健康和物理損傷條件下椰樹葉柄揮發(fā)物組分比較分析

摘要 椰樹葉柄揮發(fā)物對(duì)銹色棕櫚象成蟲具有吸引作用探索不同狀態(tài)下葉柄揮發(fā)物組分可分析該昆蟲的定向行為。為了明確健康和物理損傷椰樹葉柄釋放的揮發(fā)物組分，本文采用頂空采集法收集健康和物理損傷后椰樹葉柄揮發(fā)物，利用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)（GC-MS）檢測(cè)其揮發(fā)性化合物成分及相對(duì)含量，并對(duì)健康和物理損傷椰樹葉柄揮發(fā)物組分進(jìn)行了比較分析。結(jié)果表明，健康葉柄共檢測(cè)出揮發(fā)性物質(zhì)53種，包括烴類26種、腈類2種、酮類5種、酯類5種、茚類6種、醇類5種和其他物質(zhì)4種，其中相對(duì)含量較高的5個(gè)成分為3a，4，4a，5，8，8a，9，9a-八氫-4，9：5，8-二亞甲基-1H-苯并[f]茚、丁基化羥基甲苯、L-α-松油醇、噠嗪和雙環(huán)戊二烯；物理損傷葉柄共檢測(cè)出揮發(fā)性物質(zhì)51種，包括烴類25種、腈類5種、酮類5種、酯類6種、茚類5種、醇類3種和其他物質(zhì)2種，其中相對(duì)含量較高的5個(gè)成分為3a，4，4a，5，8，8a，9，9a-八氫-4，9：5，8-二亞甲基-1H-苯并[f]茚、丁基化羥基甲苯、雙環(huán)[2.2.2]辛-5-烯-2-甲腈、α-松油醇和2，6-二甲基-4-氧雜三環(huán)[5.2.1.0（2，6）]癸-8-烯-3-酮。健康與物理損傷葉柄揮發(fā)物主要組分大體一致，在具體種類和含量上存在一定差異。研究結(jié)果可為揭示銹色棕櫚象成蟲寄主定位行為的化學(xué)通信機(jī)制及研制植物源引誘劑提供參考。

關(guān)鍵詞 椰子樹；氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)；植物揮發(fā)物；葉柄；物理損傷

中圖分類號(hào) S31" "文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A

文章編號(hào) 1007-7731（2024）11-0059-05

Comparative analysis of volatile components in Cocos nucifera leaf under healthy and"physically damaged conditions

LIU Bo" " YAN Wei" " LIU Li

（Coconut Research Institute， Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences， Wenchang 571339， China）

Abstract Cocos nucifera leaf petiole volatiles exhibit an attractive effect on the Rhynchophorus ferrugineu， and exploring the volatile components of petioles under different states could analyzed the directional behavior of this insect. In order to elucidate the volatile components released from healthy and physically damaged Cocos nucifera leaf petioles， this study employed headspace sampling to collect the volatiles. Gas chromatography-mass spectrometry （GC-MS） was utilized to analyze the composition and relative abundance of volatile compounds， and a comparative analysis of the volatile components of healthy and physically damaged Cocos nucifera leaf petioles was conducted. The results indicated that a total of 53 volatile substances were detected in healthy petioles， including 26 hydrocarbons， 2 nitriles， 5 ketones， 5 esters， 6 indenes， 5 alcohols and 4 other compounds. Among them， the 5 components with higher relative abundances were 4，9：5，8-dimethano-1H-benz[f]indene， 3a，4，4a，5，8，8a，9，9a-octahydro-， Butylated Hydroxytoluene， L-.alpha.-Terpineol， Pyridazine， and Dicyclopentadiene. Physically damaged petioles emitted a total of 51 volatile substances， comprising 25 hydrocarbons， 5 nitriles， 5 ketones， 6 esters， 5 indenes， 3 alcohols and 2 other compounds. Among them， the 5 components with higher relative abundances were 4，9：5，8-dimethano-1H-benz[f]indene， 3a，4，4a，5，8，8a，9，9a-octahydro-， Butylated Hydroxytoluene， Bicyclo[2.2.2]oct-5-ene-2-carbonitrile， .alpha.-Terpineol， and 2，6-Dimethyl-4-oxatricyclo[5.2.1.0 （2，6）]dec-8-en-3-one. The volatiles emitted from physically damaged petioles were generally similar to those from healthy petioles in terms of major components， but there were still some differences in specific types and relative abundances. The research results could provide a reference for elucidating the chemical communication mechanisms underlying the host-location behavior of the Rhynchophorus ferrugineus and for the development of plant-based attractants.

Keywords Cocos nucifera; Gas chromatography-mass spectrometry; plant volatiles; petiole; physical damage

椰樹（Cocos nucifera L.）是棕櫚科椰屬的現(xiàn)生物種，廣泛分布于熱帶沿海地區(qū)。椰樹為單子葉多年生常綠喬木，是一種重要的熱帶木本油料作物，也是特色優(yōu)勢(shì)熱帶作物，其產(chǎn)業(yè)是研究區(qū)產(chǎn)業(yè)發(fā)展重要組成部分，對(duì)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要意義[1]。銹色棕櫚象[Rhynchophorus ferrugineus （Olivier，1790）]屬鞘翅目象蟲科，是一種危害椰子、油棕和椰棗等棕櫚植物的檢疫性有害生物，是棕櫚樹較具經(jīng)濟(jì)破壞性的有害生物之一。銹色棕櫚象雌成蟲通常在樹干的傷口或裂縫處產(chǎn)卵，幼蟲孵化后鉆蛀樹干取食莖稈疏導(dǎo)組織，幼蟲取食新葉和生長點(diǎn)時(shí)，易造成植株死亡[2-3]。

昆蟲與植物在長期的協(xié)同進(jìn)化過程中，形成了各種各樣的互作關(guān)系，其中昆蟲對(duì)寄主植物的定向行為是植物與昆蟲關(guān)系的核心[4-5]。昆蟲對(duì)寄主植物的定向行為包括昆蟲對(duì)遠(yuǎn)距離寄主植物或生境的定向、到達(dá)寄主后對(duì)取食或產(chǎn)卵部位的識(shí)別和選擇、寄主對(duì)昆蟲取食或產(chǎn)卵等活動(dòng)的調(diào)節(jié)控制[6-8]。在昆蟲對(duì)遠(yuǎn)距離寄主植物或者生境的定向過程中，寄主植物揮發(fā)性信息化合物起著重要作用[9-10]。閻雄飛等[11]發(fā)現(xiàn)木棗、酸棗、狗頭棗和駿棗等5種棗樹揮發(fā)物對(duì)棗飛象有明顯吸引作用。鄭帥等[12]發(fā)現(xiàn)油菜品種CKE58和青雜5號(hào)釋放出的乙酸葉醇酯、十一醇、乙酸己酯和反-3-己烯-1-醇等揮發(fā)性物質(zhì)對(duì)油菜莖象甲有明顯吸引作用。寄主揮發(fā)物的吸引力不僅介導(dǎo)了銹色棕櫚象的定位行為，而且能使害蟲識(shí)別出更易感的植物。在實(shí)驗(yàn)室條件下的生物測(cè)定結(jié)果表明，銹色棕櫚象雌性更喜歡某些椰棗品種中的植物組織揮發(fā)物，在該寄主中可以發(fā)育地更好[13]。Gunawardena等[14]從椰子樹皮揮發(fā)物中鑒定了3-甲氧基-4-羥基苯乙烯和γ-壬內(nèi)酯，其在嗅覺測(cè)定中具有很強(qiáng)的觸角電位（Electroantennogram，EAG）反應(yīng)，對(duì)銹色棕櫚象具有一定的吸引力。臺(tái)風(fēng)或人工修剪造成的葉柄損傷或割下的棕櫚組織對(duì)銹色棕櫚象成蟲有明顯的吸引作用[15]。本文采用頂空采集法收集健康椰子葉柄和物理損傷后椰樹葉柄處揮發(fā)物，利用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)（Gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）測(cè)定其揮發(fā)性化合物成分及相對(duì)含量，分析了健康和物理損傷條件下椰樹葉柄揮發(fā)物組分的變化，探索對(duì)銹色棕櫚象的定向行為具有潛在影響的植物源成分。研究結(jié)果可為植物源引誘劑開發(fā)和研制提供參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試椰樹品種為海南高種綠椰，揮發(fā)物采集于中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院椰子研究所科研試驗(yàn)基地。

1.2 揮發(fā)物的采集和鑒定方法

于椰子基地隨機(jī)選擇健康椰樹，利用動(dòng)態(tài)頂空套袋法收集葉柄基部切口處釋放的揮發(fā)物，采樣時(shí)間7 h（9：00—16：00），并設(shè)置空白對(duì)照。采樣裝置主要包括QC-1B大氣采樣儀（北京市勞動(dòng)保護(hù)科學(xué)研究所）、聚氟乙烯采樣袋（30 cm × 32 cm）、Tenax-TA吸附管（Φ0.6 cm × 12 cm）和活性碳過濾裝置。裝置各個(gè)部件用聚四氟乙烯管連接，形成一個(gè)密閉的系統(tǒng)。使用無色無味的聚乙烯采樣袋套住椰樹葉柄基部，袋子下端使用封口膜封緊，氣體流經(jīng)的順序依次為大氣采樣儀、活性碳過濾裝置、采樣袋、吸附管和大氣采樣儀。氣體吸附管用2 mL正己烷（色譜純）洗脫，將洗脫液濃縮為1 mL樣品液，置于-10 ℃冰箱中保存，用于GC-MS鑒定。

采用安捷倫公司7890B-5977B氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（GC-MS）進(jìn)行揮發(fā)性物質(zhì)鑒定。工作條件：色譜柱DB-5 DB-5（30.00 m×0.25 mm×0.25 μm），采用不分流進(jìn)樣，進(jìn)樣量1 μL，進(jìn)樣溫度280 ℃，載氣為氦氣（99.999%），流量1 mL/min。起始溫度50 ℃，停留3 min，以10 ℃/min迅速升至300 ℃，保持5 min。接口溫度280 ℃，離子源溫度230 ℃，四級(jí)桿溫度150 ℃；電離方式EI+，70 eV；掃描方式為全掃描；質(zhì)量范圍20～500 amu；化合物確定參考NIST 2014譜庫。

2 結(jié)果與分析

對(duì)健康椰子葉柄和物理損傷椰子葉柄揮發(fā)出的物質(zhì)進(jìn)行GC-MS檢測(cè)分析（表1）。結(jié)果表明，健康椰子葉柄和物理損傷植株椰子葉柄共檢測(cè)出78種揮發(fā)性化合物。健康對(duì)照組椰子葉柄共檢測(cè)出53種揮發(fā)性化合物，主要包括烴類26種，相對(duì)含量占比47.50%；茚類6種，相對(duì)含量占比14.43%；醇類5種，相對(duì)含量占比10.90%；酮類5種，相對(duì)含量占比9.02%；酯類5種，相對(duì)含量占比為7.13%。其中，相對(duì)含量占比最高的5種揮發(fā)物成分依次為3a，4，4a，5，8，8a，9，9a-八氫-4，9：5，8-二亞甲基-1H-苯并[f]茚、丁基化羥基甲苯、L-α-松油醇、噠嗪和雙環(huán)戊二烯。物理損傷組共檢測(cè)出51種，主要包括烴類25種，相對(duì)含量占比38.60%；酯類6種，相對(duì)含量占比8.33%；茚類5種，相對(duì)含量占比14.11%；腈類5種，相對(duì)含量占比13.59%；酮類5種，相對(duì)含量占比10.20%。其中，相對(duì)含量占比最高的5種揮發(fā)物成分依次為3a，4，4a，5，8，8a，9，9a-八氫-4，9：5，8-二亞甲基-1H-苯并[f]茚、丁基化羥基甲苯、雙環(huán)[2.2.2]辛-5-烯-2-甲腈、α-松油醇和2，6-二甲基-4-氧雜三環(huán)[5.2.1.0（2，6）]癸-8-烯-3-酮。健康植株葉柄未檢出而物理損傷葉柄檢出的化合物25種，主要包括1-苯基-1-丁烯、雙環(huán)[2.2.2]辛-2-烯、2-氯雙環(huán)[2.2.2]辛-5-烯-2-甲腈、2-丙烯酸-6-甲基庚酯、[4.1.0]庚烷-2-羧酸雙環(huán)甲酯、6-氨基吲哚啉等物質(zhì)。健康植株葉柄和物理損傷葉柄組均檢出的物質(zhì)有26種，相對(duì)含量升高的物質(zhì)主要包括1-乙基-3，5-二甲基苯、雙環(huán)[2.2.2]辛-5-烯-2-甲腈、異佛爾酮和2-乙基-1-己醇等，相對(duì)含量降低的物質(zhì)主要為2-乙基-1，4-二甲基苯、丁基化羥基甲苯、十五烷、雙環(huán)戊二烯、5-甲基-3a，4，7，7a-四氫-4，7-甲橋異苯并呋喃-1，3-二酮和鄰苯二甲酸二甲酯等。

3 結(jié)論與討論

植食性昆蟲能夠利用寄主揮發(fā)物進(jìn)行寄主定位，發(fā)現(xiàn)寄主并進(jìn)行取食危害。植物在遭受物理損傷后相較于健康植物所釋放出的揮發(fā)性化合物在種類和相對(duì)含量上發(fā)生變化，植食性昆蟲更容易利用植物遭受物理損傷后的化合物進(jìn)行寄主定位，從而找到寄主進(jìn)行為害。本研究發(fā)現(xiàn)健康對(duì)照組椰子樹葉柄釋放出53種揮發(fā)物，以烴類為主，相對(duì)含量最高的5種揮發(fā)物成分依次為3a，4，4a，5，8，8a，9，9a-八氫-4，9：5，8-二亞甲基-1H-苯并[f]茚、丁基化羥基甲苯、L-α-松油醇、噠嗪和雙環(huán)戊二烯。受到物理損傷后的椰子樹葉柄釋放出的51種揮發(fā)物中烴類、茚類、腈類及酮類相對(duì)含量較高，其中1-乙基-3，5-二甲基苯、雙環(huán)[2.2.2]辛-5-烯-2-甲腈、異佛爾酮和2-乙基-1-己醇等物質(zhì)在受到物理損傷后相對(duì)含量均有所升高，并新檢測(cè)出1-苯基-1-丁烯、雙環(huán)[2.2.2]辛-2-烯、2-氯雙環(huán)[2.2.2]辛-5-烯-2-甲腈、2-丙烯酸-6-甲基庚酯、[4.1.0]庚烷-2-羧酸雙環(huán)甲酯和6-氨基吲哚啉等多種化合物。這些化合物可能是銹色棕櫚象定位椰子的化學(xué)指紋譜中的相關(guān)物質(zhì)，需要經(jīng)過嗅覺行為生測(cè)試驗(yàn)和田間誘捕試驗(yàn)做進(jìn)一步驗(yàn)證。

本研究得出健康椰子葉柄和物理損傷葉柄的揮發(fā)性成分和其相對(duì)含量，可為銹色棕櫚象成蟲寄主定位行為的化學(xué)通信機(jī)制提供參考，還為研制對(duì)銹色棕櫚象具有引誘作用的植物源引誘劑提供參考，實(shí)現(xiàn)對(duì)銹色棕櫚象成蟲田間種群的可持續(xù)調(diào)控提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。目前，關(guān)于椰子揮發(fā)物的研究報(bào)道相對(duì)較少，蔣方一丁等[16]報(bào)道的健康椰子心葉揮發(fā)物以芳香烴和烯烴為主，這和本研究發(fā)現(xiàn)椰子樹葉柄的健康對(duì)照組釋放的揮發(fā)物結(jié)果類似。楊楠等[17]報(bào)道椰心葉甲對(duì)椰子揮發(fā)物有明顯的趨向作用，說明椰子揮發(fā)物中含有寄主定向的化合物，而究竟物理損傷的椰子是否能釋放出吸引椰心葉甲的化合物，則需要進(jìn)一步研究。這說明椰子揮發(fā)物對(duì)椰子其他害蟲亦有明顯的引誘作用。

參考文獻(xiàn)

[1] 盧琨，侯媛媛. 海南省椰子產(chǎn)業(yè)分析與發(fā)展路徑研究[J]. 廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2020，47（6）：145-151.

[2] 魏娟. 紅棕象甲防控技術(shù)初步研究[D]. 海口：海南大學(xué)，2010.

[3] 黃夢(mèng)伊. 基于微衛(wèi)星標(biāo)記對(duì)我國銹色棕櫚象遺傳多樣性及遺傳結(jié)構(gòu)的研究[D]. 北京：北京林業(yè)大學(xué)，2019.

[4] 欽俊德，王琛柱. 論昆蟲與植物的相互作用和進(jìn)化的關(guān)系[J]. 昆蟲學(xué)報(bào)，2001，44（3）：360-365.

[5] 閆鳳鳴. 化學(xué)生態(tài)學(xué)[M]. 2版. 北京：科學(xué)出版社，2011：44-85.

[6] VISSER J. Host odor perception in phytophagous insects[J]. Annual review of entomology，1986，31：121-144.

[7] BRUCE T J A，WADHAMS L J，WOODCOCK C M. Insect host location：a volatile situation[J]. Trends in plant science，2005，10（6）：269-274.

[8] 李為爭，楊雷，申小衛(wèi)，等. 金龜甲對(duì)蓖麻葉揮發(fā)物的觸角電位和行為反應(yīng)[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào)，2013，33（21）：6895-6903.

[9] 趙冬香，高景林，陳宗懋. 植食性昆蟲對(duì)寄主植物的定向行為研究進(jìn)展[J]. 熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)，2004，24（2）：62-68.

[10] HARE J D. Ecological role of volatiles produced by plants in response to damage by herbivorous insects[J]. Annual review of entomology，2011，56：161-180.

[11] 閻雄飛，劉永華，王亞文，等. 棗飛象對(duì)棗樹植物揮發(fā)物的EAG和行為反應(yīng)[J]. 昆蟲學(xué)報(bào)，2020，63（8）：981-991.

[12] 鄭帥，李星昊，李永紅，等. 油菜莖象甲Ceuthorrhynchus asper寄主選擇的偏好性及相關(guān)植物揮發(fā)物分析[J]. 應(yīng)用昆蟲學(xué)報(bào)，2023，60（2）：602-612.

[13] FALEIRO J R，EL-SHAFIE H A F，AJLAN A M，et al. Screening date palm cultivars for resistance to red palm weevil，Rhynchophorus ferrugineus（Coleoptera：Curculionidae）[J]. Florida entomologist，2014，97（4）：1529-1536.

[14] GUNAWARDENA N E，KERN F，JANSSEN E，et al. Host attractants for red weevil，Rhynchophorus ferrugineus：identification，electrophysiological activity，and laboratory bioassay[J]. Journal of chemical ecology，1998，24（3）：425-437.

[15] 劉奎，彭正強(qiáng)，符悅冠. 紅棕象甲研究進(jìn)展[J]. 熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)，2002，22（2）：70-77.

[16] 蔣方一丁，呂寶乾，唐繼洪，等. 椰心葉甲危害對(duì)椰樹心葉揮發(fā)物的影響[J]. 生物安全學(xué)報(bào)，2020，29（4）：264-267.

[17] 楊楠，陳青，金啟安，等. 椰心葉甲嚙小蜂對(duì)椰葉及寄主揮發(fā)物的行為反應(yīng)[J]. 熱帶作物學(xué)報(bào)，2008，29（4）：506-509.

（責(zé)編：張 蓓）