地下害虫觅食 “密码”：金针虫如何借助根系挥发物和 CO2选择宿主植物

《Scientific Reports》：Wireworms (Coleoptera: Elateridae) Use Root Volatiles and CO2 to Discriminate Among Host Plants

为探究金针虫（Limonius californicus）定位宿主植物的机制，研究人员开展相关实验，发现其偏好受 CO2和 VOCs 影响，对害虫防治意义重大。

　　

金针虫觅食 “密码” 大揭秘：根系挥发物与 CO₂的双重指引

在神奇的地下世界里，生活着一群不为人熟知的 “小居民”—— 金针虫，它们是叩头虫的幼虫，别看身形小巧，却给农作物带来了大麻烦。作为地下多食性害虫，金针虫喜欢啃食各类作物的地下组织，严重影响农作物的产量和质量。多年来，化学农药一直是防治金针虫的主要手段，但随着有机氯农药被禁用，寻找有效防治金针虫的新方法变得迫在眉睫。

以往研究发现，地上昆虫寻找宿主植物时，视觉和嗅觉线索起着重要作用。然而，生活在黑暗土壤中的金针虫无法利用视觉，只能依靠嗅觉和触觉来寻找食物。虽说二氧化碳（CO₂）被认为是地下害虫定位宿主的重要信号，但它并非宿主特异性信号，土壤中其他来源也会释放 CO₂，而且其吸引力还会受其他根系分泌物影响。此外，植物根系释放的挥发性有机化合物（VOCs）在昆虫宿主选择过程中也可能发挥关键作用，可目前对于 CO₂和 VOCs 在金针虫吸引中的相对重要性，人们了解得并不清楚。为了深入了解金针虫的觅食机制，来自美国弗吉尼亚理工大学（Virginia Tech）、爱达荷大学（University of Idaho）等机构的研究人员开展了一系列研究，相关成果发表在《Scientific Reports》上。

研究人员采用了多种关键技术方法。在生物测定实验中，运用嗅觉仪构建实验装置，模拟不同的气味环境，观察金针虫的选择行为；利用气相色谱 - 质谱联用（GC - MS）技术，对植物根系释放的挥发性有机化合物进行分离、鉴定和定量分析；同时，使用特定仪器测定根际土壤中的 CO₂浓度。实验样本方面，选用了小麦（Triticum aestivum L.）、豌豆（Pisum sativum L.）和菜豆（Phaseolus vulgaris L.）的幼苗，金针虫则采集自美国爱达荷州桑德波因特的有机菜地。

研究结果如下：

1. 金针虫的宿主偏好：通过在嗅觉仪中进行两两选择实验，研究人员发现，更多金针虫趋向豌豆（77%）和菜豆（91%）幼苗，而非小麦幼苗（分别为 23% 和 9%），且相比豌豆，金针虫更偏好菜豆（65% 选择菜豆，35% 选择豌豆）。
2. 根际 CO₂和 VOCs 的检测与量化：测定结果显示，菜豆幼苗根际的 CO₂浓度显著高于小麦和豌豆幼苗，而豌豆和小麦幼苗根际的 CO₂浓度无明显差异。同时，豌豆幼苗释放己醛（hexanal）的速率高于小麦和菜豆幼苗；菜豆幼苗释放 2 - 己烯醛（2 - hexenal）的速率高于小麦幼苗，但豌豆和菜豆幼苗释放 2 - 己烯醛的速率差异不显著。
3. 金针虫对 CO₂和合成挥发性化合物的反应：实验表明，金针虫对 CO₂有明显趋向性，相比净化空气，更多金针虫会朝着 CO₂移动（80% 的反应）。对于合成的己醛和 2 - 己烯醛，金针虫更趋向高浓度（200 μg）的己醛，且对 20 μg 和 200 μg 的 2 - 己烯醛也表现出偏好，不过在相同浓度下，金针虫对己醛和 2 - 己烯醛无明显偏好。此外，当嗅觉仪两端都存在 CO₂时，金针虫对己醛的偏好消失。

综合研究结果与讨论，该研究表明植物挥发性化合物在金针虫觅食和宿主选择过程中发挥着重要作用。金针虫对不同宿主植物的偏好，既受根际 CO₂浓度影响，也与根系释放的 VOCs 种类和含量有关。高浓度的己醛对金针虫更具吸引力，这与豌豆幼苗根际释放的己醛量较高相呼应，解释了金针虫对豌豆幼苗的偏好。同时，研究还发现高浓度的根系 VOCs 可能对金针虫产生驱避作用。此项研究成果对于优化诱捕作物策略、开发新型害虫防治方法具有重要意义。了解金针虫对 CO₂和 VOCs 的反应机制，有助于精准设计合成诱饵，或筛选出更有效的诱捕作物基因型，引导金针虫远离目标作物，从而减少农作物损失，为农业生产的可持续发展提供有力支持 。