EPG技术在昆虫学研究中的应用及进展

刺吸行为电图(electrical penetration graph, EPG) 技术在植食性刺吸式昆虫,如蚜虫、粉虱、叶蝉和蓟马等研究中的应用日益深入,尤其是对蚜虫和粉虱的研究,已涉及寄主专化性、植物的抗虫机制以及病毒传播等领域。该文从蚜虫和粉虱等典型的刺吸式昆虫入手,介绍EPG技术的研究进展和应用前景。     

刺吸电位技术实验中固定昆虫的三种方法比较研究

刺吸电位技术(Electrical penetration graph,EPG)是用来记录刺吸式口器昆虫的口针在其寄主植物组织中刺探所引起的电信号变化特征的技术,其核心在于建立昆虫取食行为与EPG波形的对应关系。近年来,EPG技术在昆虫取食行为及其传毒行为,以及植物抗虫机制等研究中得到越来越广泛的应用。其中,昆虫固定是影响EPG电极连接成功与否的关键技术,进而影响EPG实验结果。本文以灰飞虱Laodelphax striatellus(Fallén)为例,就EPG实验中电极连接时常用的3种昆虫固定技术(麻醉法、冷冻法和负压法)进行了详细描述与比较。研究结果表明,固定灰飞虱最优的方法为负压法,其次为麻醉法和冷冻法。     

EPG即时显示软件Realdisplay的开发和利用

研究和开发在刺吸式植食性昆虫取食行为研究中,刺吸电位技术（EPG）的一种新的应用软件Realdisplay。该软件可任意选择EPG信号采集频率和显示的通道数,也可以在同一屏幕上同时以不同的信号采焦频率即时清晰地显示1个通道的EPG信号,使研究者能准确地了解和控制昆虫的即时行为细节。此外,该软件存储的EPG信息为实验过程中每一时刻的电热值,因而后续分析和统计极为方便。因此,Realdisplay强化了EPG技术的功能,拓宽了EPG技术的应用领域。为研究刺吸式植食性昆虫的取食行为细节,昆虫与病毒、宿主植物的关系提供了有力的工具。     

刺吸电波图实验中金丝与烟粉虱的粘连技术

刺吸电波图(EPG)是用于研究刺吸式口器昆虫取食的电生理技术。实验中,昆虫粘连技术是一项非常关键的技术,直接影响实验结果。该文以烟粉虱Bemisiatabaci(Gennadius) ,为例,介绍了粉虱成虫和若虫粘连的具体步骤和注意细节,比较了不同粘连方法的优缺点。结果表明,冷冻法是粘连粉虱最好的一种方法。     

褐飞虱取食人工饲料的刺吸电位波形鉴别

昆虫刺吸电位技术(Electrical penetration graph,EPG)与人工饲料体系相结合,能为昆虫与植物相互关系中的行为、生理/毒理和分子机制等多个领域提供定量的研究手段。由于人工饲料体系与植物组织在结构和成分方面有较大差异,以现有的植物EPG波形作为参照标准的研究方法存在局限性。本研究应用EPG技术记录褐飞虱Nilaparvata lugens(Stl)在人工饲料上的取食行为,结合刺孔检测和饲料染色等方法,鉴定各波形的生物学意义。研究发现,人工饲料EPG波形与褐飞虱取食水稻产生的7种EPG波形相比存在差异。人工饲料EPG波形包括4种基本波形:np波,非刺探波;P波,口针刺入饲囊膜;S波,口针分泌唾液,并在人工饲料中移动;I波,吸食人工饲料。研究结果可为建立准确的人工饲料-刺吸电位技术体系提供基础。     

灰飞虱取食行为刺吸电位波形的初步研究

利用刺吸电位技术(EPG)研究了灰飞虱Laodelphax striatellus(Fallén)EPG波形与其取食行为之间的对应关系,并对不同虫龄、性别灰飞虱的取食行为进行EPG特征参数的比较。结果表明,灰飞虱取食行为的EPG波形可分为NP、N1、N2-a、N2-b、N3、N4和N5 7种类型,波谱的形状和频率与已报道的褐飞虱Nilaparvata lugens(Stl)的EPG取食波形基本相同。首次发现灰飞虱在口针刺探水稻维管束进行唾液分泌时可明显分为两个阶段即N2-a和N2-b。N2-a波表示口针移动并伴随唾液的分泌;N2-b波与灰飞虱持续分泌唾液的行为有关。经对比,不同虫龄、性别灰飞虱的EPG取食波形基本相同,但EPG特征参数存在差异。雌虫刺探次数显著多于雄虫和低龄若虫;成虫口针在临近韧皮部细胞外移动的时间显著长于若虫。     

唾液成分在刺吸式昆虫与植物关系中的作用

近年来,人们对刺吸式昆虫唾液成分的研究,揭示出其在刺吸式昆虫与植物关系中的重要作用。对多数刺吸式昆虫而言,他们取食时会分泌胶状和水状两种唾液,其中胶状唾液会在取食早期分泌形成唾液鞘来围绕并保护口针,通过直接和间接的作用来帮助取食;而水状唾液中则包含了果胶酶、纤维素酶、多酚氧化酶、过氧化物酶、碱性磷酸酯酶、蔗糖酶等组分,来帮助刺吸式昆虫对植物穿刺、消化食物、解毒次生物质并破坏植物的防御反应。有趣的是,唾液成分同时还可以诱导植物的防御反应,包括诱导植物的伤信号引起直接防御反应和诱导植物产生挥发物吸引植食者的天敌引起间接防御反应。并且,许多刺吸式昆虫取 食能够特异性地引发植物的病理反应,有研究推测刺吸式昆虫唾液中多聚半乳糖醛酸酶、碱性磷酸酯酶、蔗糖酶、多酚氧化酶等成分可能是某些植物特定病理反应的激发子,但是目前还没有定论,同时许多刺吸式昆虫唾液中的氨基酸和蛋白酶还是引起植物虫瘿的原因之一。 迄今的研究表明,刺吸式昆虫会根据不同的寄主植物和不同的生理需要,通过唾液组分的改变,来达到取食和发育的目的。对刺吸式昆虫唾液成分和作用机理的研究,可以为揭示刺吸式昆虫致害机理特别是传毒机理、指导害虫有效治理、阐明其与植物的协同进化等提供一定的思路。     

刺吸电位技术应用中的几个问题

近年来,刺吸电位技术( electrical penetration graph,EPG)在我国得到越来越广泛的应用,但在应用过程中还存在一些问题或误区,在一定程度上影响了EPG的应用效果.本文根据多年实际应用经验,讨论了EPG应用中可能遇到的和容易出现的一些问题及解决办法,包括EPG技术的适用范围、昆虫和植物的处理办...     

棉蚜获得黄瓜花叶病毒的行为与取食过程的关系

利用刺吸电位（EPG）及其即时中断技术研究了棉蚜Aphis gossypii传播黄瓜花叶病毒(CMV)的机理,分析电势落差波(pd)及其亚波形在棉蚜获得CMV的取食行为过程中的作用。结果表明：棉蚜的获毒需要pd波的发生,它的获毒效率与穿刺病株细胞膜的次数呈正相关。证明了这种行为是一种细胞内行为。对植物细胞内穿刺产生的电位落差（pd）波亚波形分析的结果显示,棉蚜的获毒发生在pd波的Ⅱ-3阶段,与棉蚜主动吸食植物细胞汁液的活动相关, 这支持了蚜虫获毒的 “吸入假说”。     

绿盲蝽在人工饲料模型上刺吸波形EPG解析

采用刺吸电波（Electrical penetration graph, EPG）技术和视频观察解析了绿盲蝽在人工饲料模型上的刺吸取食行为与对应的波形关系。共计获得绿盲蝽在食物模型上的4种取食波形：口针刺入、口针搅动、口针上下抽动、口针拔出,未观察到非刺探波形。研究结果可为明确绿盲蝽寄主取食行为机制提供理论参考。     

水稻施硅对白背飞虱刺吸和寄主选择行为的影响

【目的】硅可增强植物对多种植食性昆虫的抗性。本研究旨在了解硅处理对水稻叶鞘硅化程度及其对白背飞虱Sogatella furcifera刺吸和寄主选择行为的影响,以明确施硅增强水稻对白背飞虱的抗性的部分机制。【方法】采用扫描电镜观察施硅水稻的叶鞘硅化程度;利用刺吸电位技术记录白背飞虱若虫刺吸行为;采用笼罩法测定白背飞虱雌成虫栖息和产卵选择性。【结果】与不施硅的对照相比,硅处理(0.16和0.32 g SiO2/kg土壤)增加了水稻叶鞘硅细胞的数量,延长了白背飞虱若虫刺吸行为中非刺探波和路径波的总时间,缩短了取食韧皮部汁液的时间。在选择性测定中,与对照组相比,白背飞虱雌成虫对0.16和0.32 g SiO2/kg土壤处理的水稻的栖息率分别降低48.0%和67.4%,在其上的产卵量分别降低34.8%和46.1%。【结论】施硅增加水稻对白背飞虱的排驱性,阻碍白背飞虱的刺吸行为,因此有助于增强水稻对白背飞虱的抗性。     

韧皮部取食昆虫诱导的植物防御反应

刺吸式昆虫与寄主植物之间具有特殊的生物互作关系。本文对刺吸式昆虫取食韧皮部诱导的植物防御反应类型、 防御物质变化、 信号途径以及植物反应转录组学研究等方面进行综述。韧皮部取食昆虫取食诱导的植物防御反应机制主要包括： (1)改变自身的营养状况; (2)产生有毒的次生化合物; (3)产生防御蛋白。防御反应与植物水杨酸、 茉莉酸、 乙烯等信号分子密切相关。研究表明, 刺吸式昆虫取食诱导的植物防御反应主要引发以水杨酸为主的信号途径, 但相关分子互作机制还有待明确。日益丰富的基因组资源和不断发展的分子生物学技术为揭示植物防御反应中信号分子的作用机制、 找出植物内生抗性的特异因子以及阐明诱导防御机制奠定了基础。了解刺吸式昆虫取食诱导的植物防御反应, 为深入理解植物-昆虫间协同进化关系提供了依据, 为害虫治理和抗虫植物的培育提供了新的思路。     

基于EPG的三种刺吸式害虫在苹果苗上的取食行为比较

【目的】苹果绵蚜Eriosoma lanigerum、绣线菊蚜Aphis citricola和梨网蝽Stephanitis nashi是苹果园的一类重要害虫,它们以刺吸式口器对苹果树造成不同程度的危害。本研究旨在明确这3种刺吸式昆虫在苹果树上取食行为差异。【方法】利用刺吸电位(electrical penetration graph, EPG)技术对苹果绵蚜和绣线菊蚜成虫在苹果苗韧皮部和非韧皮部上的EPG指标,以及苹果绵蚜、绣线菊蚜和梨网蝽成虫苹果苗上的取食行为进行了比较分析,分析了这3种害虫的成虫在苹果苗上取食8 h各种波形平均持续时间的占比。【结果】结果表明,苹果绵蚜和绣线菊蚜成蚜在苹果苗上均产生6种取食波形,即非刺探波(np)、路径波(C)、意外穿刺细胞非主动取食细胞波(pd)、木质部取食波(G)、韧皮部唾液分泌波(E1)和韧皮部取食波(E2);而梨网蝽成虫取食过程中只产生非刺探波(np)、表皮刺穿波(A)、叶肉细胞取食波(Gc)和木质部取食波(E)4种波形。从蚜虫在苹果苗非韧皮部上取食的EPG指标看,苹果绵蚜成蚜pd波平均时间显著高于绣线菊蚜的,而刺探次数、np波总时间和pd波次数均显著低于绣线菊蚜的。从蚜虫在苹果苗韧皮部上取食的EPG指标来看,除第1次出现E2波的时间外,各指标没有显著差异。从3种害虫在苹果苗上取食8 h各波形的占比来看,梨网蝽成虫的np波总时间所占比例最高(53%),其次是绣线菊蚜成虫的(24%),苹果绵蚜成虫的最低(为1%)。同时,苹果绵蚜和绣线菊蚜成虫取食波为E2波,所占总时间比例分别为35%和25%,而梨网蝽的取食波为Gc波(占总时间比例为36%)和E波(占总时间比例为11%)。【结论】本研究阐释了苹果园刺吸式口器害虫的生态位分离和取食行为学机制,为果园刺吸式口器害虫的综合治理提供了理论依据。     

一种烟粉虱成虫唾液酶鉴定与活性分析的方法

以B型烟粉虱Bemisia tabaci(Gennadius)成虫为材料,介绍了一种微型刺吸式昆虫唾液酶鉴定和分析的方法,主要包括人工饲养、唾液收集、唾液多酚氧化酶(PPO)和过氧化物酶(POD)的鉴定与活性分析。结果显示,B型烟粉虱在特异性嗜好寄主甘蓝上分泌的多酚氧化酶与过氧化物酶的比活力分别为嗜好寄主番茄上的1.54和1.65倍。该方法操作简捷,鉴定结果直观清晰,酶活测定灵敏,适合于其他微型刺吸式昆虫如蚜虫、木虱等的唾液酶研究。     

转历基因棉花对刺吸式口器害虫种群的影响

综述了转Bt基因棉花对棉田刺吸式口器害虫的影响,并从棉田生态、棉花生理和昆虫生理等方面分析了转Bt基因棉田刺吸式口器害虫种群上升的原因。     

转Bt基因棉花对刺吸式口器害虫种群的影响

综述了转Bt基因棉花对棉田刺吸式口器害虫的影响,并从棉田生态、棉花生理和昆虫生理等方面分析了转Bt基因棉田刺吸式口器害虫种群上升的原因.     

寄主植物与刺吸式昆虫互作防御的研究进展

寄主植物与昆虫在长期协同进化中形成了复杂的防御和反防御机制。本文系统综述了寄主植物与刺吸式昆虫互作防御的过程与机制。刺吸式昆虫利用特化的口针,吸食寄主植物组织汁液时,植物通过细胞膜表面或细胞内受体感知昆虫取食信号,并经过丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase, MAPK)信号通路、植物激素信号通路、钙离子信号通路、转录因子调控、Rop/Rac GTPase信号通路、活性氧(reactive oxygen species, ROS)通路等信号转导通路激活植物免疫。为了阻止害虫进一步取食,寄主植物形成了增强的物理屏障,并诱导产生次生代谢物、抗营养酶类、抗消化酶类和胼胝质沉积及释放挥发物等多种防御机制。在与寄主植物“博弈”的过程中,刺吸式昆虫往往会利用其取食时分泌的唾液成分,靶向植物靶标蛋白,通过破坏宿主植物的物理屏障,或抑制宿主植物的抗性信号转导,或抑制宿主次生代谢物的毒害作用,或通过跨界RNA和水平基因转移等方式抑制植物的防御反应,从而达到继续取食为害的目的。此外,基于植物与病原菌互作模式,结合寄主植物与刺吸式昆虫互作研究进展,总结了寄主植物...     

不同水稻品种上白背飞虱取食行为的EPG分析

【目的】为探明不同水稻品种（丰源优272、R9810-T、华恢1号、明恢63、麻糯谷和Rathu Heenati）对白背飞虱Sogatella furcifera的抗性差异机理,利用刺吸电位技术(electronic penetration graph, EPG)记录了该虫在这6个品种三叶期稻苗上的取食行为。【方法】结合特定的EPG波形,考察了9个非韧皮部指标和22个韧皮部指标。【结果】在总记录时间8 h内,白背飞虱在品种Rathu Heenati上非刺探波np的总时间最长,其次是麻糯谷上非刺探波np的总时间,这两者间差异显著且都显著地长于其他4个品种的np总时间(P<0.05);该虫在Rathu Heenati上路径波Nc的总时间为8 523.41 s,是感虫品种明恢63 Nc总时间的2.24倍;该虫在Rathu Heenati上吸食韧皮部汁液N4-b的总时间显著地比其他品种短(P<0.05)。华恢1号和R9810-T上所有的EPG指标和感虫品种明恢63的EPG指标都没有显著的差异(P≥0.05)。白背飞虱在丰源优272上单次分泌水溶性唾液N4-a的平均时间更长,并伴随长时间的韧皮部取食。【结论】由此推测,品种Rathu Heenati可能存在不利于白背飞虱取食的忌避成分,并且在韧皮部外组织和韧皮部组织都存在抗性因子;在麻糯谷上仅存在忌避成分;然而,品种华恢1号和R9810-T可能对白背飞虱不具有明显的抗性;丰源优272可能是比明恢63更为感虫的品种。结合介体昆虫取食行为与传播持久性病毒的关系,这些结果也为利用抗白背飞虱品种控制南方水稻黑条矮缩病提供了参考。     

刺吸式昆虫次生内共生菌的研究进展

蚜虫作为典型的刺吸式昆虫,需要以取食植物韧皮部汁液来补充营养,几乎所有蚜虫均带有一种能为其提供植物韧皮部缺失营养物质的初生共生菌Buchnera aphidicola。此外,蚜虫还可携带一种或多种次生内共生菌。在众多共生菌—寄主系统中,蚜虫与其所带内共生菌间的互作研究最为透彻。虽然次生内共生菌对寄主的存活和生殖影响并不显著,但其在寄主对环境耐受力、天敌防御能力等方面作用明显。本文在查阅大量蚜虫次生内共生菌相关文献的基础上,着重对蚜虫次生内共生菌的种类及传播规律、次生内共生菌对蚜虫表型的影响、蚜虫次生内共生菌基因组学等方面的研究现状进行综述,以求为刺吸式昆虫次生内共生菌的研究提供参考。     

番茄褪绿病毒对MED烟粉虱成虫在不同寄主植物上的寄主选择性和取食行为的影响

【目的】由粉虱传播的番茄褪绿病毒(tomato chlorosis virus, ToCV)具有较强的暴发性和流行性,目前该病毒现已蔓延至世界各地,可为害多种作物,对农林经济生产造成严重危害。病毒侵染会影响介体昆虫的寄主选择性和取食行为,从而影响病毒传播。本研究旨在明确ToCV对MED烟粉虱Bemisiatabaci在不同寄主上的寄主选择性及取食行为的影响。【方法】利用Y型嗅觉仪测定携带和未携带ToCV的MED烟粉虱雌成虫的寄主选择性,利用刺吸电位(electrical penetration graph, EPG)技术比较携带和未携带ToCV的烟粉虱雌成虫在健康的番茄、辣椒、棉花和豇豆4种寄主植株上的取食行为差异。【结果】未携带ToCV的MED型烟粉虱雌成虫对于4种寄主植物的选择偏好性排序为番茄、辣椒＞棉花＞豇豆;携带ToCV烟粉虱雌成虫对4种寄主植物的选择性偏好性降低,排序为番茄、辣椒、棉花＞豇豆。与未携带ToCV烟粉虱雌成虫相比,携带ToCV烟粉虱雌成虫取食4种植物所产生的刺探次数均显著增加,第1次到达韧皮部的时间有明显延后,取食总时间与韧皮部的取食时间明显减少。【结论】ToCV使烟粉虱对寄主的选择偏好性和取食行为发生显著改变,从而增加了病毒在寄主植物间传播的可能。