红火蚁搬尸信号物质的初步研究_高杰.pdf

环境昆虫学报2022，44(6):1458 1465http:Journal of Environmental Entomologydoi:10.3969/j.issn.1674 0858.2022.06.15高杰，徐艳勤，王文凯，陈立 红火蚁搬尸信号物质的初步研究 J 环境昆虫学报，2022，44(6):1458 1465红火蚁搬尸信号物质的初步研究高杰1，徐艳勤2，王文凯2，陈立1*(1.河北大学生命科学学院，生命科学与绿色发展研究院，河北保定 071002;2.长江大学农学院，湖北荆州 434025)摘要:蚂蚁死亡后在密闭、潮湿的巢穴环境内非常容易滋生病原菌，威胁巢穴健康。为了防止尸体的存在危害健康个体，工蚁识别尸体上的“死亡信号”并将其搬离巢穴。本研究采用溶剂提取法提取工蚁尸体化合物，并利用化学方法转化尸体提取物，然后测试红火蚁 Solenopsis invicta 工蚁对 4 种主要提取成分 酯、脂肪酸、表皮碳氢化合物以及哌啶生物碱的行为反应。结果表明，红火蚁尸体的正己烷提取物具有很强的搬尸活性，高达76%的滤纸条被搬运到弃尸堆。酯、自由脂肪酸和结合态脂肪酸都能引起红火蚁的搬尸行为，搬尸活性分别为40%、28%和 19%。自由脂肪酸转化成甲酯后搬尸活性不变，但结合态脂肪酸转化成甲酯后搬尸活性丧失。此外，红火蚁尸体还释放出多种能够诱导搬尸行为的未知成分，说明“死亡信号”具有复杂性。关键词:红火蚁;脂肪酸;酯;表皮碳氢化合物;生物碱;搬尸行为中图分类号:Q968.1;S433文献标识码:A文章编号:1674 0858(2022)06 1458 08基金项目:国家重点研发计划项目(2021YFD1000500)作者简介:高杰，男，1996 年生，四川南充人，硕士研究生，从事化学生态学研究，E mail:923015588 *通讯作者 Author for correspondence:陈立，男，博士，研究员，研究方向为化学生态学，E mail:chenli 收稿日期 eceived:2022 10 16;接受日期 Accepted:2022 10 28PreliminarystudyonchemicalcuesinvolvedinnecrophoresisinSolenopsis invictaGAO Jie1，XU Yan-Qin2，WANG Wen-Kai2，CHEN Li1*(1.School of Life Sciences，Institute of LifeScience and Green Development，Hebei University，Baoding 071002，Hebei Province，China;2.Schoolof Agriculture，Yangtze University，Jingzhou 434000，Hubei Province，China)Abstract:In confined and humid nest，pathogens multiply quickly on the corpse of dead ants，whichpose a direct threat to colony health.To prevent spread of pathogens from corpse to healthy nestmates，worker ants recognize the“death signals”released by the corpses and remove them from the nest.In thisstudy，we used a solvent extraction method to extract the compounds from corpses of workers of the redimported fire ant，Solenopsis invicta.A series of transformation experiments were performed usingconventional chemical methods to obtain different portions of the extract that contained esters，fatty acids，cuticular hydrocarbons and piperidine alkaloids.They were further subjected to behavioral test with fireant workers.The results showed that the n-hexane extract of fire ant corpses displayed strong necrophoricactivity，and up to 76%of filter paper pieces treated by the crude extract were moved to refuse piles.Esters，free fatty acids，and bound fatty acids all elicited necrophoric behavior with necrophoric activitiesof 40%，28%，and 19%，respectively.Methyl esterified products of free fatty acids retained necrophoricactivity，whereas methyl esterification of bound fatty acids resulted in loss of necrophoric activity.Inaddition，corpses of fire ant workers released other unknown components that might be able to triggernecrophoric behavior，suggesting complexity of“death signals”Key words:Solenopsis invicta;fatty acids;ester;cuticular hydrocarbons;alkaloids;necrophoric behavior6 期高杰等:红火蚁搬尸信号物质的初步研究社会性昆虫营集群生活，当有个体死亡时，尸体携带的病原菌或寄生虫可能会在群体内快速传播，对健康成员构成直接威胁。尤其是在封闭、潮湿的巢穴环境内，死亡个体更容易滋生病菌(Chouvenc et al.，2012;Sun et al.，2013;Jouquetet al.，2022)。为了切断这种传播方式，社会性昆虫如蚂蚁进化出多种机制来避免巢内出现尸体，造成交叉感染:1)即将死亡的工蚁主动离开巢穴，在 巢 穴 外 死 亡(橡 果 蚁Temnothoraxunifasciatus)(Heinze et al.，2010);2)健康工蚁迅速 将 同 伴 的 尸 体 埋 葬(切 胸 蚁 Temnothoraxlichtensteini)(enucci et al.，2011);3)健康工蚁蚕食同伴的尸体(秃背林蚁 Formica polyctena)(Driessen et al.，1984);4)健康工蚁将同伴的尸体搬出巢穴(omanes，1882;Bot et al.，2001;Diez et al.，2011)。作为避免病菌交叉侵染的重要手段(Diez et al.，2013a)，搬尸行为在绝大多数蚂蚁，如 西 部 收 获 蚁 Pogonomyrmex occidentalis(Zelagin et al.，2018)、Messor sancta(Challetet al.，2005)、急逃火蚁 Solenopsis fugax(Moser，1963)、红火蚁 Solenopsis invicta(Howard et al.，1976)和欧洲小红蚁 Myrmica rubra(Diez et al.，2012)中均存在。搬尸行为是蚂蚁固有的一种清洁活动，死亡个体会被同伴快速搬离巢穴，在巢外形成弃尸堆。健康工蚁能快速识别死亡的蚂蚁(Lpez-iquelmeet al.，2006)，它们通过感知蚂蚁的生命信号或死亡信号来判断同伴的存活状态，是搬尸行为的主要 承 担 者(Trumboetal.，2010)。蚁 素(iridomyrmecin)和臭蚁醛(dolichodial)是阿根廷蚁 Linepithema humile 的生命信号，工蚁死亡后这两种化合物从表皮快速消失，从而引发工蚁的搬尸行为(Choe et al.，2009)。蚂蚁死亡后，甘油三酯水解产生的脂肪酸通过体壁孔道被释放到体表充当死亡信号，诱导工蚁进行搬尸(Lockey，1988)。脂肪酸充当死亡信号是诱使蚂蚁进行搬尸活动的重要化学信号(Yao et al.，2009;McAfeeet al.，2018)，在绝大多数蚂蚁如红蚁属 Myrmica、收获蚁属 Pogonomyrmex 和火蚁属 Solenopsis 中广泛存在(Haskins et al.，1974;Diez et al.，2013b;Qiu et al.，2015)。红火蚁具有发达的嗅觉系统，触角上的气味结合蛋白(OPB)和化学感受蛋白(CSP)都能感知化学物质，其中化学感受蛋白 Si-CSP1 通过识别油酸和亚油酸来调控工蚁的搬尸行为(Qiu et al.，2017)。红火蚁尸体含有油酸和亚油酸，这两种脂肪酸均能促进红火蚁的搬尸行为，并且浓度越高，搬尸行为越显著(徐艳勤等，2018)。此外，红火蚁尸体体表的 1，2-二哌啶基乙烷(1，1-(1，2-ethanediyl)bis-piperidine)的含量也能影响健康工蚁对尸体的识别和搬运速度(Qin et al.，2020)，并且健康工蚁对异巢尸体更为敏感，能以更快的速度丢弃异巢尸体(Qiu et al.，2020)。这些证据表明影响红火蚁搬尸行为的物质不仅仅只有油酸和亚油酸，体表的其它物质也能影响工蚁的搬尸行为。红火蚁尸体浸提液主要包含生物碱和脂质，脂质是一类极其复杂的混合物，包含脂肪酸、醇类、酯、甘 油 酯、固 醇 类 醛、酮 和 烃 类(Blomquist et al.，1979);除了油酸、亚油酸和 1，2-二哌啶基乙烷外，还未见其它物质影响搬尸行为的报道。本研究旨在运用活性追踪法，分离并鉴定红火蚁提取液中能引起搬尸行为的主要成分，为探寻引起蚂蚁搬尸行为的关键物质奠定基础。1材料与方法1.1材料供试虫源:红火蚁采自广东省广州市天河区广州科学城园区内。将采集的蚂蚁巢穴放入侧壁涂有聚四氟乙烯悬浮液的塑料储物盒(25 L)中，静置 2 d 后，用滴水法将蚁群从土壤中逼出，转到新储物盒中，并为其提供人工蚁巢。分别供以清水和 20%蔗糖水，每天投放 3 5 头蟋蟀补充蛋白质，室内饲养(温度 25 1，相对湿度 60%70%，光周期 14 L 10 D)。1.2正己烷提取液对红火蚁搬尸行为的影响在 20冰箱中冷冻红火蚁工蚁，解冻 48 h后准确称取 9 g 尸体，分别用 120 mL 色谱正己烷溶剂浸泡两次，每次 12 h，合并浸提液。用移液枪取 2 L 浸提液样品，均匀涂抹在滤纸条上(2 mm 4 mm)，共处理 20 个滤纸条。待溶剂挥发后，将 20 个滤纸条放在 =4 cm 的铝箔纸上，然后将铝箔纸放在离人工巢 3 cm 的位置，每隔 5 min 观察并记录被搬运到弃尸堆上的滤纸条数量，共记录 60 min。用正己烷处理的滤纸条作为对照，处理和对照均重复 4 次。1.3强酸与强碱处理对红火蚁搬尸信号的影响取 10 mL 工蚁尸体的正己烷提取液，加入9541环境昆虫学报 Journal of Enviro