刺探电位图谱(EPG)技术的原理与发展

刺探电位图谱(EPG)技术是用来记录刺吸式口器昆虫口针在寄主组织中刺探行为的电信号变化特征的技术,主要用于昆虫刺探(取食)、传毒行为,植物抗虫机制等的研究,本文对其发展历史、基本原理、波形特征和生物学意义进行了综述,并讨论了该技术目前存在的问题及应用前景。

应用刺探电位图谱(EPG)技术分析棉蚜取食刺探主动性

为探索棉蚜在不同时间的刺探主动性差异,采用刺探电位图谱(Electrical penetration graph,EPG)技术在室内研究了棉蚜08∶00-12∶00和15∶00-19∶00时段中取食行为的不同。结果表明:在08∶00-10∶00和16∶00-18∶00时段,棉蚜刺探主动性强、刺探次数多且时间长、频繁吸食叶片汁液。

烟碱对B型和Q型烟粉虱取食行为的影响——基于EPG和液体饲囊技术体系

【目的】明确烟碱对B型和Q型烟粉虱取食行为的影响,并据此建立一套研究次生物质对烟粉虱取食行为影响的利用刺吸电位(electrical penetration graph,EPG)结合液体饲囊(liquid diet sac,LDS)(EPG+LDS)指标体系。【方法】利用EPG技术测定烟粉虱对不同成分LDS的取食行为,定量研究不同浓度烟碱对烟粉虱取食行为的影响。【结果】利用植物作对照,比较5%、10%和15%蔗糖溶液对烟粉虱取食波形的影响,结果表明10%蔗糖浓度下烟粉虱EPG波形的相对振幅、频率与其在植物上的行为最为相近。在10%蔗糖溶液中加入烟碱,随着烟碱浓度的升高,烟粉虱取食波形的持续时间呈现逐渐减少的趋势,且0.001%的烟碱浓度即可显著延长烟粉虱的刺探时间并显著抑制E1波和E2波的持续时间。高浓度烟碱条件下,E2波被完全抑制。虽然B型和Q型烟粉虱在多个刺探过程的EPG指标上差异不显著,但与吸食相关的几个指标差异显著,Q型烟粉虱E2波持续时间无论在无烟碱环境下还是较低烟碱环境下都显著长于B型烟粉虱。【结论】在EPG波形指标上,C波持续总时间、E1波持续总时间及E2波持续总时间等是EPG+LDS技术体系较为重要的行为指标;对于LDS指标,10%的蔗糖溶液更适合用于不同生物型烟粉虱取食行为的EPG研究;烟碱明显抑制烟粉虱2种生物型的取食行为,Q型烟粉虱对烟碱具有更强的适应能力。

基于EPG技术的棉蚜抗性指标筛选

本文以研究不同抗性水平的棉花材料上棉蚜的取食行为及与其生长发育的关系,筛选可作为棉花抗蚜鉴定指标的刺探电位图谱(Electrical penetration graph,EPG)参数为目的。采用生物测定的方法比较了棉蚜在不同棉花品种上的生长发育参数,利用EPG技术对不同抗性水平棉花上棉蚜的取食行为进行分析,并对生长发育参数与主要的EPG参数进行相关性分析。棉蚜室内生测结果表明,棉蚜在4种高抗品种(辽5632-642、TYJ-98-6、锦454和中G5)上的存活率、产仔数、内禀增长率均较中抗和高感品种低。EPG监测结果显示,在高抗品种上,Np波总次数与总时间均显著高于其他品种,第1次刺探时间靠后且持续时间长,C波和E2波总时间较短,F波和E1波总时间长且次数多;在中抗品种中棉所49(CCRI 49)、中棉所79(CCRI 79)和雷克斯(光叶)上,F波总次数和总时间均较低;在中抗品种非洲E-40和高感品种辽棉6号上,Np波总次数与总时间均低于其他品种,C波总时间与E2波总时间长。结果表明抗性棉花材料对棉蚜生长发育有不利的影响,Np波总次数、E1波总次数、第1次刺探出现时间等5个EPG参数与棉花的抗性存在显著相关性。可见,Np波总次数、E1波总次数、第1次刺探出现时间等EPG参数可初步作为棉花对蚜虫是否具有抗性的鉴定指标,研究结果为棉花抗蚜性鉴定方法提供重要的理论依据和技术支撑。

不同杀虫剂对小贯小绿叶蝉刺探行为的影响

小贯小绿叶蝉(Empoasca onukii Matsuda)是茶园主要害虫之一,为筛选出用量少、效果好的杀虫剂来综合防控小贯小绿叶蝉,本研究选取6种单剂和6种混剂,每种单剂设置5个浓度梯度,每种混剂的每个配置比例设置3个处理浓度,采用刺吸电位图谱(electrical penetration graph, EPG)技术分析小贯小绿叶蝉的刺探行为。结果表明,单剂效果为22%氟啶虫胺腈悬浮剂>50 g·L^(-1)双丙环虫酯可分散液剂>70%吡虫啉水分散粒剂>10%氟啶虫酰胺水分散粒剂>25 g·L^(-1)高效氯氟氰菊酯乳油>30%噻虫嗪悬浮剂。不同比例混剂的效果不同,30%噻虫嗪悬浮剂+50 g·L^(-1)双丙环虫酯可分散液剂混剂各比例对小贯小绿叶蝉取食波型影响较大,30%噻虫嗪悬浮剂+70%吡虫啉水分散粒剂混剂对小贯小绿叶蝉的取食波型影响较小。混剂处理后小贯小绿叶蝉的刺探次数、刺探总持续时间、E波持续时间都均低于各个单剂处理。以上结果说明,混配制剂对小贯小绿叶蝉刺探行为的影响优于单剂,可应用于茶园小贯小绿叶蝉的防控。

禾谷缢管蚜在三个小麦品种上取食行为的EPG比较

应用刺探电位图谱(EPG)技术对禾谷缢管蚜Rhopalosiphumpadi在不同小麦品种(Ww2730、小偃22和Batis)苗期的取食行为进行了比较研究。结果表明:在小偃22上蚜虫开始取食的第1次刺探时间最晚,且持续时间最短;在Ww2730上取食受到机械阻力的个体最多,且出现F波的几率和持续时间最长;两品种上蚜虫在木质部主动摄取汁液(G波)花费的时间最长。在Batis上,蚜虫口针第1次到达韧皮部时需要分泌较多水溶性唾液(E1波),但随后只需分泌较少的水溶性唾液就可以成功取食,而且被动吸食韧皮部汁液的时间(E2波)最长。蚜虫口针在到达小偃22韧皮部取食之前,出现多次的口针试探、回撤,并且多次、多量分泌水溶性唾液(E1波);虽然蚜虫在小偃22上口针最先到达韧皮部,但被动吸食韧皮部汁液的时间(E2波)最短。由此得出结论:小偃22表皮部、韧皮部存在阻碍禾谷缢管蚜取食的物理和生化因素;禾谷缢管蚜在Ww2730取食遇到更多的是细胞间机械阻力;Batis是较感蚜的品种。

EPG即时显示软件Realdisplay的开发和利用

研究和开发了在刺吸式植食性昆虫取食行为研究中 ,剌吸电位技术 (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集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势值 ,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。

基于模糊识别和刺探电位技术鉴定小麦种质资源抗蚜性

利用田间抗蚜性鉴定模糊识别技术,结合室内刺探电位(EPG)植物抗性鉴定技术,比较分析了不同遗传背景的小麦种质资源的抗蚜性,为筛选新型小麦抗蚜种质材料提供依据。2年田间抗蚜性鉴定结果表明:小偃麦多表现为中抗或低抗,而小黑麦多为中感或低感。选取抗性性状稳定且抗性级别不同的小偃麦21(中抗)、小偃麦22(低抗)、小黑麦31(中感)和小黑麦32(低感)进行麦长管蚜取食行为分析。对非刺探波(Np)、刺探波(P)、电势落差(Pd)、水溶性唾液分泌波(E1)、韧皮部取食波(E2)、细胞机械阻碍波(F)和木质部取食波(G)等基本波形的分析显示,麦长管蚜在小偃麦上首次开始刺探的时间显著长于小黑麦,且在小偃麦上的E1波的持续时间显著大于小黑麦;麦长管蚜在小偃麦21上的F波和小偃麦22上Np波的持续时间最长,在小黑麦31上的P波和小黑麦32上的G波的持续时间最长。以E1、F和Np波的持续时间为指标,基于刺探电位的小麦种质资源抗性水平鉴定结果与田间鉴定结果基本一致。因此,使用EPG技术筛选抗蚜小麦材料时,建议采用E1、F和Np波作为评价小麦抗性水平的指标。小偃麦21、22对麦长管蚜的抗性水平较高,可作为小麦抗蚜育种的种质材料。

棉蚜寄主专化型及其形成的行为机理

通过生活在甜瓜和棉花上的棉蚜AphisgossypiiGlover的行为 ,研究棉蚜的寄主专化型及其形成的行为机理。生物学观察显示 :两类棉蚜在寄主植物相互交换以后 ,定居数显著减少 ,棉花蚜型棉蚜的繁殖系数及若虫存活率显著下降 ,说明棉蚜存在甜瓜蚜型和棉花蚜型两种寄主专化型。通过刺探电位技术研究棉蚜的取食行为 ,以探索其寄主专化型形成的行为机理。结果表明 :甜瓜蚜型棉蚜在棉花上的取食行为容易被中断 ,但其口针定位韧皮部的能力并没有显著削弱 ;而棉花蚜型棉蚜在甜瓜上的取食行为受到更大的影响 ,口针无法顺利定位至韧皮部 ,并在 2h内根本无法在筛管内取食。生物学观察和EPG取食行为分析都显示 :与甜瓜蚜型棉蚜相比 ,棉花蚜型棉蚜对寄主的要求更严格———寄主专化程度更高 。

短时高温对烟蚜生长发育、繁殖和取食行为的影响

【目的】烟蚜Myzus persicae是一种世界性的重要农业害虫,本研究测定了短时高温对烟蚜生长发育、繁殖和取食行为的影响。【方法】测定初产若蚜每天在30,35和40℃下处理1,2和4 h的发育历期及成蚜在相同处理下的繁殖力,应用刺吸电位技术（electronic penetration graph,EPG）测定成蚜在30和35℃下处理1和2 h后以及在25,28,30和35℃恒温下的取食行为。【结果】短时高温（30~35℃）对各龄若蚜发育历期影响较小,但40℃下处理2 h后其发育历期显著增加（P〈0.05）;若蚜存活率、成蚜寿命及其繁殖历期随温度和处理时间的增加而降低;在25~35℃下,随温度和处理时间的增加,成蚜繁殖率变化较小,但40℃下处理2和4 h后,其繁殖率显著降低（P〈0.01）;短时高温对烟蚜的取食行为影响显著,随温度和处理时间的增加,非刺探波np数量（P〈0.05）及其持续时间（P〈0.01）显著减少,而韧皮部刺吸波E持续时间显著增加（P〈0.05）;但持续高温下,随温度升高,np波数量及其持续时间先减少后增加,而E波则相反。【结论】短时高温对烟蚜若蚜发育速率影响较小,但使若蚜存活率、成蚜寿命及其繁殖历期显著降低,且对成蚜繁殖有一定的抑制作用,而对成蚜的取食有一定的促进作用。研究结果有助于了解烟蚜不同年份间夏季种群数量的变化机制。

麦长管蚜在高CO_2浓度下生长的抗性与感性小麦品种上的取食行为

在加倍CO2浓度(0.7mL/L)的人工气候箱中培养小麦感蚜品种(铭贤169)和抗蚜品种(KOK1679)幼苗30d,正常CO2浓度(0.35mL/L)处理为对照。应用刺探电位图谱(EPG)技术对麦长管蚜Sitobion avenae(Fab.),在苗期小麦上的取食行为进行了比较研究。结果表明:蚜虫在加倍CO2浓度下生长的2个小麦品种上的取食过程中,电势降落次数(pd波个数)显著增加,刺探总时间(C波总时间)显著延长,首次出现在小麦韧皮部取食的时间(E2)显著滞后,被动取食持续时间(E2波的总时间)显著拉长。因此,加倍CO浓度可能通过影响小麦而对麦长管蚜的取食行为产生了明显的间接影响。

烟粉虱B型和Q型竞争能力的室内比较分析

【目的】烟粉虱(Bemisia tabaci)B型和Q型均为外来入侵种类。近年田间调查表明,Q型在中国大部分地区已经取代B型成为优势种,有必要研究烟粉虱生物型之间的取代机制及其影响因素。论文在实验室条件下比较这两种生物型的取食能力及竞争能力,以期为烟粉虱有效治理提供依据。【方法】利用刺吸电位(electrical penetration graph,EPG)技术测定烟粉虱B型和Q型雌、雄成虫在黄瓜叶片上的取食行为,并在室内黄瓜上混合饲养两种烟粉虱生物型,多代监测其种群动态和雌雄比例,以比较其在室内无农药压力条件下的竞争力。【结果】EPG结果显示,(i)总体上,烟粉虱B型的总刺探次数(P=0.020)和刺探的总持续时间(P=0.048)显著高于Q型;在第2阶段B型E波时间百分比显著低于Q型(P=0.001),刺探时间百分比差异不显著;B型Pd波总次数(P=0.012)和Pd波总持续时间(P=0.016)均显著高于Q型;(ii)烟粉虱B型雌性非刺探波Np的时间百分比显著低于雄性(P=0.035);而第2阶段刺探时间的百分比显著大于雄性(P=0.011),与唾液分泌相关的第2阶段E波百分比却显著短于雄性(P<0.001);但B型雌、雄性成虫在第3阶段吸食韧皮部汁液的时间则差异不显著(P>0.05)。Q型雌性不仅在第2阶段刺探的百分比显著高于雄性(P=0.031),而且在整个记录时间内的总持续时间也显著高于雄性(P=0.039),而雌性的非刺探时间Np波却显著短于雄性(P=0.038);(iii)对于雌性,烟粉虱B型被动吸食植物汁液的E2>10 min的个数显著多于Q型(P=0.036);但是,烟粉虱Q型雌性第2阶段E波百分比显著高于B型雌性(P<0.001)。两种生物型混合饲养结果显示,随烟粉虱世代增加,B型和Q型所占比例逐步出现分化。第1代时,B型种群数量在混合种群中所占比例已接近80%;而第5代和第6代时,B型所占比例已达到98%,Q型近乎完全被B型取代。同种生物型烟粉虱两性间的比例变化趋势一致,且同种生物型烟粉虱雌性所占比例均略高于其雄性。【结论】室内EPG记录和多代混养种群动态结果都表明,在室内没有农药压力的环境下,烟粉虱B型在黄瓜上的取食能力和种群竞争能力均高于Q型,而且两种生物型雌性的取食和竞争能力均高于雄性。

O3浓度升高对棉蚜取食行为的影响

在加倍O3浓度的开顶式气室(OTC)中培养抗虫棉GK12幼苗30 d,正常O3浓度处理为对照。应用刺探电位图谱(EPG)技术,对棉蚜(Aphis gossypiiGlover)在苗期棉花上的取食行为进行了比较研究。结果表明:蚜虫在加倍O3浓度下生长的棉苗上取食的过程中,C波数量显著减少,pd波首次出现时间明显提前,被动取食持续时间(E2波的总时间)明显拉长。棉蚜的取食适合度明显提高的原因可能是加倍O3浓度对棉花叶片组织结构和体内营养物质的变化有影响。

丹宁酸对棉蚜取食行为的影响

人工饲膜被广泛应用于昆虫营养生理、共生菌、毒理与杀虫性物质生物测定以及昆虫与植物相互关系等方面的研究。人工饲膜作为一个成分固定和可重复的昆虫取食对象,通过EPG技术记录分析棉蚜在人工饲膜上的取食波形,辨识比较这些波形和棉蚜在植物上取食波形的异同,可以为研究单一化学因子对昆虫的取食行为影响提供基础。本研究使用人工配制的溶液模拟植物细胞环境,分析在加入丹宁酸后棉蚜取食行为的变化。结果表明,丹宁酸对棉蚜在人工饲膜上的取食活动有明显的抑制,使棉蚜的平均穿刺持续时间和总的取食时间都极显著地缩短,不穿刺的时间和次数极显著地增加,可能的试食行为也显著减少。

EPG技术在烟粉虱寄主适应性和传毒机理研究中的应用

烟粉虱Bemisia tabaci是世界性分布的植食性刺吸式昆虫,给农业生产造成了巨大的经济损失。刺吸电位技术(Electrical Penetration Graph,EPG)是研究刺吸式口器昆虫取食的可靠工具,其波形能够表示昆虫刺探植物组织的某些细节。目前已有许多EPG技术在烟粉虱方面的研究和应用。本文从EPG的发展和国内外烟粉虱的研究现状出发,综述了EPG技术在烟粉虱研究中的应用及进展。

镉胁迫对麦长管蚜取食行为的影响

为研究小麦苗期不同镉胁迫对麦长管蚜[Sitobion avenae(Fabricius)]取食行为的影响,应用EPG技术对麦长管蚜在4种质量分数镉胁迫下的取食行为进行检测。结果显示,蚜虫在镉胁迫小麦上取食的过程中,np波次数增加,取食行为发生时间推迟,口针在细胞间穿刺的频率明显增高,首次出现E1波历期显著延长,以上情况在低质量分数下表现更为显著。麦长管蚜在镉胁迫的小麦上取食适合度下降,低质量分数镉胁迫对蚜虫的影响比高质量分数更大,蚜虫取食适合度降低的原因可能是Cd2+对小麦叶片组织结构和体内营养物质有所影响。

四种杀虫剂LC25对Q型烟粉虱成虫取食行为的影响

【目的】利用刺吸电位技术(electronic penetration graph,EPG)研究Q型烟粉虱(Bemisia tabaci)成虫对吡虫啉、吡蚜酮、螺虫乙酯和溴氰虫酰胺4种杀虫剂LC25处理24 h番茄苗的取食行为,探明内吸性杀虫剂亚致死剂量对烟粉虱成虫取食行为的影响。【方法】以无农药暴露史的Q型烟粉虱成虫为供试昆虫,番茄品种‘粉印三号’为供试植株。通过水培生测法确定4种内吸性杀虫剂的亚致死浓度LC25。在此基础上利用EPG监测Q型烟粉虱成虫取食寄主的13个非韧皮部指标和8个韧皮部指标,并对叶片刺吸孔进行显微观察。以无农药处理为对照(CK)。【结果】4种杀虫剂对Q型烟粉虱成虫的LC25值为溴氰虫酰胺>吡蚜酮>吡虫啉>螺虫乙酯。在总记录时间8 h内,Q型烟粉虱成虫的取食在各处理中均产生非刺探波(np)、路径波(C)、电位下降波(pd)、韧皮部分泌唾液波(El)、韧皮部被动吸食波(E2)以及木质部主动吸食波(G)6种波形。在非韧皮部的np波次数上,溴氰虫酰胺处理的次数最多,其次是螺虫乙酯处理,两者间差异不显著(P>0.05),但均显著高于CK和吡虫啉处理(P<0.05)。C波和G波总持续时间均为CK处理最长,溴氰虫酰胺处理最短,两处理间差异显著(P<0.05)。CK处理的pd波总持续时间显著长于4种杀虫剂处理(P<0.05),其中螺虫乙酯处理最短,但4种杀虫剂处理间差异不显著(P>0.05)。螺虫乙酯处理的F波总持续时间最长,吡虫啉处理最短,两者间差异显著(P<0.05)。CK处理韧皮部的E1波和E2波总持续时间分别为20.52和50.60 min,显著长于吡虫啉处理和溴氰虫酰胺处理对应波的总持续时间(P<0.05),但E1波总持续时间与吡蚜酮和螺虫乙酯处理均差异不显著(P>0.05)。【结论】4种杀虫剂LC25均引起Q型烟粉虱成虫的拒食行为,为研究烟粉虱或具刺吸式口器农业害虫对4类杀虫剂亚致死效应的拒食作用机理及防治提供了理论依据。

矿物油处理对马铃薯长管蚜定向和取食行为的影响(英文)

大田和实验室研究均表明矿物油的施用可有效降低蚜虫对非持久性病毒的传播。我们分别于矿物油喷施马铃薯植株24h和7d后,调查其对马铃薯长管蚜Macrosiphum euphorbiae行为的影响;采用暗室生测法调查了蚜虫对处理的植物挥发性化合物的反应;采用刺探电位技术(EPG)评价了矿物油处理对蚜虫取食行为的影响。结果表明:矿物油处理导致植物对寄主的引诱作用失效,这种效果至少持续24h。矿物油处理马铃薯植株24h和7d后,蚜虫对处理植株的取食行为发生改变。开始记录至第1次刺探所需时间降低,但只在处理7d后显著降低,提示矿物油处理有助于蚜虫口针的穿刺。然而,流涎阶段以及韧皮部汁液吸食阶段(摄食阶段)显著缩短。本研究中观察到的蚜虫行为的改变不能充分解释施用矿物油的大田中为什么出现7d的保护作用,因此可能还存在其他的机制。

CO_2浓度和抗药性对褐飞虱刺吸取食行为的影响

【目的】明确CO2浓度升高是否影响褐飞虱的取食行为以及抗药褐飞虱品系的刺吸行为是否与敏感品系存在差异,从而为预测CO2浓度升高条件下不同抗药性褐飞虱对水稻的致害性提供依据。【方法】采用刺吸电位技术(EPG)观察褐飞虱抗、感噻嗪酮品系(抗性水平相差约480倍)对当前(390μL·L-1)和升高CO2浓度(780μL·L-1)下生长水稻的口针刺吸行为,用双因素方差分析比较CO2浓度和抗药性2因素对口针刺吸显示的6种波形持续时间和频次的差异。【结果】CO2浓度加倍倾向于缩短感噻嗪酮褐飞虱在韧皮部摄取汁液的总时间,与抗药性互作显著影响开始刺探行为的频次:CO2浓度加倍条件下(780μL·L-1)抗性褐飞虱开始刺探的频次低于当前CO2浓度下(390μL·L-1)。抗噻嗪酮褐飞虱口针朝维管束移动和在木质部摄取汁液的时间延长,但在韧皮部内部活动的时间缩短;口针在韧皮部内部活动的频次增多,但在韧皮部和木质部摄取汁液的频次减少。【结论】抗噻嗪酮褐飞虱对水稻的致害性明显强于感噻嗪酮褐飞虱;CO2浓度升高可能使感噻嗪酮褐飞虱对水稻的致害性减弱,但对抗噻嗪酮褐飞虱没有显著影响。

角倍蚜干母的刺探取食行为分析

本文采用EPG技术监测角倍蚜Schlechtendalia chinensis(Bell)干母在第一寄主植物盐肤木(Rhus chinensis Mill)上的取食行为。获得干母在盐肤木小叶及叶翅上的取食波形7个,分别为np、C(A+B+C)、pd、E1、E2、F、G波。对干母在盐肤木小叶或叶翅上的取食部位组织进行切片实验。切片结果显示,干母取食时口针末端到达部位多在韧皮部。根据EPG记录和切片结果确定角倍蚜主要在盐肤木的韧皮部取食,极少在木质部取食。