NÉHÁNY KÁRTEVŐ ROVAR KÉMIAI KOMMUNIKÁCIÓJÁNAK ELEKTROFIZIOLÓGIAI ÉS VISELKEDÉSI VIZSGÁLATA A NÖVÉNYVÉDELMI ELŐREJELZÉS ÉRDEKÉBEN

Átírás

1 PANNON EGYETEM GEORGIKON MEZŐGAZDASÁGTUDOMÁNYI KAR INTERDISZCIPLINÁRIS DOKTORI ISKOLA Vezető: Dr. habil. VÁRNAGY LÁSZLÓ D.Sc. Témavezető: Dr. habil. NÁDASY MIKLÓS C.Sc. Konzulens: Dr. SZŐCS GÁBOR C.Sc. NÉHÁNY KÁRTEVŐ ROVAR KÉMIAI KOMMUNIKÁCIÓJÁNAK ELEKTROFIZIOLÓGIAI ÉS VISELKEDÉSI VIZSGÁLATA A NÖVÉNYVÉDELMI ELŐREJELZÉS ÉRDEKÉBEN Készítette: KÁRPÁTI ZSOLT KESZTHELY 2007

2 2 NÉHÁNY KÁRTEVŐ ROVAR KÉMIAI KOMMUNIKÁCIÓJÁNAK ELEKTROFIZIOLÓGIAI ÉS VISELKEDÉSI VIZSGÁLATA A NÖVÉNYVÉDELMI ELŐREJELZÉS ÉRDEKÉBEN Értekezés doktori (PhD) fokozat elnyerése érdekében Írta: KÁRPÁTI ZSOLT Készült a Veszprémi Egyetem Interdiszciplináris Doktori Iskolája keretében Témavezető: Dr. habil. Nádasy Miklós C.Sc. Elfogadásra javaslom: igen / nem Dr. Nádasy Miklós A jelölt a doktori szigorlaton... % -ot ért el, Az értekezést bírálóként elfogadásra javaslom: Bíráló neve: igen /nem Bíráló neve: igen /nem (aláírás) (aláírás) Bíráló neve: igen /nem (aláírás) A jelölt az értekezés nyilvános vitáján...% - ot ért el Keszthely,.. A doktori (PhD) oklevél minősítése.... a Bíráló Bizottság elnöke Az EDT elnöke

3 3 TARTALOMJEGYZÉK TARTALOMJEGYZÉK... 3 KIVONATOK... 5 MAGYAR NYELVŰ KIVONAT... 5 SUMMARY (ANGOL NYELVŰ KIVONAT)... 7 ZUSAMMENFASSUNG (NÉMET NYELVŰ KIVONAT) BEVEZETÉS CÉLKITŰZÉS IRODALMI ÁTTEKINTÉS A KÉMIAI KOMMUNIKÁCIÓRÓL ÁLTALÁBAN A lepkék kémiai kommunikációjának áttekintése A lepke feromonok azonosítása A lepkék feromon termelődési helye és kibocsátása A lepkék feromontermelését befolyásoló tényezők A SZEMIOKEMIKÁLIÁK FELFOGÁSÁNAK KÖZPONTI ÉS PERIFÉRIÁS IDEGRENDSZERI ALAPJAI A rovaragy szaglólebenyének felépítése és működése A rovarok szaglószervei A szaglásban részt vevő idegsejtek típusai és funkcióik A rovarok szagló receptor neuronja A helyi interneuronok Projekciós neuronok A KUKORICAMOLY A kukoricamoly általános leírása A kukoricamoly kémiai kommunikációjának áttekintése Feromon azonosítás A feromon termelődési helye A kukoricamoly feromontermelését befolyásoló hormonok A kukoricamoly csalogató viselkedése A kukoricamoly feromon szenzitív szaglószőrei Tápnövény illatanyagok azonosítása A GYAPOTTOK-BAGOLYLEPKE A gyapottok-bagolylepke általános leírása A gyapottok-bagolylepke kémiai kommunikációjának áttekintése A FEROMON CSAPDÁK SZEREPE A NÖVÉNYVÉDELEMBEN Ragacsos csapda Palást csapda Varsás csapda Talaj csapda Növényi illatanyaggal működő csapda ANYAG ÉS MÓDSZER A KUKORICAMOLY SZEXFEROMONJÁVAL KAPCSOLATOS VIZSGÁLATOK A kukoricamoly tenyésztésének és kinevelésének folyamata A kukoricamoly csalogató viselkedési vizsgálatának módszere A Z- és E-vonalú kukoricamoly szexferomon termelés összehasonlításának módszere Extraktum készítés Gázkromatográfiás vizsgálatok A Z- és E-vonal párosodási aktivitása, a párosodás kezdetének hossza és időtartalma A KUKORICAMOLY TÁPNÖVÉNYEIVEL KAPCSOLATOS VIZSGÁLATOK A kukoricamoly csápválasza a tápnövény illatanyagokra Tápnövények Illatanyag gyűjtés Gázkromatográfiás-elektroantennográf (GC-EAD) vizsgálatok Kémiai analízis A rovar-szélcsatornás vizsgálatok módszere A KUKORICAMOLY SZAGLÓLEBENYÉNEK VIZSGÁLATA... 51

4 A kukoricamoly szaglólebenyének morfológiai feltárása Kísérleti állatok Az agy rögzítése jelölése és vizsgálata immunofluoreszcens módszerrel Minta előkészítés Lézer konfokális mikroszkóp Három dimenziós képalkotás A kukoricamoly szagló receptor neuronjának in vivo jelölése immunocitokémiai eljárással A kukoricamoly feromon szenzitív projekciós neuronjainak in vivo feltárása intracelluláris felvételezéssel SZABADFÖLDI CSAPDÁZÁSOK NÖVÉNYI ILLATANYAGOKKAL EREDMÉNYEK A KUKORICAMOLY SZEXFEROMONJÁVAL KAPCSOLATOS VIZSGÁLATOK A kukoricamoly Z-vonalának csalogató viselkedése A kukoricamoly Z- és E-vonalának szexferomon termelése A Z- és E-vonal párosodási aktivitásának vizsgálata A Z- és E-vonal párosodás kezdete és hossza A KUKORICAMOLY TÁPNÖVÉNYEIVEL KAPCSOLATOS VIZSGÁLATOK A kukoricamoly csápválasza a tápnövény illatanyagaira Rovar-szélcsatornás vizsgálatok A KUKORICAMOLY SZAGLÓLEBENYÉNEK VIZSGÁLATA A kukoricamoly szaglólebenyének morfológiai feltárása A kukoricamoly szagló receptor neuronjának in vivo jelölése immunocitokémiai eljárással A kukoricamoly feromon szenzitív projekciós neuronjainak in vivo feltárása SZABADFÖLDI CSAPDÁZÁSOK NÖVÉNYI ILLATANYAGOKKAL MEGVITATÁS A KUKORICAMOLY SZEXFEROMONJÁVAL KAPCSOLATOS VIZSGÁLATOK A KUKORICAMOLY TÁPNÖVÉNYEIVEL KAPCSOLATOS VIZSGÁLATOK A KUKORICAMOLY SZAGLÓLEBENYÉNEK VIZSGÁLATA SZABADFÖLDI CSAPDÁZÁSOK NÖVÉNYI ILLATANYAGOKKAL ÖSSZEFOGLALÁS A KUKORICAMOLY SZEXFEROMONJÁVAL KAPCSOLATOS VIZSGÁLATOK A KUKORICAMOLY TÁPNÖVÉNYEIVEL KAPCSOLATOS VIZSGÁLATOK A KUKORICAMOLY SZAGLÓLEBENYÉNEK VIZSGÁLATA SZABADFÖLDI CSAPDÁZÁSOK NÖVÉNYI ILLATANYAGOKKAL KÖSZÖNETNYILVÁNÍTÁS IRODALOM ÚJ TUDOMÁNYOS EREDMÉNYEK RÖVIDÍTÉSKEK JEGYZÉKE...105

5 5 KIVONATOK Magyar nyelvű kivonat Néhány kártevő rovar kémiai kommunikációjának elektrofiziológiai és viselkedési vizsgálata a növényvédelmi előrejelzés érdekében Vizsgálataim során a kukoricamoly (Ostrinia nubilalis Hübner (Lepidoptera: Pyralidae)) és egyéb, kukoricában előforduló kártevő lepkék kémiai kommunikációjának tanulmányozását tűztem ki célul. Vizsgálataim fő célpontja a kukoricamoly volt, mert ennek a fajnak a szexferomoncsapdával történő hazai monitorozása még nem megoldott, annak ellenére, hogy a lepke szexferomonját már évekkel ezelőtt meghatározták. Több éves, több helyen végzett szabadföldi kísérleteim azt igazolták, hogy az ismert szexferomon keverékkel csalétkezett csapda nem vonzza a kukoricamolyokat. A kukoricamoly esetében fajon belül a feromon komponensek aránya alapján két un. vonal különíthető el (Z-vonal, E-vonal). Ezzel kapcsolatban megpróbáltam feltárni a Z-vonalból származó kukoricamoly csalogató viselkedésének korcsoport szerinti változását, a Z- és E-vonal szexferomon termelődésbeli különbségeit, párosodási hajlamukat illetve, a párosodás kezdetét és hosszát a sötét periódusban. Ugyanakkor vizsgáltam a különböző tápnövények által termelt illatanyagok nőstény kukoricamoly csápjára gyakorolt hatását, illetve rovarszélcsatornában vizsgáltam a nőstények tápnövényre való repülését. Továbbá célom az volt, hogy a Z- és E-vonal szaglólebenyének morfológiáját és működését feltárjam a perifériás receptoroktól a projekciós neuronokig. Ezen kívül egy másik, a kukoricában is előforduló kártevővel, a gyapottok-bagolylepkével (Helicoverpa armigera Hübner (Lepidoptera: Noctuidae)) végeztem szabadföldi csapdázásokat növényi illatanyagokkal. A szexferomonnal végzett vizsgálatok során laboratóriumi fotoboxban végeztem a megfigyeléseket. A szexferomon főkomponens mennyiségének (titer) meghatározásához gázkromatográfot (GC) használtam. A tápnövényekből származó kivonatok elektrofiziológiai aktivitásának kimutatásához GC-vel egybekötött elektroantennográfot használtam (GC-EAD). A szaglólebeny feltárásához immunocitokémiai eljárást és intracelluláris felvételezéseket végeztem.

6 6 Az eredmények azt mutatták, hogy a kukoricamoly Z- és E-vonala hasonló tendenciát mutat szexferomon mennyiség, párosodási aktivitás, párosodás időszakának kezdete és hossza tekintetében, azzal a különbséggel, hogy az E-vonal frissen kelt nőstényei nagyobb mennyiségű szexferomon főkomponenst (E11-14:Ac) termelnek (8,25 ng/nőstény), mint a Z-vonalhoz tartozók (3,00 ng/nőstény). A tápnövény kivonatok vizsgálata során 17, nőstény csápon elektrofiziológiailag aktív komponenst találtam. A szélcsatornás vizsgálatok során a vadkomló vonzó hatásúnak bizonyult. A kukoricamoly hím és nőstény szaglólebenyének morfológiai feltárását elvégeztem valamint a két vonalnál a két szexferomon komponensre válaszoló receptor, illetve projekciós neuronok, szaglólebenybeli beidegzését meghatároztam. Az a néhány komponens, amelyet szintetikus formában sikerült beszerezni szadadföldi csapdázások során nem mutatott számottevő vonzó hatást a gyapottok-bagolylepkére. Ezek után tovább kell folytatni a már elektrofiziológiailag (GC-EAD) aktívnak talált komponensek meghatározását és szintézisét, majd a komponensek egyenkéni illetve keverékként történő szélcsatornás és szabadföldi hatásvizsgálatát. Amennyiben ezek a vizsgálatok mind sikerrel járnak, akkor egy újabb monitorozási lehetőséget tudunk biztosítani a növényvédelmi szakemberek számára.

7 7 Summary (angol nyelvű kivonat) Study of the chemical communication of some selected pests by electrophysiological and behavioral methods, for use in practical monitoring My aim was to study the chemical communication of the European corn borer (Ostrinia nubilalis Hübner (Lepidoptera: Pyralidae)) and other moth pests of corn. I have chosen the European corn borer, because the monitoring with pheromone trap in Hungary has not yet been solved, altough the pheromone has already been identified. This is because neither the commercially available attractant nor those, which were composed by myself based on the literature data proved to be suitable for practical monitoring. The European corn borer has two strains (Z-strain, E-strain) which differ in the ratio of the pheromone components. I analysed the circadian rhythm of the calling behavior of the Z-strain, the circadian rhythm of the sex pheromone titer and the mating activity by comparing the E- and Z-strains during the scotophase. Plant volatiles from the host plants were tested to identify active components on the antenna of the female European corn borer. Wind tunnel experiments were carried out with the host plant to observe the female behavior. Furthermore, we made extensive physiological and morphological analysis of the corn borer s primary olfactory relay center, the antennal lobes to compare the Z- and E-strains. We conducted field experiments with cotton bollworm (Helicoverpa armigera Hübner (Lepidoptera: Noctuidae)) to test plant volatiles. The experiments with sex pheromones were carried out in laboratory conditions in photobox; gas chromatograph (GC) was used to analyse the amount of the sexpheromone (titer). GC coupled electroantennograph (GC-EAD) was used to identify electrophysiologically active components from the host plant extracts. Double staining immunocitochemical technique and intracellular recording were used to analyse the morphology and physiology of the antennal lobe structure. The results suggest that the periodicity in titer of the respective main pheromone components of Z- and E-strains show a rather similar trend, both regarding diel periodicity and age dependence. The major difference between the two strains was that the freshly emerged E-strain females produce more main component (8.25 ng/female) of the sex pheromone than the Z-strain females (3.00 ng/female).

8 8 During the observation of the plant volatiles I found 17 components showing activity on the female antenna. In the wind tunnel tests the hop (intact plant) was attractive for the females. We have reconstructed the female and male antennal lobe of the European corn borer. Furthermore, I identified the reversed sensitivity of the two pheromone-responding glomeruli accounting for the dramatic shift in male preference using staining technique of the receptor and projection neuron. In the field tests, only some of the identified compounds were available, and those were not attractive for the cotton bollworms. Further studies are requied in order to continue the identification and synthesis of the electrophysiologically active (GC-EAD) components from host plant volatiles and analyse the activity of the compounds and their mixtures by means of wind tunnel and field trapping tests. If the experiments will be successful, we can present a novel method for practical monitoring.

9 9 Zusammenfassung (német nyelvű kivonat) Elektrophysiologische- und Verhaltensprüfung der chemischen Kommunikation von einigen schädlichen Insekten im Interesse des Pflanzenschutzanzeichens Im Laufe meiner Untersuchungen habe ich zum Ziele gesetzt, die chemische Kommunikation des Maiszünslers (Ostrinia nubilalis Hübner) (Lepidoptera: Pyralidae) und anderer, im Mais auftretenden schädlichen Falter zu erklären. Die primäre Zielsetzung dieser Untersuchung war die Meiszünsler, weil die heimische Monitoring dieses Spezies mit Sexferomon-Falle noch nicht gelöst ist, trotz der Tatsache, dass die chemische Komposition der Sexferomon dieser Meiszünsler bereits vor Jahren bestimmt wurde, nämlich meine langjährige Freilandtests haben bewiesen, dass die mit der bekannten Sexferomon-Mischung köderte Falle die Meiszünsler nicht anlocken konnte. Im Falle der Maiszünsler können innerhalb der Art und auf Grund der Proportion der Feromonkomponenten zwei sog. Linien (Z-Linie, E-Linie) separiert werden. In diesem Zusammenhang habe ich versucht, die Altersgruppeaenderung des aus Z-Linie stammenden Maiszünsler-Anlockungsverhaltens, die Sexferomon- Produktionsdifferenzen der Z- und E-Linien, die Paarungslust, bzw den Anfang und die Länge der Paarung in der dunklen Periode aufzudecken. Gleichzeitig habe ich die Wirkung der von den verschiedenen Naehrpflanzen produzierten Duftstoffe auf den Weibchen Maiszündler-Fühler (Antenne) untersucht, bzw. habe ich den Flug der Weibchen-Meiszündler auf Nährpflanz im Windtunnel untersucht. Weiterhin mein Ziel war, die Morfologie und Funktion der Geruchnervengruppe der Z- und E-linien Maiszünsler von den periferischen Rezeptoren bis zu Projektions-Neuronen aufzudecken. Darüber hinaus habe ich noch Freilandtests mit Pflanzenduft mit einem in Mais auch sich befindlichen Insekt, mit den Baumwolleulen (Helicoverpa armigera Hübner) (Lepidoptera: Noctuidae) geführt. Im Laufe der mit Sexferomon durchgeführten Untersuchungen habe ich im Labor-Photobox Beobachtungen aufgestellt. Ich habe zu der Bestimmung der Menge (Titer) der Sexferomon-Hauptkomponente Gaschromatograph (GC) verwendet. Ich habe zu der Bezeigung der elektrophysischen Aktivität der aus den Naehrpflanzen stammenden Extrakten einen Elektroantennograf mit Gaschromatograph (GC-EAD)

10 10 verwendet. Zu der Aufschliessung der Geruchnervengruppen habe ich immunocitochemisches Verfahren und intracellularische Recording durchgefüht. Die Ergebnisse zeigten, dass die Z- und E-Linien der Maiszünsler ähnliche Tendenz zeigen hinsichtlich: der Fluktuation der Sexferomon-Menge, der Paarungsaktivität, des Anfangs und der Laenge der Paarung, mit der Differenz, dass die frisch geschlüpften Weibchen der E-Linie eine grössere Menge von Sexferomon Hauptkomponent (E11-14: Ac) produzieren (8,25ng/Weibchen), als die die zu Linie-Z gehören (3,00 ng/weibchen). Im Laufe der Untersuchung der Naehrpflanzen-Extrakten habe ich 17 auf den Weibchenfühler (Antenne) elektrophysiologisch aktiv Komponente gefunden. Im Laufe der Windtunnel-Untersuchungen erwies sich der Wildhopfen als reizende Wirkung. Die morfologische Aufdeckung der Geruchnervengruppe der Männchen und Weibchen Maiszünsler habe ich durchgeführt, bzw bei den zwei Linien habe ich den auf zwei Sexferomon-Komponente antwortenden Rezeptor bzw die Geruch-Nerverversorgung (Innervation) der Projektionsneuronen bestimmt. Die Komponenten, die in syntetischer Form anlässlich Freilandtests besorgt wurden, zeigten keine bedeutende reizende Wirkung auf die Baumwolleule. Danach muss die Bestimmung und Synthese der bereits elektrophysiologisch (GC-EAD) als aktiv gefundenen Komponenten festgesetzt werden, bzw als einzelne Komponente und auch als Mischung soll man weitere Untersuchungen im Windtunnel und in Form von Freilandtest machen. Falls diese Untersuchungen erfolgreich sind, können wir eine neue Monitoring-Möglichkeit für die Pflanzenschutz-Spezialisten sichern.

11 11 1. BEVEZETÉS Az integrált növényvédelem egyik fontos feladata a kártevők pontos előrejelzése. A feromoncsapdák nagy segítséget nyújtanak a megbízható adatszolgáltatás érdekében. Ezek működésükből következően a legtöbb esetben fajspecifikusak, ezért a csapda által fogott rovarok mennyisége megfelelő adatot szolgáltat a megfigyelt területen arról, hogy a célfaj mikor és milyen mennyiségben fordul elő, a hímek rajzása mikor éri el a csúcspontot és ezek alapján mely időpontban célszerű védekezni. Nem elhanyagolható a feromonok légtértelítésre való használata sem, ami a kémiai védekezés új lehetőségét nyitja meg. Ugyancsak fontos a növényi illatanyagokkal működő csapdák szerepe, amelyek segítségével a célfaj nőstényeit is - a hímek mellett - csapdába lehet csalogatni. Hazánkban a kukoricát több mint 1 millió hektáron termesztik, ezért nagy figyelmet kell fordítani a terméscsökkentő tényezők minél pontosabb feltárására. A kukoricamoly (Ostrinia nubilalis Hbn.) kisebb-nagyobb mértékű kártételével a termesztőknek mindig számolniuk kell. A védekezés pontos időpontjának meghatározásához nagy segítséget nyújthat a megfelelő hatékonyságú szexferomoncsapda. Az általam kiválasztott kukoricamoly kémiai kommunikációjának feltárása segítségével új utat nyithatok meg egy hatékony feromoncsapda kifejlesztése érdekében, mert mindeddig a hazánkban előforduló kukoricamoly szabadföldi monitorozása még nem megoldott, annak ellenére, hogy már 1973-ban meghatározták a szexferomonját (Klun és mtsai., 1973) és számos országban szexferomon csapda is rendelkezésre áll kereskedelmi forgalomban, de hatékonyságuk megkérdőjelezhető. A külföldi sikeres eredmények a probléma összetettsége miatt nem adaptálhatók. A kereskedelmi forgalomban kapható és az irodalmi adatok alapján általam összeállított szexferomon szabadföldi csapdázások során nem mutatott vonzó hatást (1. ábra). Ezért igen fontosak azok a vizsgálatok, amelyek a faj biológiájának minél részletesebb megismeréséhez segítenek hozzá. Így vizsgálataimon keresztül közelebb kerülhetünk a kukoricamoly kémiai kommunikációjának jobb megértéséhez. Mint ismert, a kukoricamoly esetében fajon belül két ún. vonal különíthető el. A két vonal között nincs morfológiai különbség, csupán a két feromon komponens aránya (Z-vonal: Z11-14:Ac 97%, E11-14:Ac 3%, E-vonal: Z11-14:Ac 1%, E11-14:Ac 99%) közel fordított. Természetes körülmények között ezek a vonalak nem kereszteződnek. A fajon belüli két vonal jó lehetőséget biztosít az összehasonlításhoz.

12 12 A kukoricamoly fajon belüli kémiai kommunikációjának vizsgálata során az első lépés a Z-vanalú nőstények csalogató viselkedésének megfigyelése, aminek segítségével pontos képet kaphatunk, hogy a sötét perióduson belül mikor a legaktívabbak a nőstények, illetve a korcsoportonkénti összehasonlítás segítségével megtudhatjuk, hogy melyik az a korosztály, amelyik a leginkább csalogat. Ezen vizsgálatok segítséget nyújtanak a szexferomon mennyiségének méréséhez is. A szexferomon főkomponens mennyiségének mérése és a két vonal összehasonlítása segítségével megtudhatjuk, hogy melyik az az időpont, illetve korosztály, amelyik a legtöbb feromont termeli. A párosodási aktivitás vizsgálata, összehasonlítva két vonalat és a korosztályokat, rámutat arra, hogy a nőstények és a hímek mikor mutatnak párosodási hajlandóságot. A fajok közötti kémiai kommunikáció kapcsán a kukoricamoly esetében a tápnövényekből származó illatanyagok fontos szerepet játszanak a nőstény tájékozódásában. Ezt kihasználva olyan tápnövényekből származó illatanyagokat lehet azonosítani, amelyek hozzásegíthetnek egy nőstényt is vonzó csapda kidolgozásához. Ezen kívül a kukoricamoly illatanyag felfogásával összefüggő központi és perifériás idegrendszeri vizsgálat olyan indirekt megközelítést tesz lehetővé, amely segítségével újabb szexferomon és növényi illatanyag komponenseket lehet azonosítani. Az elmúlt években hazánkban a gyapottok-bagolylepke (Helicoverpa armigera Hbn.) különféle termesztett növényekben, többek közt a csemegekukoricában is, okozott jelentős gazdasági kárt. A lárva jelenléte a terméken az átvételnél kizáró ok. A kis hernyók fejlődésük során hamar berágják magukat a megtámadott növény belsejébe, ahol az inszekticid már nem (vagy csekély mértékben) hat, így az ellenük való védekezés eredményességének alapfeltétele a helyes időzítés. A gyapottok-bagolylepke szexferomonjának összetétele jól ismert és a szabadföldi csapdázások során hazánkban is beigazolódott sikeressége. Az optimális időben történő védekezés fontosságát Dömötör és mtsai. (2002) igazolták, ahol a feromon csapdák által mutatott rajzáscsúcshoz képest nézték a fiatal lárvák megjelenését. A szexferomonnal történő csapdázás során csak hím egyedek repülnek a csapdába, ezért felmerül a kérdés, hogy a nőstény lepkéket vajon hogyan lehetne csapdába csalogatni. A nőstények csapdába csalogatásához a kaironok, ebbben az esetben növényi illatanyagok nyújthatnak segítséget. Ennek érdekében szabadföldi csapdázások segítségével, a kukoricából azonosított illatanyagokkal csalétkezett csapdák használatával, több egymást követő rajzási időszakban olyan attraktánst lehet találni, ami vonzó hatású lehet a kukoricásban előforduló kártevők, a kukoricamoly mellett elsősorban a gyapottok-bagolylepke ellen.

13 13 1.ábra: A kukoricamoly szabadföldi csapdázásának és vizuális megfigyelésének összehasonlítása. A feromon komponensek származási helye különböző volt: A: Z11-14:Ac VOE88 + E11-14:Ac Arn81, B, F, G, H: Z11-14:Ac UI E11-14:Ac TRECE, C: Z11-14:Ac VOE88 + E11-14:Ac TRECE, D: Z11-14:Ac UI E11-14:Ac Arn81, E: USA-ból származó kereskedelmi kapszula. Az A, B, C, D esetben a kibocsátó magyar gumigyűrű a ragacslap felett, az E, F esetben a kibocsátó a ragacslapban, a G esetben a kibocsátó Wheaton kapszula volt. Az A, B, C, D, E, F, G esetben a csapdatípus ragacsos, a H esetben hálós-varsás. Az I esetben a kukoricásban szabad szemmel fél óra alatt megfigyelt kukoricamolyok száma látható.

14 14 2. CÉLKITŰZÉS A kártevő rovarok kémiai kommunikációjának feltárása különböző jellegű, egymásra épülő kísérletsorozat eredménye révén valósulhat meg. Elsődleges célom az volt, hogy a különböző kísérletek révén feltárjam a kukoricamoly kémiai kommunikációjának még hiányzó láncszemeit. Ennek érdekében, fajon belüli, szexferomonnal kapcsolatos vizsgálatokat végeztem és fajok közötti, kairomonokkal történő kommunikációs lehetőségeket, illetve a szaglás perifériás és elsődleges központi idegrendszeri útját tanulmányoztam a kukoricamolynál. A fajon belüli kémiai kommunikációval kapcsolatban célul tűztem ki, hogy összehasonlítsam a nőstények csalogató viselkedését a különböző korosztályok között a sötét periódusban a Z-vonal esetében. A szexferomonnal kapcsolatos vizsgálatok során a kukoricamoly két vonalának nőstényei által termelt szexferomon főkomponens mennyiségét (titer) szándékoztam megmérni. Ezek mellett a párosodási aktivitást és a párosodás kezdetének és hosszának idejét terveztem meghatározni mindkét vonalnál, összehasonlítva azokat. A fajok közötti kommunikáció tanulmányozása során (rovar-tápnövény kapcsolat) célom az volt, hogy olyan illatanyagokat (jelen esetben kairomonokat) azonosítsak a kukoricamoly tápnövényeiből (vadkomló, fenyércirok, köles), amelyek vonzó hatást gyakorolhatnak a kukoricamoly nőstényeire is. A növények által kibocsátott illatanyagok kivonatát gázkromatográffal egybekötött elektroantennográffal (GC-EAD) fogom vizsgálni a nőstény kukoricamoly csápján, majd az aktívnak talált komponenseket nemzetközi együttműködés segítségével tervezzük meghatározni GCtömegspektrométer (MS) segítségével. Azért, hogy a kukoricamoly nőstényeinek tápnövényhez való vonzódását megfigyeljem azt terveztem, hogy rovar-szélcsatornás vizsgálatokat végezzek, melynek során élő tápnövényt használok illatforrásként. A kukoricamoly szaglásának perifériás és elsődleges központi idegrendszeri feltárását is elhatároztam. A vizsgálatok során megpróbálom a szaglólebeny, mint elsődleges információs felfogó és koordináló központ, morfológiai és működésbeli feltárását, illetve a perifériás szaglóreceptorok felől érkező szaglóideg útjának jelölését elvégezni. Ezeknél a vizsgálatoknál szintén a kukoricamoly két vonala hasonlítandó össze. A szaglólebeny háromdimenziós morfológiai feltárásához, a receptor neuronok és a projekciós neuronok jelöléséhez immunocitokémiai eljárásokat és lézer konfokális

15 15 mikroszkópot kívánok használni. A projekciós neuronok érzékenységének meghatározásához in vivo intracelluláris felvételeket tervezek készíteni. Ezeknek a vizsgálatoknak a segítségével közelebb kerülünk a faj kémiai kommunikációjának jobb megértéséhez. A szabadföldi csapdázások során célom az volt, hogy a kukorica által kibocsátott illatanyagok meghatározása után ezen illatanyagok szabadföldi kipróbálása révén kukoricamolyt, illetve olyan, a kukoricát károsító lepkéket (pl. gyapottokbagolylepke) csalogassak csapdába, amelyek a kukoricásban jelen vannak. Terveztem, hogy az általunk meghatározott illatanyagkomponensek közül a lehető legteljesebb sorozatot beszerezzem szintetikus formában, hogy annak szabadföldi vonzóhatását kipróbálhassam. Ennek érdekében különböző kibocsátókat próbálok ki sátor alakú ragacsos csapdában. A kísérletek során várhatóan nőstényeket és hímeket is sikerül csapdába csalogatni.

16 16 3. IRODALMI ÁTTEKINTÉS 3.1. A kémiai kommunikációról általában A kémiai kommunikáció az élővilág egyik igen fontos és el nem hanyagolható módja az információcserének. Ez a közlési forma egyaránt megtalálható mind a szárazföldi, mind pedig a vízben élő növényi és állati szervezeteknél (Birch, 1974). A kémiai kommunikációban résztvevő anyagok igen fontos szerepet töltenek be mind az egyes egyedek életében, mind a populációk szintjén. Az állatvilágnál maradva a vizuális és az akusztikus kommunikációs, illetve információs csatorna régóta ismert. A kémiai úton történő információcsere mikéntje, illetve a kémiai kommunikációban résztvevő anyagok kémiai szerkezete ellenben, csak néhány évtizede vált ismerté a kutatók számára. Ezen a területen történő kutatások a mai napig is érdekes és fontos eredményeket hoznak napvilágra, amelyek pedig nagymértékben előremozdítják az egyes élőlények közötti kommunikáció feltárását és ezáltal az élővilág jobb megismerését. A tágabb értelemben vett kémiai kommunikációban résztvevő anyagok csoportosítása érdekében célszerű kettéválasztani a kizárólag kémiai kommunikációban résztvevő anyagokat (szemiokemikáliák) és a viselkedés-szabályozó anyagokat (Shorey, 1977) (2. ábra). Az előzőek az élőlények közötti kémiai információhordozó vegyületek rendszerét képezik. Ezek az anyagok már a legegyszerűbb élőlényeknél is (pl. baktériumok) fellelhetők, vagy például a kemotaxis segítségével a szaprofita, vagy parazita életmódot folytató mozgásra képes gombák képesek felkutatni táplálékforrásukat, de a rovarok és emlősök megannyi kölcsönhatásáért is felelősek (Ritter, 1979; Birch, 1974). Csalogató anyagként hathatnak fehérjék, egyes aminosavak, ammoniumsók, szénhidrátok, foszfátok, alkáli- és alkáliföldfém sók (Vogel és Angermann, 1992). A Dictyostelium nyálkagombánál a központi sejt egy aggregációs jelet, az úgynevezett akrazint bocsátja ki, aminek segítségével magához vonzza a távolabbi nyálkagombákat, amelyek aztán összetapadnak. Ez is a kemotaxis egyik formája (Vogel és Angermann, 1992). A moháknál például víz hatására az archegónium csúcsi része felnyílik, a csatornasejtek elnyálkásodnak és meghatározott anyagot (a májmohák fehérjéket, a lombosmohák nádcukrot) választanak ki, amely a spermiumokat kemotaktikusan ingerli (Vogel és Angermann, 1992). A társas életet élő

17 17 rovarok (hangyák, termeszek, méhek) is sokféle anyagot termelnek, melyeknek jelentős szerepük van élettevékenységük irányításában (például a méhkirálynő 9-ketodekonsavat termel, mely más-más módon hat a dolgozókra és a herékre). Ezeket a kémiai kommunikációban résztvevő anyagokat, melyeket közös néven szemiokemikáliáknak (semiochemicals) (Law és Regnier, 1971) hívnak, két részre lehet bontani. Az egyik csoportba tartoznak a fajok közötti kommunikációért felelős anyagok, ezeket allelokemikáliáknak (allelochemicals) nevezzük (Whitakker és Feeny, 1971). A másik csoportba tartoznak a fajon belüli információcseréért felelős anyagok, melyeket feromonoknak (pheromones) hívunk (Karlson és Lüscher, 1959) (2. ábra). A fajok közötti allelokemikáliákat tovább lehet csoportosítani aszerint, hogy melyik félnek származik ebből előnye. Ha a kibocsátónak, akkor allomonnak (Brown, 1968), ha pedig a felfogónak, akkor kairomonnak (Brown és mtsai., 1970) és ha mindkét fél számára előnyös, szinomonnak nevezzük (Nordlund és Lewis, 1976) (2. ábra). Allomonnak hívjuk az egyes rovarok ragadozók ellen kibocsátott, azokat távoltartó védekezési illatanyagokat. A homokfutrinkák számos képviselőjének imágója potrohvégén egy speciális mirigyet visel, ami egy riasztó anyagot termel (főleg kinonszármazékokat) (Thiele, 1977). A kairomonok és szinomonok kutatása napjainkban igen fontos, növényvédelmi célokat is szolgáló terület, mivel ezen illatanyagok segítségével nőstényt és hímet egyaránt vonzó csapda kidolgozására nyílik lehetőség. Ha a rovar-növény kapcsolatokat vizsgáljuk, akkor a növények által kibocsátott illatanyagok a herbivor rovarok számára igen fontosak, annak érdekében, hogy megtalálják táplálékforrásukat. Ebben az esetben ezek az illatanyagok kairomonok. Egy másik példa a kairomonra a szúbogarak ürülékéből származó illatanyag, mivel a szúfarkasok ezen illat segítségével találják meg zsákmányukat, jelen esetben a szúbogarakat (Borden, 1974). Nem elhanyagolható az sem, hogy egy anyag többféle kommunikációt is szolgálhat, és ettől függ, hogy milyen kategóriába esik. Például a szúbogarak által megtámadott fán a bogarak által kibocsátott aggregációs feromont (feromonok egyik típusa, 2. ábra) érzékelik a szúfarkasok is, és ez segít a zsákmány megtalálásában, tehát ilyenkor ezt az anyagot kairomonnak nevezzük (Borden, 1974). Ebben az esetben a feromon komponensek közül akár egy, vagy két komponens is elegendő ahhoz, hogy interspecifikus jelzőanyagként, azaz kairomonként funkcionáljon (Bakke és Kvamme, 1981; Raffa, 2001).

18 18 A szinomonok olyan anyagok, amelyek mindkét faj számára előnyös helyzetet teremtenek. Például a déligyümölcsmoly (Ephestia cautella) nősténye által kibocsátott egyik anyag az aszalványmoly (Plodia interpunctella) hímjeinek távoltartására szolgál. Mivel ezek a lepkék egy időben és egy helyen rajzanak, ezen anyag segítségével biztosítják a reproduktív izolációt (Sower és mtsai., 1974). A növényeknek különböző nektárforrásaikat illatanyagok segítségével hirdetni kell a beporzó rovarok számára a megporzás érdekében, ebben az esetben ezek az illatanyagok is szinomonok (Jönsson, 2005). Az élőlények számos csoportjában megfigyelhető a fajon belüli kommunikációért felelős anyagok elválasztása, minek következtében a faj másik egyede specifikusan érzékeny és fajra jellemző mozgással válaszol. Ezeket az anyagokat közös néven feromonoknak nevezzük. Az elnevezést elsőként Karlson és Lüscher (1959) vezette be. Ezek szerint: A feromonok olyan anyagok, melyeket az illető állatfaj egy példánya bocsát ki a külvilágba, majd ugyanannak a fajnak egy másik egyede érzékeli őket és a felfogó szervezetből valamilyen specifikus választ vált ki.. A feromonok a legtöbb esetben a levegőben terjednek, ezért terjedésüket a szél és a hőmérséklet egyaránt befolyásolja, igen kis mennyiségben is képesek kifejteni hatásukat és gyakran nagyobb távolságból is érzékelhetőek. Ezek hatásáért gyakran egyetlen anyag felelős, máskor viszont több komponens megfelelő arányú együttes jelenléte vezet eredményre. Ebben az esetben a komponensek külön-külön inaktívak, ha viszont több anyag együttese szükséges a hatás eléréséhez, akkor a feromon szó az összes anyag együttesét jelenti (Shorey, 1977). A feromonok szinte az egész állatvilágban fellelhetőek. A kutatások napjainkban elsősorban a gerincesek és a rovarok feromonjai tanulmányozására irányultak. A gerincesek feromonjairól jelen munka keretében nem teszek említést, mivel ez nem képezi a dolgozatom tárgyát. A feromonok gyakorlati felhasználására eddig szinte kizárólag a rovarok osztályán belül került sor. Az államalkotó rovarok jellegzetes illatuk alapján ismerik fel a saját bolyukba tartozó egyedeket. Ha nem érzik a fajtársukon a boly jellegzetes illatát, akkor agresszíven lépnek fel vele szemben. Érdekes megfigyelés, hogy a méhek az idegen kaptárból származó egyeddel szemben, csak bizonyos ideig viselkednek agresszíven. Valószínű, hogy az idegen egy idő után felveszi a kaptárra jellemző szagot. Ha egy kaptárban elpusztul az anyakirálynő, akkor a méhészek egy új anyát helyeznek a fészekbe, ketrecbe zárva, majd pár nap múlva szabadjára engedik. Ez a pár nap

19 19 elegendő ahhoz, hogy a család befogadja az új anyát, ellenkező esetben megölnék a királynőt. A feromonokat tovább lehet csoportosítani a válaszreakció típusa szerint. Ismerünk olyanokat, amelyek lassú fiziológiás hatást váltanak ki, ezek az áthangoló (primer) feromonok, ezek általában hosszú ideig hatásosak (Wilson, 1963). Ilyen például a méhkirálynő által termelt anyag, amely képes megakadályozni, hogy a fészekben újabb anya fejlődjék. A másik csoportba azok a feromonok tartoznak, amelyek gyors viselkedési választ váltanak ki, ezeket kiváltó (releaser) feromonoknak nevezzük (Wilson, 1963). Ezeket a kiváltó feromonokat tovább csoportosíthatjuk a viselkedési válasz milyensége szerint. Eszerint a rovaroknál meg tudunk különböztetni aggregációs feromont, amely mindkét fél gyülekezését váltja ki, nyomjelző feromont, nyomkövető feromont, riadóztató (alarm) feromont, diszperziós feromont és ivari viselkedést befolyásoló feromont (Shorey, 1973) (2. ábra). Az aggregáció lehet nagy tömegeket vonzó, mint például a szúbogarak esetében, ahol is a kiválasztott fára ezernyi bogár érkezik az aggregációs feromonnak köszönhetően (Shorey, 1973). A dolgozó hangyák táplálékszerző útjuk bejárásakor a potrohukkal megérintik a talajt, ezáltal nyomjelző feromonokat bocsátanak ki, annak érdekében, hogy a társaik szintén megtalálják a helyes utat a táplálékforráshoz. A méhészek között már régóta ismert tény, hogy ha egy méh megszúr egy embert, akkor a többi méh is támadásba kezd. Ez azért történik, mert a méh mihelyt beledöfi áldozatába fullánkját, azonnal egy olyan anyagot bocsát ki, ami jelen esetben egy riadóztató feromon, amely a többi méh támadását serkenti (Móczár, 1987). Azoknál a rovaroknál, melyek kisebb-nagyobb csoportban élnek előfordulnak diszperziós feromonok. Ezek a csoportok szétválását váltják ki. Például a levéltetveknél a megtámadott egyedek bocsátanak ki diszperziós feromont, ennek hatására a többi levéltetű igyekszik elmenekülni (Tóth, 1990). A fent említett példákon túl vannak olyan feromonok is, amelyek az ivari viselkedést befolyásolják. Ezekre az anyagokra a lepkék kémiai kommunikációja című fejezetben térek ki részletesen. A fejezet elején kettéválasztottam a kémiai kommunikációban részt vevő anyagokat és a viselkedés-szabályzó anyagokat. Most ez utóbbiak további csoportosítására kerül sor aszerint, hogy a felfogó szervezetben milyen mozgásállapotbeli változást idéznek elő. Ezeket az anyagokat eredettől eltekintve

20 20 vizsgáljuk, tehát nem vesszük figyelembe az illatanyag forrását. Ebben az esetben nem csak élő szervezet bocsáthatja ki az illető anyagot, hanem lehet az egy szintetikusan előállított vegyület is. Ez csupán hatás szerinti csoportosítás, melyek szerint megkülönböztethetünk általános mozgásserkentő (lokomotorikus), vonzó (attraktáns), elmozdulást gátló (arresztáló), távoltartó (repellens), párosodást-, táplálkozást-, petézést- stb. serkentő illetve gátló anyagokat (Dethier és mtsai., 1960) (2. ábra). Mindezek közül talán a legfontosabb az attraktáns fogalma, ami olyan távhatású anyagok összességét jelöli, amely egy állatfaj egyedeit nagy távolságból a forráshoz vonzzák. A szakirodalomban többször találkozhatunk a szex-attraktáns fogalmával, ami azokat az anyagokat foglalja magába, amelyek az egyik ivarú egyedet, legtöbb esetben a hímet, nagy távolságokból, párosodás céljából vonzzák, de a nőstényekből (még) nem mutatták ki. (Szőcs, 1990). 2. ábra: A kémiai kommunikációban szereplő anyagok áttekintése.

21 A lepkék kémiai kommunikációjának áttekintése A lepkék kémiai kommunikációján belül az ivari viselkedést szabályozó feromonok tekintetében ezeket az illatanyagokat két részre bonthatjuk. Az egyik csoportba tartoznak azok az anyagok, amelyeket az egyik ivarú - általában a nőstény - lepke bocsát ki annak érdekében, hogy a hímeket magához csalogassa. Ezeket szexferomonoknak nevezzük (Shorey, 1973). A másik csoportba azok az illatanyagok tartoznak, melyeket a hím bocsátja ki, udvarlási viselkedése alkalmával azért, hogy a nőstény megközelítése után sikeres legyen a párosodás, ezeket közös néven afrodiziákumoknak nevezzük (aphrodisiac). Ezt az anyagot a hím lepkék a nőstények közvetlen közelében bocsátják ki (Siebold, 1837; Birch, 1974). A lepkék szexferomonjának azokat a vegyületeket, vagy vegyületek keverékét tekintjük, amelyeket a faj egyik neme, legtöbb esetben a nőstények, bocsátanak ki, nagy távolságból is vonzó hatásúak és ennek eredményeképpen az ellenkező ivarból párosodás céljából történő orientációt váltanak ki. Ezek a szexferomonok tartalmazhatnak olyan komponenseket is, amelyek más jelentéstartalommal is rendelkezhetnek és hatásukat általában csak rövid távolságokban fejtik ki, például a nőstényt megközelítő hímet a térségben tartózkodásra serkenti (Bjostad és mtsai., 1980). Fontos megemlíteni, hogy a csoportosítások során ugyanaz az anyag többféle csoportba is sorolható annak megfelelően, hogy mikor milyen kommunikációban vesz részt. Erre a lepkéknél is jó néhány példa ismert, amint azt a korábbi fejezetben említettem. A déligyümölcsmoly szexferomonjában fellelhetők olyan komponensek, amelyek egyidejűleg elősegítik a fajazonos hímek erőteljesebb vonzását és egyben gátló hatásúak is az azonos időben és helyen repülő, közeli rokonságba tartozó aszalványmoly hímek számára; ezáltal biztosítják a reproduktív izolációt. Itt tehát már fajok közötti kommunikációról van szó, így ezek a komponensek egyben allelokemikáliák is (Sower és mtsai., 1974). Jelenlegi tudásunk szerint a lepkék szexferomonjainak zöme két-, három-, esetleg még több komponensből áll. Szerkezetüket tekintve el nem ágazó, 1-3 telítetlen kötést hordozó, hosszúszénláncú molekulák aldehid, alkohol vagy acetát funkciós csoporttal (Tamaki, 1985). A komponensek hatásukat csak egy szűk keverési tartományban fejtik ki. Számos, taxonómiailag egymáshoz közel álló lepkefaj használ hasonló komponenseket feromonként, a különbség sokszor csak a komponensek

22 22 arányában nyilvánul meg (Tóth, 1990). Többkomponensű feromon esetén az egyes komponensek aránya szigorúan szabályozott. Vannak olyan esetek, ahol az eltérés a vegyületek között csak a geometriai izomériában jelentkezik, mint például a kukoricamoly esetében a szexferomon két komponensből áll, melyek egymásnak enantiomer párjai. Azokban az esetekben, amikor a faj szexferomonjának összetétele ismert és a feromon többkomponensű, lehetőség nyílik olyan kísérletek elvégzésére, amelyekben azt vizsgáljuk, hogy milyen a vonzó hatása a különböző keverési arányú keveréknek. Általában az optimális keverési arány megegyezik a nőstény által termelt fermon összetételével (Tóth, 1990) A lepke feromonok azonosítása Elsőként Butenand és mtsai. (1959) a selyemlepke (Bombyx mori) feromonját azonosították. Ezután a kártevő lepkefajok szexferomonjának kutatása egyre több kutatócsoportot ösztönzött. Annak ellenére, hogy a lepkék feromonjának tanulmányozása a leginkább kutatott területek közé tartozik, mégis ezidáig csak kb lepkefaj szexferomonjának a kémiai szerkezetét derítették fel (Arn és mtsai., 1999). Ez csupán elenyészően kis része a világon előforduló fajok számának, ráadásul az ismert feromonú fajok döntő többsége kártevő, tehát kevéssé reprezentálják a lepkék rendjének egészét A lepkék feromon termelődési helye és kibocsátása A legtöbb nőstény lepkénél a feromon termelődése egy módosult interszegmentális membránban, a feromonmirigyben történik. Ennek helye a potroh 8. és szelvénye között van, a legtöbb esetben ez dorzálisan helyezkedik el, de vannak olyan esetek, amikor ventrálisan, illetve gyűrű alakban található (Chapman, 1998). A mirigynek nincs kivezető csöve, belőle a feromon a kutikulán átdiffundálva jut ki. A legtöbb faj a feromon kibocsátásakor a potrohát megfeszítve és így a potrohszelvényeket mintegy teleszkópszerűen kitolva tarja (ún. csalogató testhelyzetet vesz fel). Az egyébként nyugalmi állapotban visszagyűrődő mirigyfelület a levegővel közvetlen érintkezésbe jut, ami a feromon kijutását idézi elő. A legtöbb faj nőstényei néhány ng, vagy ennél is kevesebb mennyiségben termel és bocsát ki feromont, mely a legtöbb esetben egymáshoz kémiailag hasonló, nehezen szétválasztható vegyületek

23 23 keveréke. A feromon egyes fajok esetében még a bábállapotban termelődik és az imágóélet folyamán nem pótlódik. Más esetekben viszont a frissen kikelt imágó mirigye nem tartalmaz feromont és az csak az imágóélet későbbi szakaszában képződik. A feromon kibocsátása csak egy bizonyos, a fajra jellemző napszakban, néhány órán keresztül történik (Tóth, 1990) A lepkék feromontermelését befolyásoló tényezők A lepkék esetében a feromontermelést feromontropikus neuropeptidek, azon belül a PBAN-ek (Feromon bioszintézist serkentő hormonok) irányítják. Az első ilyen hormont a kukorica bagolylepkéből (Helicoverpa zea) izolálták és azonosították (Hez- PBAN) (Raina és mtsai., 1989). Ezt követően számos más fajnak is kimutatták a PBAN-ét (pl. Bombyx mori - Bom-PBAN). Az eddig ismert PBAN-ek termelődése az agyban található garatalatti ducban történik, a corpus cardiacumban tárolódik és időszakosan ürül napszaktól függően, majd a vérnyirokban kering, mielőtt eljut a célszervbe a nőstények feromonmirigyébe, ahol kifejti hatását (Fónagy, 2006; Nation, 2002b) (3. ábra) A szemiokemikáliák felfogásának központi és perifériás idegrendszeri alapjai A rovarok központi idegrendszere a fejben található garat feletti és a garat alatti ducokból áll, amihez a hasduclánc kapcsolódik. A garat feletti ducot, amelyet más néven agynak (cerebrum) neveznek, három részből áll: előagy (protocerebrum), középagy (deuterocerebrum) és utóagy (tritocerebrum) (3. ábra). Az előagyban elkülöníthetők a gomba- vagy nyelestestek (corpora pedunculata) (nevüket gombához hasonlító alakjukról kapták), melyek igen bonyolult felépítésűek, a csápokon lévő szagló- és a szemben lévő fényérzősejtekből jövő ingerületek asszociációs centrumai, ezért különösen fejlettek azokon a társas életet élő rovarokon (pl. háziméh), amelyek kémiai és optikai ingerek segítségével tájékozódnak és térnek vissza a fészkükbe. Ez is bizonyítja, hogy a gombatestek a rovaragy legmagasabbrendű érző, asszociációs és ösztön központjai. Tőlük két oldalt, az előagy oldalsó részén találhatók a látólebenyek (lobus opticus), amelyekhez az összetett szemektől érkezik az információ a vastag, rövid látóidegen (nervus opticus) keresztül. A gombatestek között

24 24 középen helyezkedik el a csak metszeteken látható központi test, mely igen fontos asszociációs központ (Kovács és mtsai., 1990). A középagyban található a szaglólebeny (lobus olfactorius antennal lobe; AL) és a csápok mozgató központja (Antennal Mechanosensory and Motor Center; AMMC). A középagy legnagyobb részét a szaglólebenyek képzik, amelyekhez a csápból érkező információ a szaglóidegen (nervus olfactoricus) keresztül jut el. A szaglólebeny, amely kétoldali, a csápok kemoreceptorainak érző idegvégződéseit (axon) tartalmazza. Ezek az idegvégződések gomb alakú sejtcsoportokban találkoznak, melyeket glomerulusoknak hívnak. A belőlük kiinduló pályák az impulzusokat az ellenoldali magcsoportokba, illetve a központi testen keresztül a gombatestbe vezetik. Ugyancsak a középagyból erednek a csápok mozgató idegei is (Kovács és mtsai., 1990). Az utóagy az agy legkevésbé fejlett része, csak embrionális korban különíthető el megfelelően. A felső ajkak beidegzéséért felelős és itt található a zsigerek működését irányító vegetativ (sympathicus) idegrendszer is. Ugyancsak belőle indul ki a garatideggyűrű is, amely a garat alatti duchoz kapcsolódik, ezek együttesen a szájszervek beidegzéséért felelősek és belőle ered a hasduclánc (Kárpáti és mtsai., 1992). A hasdúclánc kilenc pár dúcból áll, melyek közül három pár a torban, hat a potrohban helyezkedik el. A tordúcból kiinduló idegek irányítják a lábak és szárnyak mozgását. A potrohdúcok a potroh izmait és az ivarszerveket idegzik be (Kovács és mtsai., 1990, Kárpáti és mtsai., 1992). 3. ábra: A rovaragy felépítése (Fónagy, 2006 nyomán módosítva).

25 A rovaragy szaglólebenyének felépítése és működése A szaglólebeny a középagyban található kétoldali szerv, az agy többi részétől jól elkülöníthető (4. ábra). A szaglólebeny az elsődleges illatanyag felfogó központ és a csápok kemoreceptorainak érző idegmagvait tartalmazza. A csápon találhatók az un. szaglószőrök (sensilla), amelyekben a szaglóreceptor ideg, vagy idegek (Olfactory Receptor Neurons; ORNs) foglalnak helyet. Ezen idegek sejttestjei a szaglószőrök alatt, a csápban találhatók. A szaglóreceptor ideg axonja a szaglóidegen keresztül érkezik a szaglólebenybe. Ugyanakkor a szájszervek felől érkező szaglóreceptor idegek is ide futnak be. A szaglólebenyben gömb alakú sejtcsoportokat találunk, amelyek a szinapszisok központjai a receptor neuronok, a szaglólebeny interneuronjai és a projekciós neuronok között (5. ábra). Ezeket a glomerulusok mint szőlőszemek helyezkednek és veszik körül a központi rostállományt (central fibre core) (4. ábra). Ebben a központi rostállományban gyűlnek össze idegköteggé a glomerulusokból érkező neuronok. A belőlük kiinduló pályák az impulzusokat az ellenoldali magcsoportokba, illetve a gombatestbe küldik (5. ábra). Az egyes glomerulusok jól láthatóan elkülönülnek egymástól (4. ábra). A glomerulusok mérete, száma és elhelyezkedése fajra jellemző. A szaglólebeny szerkezetét feltérképezték az ecetmuslicánál (Drosophila melanogaster), az egyiptomi csípőszúnyognál (Aedes aegypti), a háziméhnél (Apis mellifera) és számos lepke- és csótány fajnál. Az egyiptomi csípőszúnyognál 32 db (Bausenwein és Nick, 1998), az ecetmuslicánál 43 db, a káposztalepkénél (Pieris brasssicae) közel 60 db (Rospars, 1983) glomerulust különítettek el. Ugyanakkor egy sáskafajnál (Schistocerca sp.) közel 1000 db glomerulus található mindkét nemnél, egyedül a lódarázsnál (Vespa crabro) találtak hasonlóan magas számút. A glomerulusok mérete és alakja megközelítőleg egyforma mind a hímeknél mind a nőstényeknél. Nemek közti különbség figyelhető meg azonban a szaglólebeny szerkezetére vonatkozólag számos hártyásszárnyú (Hymenoptera) és lepke (Lepidoptera) fajnál. Azoknál a lepkéknél, ahol a nőstény szexferomont termel a hímeknél általában két jól elkülöníthető nagyobb egységet találhatunk a szaglólebenyben. Az egyik egység, amely a szaglóideg bejárata felé esik, a szexferomon felfogásáért felelős, ezt más néven makroglomeruláris komplexnek (Macroglomerular Comlpex; MGC) hívják, ez több glomerulusból állhat (4. ábra). A másik egységben pedig azok a glomerulusok találhatók, melyek más illatanyagokért felelősek (pl. táplálék forrás, CO 2, gazdanövény, általános környezetbeli illatanyagok). Ezeket

26 26 általános glomerulusoknak nevezik. A nőstényeknél nem található meg a MGC, csak az általános glomerulusok. Egyes lepkéknél a hímeknél található MGC-ben az egységek száma összefüggésben van a feromon komponensek számával. Más lepkéknél az MGC egységek száma kevesebb (Anton és Homberg, 1999). 4. ábra: A szaglólebeny elhelyezkedése és felépítése a dohányszendernél (Manduca sexta). (Hansson, nyomán módosítva) MGC - makroglomeruláris komplex 5. ábra: A nőstény csótány szaglólebenyének és gombatestének szerkezete (Nation, 2002a nyomán módosítva).

27 A rovarok szaglószervei A rovaroknak igen érzékeny szaglószerveik vannak, melyek a levegőben lévő anyagokra reagálnak, valamint életfontosságú ingerekre (táplálék, ivari illat), melyekre igen alacsony az ingerküszöbük. Segítségükkel ismerik fel pl. a növényevők a tápnövényeik, a ragadozók a prédaállatok szagát. A legtöbb faj esetében a hímek igen messziről megérzik a sokszor kis koncentrációban lévő nőstény feromont, a nőstények pedig peterakáskor kemoreceptoraik segítségével választják ki az utódok számára legmegfelelőbb helyet (pl. fürkészdarazsak). Ide sorolhatjuk a páratartalmat és CO 2 -ot érzékelő receptorokat is. A szaglószőrök, vagy más néven szenzillák az érzékelés legkisebb funkcionális egységei, (érzéksejtek kis csoportja) főleg a csápokon csoportosulnak, de előfordulnak a tapogatókon is, sőt, azokon a hártyásszárnyúakon, amelyek a petéiket élő lárvákba, vagy bábokba rakják, a tojócsövön is megtalálhatók (Odorfer, 1992). A szenzillák külső morfológiai bélyegei alapján lehetnek: hártyalemezek (sensilla placoides), szaglókúpok (sensilla basiconica), szaglószőrök (sensilla trichoidea) és gödörszőrök (sensilla coeloconica) (Ádám, 1991) (6., 7. ábra). A szenzillákat a transzmissziós elektronmikroszkóp által adott falszerkezet szerint másképp is lehet csoportosítani. Eszerint lehet falán-pórusos-szenzilla (wall poresensilla), ezek általában a szaglásért felelősek, csúcsán-pórusos-szenzilla (tip poresensilla), amely általában az izérzékelésért felelős és a pórus-nélküli-szenzilla (no poresensilla), amely mind a mechanoreceptorokat, mind a hő- és páratartalomreceptorokat tartalmazza. Ha csak a falán-pórusos-szenzilláknál maradunk, akkor ezeket tovább lehet osztályozni falvastagságuk szerint. Eszerint lehetnek vékonyfalú szenzillák (single walled sensilla) és dupla falú szenzillák (double walled sensilla). A vékony falúak közé tartozik a sensilla trichodea, amely igen vékony kutikulával borított, alakja hosszúkás és ezt még finom pórusokkal nyíló tubulusok törik át, amelyeken keresztül az illatanyagok behatolhatnak az érző receptorokhoz. Általában 1, 2, vagy 3 bipoláris primer neuron található bennük. A sensilla basiconica, ami szintén vékony kutikulával van borítva rövidebb, mint a s. trichodea, kúp alakú, legömbölyített képződmény, ugyancsak a szaglásért felelős, hasonlóan sok pórus található rajta (6. ábra). A szenzillában található neuronok száma 1-től 50-ig változhat. A csáp felülete lemezek és fonalak kialakulásával erősen megnagyobbodhat, így a szagló szenzillák száma