棉铃虫径向梯度图案线索的先天偏好

摘要：缺乏关于棉铃虫在花蜜喂养期间使用的视觉线索的信息。在这里，我们研究了棉铃虫对径向梯度模式的偏好飞蛾。结果表明，两性都偏爱蓝色和青色的普通花卉模型。径向渐变图案（青色作为花蜜引导颜色，蓝色作为花瓣颜色）比其组成的素色（青色或蓝色）更有吸引力，尤其是在雄性飞蛾中。花冠花瓣的数量不影响青蓝色图案的吸引力。在白色-蓝色或青色-蓝色径向渐变图案中添加三级花卉引诱剂可以显着增强男性而不是女性视觉线索的吸引力，这表明男性在嗅觉方面的权重高于女性，而女性则给予视力模式的权重高于男性。总之，我们在棉铃虫中找到了花卉线索的最佳组合性别如下：在白蓝径向渐变花卉模型（直径 3 cm）中加入三级花卉引诱剂（2 μL 剂量的苯乙醛、乙酸苄酯和水杨醛以 26:15:2 混合）。据我们所知，这是首次在探花昆虫研究中使用玫瑰曲线和径向渐变工具模拟花卉图案。

关键词

棉铃虫,观花,图案,径向 梯度,花蜜 引导

一、简介

对鳞翅目成虫在探花期间使用的花卉线索的研究得出了一个结论：夜间活动的物种对嗅觉线索的重视程度较高，而昼行的物种对视觉线索的重视程度较高[ 1 ]。然而，一些夜间活动的物种，如野生 Manduca sexta 蛾不以缺乏强烈视觉对比的布袋香曼陀罗花为食，也不以缺乏植物气味的纸模型花为食，这表明花蜜中视觉和嗅觉线索之间存在协同效应喂食 [ 2 ]。同样，在没有视觉目标的情况下，对 M. sexta 幼稚雄性的气味来源的方法从未导致口鼻延伸或探测 [ 3]。进一步的研究表明，M. sexta 花的访问不仅基于嗅觉和视觉刺激本身，而且还基于感知这些刺激的时间和空间模式，并且当两种线索都存在并来自相同时，发现最敏感来源 [ 4 ]。此外，花冠图案或大小也可能影响花卉访问。一个普遍的认识是，图案越像天然花卉，就越能吸引来花的昆虫 [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]。

棉铃虫（CBW）棉铃虫（Hübner）是华北地区危害最严重的害虫之一。此前，我们开发了一种通用花卉引诱剂的琼脂胶配方 [ 8 ]。然而，缺乏关于这种在农业上重要的夜蛾在花蜜喂养期间使用的视觉线索的信息。由于视觉线索和嗅觉线索之间的协同作用也发生在夜蛾物种如 M. sexta 中，我们认为对这些因素的更深入了解可能是开发高效诱捕技术系统的起点。天然花卉的图案可以使用先进的数学工具来表示，例如 n 花瓣玫瑰曲线方程和径向梯度工具 [ 9]。在这里，我们研究了黄昏觅食期间 CBW 飞蛾对径向梯度模式的偏好。具体来说，我们测试了以下因素：1）素色；2）径向渐变图案由两种优选的颜色组成；3）花冠花瓣数；4）不同的花蜜引导颜色（搭配蓝色花瓣）；5)花卉引诱剂和优选图案的组合。

2。材料和方法

2.1。昆虫

成熟幼虫采集于河南农业大学科教区烟田。Helicoverpa armigera 和它的兄弟 H. assulta 经常在烟草田中同时出现，在较小程度上，在辣椒田中。使用显微镜根据它们的形态特征对其进行鉴定 [ 10 ]。实验室将幼虫单独饲养在玻璃管中，在温度26℃±2℃，相对湿度60%～70%，光周期16L：8D，暗期2300～和 0700 小时。将出现的飞蛾放在笼子里，用棉纱布作为产卵基质，并提供 10% 的蔗糖溶液。测试飞蛾被饥饿 48 小时以准备进行生物测定。

2.2. 化学品

乙酸苄酯（99% 纯度）和水杨醛（95% 纯度）购自国药化学试剂集团有限公司（中国上海），苯乙醛（98% 纯度）购自 Sigma-Aldrich。

2.3. 花卉模型的准备

我们使用 n-petal Rose 曲线来模拟花卉模型的视觉线索。这些曲线可以用极坐标方程表示：

ρ = cos ( n θ )(1)

或者，它们也可以用一对笛卡尔参数方程表示：

x = cos ( n θ ) × sin ( θ )(2)

是的= cos ( n θ ) × cos ( θ )(3)

如果 n 是整数，则曲线将呈玫瑰形，如果 n 为偶数，则有 2n 个花瓣，如果 n 为奇数，则有 n 个花瓣 [ 9 ]。

在 Microsoft Excel 2003 上结合 Adob​​e Photoshop CS 5 进行花卉模型的绘制。过程如下： 1）在微软Excel 2003；2）根据上述笛卡尔参数方程计算出对应的x和y值；3) 绘制曲线平滑且没有数据标记或网格线的 XY 散点图；4) 将散点图粘贴到 Photoshop CS 5 中新创建的画布上；5）输入前景色和背景色的R、G、B值（见下图），结合油漆桶和径向渐变工具完成所有图案；6) 使用 Ricoh Aficio MPC 5501 喷墨彩色打印机在 Ilford Galerie 照片纸上打印花卉模型。径向渐变图案由两种颜色组成，一种为花蜜引导色，另一种为花瓣色。为简单起见，我们将这些图案从花蜜引导颜色命名为花瓣颜色（例如，青色-蓝色）。我们认为径向渐变图案可以比以前使用的更好地模拟天然花卉，例如一种颜色交叉在另一种颜色上（2 条正交线在中心相交）[11 ]。图 1显示了一些具有四个花冠花瓣的径向渐变图案示例。

2.4. 生物测定

每天晚上从 1800 小时到 2200 小时进行生物测定。试花模型以等间距排列在缸底外围。将装有 100 μL 5% 蔗糖溶液的 200 μL 离心管穿过每个花卉模型的中心（直径 3 cm）后完全插入花卉泡沫中。在每个测试中，将饥饿 48 小时的 3 到 4 天蛾通过放置在 50 cm × 50 cm × 3 cm 绿色花卉泡沫。在白色发光二极管提供的昏暗照明下观察持续 20 分钟。测试了男性和女性

图 1。径向渐变模式的示例。从左到右：黄-白、黄-洋红、红-黄、红-白。

在以下所有实验中分别进行。仅用长鼻探测蔗糖储库被视为一种选择。

2.5. 偏爱纯色图案

我们相信，优选的径向渐变图案的两种颜色分量本身也很有吸引力。因此，我们首先测试了 CBW 飞蛾对八种素色花卉模型的偏好，以选择合适的颜色来制备径向渐变图案。选择八种颜色来测试处女雄性和雌性飞蛾的颜色偏好。这些颜色的RGB值如下：红色（R = 255，G = B = 0），绿色（R = B = 0，G = 255），蓝色（R = G = 0，B = 255），黄色(R = G = 255, B = 0), 青色 (R = 0, G = B = 255), 品红色 (R = G = 255, B = 0), 黑色 (R = G = B = 0), 和白色（R = G = B = 255）。反射曲线（图2) 这些颜色由 Avantes AvaSpec-ULS3648 光纤光谱仪测定。圆柱体底部的八个花卉模型的位置是随机排列的。总共测试了250名男性和250名男性。

2.6. 径向渐变图案

基于简单的颜色偏好，当在四种类型的径向渐变模式（青-蓝、蓝-青、蓝-绿和绿-蓝，直径均为 3 厘米）中进行选择时，测试了 CBW 飞蛾的偏好。每种类型使用两个模型，将相同类型的两个模型沿缸底直径放置。在每次测试中重新随机分配不同类型模型的位置。该实验重复了 102 个人为男性和 100 个人为女性。

进行了第二个实验以确定径向梯度组合的必要性。两性（青色-蓝色）最喜欢的径向渐变图案针对其两种颜色成分（青色-蓝色与青色，青色-蓝色与蓝色）中的每一个进行了进一步测试。总共八种模型，每种图案四种，交替排列。该实验针对每种性别和每种治疗重复 100 个人。

进行第三个实验以确定青蓝色径向渐变图案的花冠花瓣数对CBW蛾偏好的影响。花冠设计为 4、8 和 12 个花瓣。一共六个模型，每种图案两个，随机排列。该实验对男性重复 103 人，对女性重复 107 人。

(a)(b)(c)(d)(e)(f)(g)(h)

图 2。花卉模型颜色的反射率。

进行了第四个实验，以确定四种常见的花蜜引导颜色（黄色、白色、洋红色和青色）在以径向渐变模式与蓝色花瓣结合时对 CBW 飞蛾偏好的影响。总共八个模型，每种类型的径向梯度图案（黄蓝、白蓝、洋红蓝和青蓝）两个模型，随机排列在生物测定装置中。这个实验被复制了 240 个人为两性。

2.7. 视觉线索和嗅觉线索之间的相互作用

我们将 CBW 飞蛾的偏好与花卉视觉线索和花卉嗅觉线索的不同组合进行了比较。三级花卉引诱剂混合物（520 μL 苯乙醛加 300 μL 乙酸苄酯加 40 μL 水杨醛）从夜蛾的田间诱捕中优化 [ 8] 用于提供通用的花香嗅觉提示。将三次混合物添加到 7740 μL 石蜡油中。将该溶液 (20 μL) 与 100 μL 5% 蔗糖溶液一起加入 200 μL 离心管中。在不存在嗅觉提示的情况下，仅向离心管中加入 100 μL 5% 蔗糖溶液。比较了四种处理：1）青蓝色径向渐变图案加嗅觉线索；2）青蓝色径向渐变图案；3）白蓝径向渐变图案加嗅觉线索；4) 白蓝径向渐变图案。处理物交叉放置在圆筒底部的外围。在每个测试中重新随机分配不同治疗的位置。这个实验为两性复制了 100 个人。

2.8. 统计数据

所有选择频率数据均在 SPSS for Windows（版本：19.0）上进行，并通过 G 检验（或似然比检验）进行检验。显着性水平设定为α < 0.05。

3. 结果

3.1。8种彩花模型中的偏好

CBW的天真男性选择的颜色分布与随机差异显着（图3：G男性= 53.33，df = 7，P <0.0001），而女性选择的颜色与随机差异无显着差异（G女性= 53.33 , df = 7, P = 0.0811)。发现了显着的性别差异（G 7 = 43.56，df = 7，P < 0.0001）。在提供的八种花卉模型中，男性对青色和洋红色的偏好最强，其次是蓝色，而天真的女性对蓝色和绿色的偏好最强，其次是青色。

3.2. 径向渐变图案

在四种径向渐变图案（蓝-青、青-蓝、蓝-绿和绿-蓝）中，CBW 的两性都表现出对青色花蜜引导结合蓝色花瓣的图案的最强偏好。男性选择的模型分布与随机没有显着差异（图4：G男性=4.61，df=3，P=0.2030），而女性选择的模型与随机差异显着（G女性=13.04，df=3， P = 0.0045）。然而，雄性和雌性飞蛾表现出的选择反应之间没有显着差异（G 3 = 3.16，df = 3，P = 0.3681）。

两种性别（青蓝色）最喜欢的径向渐变图案针对其两种颜色分量进行了进一步测试（图 5）。雄性飞蛾在径向梯度模型与其两种成分颜色之间的选择频率没有显着差异（G青色-蓝色与蓝色= 2.57，df = 1，P = 0.1088；G青色- 蓝色与青色= 0.04，df = 1，P = 0.8415）。雌蛾在径向梯度模型和它的一种成分颜色青色之间的选择频率也没有显着差异（G = 1.44，df = 1，P = 0.2296）。相比之下，有

图 3。H. armigera 蛾在彩色花卉模型上的先天颜色选择。这些模型由饱和的红色、黄色、绿色、青色、蓝色、品红色、黑色和白色打印纸制成。所有模型都放置在花卉泡沫板的边缘。为了简化图表，省略了显着性符号，请参阅正文。

图 4。H. armigera 雄蛾和雌蛾对径向渐变花模型的颜色选择反应。测试了四种径向渐变图案：蓝色花蜜引导加绿色花瓣、绿色花蜜引导加蓝色花瓣、青色花蜜引导加蓝色花瓣和蓝色花蜜引导加青色花瓣。为了简化图表，省略了显着性符号，请参阅正文。

径向梯度模型和蓝色之间的女性选择频率存在显着差异（G = 6.84，df = 1，P = 0.0089）。男性和女性的选择反应没有显着差异（G = 1.02，df = 1，P = 0.3124）。

3.3. 花冠花瓣数

雄性和雌性在 4、8 和 12 个花冠花瓣的径向梯度模式之间没有显着差异（图 6：G雄性= 4.08，df = 2，P = 0.1301；G雌性= 1.51，df = 2，P = 0.4705）。性别差异也不显着（G = 4.98，df = 2，P = 0.0828）。当汇集来自两种性别的数据时，发现了对 4 花冠花瓣的轻微偏差。

图 5。H. armigera 雄蛾和雌蛾在径向梯度花模型（青色花蜜引导加蓝色花瓣）上对其两种颜色成分的选择反应。附在条形对上方的“**”和“ns”分别表示 P = 0.05 水平的显着组内差异和无显着组内差异，通过 Yate 校正卡方检验进行检验。

图 6。雄性和雌性棉铃虫蛾对径向渐变图案的不同花冠裂片（青色花蜜引导加蓝色花瓣）的选择响应。雄性飞蛾、雌性飞蛾或两种性别之间不同模式的选择频率没有显着差异。

3.4. 花蜜指南颜色

雄性CBW蛾在不同的花蜜引导颜色与蓝色花瓣的组合中表现出显着差异（G = 106.16，df = 3，P <0.0001），雌性也是如此（G = 16.23，df = 3，P = 0.0010） . 雄性和雌性蛾的选择反应存在显着差异（G = 36.38，df = 3，P < 0.0001），该统计结果是由于雄性对青色花蜜引导色加蓝色花瓣的强烈偏好造成的（图 7）。

3.5. 花香嗅觉线索和视觉线索之间的相互作用

总体而言，CBW 男性选择的四种治疗的选择频率

图 7。雄性和雌性棉铃虫对径向渐变图案的不同花蜜引导颜色（花瓣颜色：蓝色）的选择响应。为了简化图表，省略了显着性符号，请参阅正文。

显示出显着差异（G = 25.45，df = 3，P < 0.0001），而女性选择的四种治疗的选择频率没有显着差异（G = 7.32，df = 3，P = 0.0623）。当根据不同的比较视图汇总四种处理的数据时，男性对两种嗅觉线索存在模式的选择频率显着高于两种嗅觉线索缺失模式（G = 16.46，df = 1，P < 0.0001)。相反，当来自相同视觉线索的数据汇集在一起​​时，不同视觉线索之间没有观察到显着差异（G = 2.57，df = 1，P = 0.1088）。与男性的统计结果相反，女性对两种嗅觉提示存在治疗和两种嗅觉缺失治疗的选择频率没有显着差异（G = 1.97，df = 1，P = 0.1608）。相比之下，他们更喜欢两种白蓝图案而不是两种青蓝图案（G = 4.03，df = 1，P = 0.0448）（图 8）。

4。讨论

据我们所知，这是首次在昆虫偏好研究中使用玫瑰曲线和径向渐变来模拟花卉图案。

4.1。素色款

我们发现，在素色模型的生物测定中，CBW 蛾的两性都更喜欢蓝色和青色，但雄性比雌性更喜欢洋红色，雌性比雄性更喜欢绿色。对绿色的两性分化的解释可能是雌性昆虫有在绿叶上产卵的动机 [ 12 ]。我们预计雄性也应该表现出对绿色的强烈偏好，因为它是大多数节肢动物的三种原色之一 [ 13 ]，而寻找绿色植物是了解绿色的第一步。

图 8。H. armigera 雄性和雌性飞蛾对花卉视觉线索和花卉嗅觉线索的不同组合的选择反应。在测试赛场上，四款花卉模型一同呈现。其中，两个图案是白色的花蜜指南结合蓝色花瓣，另外两个图案是青色的花蜜指南结合蓝色花瓣。不同的视觉线索交替排列。带有红框的图案表示添加了花卉嗅觉线索。条对上方的“**”和“*”表示 P = 0.01 和 P = 0.05 水平的显着差异，通过 Yate 校正卡方检验进行检验。为简化图表，省略了总体显着性的符号以及无显着性的比较项，请参阅正文。

在它的花上觅食。然而，在这个生物测定中，CBW 雄性对绿色的访问偏好并不是事实。这可能是由于花状形状与非花状颜色的组合对这些雄性动物产生了令人费解的效果。

CBW 蛾对蓝色的先天偏见与另一种夜行蛾类 M. sexta [ 14 ] [ 15 ] 相似。蓝色花朵有一个特性使它们成为昆虫的好选择：除了天空之外，大多数天然蓝色物体都是花朵，提供与背景的颜色对比 [ 14 ] [ 15 ]。

令人惊讶的是，CBW 蛾的两性对红色、黄色、白色和黑色的反应都相当低，即使这些颜色中的大多数在天然花卉中比蓝色和绿色更常见。我们认为，就像 M. sexta [ 14 ] [ 15 ] 一样，CBW 飞蛾对花色的先天偏好和后天偏好是非常不同的。或者，一个有趣的解释是，红色、黄色、白色和黑色是掠食性黄蜂和瓢虫等天敌中最常见的警告颜色。

4.2. 径向渐变图案

CBW 蛾对由共享优选颜色（蓝色和青色）组成的径向梯度模式的访问频率高于由蓝色和绿色组成的那些（雄性：57.84% 对 42.16%；雌性：65.00% 对 35.00%）。此外，性别内分析表明，女性的辨别能力略强于男性。青蓝色径向渐变图案比其颜色成分强。同样，女性对其颜色成分的径向渐变图案的偏好略强于男性。比较不同的花蜜引导颜色与蓝色花瓣相配，表明两性都表现出相当强的辨别能力。白蓝色和青蓝色径向渐变图案比其他两种图案更能引起女性的偏好。男性对青蓝色径向渐变图案的偏好远强于其他三种图案，这可能是由于男性对其两种颜色成分的强烈偏好。令人惊讶的是，纯洋红色也能引起雄性的强烈反应，但当它用作花蜜指导色并与蓝色花瓣搭配时，该图案引起雄性的反应非常低。径向渐变图案是否由两种最强的纯色（青色和洋红色）组成，在男性中的反应是否比青色-蓝色图案更强，需要在未来进行探索。两性对花冠花瓣的数量都表现出相当弱的辨别能力。素色的洋红色也能引起雄性的强烈反应，但是当它作为花蜜指导色并与蓝色花瓣相配时，该图案引起雄性的反应非常低。径向渐变图案是否由两种最强的纯色（青色和洋红色）组成，在男性中的反应是否比青色-蓝色图案更强，需要在未来进行探索。两性对花冠花瓣的数量都表现出相当弱的辨别能力。素色的洋红色也能引起雄性的强烈反应，但是当它作为花蜜指导色并与蓝色花瓣相配时，该图案引起雄性的反应非常低。径向渐变图案是否由两种最强的纯色（青色和洋红色）组成，在男性中的反应是否比青色-蓝色图案更强，需要在未来进行探索。两性对花冠花瓣的数量都表现出相当弱的辨别能力。

4.3. 嗅觉线索和视觉线索之间的相互作用

在花卉视觉线索中添加花卉嗅觉线索可以显着增强径向渐变图案的吸引力，并且这种效果在白蓝色图案中比在青蓝色图案中更为显着。花卉嗅觉线索的添加可以覆盖雄性对青蓝色图案的特殊偏好，但花卉嗅觉线索的增强作用只发生在白蓝色图案而不是青蓝色图案中。这表明男性在嗅觉方面的权重高于女性，而女性在视觉方面的权重高于男性。

总之，通过人工模拟的方法，我们发现了CBW蛾的最佳花卉线索组合如下：将三级花卉引诱剂（2μL剂量的苯乙醛，乙酸苄酯和水杨醛以26:15:2混合）添加到白色-蓝色径向渐变花卉模型（直径 3 厘米）。

4.4. 未来影响

一些额外的花特征也会影响蛾子在花上觅食，例如花冠表面积、花的触觉线索、花的湿度梯度和开花释放的二氧化碳。Kelber [ 5 ] 发现，在 M. stellatarum 中，直径约 32 毫米的花卉模型（类似于我们的研究）比更小和更大的花卉模型更受欢迎。同样，Goyret & Raguso [ 16 ] 也报道了花冠表面积对 M. sexta 的花卉处理效率有负面影响。全国范围内收集的现场数据表明，蝴蝶利用的花朵大小与这些蝴蝶的体型有关[ 17]。因此，我们认为使用较小的花卉模型来测试 CBW 蛾的偏好是合适的，因为这两种天蛾的体型比我们的受试者大得多。两种天蛾物种，M. stellatarum [ 11 ] 和 M. sexta [ 18 ]，当在测试的花卉模型上呈现视觉花卉指南或触觉指南（凹槽）时，可以提高它们的花卉检查效率。此外，已经证明，飞蛾的花卉暗示还可能涉及花卉湿度 [ 19 ] 或植物初级代谢物，如二氧化碳 [ 14 ] [ 15 ] [ 20 ]。所有这些因素都将在不久的将来进行调查。

致谢

作者感谢河南农业大学硕士研究生滕晓慧制作试花模型，感谢河南省农业科学院植物保护研究所李慧玲色彩参数测量，本科生郑颖颖、刘子静、宇通Zhuang 和 Mingzhu Yuan) 从事昆虫饲养和部分生物测定工作。

利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

参考

[ 1 ] Balkenius, A.、Rosén, W. 和 Kelber, A. (2006) 嗅觉和视觉在昼夜和夜行天蛾中的相对重要性。比较生理学杂志 A, 192, 431-437。

[ 2 ] Raguso, RA 和 Willis, MA (2005) Wild Hawkmoths, Manduca sexta 在花蜜喂养中视觉和嗅觉线索之间的协同作用。动物行为，69，407-418。

[ 3 ] Raguso, RA 和 Willis, MA (2002) Naive Hawkmoths Manduca sexta 在花蜜喂养中视觉和嗅觉线索之间的协同作用。动物行为，64, 685-695。

[ 4 ] Goyret, J.、Markwell, PM 和 Raguso, RA (2007) 嗅觉和视觉刺激解耦对 Manduca sexta 觅食行为的影响。实验生物学杂志，210，1398-1405。

[ 5 ] Kelber, A. (1997) 天蛾巨舌星花特征的先天偏好。实验生物学杂志，200，827-836。

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/9318606

[ 6 ] Kelber, A. (2002) 鹰蛾的模式辨别：先天偏好、学习表现和生态学。英国皇家学会会刊 B, 269, 2573-2577。

https://doi.org/10.1098/rspb.2002.2201

[ 7 ] Simonds, V. 和 Plowright, CMS (2004) 大黄蜂如何首先找到花朵？未学习的方法反应和习惯。动物行为，67，379-386。

[ 8 ] Li, W.、Li, H.、Wang, J.、Guo, X.、You, X. 和 Yuan, G.（2014 年）使用均匀设计优化具有广谱诱捕飞蛾的花卉引诱剂配方。中国农业科学通报，30, 304-311（中文附英文摘要）。