天牛危害與機械損傷對山核桃揮發(fā)物的誘導(dǎo)差異

王佩星，徐華潮，李 俊

（浙江農(nóng)林大學(xué) 林業(yè)與生物技術(shù)學(xué)院，浙江 臨安 311300）

天牛危害與機械損傷對山核桃揮發(fā)物的誘導(dǎo)差異

王佩星，徐華潮，李 俊

（浙江農(nóng)林大學(xué) 林業(yè)與生物技術(shù)學(xué)院，浙江 臨安 311300）

對健康、受機械損傷及具有天牛幼蟲新鮮排糞孔的山核桃樹進行頂空吸附采樣，研究山核桃在不同條件處理下的揮發(fā)物差異。結(jié)果表明，不同處理山核桃之間揮發(fā)物種類有明顯差異，健康山核桃釋放的揮發(fā)物種類 10種，機械損傷植株10種，但二者間有5種成分不同，而天牛幼蟲蛀干的植株有17種，與機械損傷的相比有10種成分不同。

山核桃；揮發(fā)物；誘導(dǎo)差異；天牛幼蟲；機械損傷

山核桃（Carya cathayensis）為中國特有珍貴干果和木本油料，主產(chǎn)于浙、皖交界的天目山區(qū)，然而山核桃受云斑天牛、桑天牛等多種天牛的危害日趨嚴重，幼蟲蛀食山核桃枝干，嚴重時甚至造成整株枯死[1～4]。由于植物固著生長不能有效的躲避昆蟲的取食以及外力的機械損傷，所以通過氣體介導(dǎo)相互作用影響鄰近植物、昆蟲和病原的行為，達到減少傷害，保護自己的目的[5]。

植物揮發(fā)物的化學(xué)組成具有多樣性、復(fù)雜性和時間上的可變性，如樹齡、空間分布、昆蟲、微生物影響等，在時刻變化著的動態(tài)生境中，植物揮發(fā)性物質(zhì)的組成常伴隨著各生態(tài)因子的變化而變化。植物向空氣中釋放的小分子化合物，有些是組成型揮發(fā)物，還有一些創(chuàng)傷誘導(dǎo)型揮發(fā)物只在植物受到損傷時才會大量釋放，植物一旦受到侵害，便會從頭合成這些化合物[6]，并通過整株葉片的氣孔系統(tǒng)性釋放出去，這些氣體分子往往具有重要的信號功能[7]。常見的揮發(fā)性萜烯類有檸檬烯（Linmonene）、蒎烯（α-Pinene、β-Pinene）、樟腦（Camphor）、羅勒烯（Ocimene）等[8]，例如羅勒烯是一種與植物防御啟動密切相關(guān)的信號分子，受節(jié)肢動物取食誘導(dǎo)釋放，它能吸引食草動物的天敵，使植株免受食草動物的傷害[9]。人工機械損傷一直被用來作為昆蟲草本植物反應(yīng)系統(tǒng)的對照，但與昆蟲連續(xù)的取食不同，人工機械損傷的作用是一次性的[10]。植物遭受蟲害后釋放的氣體揮發(fā)物質(zhì)包含了多種信息，包含昆蟲的種類、齡期和密度等信息。最近的研究還發(fā)現(xiàn)，天敵能夠根據(jù)氣體揮發(fā)物質(zhì)來鑒定特定的植食性昆蟲的種類[11]。

山核桃植株在受到不同種類的侵害時也會相對應(yīng)的合成不同組分的揮發(fā)物，目前對山核桃揮發(fā)性氣體的研究較少，僅研究過在自然狀態(tài)下山核桃植株的揮發(fā)物成分，并未對山核桃植株在不同生境條件揮發(fā)物種類產(chǎn)生的變化進行研究與比較。當植物受到外界侵害時，植物體如何調(diào)控體內(nèi)的反應(yīng)并建立最好的防御體系是目前研究的熱點。因此，本實驗采用頂空套袋采集法，以GC-MS法等措施分析天牛幼蟲危害以及機械損傷誘導(dǎo)山核桃揮發(fā)物的差異，為進一步研究山核桃揮發(fā)性氣體效應(yīng)以及天牛防治提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

4年生臨安山核桃樹選自浙江農(nóng)林大學(xué)種苗培育基地。大氣采樣儀（QC-1型）流量可達 0.1 ～ 1.5 L/min，可根據(jù)不同需要采取不同的流量；氣相色譜與質(zhì)譜連用儀（Agilent 7890A-5975C GC/MSD）；Porapark Q吸附劑；玻璃吸附管（15 cm×0.3 cm ID）等。

1.2 采樣方法

2013年7月下旬，環(huán)境溫度為34℃，空氣濕度為67%，于浙江農(nóng)林大學(xué)種苗培育基地選取300 m×30 m樣地，隨機選取健康、受機械損傷以及天然具有天牛幼蟲新鮮排糞孔的山核桃樹進行頂空吸附采樣，其中機械損傷是人工使用園藝剪將采樣部位的枝干劃傷進行處理。將山核桃樹梢部位的葉、樹干用采樣袋包裹，大氣采樣儀進氣口端以硅膠管連接采樣管，出氣口端與硅膠管直接相連，并且進氣口端的采樣管與出氣口端的硅膠管都被Parafilm膜一同密封于Ziploc采樣袋中。氣流維持在1.5 L/min的平穩(wěn)氣流，采樣4h（15:00－19:00），每個處理3次重復(fù)。每個揮發(fā)物樣品用含有以正十二烷（150 ppb）為內(nèi)標的色譜純正己烷（500℃）洗脫，樣品保存在－5℃待用。

1.3 組分分析

山核桃揮發(fā)性氣體化學(xué)組分分析采用氣相色譜/質(zhì)譜聯(lián)用法分析（Gas Chromatography/Mass Spectrum，GC/MS）。其色譜柱為DB-5MS，60 m（long）×0.25 mm（I.D.）×0.25 μm（film）；MS為Agirent公司5975C型質(zhì)譜分析裝置。

GC工作條件：升溫程序為50℃恒溫2 min，然后以10℃/min的速度升溫到250℃，最后在250℃恒溫5 min。溶劑延遲2min。

MS工作條件：電離方式為El源，離子能70 eV，離子源溫度230℃，四極桿150℃。質(zhì)譜掃描范圍為20 ～300 m/z，燈絲電流150 μA。

數(shù)據(jù)處理與質(zhì)譜檢索。采用氣質(zhì)聯(lián)用儀（GC-MS）連接的計算機的NIST05譜庫，自動檢索分析組分的質(zhì)譜數(shù)據(jù)，并參考相關(guān)的標準圖譜對全部檢索結(jié)果進行再次核對和進一步的補充檢索，采用色譜峰面積歸一法分析，計算各組分的相對含量。

2 結(jié)果與分析

由表1可見，山核桃在不同條件處理下的揮發(fā)物樣品中共檢測到20余種揮發(fā)物，芳香族類、萜烯類、烷烴類等若干種。不同處理山核桃之間，揮發(fā)物種類有明顯差異：健康山核桃釋放的揮發(fā)物種類10種，機械損傷植株10種，而經(jīng)過天牛幼蟲蛀干的植株17種。

不同傷害處理后山核桃植株所釋放的揮發(fā)物的種類上存在明顯不同。健康植株釋放的揮發(fā)物樟腦、萘等有特殊氣味的成分占有很大的比例（61%）。受到物理傷害的植株釋放的揮發(fā)物大體與健康植株相似，但種類有部分差異；受到天牛幼蟲蛀干性危害的植株釋放的揮發(fā)物中樟腦與萘的含量明顯下降(38%)，取而代之的是多種烷烴類物質(zhì)，且所占的比例較高(20%)。樟腦和萘皆用于殺蟲劑的生產(chǎn)，表明山核桃植株在受天牛蟲害的衰弱情況下其自身的抗蟲性能也在減小。萜類物質(zhì)的累積過程實際上是一個正常的傷反應(yīng)過程，當植株受到機械損傷、蟲害及茉莉酸處理后，羅勒烯的含量最高能增加15倍[12]。在受到物理傷害以及蛀干危害的植株釋放的揮發(fā)物中存在α-柏木烯（1.5%左右）、羅勒烯（1.6%左右）可作為衰弱植株創(chuàng)傷性誘導(dǎo)產(chǎn)生。萜烯類物質(zhì)為天牛尋找寄主的主要信息物質(zhì)，從表中得知，山核桃植株枝葉釋放的揮發(fā)性物質(zhì)中的萜烯類組分在受到機械損傷時含量最高，說明受到機械損傷的山核桃植株在這一方面更易受到天牛的危害。

表1 不同處理山核桃揮發(fā)性成分的相對含量%

山核桃植株經(jīng)過天牛幼蟲鉆蛀性危害后釋放的氣體揮發(fā)物成分種類最多，與其余兩種處理有十余種成分的差異，這是由于天牛幼蟲取食對植物組織產(chǎn)生傷害刺激的同時，幼蟲口腔內(nèi)的分泌物也被釋放到植物受害的部位，它們對傷口誘導(dǎo)揮發(fā)物的產(chǎn)生也起到關(guān)鍵的作用，致使植株遭受機械損傷與昆蟲取食后釋放出的揮發(fā)物的組分在質(zhì)和量上存在著很大的差異。

3 結(jié)論

利用動態(tài)頂空套袋法對山核桃自然狀態(tài)、機械損傷狀態(tài)以及受天牛幼蟲蛀干性危害狀態(tài)下?lián)]發(fā)的氣體進行收集，并通過GC-MS聯(lián)用儀進行進一步的分析與鑒定，結(jié)果準確可靠并能更真實的反應(yīng)在自然狀態(tài)下山核桃的揮發(fā)物氣體情況。機械損傷和天牛幼蟲的蛀干危害均能誘導(dǎo)山核桃植株釋放出多種對照植株中不存在的組分，在受到物理傷害以及蛀干危害的植株釋放的揮發(fā)物中存在α-柏木烯(1.5%左右)、羅勒烯(1.6%左右)，機械損傷處理組的揮發(fā)物組分中萜烯類含量最高；天牛幼蟲蛀干性危害的植株釋放的揮發(fā)物中樟腦與萘的含量明顯下降，多種烷烴類物質(zhì)所占的比例較高。表明兩種處理均能誘導(dǎo)山核桃植株體內(nèi)發(fā)生主動反應(yīng)，使得物質(zhì)的合成代謝方向發(fā)生了變化，新合成并釋放了多種在健康植株中沒有的揮發(fā)物，這些新的組分可能具有植株間、昆蟲種族內(nèi)部通訊或者吸引天敵的作用，需要后續(xù)實驗加以確定。

[1] 陳志雄，應(yīng)學(xué)兵，謝飛軍. 山核桃主要病害的發(fā)生與防治[J]. 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2011（19）：206－210.

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[4] 郭新峰. 寧國市山核桃蛀干性害蟲的發(fā)生規(guī)律及防治技術(shù)[J]. 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2010（7）：202－203

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[6] Tumlinson J H. Induced synthesis of plant volatiles[J]. Nature, 1997（385）：30－31

[7] Tumlinson J H. Cotton volatiles synthesized and released distal to the site of insect damage[J]. Phytochemistry, 1998，47（4）：521－526.

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[9] Farmer EE. Surface-to-air signals[J]. Nature，2001（411）：854－856.

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Comparison of Volatiles from Carya cathayensis under Different Conditions

WANG Pei-xing，XU Hua-chao，LI Jun
（School of Forestry and Biotechnology, Zhejiang A & F University, Lin’an 311300, China）

Volatiles were collected by dynamic headspace from healthy, mechanical damaged and insect damaged Carya cathayensis. Analysis on composition of volatiles by GC-MS. The result demonstrated that 10 types of components were detected both from healthy and mechanical damaged trees, but among them, 5 types were different. While 17 types of components were detected from insect damaged tree, among them, 10 components were different with that from mechanical damaged tree.

Carya cathayensis; volatiles; mechanical damaged; insect damaged

S718.43

B

1001-3776（2014）01-0064-03

2013-09-07；

2013-11-20

浙江省重大科技專項重點項目（2010C12029）

王佩星（1990－），女，江蘇啟東人，碩士生，從事森林有害昆蟲綜合防治研究。