0.05,Tukey’s HSD test).

2.3 桃红颈天牛成虫对8种新鲜寄主木段的产卵选择性

桃红颈天牛在8种寄主植物新鲜木段上的产卵量占比存在显著性差异(F7,16=35.804,P<0.05)(图4)。其中在桃树木段上的平均产卵量占比最高，达54.39%±8.27%，与在其他7种寄主木段上的产卵量存在显著性差异；其次是在红叶李上的(21.65%±4.14%)、毛樱桃上的(13.85%±4.74%)和杏上的(6.26%±2.07%)。在红叶李木段上的产卵量占比与杏树木段上的产卵量占比存在显著性差异(F1,4=13.158,P<0.05)。在山樱花、苹果、西府海棠和秋子梨木段上的产卵量占比较低，分别为1.83%±0.69%,1.11%±0.34%,0.57%±0.34%和0.34%±0.30%，与在桃、红叶李、毛樱桃木段上的产卵量占比之间存在显著性差异(F6,14=42.187,P<0.05)。

图4 桃红颈天牛成虫在8种寄主木段上的产卵选择性Fig.4 Oviposition preference of Aromia bungii adults to the logs of eight host tree species产卵量占比为3 d内每种木段上的卵粒数与所有木段上的产卵总量之比；试验于2019年7月17-19日8∶00-18∶00时进行。图中数据为3组重复的平均值±标准误，柱上不同小写字母表示不同寄主植物间差异显著(P<0.05,Tukey氏HSD检验)。The proportion of eggs laid was the ratio of the egg numbers laid on each log to the total number of eggs laid in 3 d.The experiments were performed from 8∶00 a.m.to 6∶00 p.m.during July 17-19,2019.Data in the figure are means±SE of three replicates.Different lowercase letters above bars indicate significant difference among different host plants (P<0.05,Tukey’s HSD test).

2.4 桃红颈天牛栖落数量与产卵量间的相关性

采用Pearson相关分析法评价桃红颈天牛平均栖落雌虫数、平均栖落雄虫数和产卵量占比三者之间的关系(表1)。结果表明平均栖落雌虫数与平均栖落雄虫数间存在中度正相关关系(r=0.624,P=0.001)；产卵量占比与平均栖落雌虫数间存在中度正相关关系(r=0.699,P<0.01)；产卵量占比与平均栖落雄虫数间存在弱正相关关系(r=0.466,P=0.022)。

表1 桃红颈天牛成虫在不同寄主木段上的产卵量与雌雄虫栖落数量间的相关性Table 1 Correlation between the number of egg laid and the numbers of female and male adults of Aromia bungii perching on different host logs

3 讨论与结论

室内观察发现桃红颈天牛成虫的交配行为包括避让、打斗和交配3种行为，其中交配过程可分为相遇抱对、插入输精和交配后陪护3个阶段(图2)，这与很多天牛行为(Edwards and Linit,1991;贺萍和黄竞芳,1993;杨洪等,2007;Fonseca and Zarbin,2009;Luoetal.,2011;杨桦等,2011)相似。雌虫无论遇上雌虫、雄虫，还是正在交配的雌雄虫，多数时候选择避让，很少有冲突打斗行为，但雄性如果遇上雄性或交配中的雄性，则会发生冲突打斗行为，这些行为反映了雄性天牛间的性内竞争。雄虫的交配后保护现象也是雄性性内竞争的重要行为(Hanks,1999;嵇保中等,2002)。桃红颈天牛识别过程中总是用触角相接触，当雌虫不交配时雄虫会用口器轻咬或舔雌虫鞘翅基部或者前胸背板，使得雌虫安静下来，这种现象在其他天牛中也有存在，一般认为是天牛雌虫体表存在接触性信息素，其在雄虫识别雌虫和启动交配中起着重要作用(Hanksetal.,1996;Fonseca and Zarbin,2009;Luoetal.,2011)。桃红颈天牛交配过程中雄虫占据主导地位，但交配地点决定于雌虫，交配过程中不随意更换位置。比较而言，不交配的雌虫喜欢到处爬行和飞翔，还有的喜欢往窄缝中钻，可能与寻找产卵场所有关。雌雄成虫多选择在寄主植物上栖息和交配，说明寄主植物能吸引并影响桃红颈天牛的行为。

采用Pearson相关性分析检验，星号和双星号分别表示在0.05和0.01水平上显著相关。The correlation analysis of Pearson was used to test the correlation.Single asterisk and double asterisk indicate significant correlation at the 0.05 and 0.01 level,respectively.

本试验中，桃红颈天牛雌虫在桃树木段上的栖落数量最高，但只与苹果和西府海棠有显著性差异(F2,6=13.269,P<0.05)；雄虫在毛樱桃木段上的栖落数量最高，但只与西府海棠木段上的有显著性差异(F1,4=12.456,P<0.05)(图3)。苹果和西府海棠属于李亚科苹果属，桃、红叶李、毛樱桃、杏和山樱花属于李亚科李属，秋子梨属于李亚科梨属，说明桃红颈天牛选择寄主为栖落场所时，具有属间相似性，可能同一属植物的树皮挥发物具有相似性。由于本试验中空间较为狭小，树段和虫口密度高，因此试验结果只反映了天牛近距离的识别与探测。对于桃红颈天牛的远距离识别，则需要更大范围的野外试验。由于果园多为同一种寄主植物集中栽种，气味单一且浓度高，天牛对寄主定位反而可能会简单些。

当天牛到达寄主植物后，通过足、触角、口器或产卵器反复接触植物表面，鉴别植物的物理和化学性质是否适合其栖息、交配或产卵。本研究主要是测试寄主植物化学性质对成虫趋性的影响，但作者在预试验中发现树皮的粗糙程度对桃红颈天牛的产卵有极大影响，这与柳杉天牛Semanotusjaponicus雌虫更喜欢大胸径且粗糙的树干表面藏身、产卵(Shibataetal.,1994)一致，因此为使各寄主树木段表面的粗糙度基本保持一致，作者在试验前将各木段的粗糙裂皮刮去。不过，由于光滑树皮不利于昆虫侵害(Ferrenberg and Mitton,2014)，而且桃红颈天牛在产卵时没有刻槽行为，因此作者在每节木段上凿出一条纵向槽和一条“之”字形的槽供雌虫产卵。

研究结果显示，桃红颈天牛雌虫在桃树木段上的产卵量占比最高，达54.39%±8.27%，与在其他7种寄主树木段上的存在显著差异(F7,16=35.804,P<0.05)(图4)，说明桃树木段不仅吸引桃红颈天牛雌虫栖落，还适合桃红颈天牛雌虫产卵，这可能与桃树木段的营养物质或次生代谢物质含量更适宜桃红颈天牛子代幼虫发育有关。作者下一步将测定桃树树干上的营养物质、次生物质与其他寄主植物间的差异，找出影响产卵的主要因素。

桃红颈天牛是一种寡食性昆虫(EPPO,2014)，寡食性昆虫的寄主植物一般取决于雌性的产卵选择。桃红颈天牛雌虫产卵量与雌虫栖落数量相关性高(r=0.699,P<0.01)，而雄虫栖落量与雌虫栖落数量相关性高(r=0.624,P=0.001)(表1)，因此推测桃红颈天牛在选择寄主时，雌虫主要以选择寄主进行产卵为目的，雄虫以找寻雌虫进行交配为目的，但其结果都是为了更好地将自身基因传递下去。由于寄主植物挥发性信息化学物质会刺激雌虫在寄主植物上的产卵行为，并且吸引昆虫两性相遇在雌虫的产卵场所(Bauretal.,1993;Ginzel and Hanks,2005)，比如松墨天牛Monochamusalternatus的雌雄配对就会借助于寄主植物挥发的萜稀类化合物(Fan and Sun,2006)，因此寄主植物挥发物可能在桃红颈天牛雌雄相遇乃至交配过程中起到一定作用。

综上所述，桃红颈天牛成虫相遇包括避让、打斗和交配3种行为。交配过程可分为相遇抱对、插入输精和交配后陪护3个阶段。桃红颈天牛在苹果M.pumila、山樱花P.serrulatavar.spontanea、桃P.persica、西府海棠M.micromalus、毛樱桃P.tomentosa、秋子梨P.ussuriensis、杏P.armeniaca和红叶李P.cerasiferavar.atropurea8种寄主植物木段上的栖落和产卵选择性试验表明，雌虫喜好在蔷薇科李亚科李属的桃树木段上栖落和产卵，雄虫则喜好在毛樱桃木段上栖落。