嗅觉与视觉协同调控小圆皮蠹寄主选择行为的机制解析

《Scientific Reports》：The interplay of olfaction and vision in host plant selection by Anthrenus verbasci

本研究针对博物馆害虫小圆皮蠹（Anthrenus verbasci）的寄主选择机制，通过GC-EAD（气相色谱-触角电位联用）技术鉴定出Aegopodium podagraria花挥发物中8种触角活性化合物，结合Y型管与培养皿行为实验，首次揭示其依赖嗅觉线索识别健康寄主，而视觉信号在近距离定位中起辅助作用。损伤花朵释放的germacrene-D可引发回避行为，为开发绿色防控策略提供新靶点。

　　

在博物馆和家庭环境中，小圆皮蠹（Anthrenus verbasci）的幼虫常对毛皮、羽毛、标本等蛋白质材料造成严重破坏，而成虫频繁出现于伞形科植物花序的现象虽被记录，其背后的驱动机制却长期未知。传统观点认为白色花朵与背景的对比度是吸引该昆虫的关键视觉信号，但花香挥发物是否参与寄主识别仍存争议。2023至2024年，研究人员在匈牙利一片开花的Aegopodium podagraria（羊角芹）上观察到大量小圆皮蠹成虫聚集，由此引发了对这一质量吸引现象背后化学与视觉线索交互作用的深入探究。

研究团队通过气相色谱-质谱联用（GC-MS）与触角电位联用（GC-EAD）技术，从羊角芹花挥发物中鉴定出8种能激发小圆皮蠹触角电生理反应的化合物，包括α-蒎烯、β-蒎烯、柠檬烯等单萜类及倍半萜germacrene-D。Y型管嗅觉实验表明，健康花序的挥发物能显著吸引成虫，而机械损伤后的花序吸引力下降。培养皿行为实验进一步发现，germacrene-D单独呈现时引发回避反应，且昆虫在同时暴露于嗅觉（花序挥发物）和视觉（干燥小花）刺激时，虽初始趋向气味源，但最终多数个体转向视觉目标并长时间停留。

关键方法概述

研究利用野外采集的昆虫与隔离栽培的羊角芹植株，通过动态顶空采集系统收集花序挥发物，结合GC-EAD筛选触角活性成分；采用Y型管与培养皿行为实验平台，分别测试昆虫对完整/损伤花序挥发物、合成化合物混合液及视觉模型的反应；通过视频追踪与BORIS软件量化行为参数（如反应潜伏期、停留时长等），统计方法涵盖卡方检验、方差分析与非参数检验。

研究结果

1. 挥发物组成与触角活性分析

羊角芹花序挥发物中共鉴定出69种化合物，主要为萜烯类。GC-EAD显示小圆皮蠹天线对8种萜类（如α-蒎烯、柠檬烯）产生稳定反应，其中germacrene-D在损伤花序中的相对含量升至14.94%（健康花序仅为2.91%），提示其可能为损伤相关信号。

2. 行为实验验证嗅觉主导作用

Y型管实验中，健康花序挥发物吸引67%的昆虫（p=0.003），而损伤花序组选择率降至38%，且无反应个体比例显著升高（58%）。合成混合物（1:1比例）未引发显著偏好，说明特定比例或复杂混合物结构对行为调控至关重要。

3. 视觉与嗅觉交互影响决策

培养皿实验中，昆虫对germacrene-D baited滤纸的反应潜伏期最短（20.3秒），并显著回避该刺激；视觉模型（干燥小花）虽诱发趋向性，但反应延迟长于嗅觉刺激。在嗅觉与视觉并存时，70%个体先选择气味源，但实验末期90%个体转移至视觉目标，表明嗅觉驱动初始定位，视觉提供持续停留信号。

4. 停留时长揭示刺激偏好

昆虫在视觉模型上平均停留时间近1200秒，显著长于气味源（230秒）或空白对照（10秒），反映视觉刺激在维持接触中的优势。

结论与意义

本研究首次系统阐明小圆皮蠹寄主选择中嗅觉与视觉的协同作用：健康花序的萜烯挥发物介导远距离识别，而germacrene-D作为损伤标志物触发回避行为；视觉信号虽响应较慢，但能增强寄主黏附力。结果修正了“视觉主导”的传统认知，为理解鞘翅目昆虫的多模态感觉整合提供新视角。实践中，通过模拟健康花序挥发物组合或利用germacrene-D的驱避效应，可开发针对博物馆害虫的生态调控策略，减少化学农药依赖。论文发表于《Scientific Reports》，为昆虫-植物互作研究提供了从化学感到行为生态的多层次分析范式。