黃瓜花揮發(fā)性化學(xué)物質(zhì)鑒定及其對(duì)西花薊馬行為反應(yīng)的影響

張治科，虎花，尚小霞

（寧夏農(nóng)林科學(xué)院植物保護(hù)研究所，寧夏 銀川 750002）

西花薊馬（Frankliniella occidentalis（Pergande）），又稱苜蓿薊馬，屬纓翅目（Thysanoptera）薊馬科（Thripidae）花薊馬屬（Frankliniella）昆蟲，原產(chǎn)于北美洲，迄今為止，已遍布美洲、歐洲、亞洲、非洲、大洋洲。西花薊馬以銼吸式口器為害植物，致使植株花瓣退色，葉片皺縮，莖和果形成傷疤，甚至枯死，同時(shí)還傳播番茄斑萎病毒等[1]。由于西花薊馬食性雜，繁殖能力強(qiáng)[2-3]，適生區(qū)廣泛[4]，競爭能力強(qiáng)[5]，個(gè)體微小，極具隱匿性，采用多次、高濃度化學(xué)藥劑防治很容易使其產(chǎn)生抗藥性[6-10]，且嚴(yán)重污染環(huán)境，生物防治技術(shù)研究[11-12]大多仍處于探索階段。

寧夏地區(qū)自2012 年發(fā)現(xiàn)西花薊馬，該害蟲已對(duì)辣椒、黃瓜等設(shè)施蔬菜作物造成了比較嚴(yán)重的危害[13-14]。鑒于植食性昆蟲能識(shí)別寄主植物揮發(fā)的特異性氣味[15-17]，從而引起寄主定向、求偶[18-21]等行為反應(yīng)的特征，筆者借鑒西花薊馬對(duì)寄主植物的選擇性[22-27]及其嗅覺識(shí)別機(jī)制方面的研究[28-30]，運(yùn)用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（GC-MS）對(duì)黃瓜花中的揮發(fā)性化合物進(jìn)行分離和鑒定，基本探明了黃瓜花中信息化學(xué)物質(zhì)的組成，并采用自制的“Y”形嗅覺儀測定西花薊馬對(duì)這些揮發(fā)性化合物的行為反應(yīng)，以期找出對(duì)西花薊馬引誘或趨避效果理想的植物源揮發(fā)性化合物及其最佳濃度，為西花薊馬的理化誘控提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

西花薊馬以新鮮四季豆飼喂，在（26±1） ℃、相對(duì)濕度（65±5）%、14 h 光照條件下飼養(yǎng)，選取羽化3 d 的西花薊馬成蟲作為供試蟲源。供試黃瓜為寧夏近年大面積推廣種植的“L-1”品種，由寧夏農(nóng)林科學(xué)院植物保護(hù)研究所提供。

1.2 方法

1.2.1 黃瓜花揮發(fā)性化學(xué)物質(zhì)的提取和鑒定

采集新鮮黃瓜花，研碎，加入20 mL 頂空瓶，60 ℃水浴預(yù)熱5 min，插入SPME 針，以頂空方式萃取30 min，采用Agilent 7890 A/5975C 氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀解析進(jìn)樣：柱箱程序升溫40 ℃，保持 5 min，8 ℃/min 升溫 至 250 ℃，恒溫 10 min；運(yùn)行41.25 min，前進(jìn)樣口He，模式分流，加熱器250 ℃，壓力7.069 9 psi，總流速9 mL/min，分流比5 1；毛細(xì)色譜柱DB-5ms，325 ℃，長30 m、內(nèi)徑250 μm、液膜厚0.25 μm；低質(zhì)量數(shù) 40.0，高質(zhì)量數(shù) 400.0，離子源溫度230 ℃（最大值 250 ℃），四極桿溫度150 ℃（最大值 200 ℃）。

根據(jù)總離子流圖中的各峰經(jīng)質(zhì)譜計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)系統(tǒng)檢索標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)譜圖，確定揮發(fā)物成分，用峰面積歸一化法測定各成分的相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)，鑒定黃瓜花的揮發(fā)性成分的結(jié)構(gòu)，計(jì)算相對(duì)含量。

1.2.2 西花薊馬對(duì)黃瓜花揮發(fā)性物質(zhì)的行為反應(yīng)的測定

將黃瓜花揮發(fā)性化合物單一組分分別用液體石蠟稀釋為102的制劑，通過對(duì)西花薊馬進(jìn)行行為反應(yīng)的測試，初步篩選出對(duì)西花薊馬具有吸引或趨避作用的植物源揮發(fā)性化合物11 種；再將這些單一組分分別用液體石蠟稀釋梯度為10、102、103、104、105的制劑對(duì)西花薊馬進(jìn)行行為反應(yīng)測試。

自制“Y”形嗅覺儀由透明玻璃制成，基部長16 cm，兩臂長15 cm，內(nèi)徑 2 cm，兩臂夾角 60°。對(duì)西花薊馬成蟲進(jìn)行行為測試時(shí)，將“Y”形嗅覺儀一側(cè)臂連接放有黃瓜花揮發(fā)性物質(zhì)的味源瓶，另一側(cè)臂連接放有液體石蠟的味源瓶，作為對(duì)照，通氣5 min, 使氣味充滿管道?！癥”形管兩臂的氣流量控制在200 mL/min，室內(nèi)溫度控制在（25±1） ℃，相對(duì)濕度60%～80%。

在“ Y”形嗅覺玻璃管的基臂端引入經(jīng)饑餓處理5 h 的西花薊馬成蟲，單頭測試5 min。對(duì)西花薊馬成蟲爬至超過連接味源瓶側(cè)臂1/3 處并持續(xù)30 s 以上的，記為該成蟲對(duì)該臂作出選擇，產(chǎn)生正向反應(yīng)；如果成蟲爬行至另一側(cè)臂，則記為產(chǎn)生負(fù)向反應(yīng)；如果在5 min 內(nèi)沒有作出選擇，則記為無反應(yīng)。每處理測定供試西花薊馬5 頭，重復(fù)3 次。對(duì)照以液體石蠟為味源劑進(jìn)行測試。試驗(yàn)中每頭西花薊馬僅測試1 次。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010 和DPS 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 黃瓜花揮發(fā)性物質(zhì)的組分及含量

經(jīng)GC-MS 分析，得到黃瓜花揮發(fā)性物質(zhì)的總離子流圖（圖1）。經(jīng)質(zhì)譜計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)系統(tǒng)檢索以及人工譜圖分析，鑒定出81 種揮發(fā)性物質(zhì)（表1），大致可分為16 類（圖2），分別是醇類、醛類、酯類、酮類、環(huán)烷烴、烷烴、烯烴、環(huán)烯烴、芳香烴、醚類、 芳香醛、芳香醇、酚類、胺類、酰鹵類、其他類。

圖1 黃瓜花揮發(fā)性化合物 HSSPME GC-MS 圖譜Fig. 1 Spectrum of volatile compounds in cucumber flowers

圖2 黃瓜花主要揮發(fā)性化學(xué)物質(zhì)的種類及其數(shù)量Fig.2 Types and quantities of volatile compounds in cucumber flowers

表1 黃瓜花的主要揮發(fā)性化學(xué)物質(zhì)Table 1 Main volatile compounds in cucumber flowers

黃瓜花揮發(fā)性化合物中種類最多的是醇類，共包含19 種化合物，占總含量的34.41%，其中含量超過5%的化合物有3 種，即葉醇、（S）-氧化芳樟醇和芳樟醇；其次為醛類化合物，共有11 種，占總含量的18.22%，主要包括正己醛、2-已烯醛、正辛醛和壬醛；酯類化合物共有11 種，占總含量的7.42%，以梨醇酯和乙酸癸酯為主，其余幾種化合物的含量均小于1%；環(huán)烷烴化合物共7 種，占總含量的7.4%，以甲基環(huán)戊烷、十甲基環(huán)五硅氧烷和環(huán)癸烷為主；酮類化合物共有7 種，占總含量的3.28%，以7-辛烯-2-酮和3,5-辛二烯-2-（E,E）-酮為主；烷烴化合物共有4 種，占總含量的1.25%，包括正十二烷、2,6,10-三甲基十二烷、四（三甲基硅氧基）硅烷和正二十三烷；烯烴化合物共有3 種，占總含量的0.54%，包括松油烯、莰烯和月桂烯；芳香烴類化合物共有3 種，占總含量的2.02%，以甲苯為主；醚類化合物有2 種，包括雙（p-叔丁基苯基）醚和鄰苯二甲醚，占總含量的5.2%；芳香醛類化合物共有2 種，占總含量的13.67%，包含苯甲醛和苯乙醛；環(huán)烯烴僅有3,5,5-三甲基-環(huán)己烯，占總含量的0.16%；芳香醇、酚類、胺類、酰鹵類均只有1種化合物，分別占總含量的1.65%、2.17%、2.45%、0.16%，分別為苯甲醇、2,6-二叔丁基苯酚、（3-甲氧基-苯基）-（6-甲基-4-苯基-2-喹唑啉）-胺和亞麻酰氯；其他化合物共7 種，占總含量的4.68%，主要包括2-乙基呋喃、甲氧基苯基肟和4-（4-甲基戌烷-3- 烯基）-3,6-二氫-1,2-二噻。

2.2 西花薊馬對(duì)黃瓜花揮發(fā)性物質(zhì)的行為反應(yīng)

西花薊馬成蟲對(duì)黃瓜花11 種揮發(fā)性物質(zhì)的行為反應(yīng)的測定結(jié)果列于表2。稀釋梯度為10～105的1-辛烯3-醇和苯甲醛對(duì)西花薊馬均有引誘作用，1-辛烯3-醇稀釋梯度為104時(shí)的引誘能力最強(qiáng)，正反應(yīng)率為73.33%，苯甲醛稀釋梯度為102和104時(shí)引誘西花薊馬的正反應(yīng)率為66.67%；稀釋梯度為10的葉醇、芳樟醇、異戊醛和乙酸癸酯對(duì)西花薊馬具有較強(qiáng)的引誘力，其中芳樟醇、異戊醛和乙酸癸酯的正反應(yīng)率為53.33%；102的乙酸癸酯、異戊醇、1-戊烯-3-醇和月桂烯對(duì)西花薊馬具有一定的引誘作用，其中1-戊烯-3-醇引誘能力最強(qiáng)；103葉醇和芳樟醇對(duì)西花薊馬的正反應(yīng)率分別為 66.67%和46.67%；104芳樟醇、異戊醛和乙酸癸酯對(duì)西花薊馬的正反應(yīng)率分別為66.67%、46.67%和46.67%。

表2 西花薊馬對(duì)黃瓜花11 種揮發(fā)性化合物的行為反應(yīng)Table 2 Behavioral responses of Frankliniella occidentalis to volatiles in different concentrations

表2(續(xù))

稀釋梯度為10 的月桂烯、苯甲醇和1-戊烯-3-醇對(duì)西花薊馬具有驅(qū)避作用，負(fù)向選擇率為66.67%；102的苯乙醛和103的乙酸癸酯可驅(qū)避西花薊馬，負(fù)向反應(yīng)率分別為40%和46.67%；104月桂烯和苯乙醛均對(duì)西花薊馬有驅(qū)避作用，苯乙醛的負(fù)向反應(yīng)率為53.33%；105月桂烯和芳樟醇對(duì)西花薊馬也具有驅(qū)避作用，芳樟醇負(fù)向反應(yīng)率為53.33%。

西花薊馬對(duì)稀釋梯度為10～103的異戊醛、10和103的苯乙醛、104和105的苯甲醇、102的芳樟醇、103的月桂烯和104的1-戊烯-3-醇均沒有明顯的趨性反應(yīng)。

3 結(jié)論與討論

植物的揮發(fā)性化合物以一定的濃度比例構(gòu)成了植物特定的化學(xué)指紋圖譜[31]，在植物與昆蟲之間的相互聯(lián)系中發(fā)揮傳遞信息的作用。植食性昆蟲在嗅覺相關(guān)蛋白的參與下完成對(duì)寄主的遠(yuǎn)程定位[32]，例如馬鈴薯甲蟲會(huì)對(duì)馬鈴薯葉片氣味產(chǎn)生定向行為[33]，棉鈴蟲對(duì)胡蘿卜花中的 5 種組分具有明顯的引誘作用[34]。張治科[35-36]采用掃描電鏡觀察發(fā)現(xiàn)西花薊馬觸角上存在大量的毛形感器，可能在對(duì)寄主植物識(shí)別過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用。

對(duì)從黃瓜花中初步篩選出的11 種揮發(fā)性化合物設(shè)置不同的濃度，對(duì)西花薊馬進(jìn)行行為趨性測定，發(fā)現(xiàn)對(duì)西花薊馬有吸引作用的化合物有苯甲醛（稀釋梯度10～105）、1-辛烯3-醇（10～105）、月桂烯（102）、1-戊烯-3-醇（102、105）、芳樟醇（10、103、104）、乙酸癸酯（10、102、104）、葉醇（10、103、105）、異戊醛（10、104、105）、異戊醇（102）；對(duì)西花薊馬驅(qū)避作用較好的揮發(fā)性化合物有月桂烯（10、104、105）、苯甲醇（10）、苯乙醛（102、104）、1-戊烯-3-醇（10）、芳樟醇（105）和乙酸癸酯（103）。

植食性昆蟲對(duì)寄主植物的揮發(fā)性信息化合物的反應(yīng)具有特異性。韓云等[37]研究發(fā)現(xiàn)，稀釋梯度106的煙酸乙酯、芳樟醇，104的苯甲醛、月桂烯、鄰茴香醛，102的月桂烯和106橙花醇對(duì)花薊馬具有較好的引誘作用，106β-香茅醇對(duì)花薊馬具有一定的驅(qū)避反應(yīng)，本研究中西花薊馬對(duì)月桂烯（102）和苯甲醛（10～105）的行為反應(yīng)結(jié)果與其相似。西花薊馬對(duì)102芳樟醇沒有明顯反應(yīng)，但唐良德等[38]研究發(fā)現(xiàn)102橙花醇、芳樟醇和3-苯丙醛、106鄰茴香醛、1043-苯丙醛和橙花醇對(duì)豆大薊馬具有極顯著的引誘反應(yīng)，104β-香茅醇、106β-香茅醇和苯甲醛對(duì)豆大薊馬具有顯著的驅(qū)避反應(yīng)，這可能與所測試的薊馬種類不同有較大關(guān)系。

植物揮發(fā)性化合物的濃度對(duì)昆蟲的行為反應(yīng)影響較大。本研究發(fā)現(xiàn)，芳樟醇在高濃度（稀釋10倍）時(shí)對(duì)西花薊馬有引誘作用，在102時(shí)對(duì)其無影響，在低濃度（105）時(shí)對(duì)其有驅(qū)避作用；1-戊烯-3-醇在稀釋10 倍時(shí)對(duì)西花薊馬有驅(qū)避作用，在102時(shí)對(duì)其有引誘作用，在104時(shí)沒有明顯反應(yīng)。

通常認(rèn)為蟲害發(fā)生后大多數(shù)寄主植物揮發(fā)性物的種類要多于健康植物的，如西花薊馬為害后的黃瓜揮發(fā)物比健康的黃瓜多出了E-β-羅勒烯、吲哚、（E，E）-α-法尼烯、十六烯等7 種化合物，但西花薊馬對(duì)黃瓜健康植株與蟲害寄主之間的選擇沒有顯著差異[39]；因此，西花薊馬蟲害后寄主植物多出的揮發(fā)物的具體作用尚待進(jìn)一步研究。寄主植物通常包含多個(gè)以特定的濃度和比例形成的具有特異性調(diào)控植食性昆蟲具體行為的揮發(fā)性化合物的混合物。本研究僅測試了西花薊馬對(duì)黃瓜花單一揮發(fā)性化合物在不同濃度下對(duì)的趨性行為，后續(xù)將開展不同揮發(fā)性化合物組分的比例、濃度以及劑量對(duì)西花薊馬的行為反應(yīng)的影響研究，旨在為進(jìn)一步研發(fā)特異性強(qiáng)、活性高、成本低廉、使用簡便、不殺傷天敵的西花薊馬監(jiān)測和防控的植物源誘控劑提供依據(jù)。