茶樹揮發(fā)物的研究進展

張輝，劉豐靜，李慧玲，王定鋒

（福建省農業(yè)科學院茶葉研究所，福建 福安 355015）

茶樹揮發(fā)物是茶樹產生的揮發(fā)性次生代謝物質，是一類組成復雜、分子量在100～200之間的混合物質，主要包括烴類、醇類、醛類、酮類、酸類、烯萜類和芳香類化合物等[1]，與昆蟲有關的主要有醛類、醇類、萜類和生物堿。按其對自身的作用可分為互利素和利它素，利它素會誘導、刺激植食性昆蟲取食、交配和產卵，而互利素是天敵尋覓害蟲的信息物質[2-3]。茶葉是一種飲用品，這一性質決定茶樹化學農藥使用受到限制，但茶區(qū)溫暖而濕潤的氣候有利于害蟲的滋生繁衍，茶園生態(tài)系統具有極豐富的生物種群，利用茶樹揮發(fā)物進行無公害防治成為茶樹植保的發(fā)展趨勢。本文對茶樹揮發(fā)物的收集方法、釋放規(guī)律以及茶樹揮發(fā)物在茶園蟲害防治中的應用進行了綜述。

1 茶樹揮發(fā)物的收集方法

茶樹揮發(fā)物的收集方法目前常用的有3種，即同時蒸餾萃取法（SDE）、動態(tài)頂空法和溶液提取法（見表1）。由表1可知，對茶樹揮發(fā)物進行害蟲生物活性測定時需要大量樣品，一般采用同時蒸餾萃取裝置；而對茶樹揮發(fā)物成分進行鑒定及定量，采用動態(tài)頂空法，提取物純度高，能夠真實反映活體植物釋放的揮發(fā)性氣體。動態(tài)頂空法中吸附劑是收集揮發(fā)物的關鍵性物質，主要有XAD-2樹脂、GDX-1、Tenax-TA/GC和Porapak Q，前兩種為國內生產，后兩種為國外生產，Tenax-TA/GC是國際上研究植物揮發(fā)物廣泛使用的吸附劑[6]。

2 茶樹揮發(fā)物的釋放規(guī)律

茶樹揮發(fā)物釋放規(guī)律研究主要有三個方面。一是未受傷茶樹茶梢揮發(fā)物的釋放規(guī)律。揮發(fā)物組分簡單，缺乏綠葉性氣味物質，組份和含量與茶樹品種、季節(jié)和提取方法不同而具有明顯差異性[7]。健康茶樹揮發(fā)物釋放日節(jié)律呈現晝高夜低的變化，06:00后釋放量迅速增加，在中午12:00～13:00具有高峰期，下午緩慢下降，在04:00～05:00釋放量最低[7]。二是機械受傷茶樹揮發(fā)物的釋放規(guī)律。茶樹受機械損傷后立即釋放大量的綠葉性氣味物質，且釋放量與機械損傷程度正相關，新葉、老葉釋放的綠葉性氣味物質有一定差異，當新葉、老葉遭受同等程度的機械損傷，新葉立即釋放的(Z)-3-hexenol、(Z)-3-hexenyl acetate的量要顯著高于老葉。老葉遭受不同類型機械損傷時，綠葉性氣味物質含量具有顯著差異性。茶葉受機械損傷時，產生少量新的非綠葉性氣味物質[7]。三是蟲害茶樹揮發(fā)物的釋放規(guī)律。同種植物被不同害蟲為害后的揮發(fā)物組分差異性小；受不同口器害蟲的為害誘導，有些植株的揮發(fā)性組分有所增加，而有些植株的揮發(fā)性組分有所減少，一般會釋放出特異性的組分，或改變揮發(fā)物各組分之間的相對含量。以龍井43為例，小綠葉蟬為害后的新梢揮發(fā)物共鑒定出9種化合物，與完整新梢、機械損傷梢比較，產生新化學物質 2，6一二甲基一 3，7一辛二烯一 2，6一二醇（2，6一dimethyl一3，7一Octadiene一2，6一diol），減少6種化合物[8]；茶尺蠖為害的茶梢揮發(fā)物總共15種，與完整新梢、機械損傷梢比較，組成無變化，而2-戊烯醛顯著增加[9]。蟲害為害茶樹揮發(fā)物的種類與害蟲為害時間及蟲子數量有關，茶麗紋象甲取食茶樹茶梢揮發(fā)物的種類與茶麗紋象甲數量相關，100頭茶麗紋象甲持續(xù)為害28 h，茶樹揮發(fā)物產生51種新物質；而40頭茶麗紋象甲持續(xù)為害28 h，產生37種物質[7]，且揮發(fā)物質的量明顯少于100頭茶麗紋象甲為害產生的物質。綠葉性氣味物質的釋放規(guī)律呈晝高夜低，各組分的釋放呈現不同的規(guī)律，所有脂肪酸衍生物的釋放沒有呈現出一定的日夜節(jié)律。螨類為害茶樹揮發(fā)物與茶樹品種有關，跗線螨為害蜀永808茶樹揮發(fā)物檢驗出18種成分，而為害四川中小葉種茶樹揮發(fā)物種類20種。螨類為害茶樹揮發(fā)物中的水楊酸甲酯含量為健康茶樹的3倍多，螨類為害的四川中小葉種茶樹揮發(fā)物檢測出反，反一a-法尼烯和反-β-羅勒的信息化合物[10]。

表1 茶樹揮發(fā)物不同提取方法的比較

3 植食性昆蟲誘導茶樹揮發(fā)物的生態(tài)功能

植食性昆蟲行為誘發(fā)植物釋放的揮發(fā)物被稱為植食性昆蟲誘導的植物揮發(fā)物（herbivore-induced plant volatiles, HIPVs），主要包括烷烴、烯烴、羧酸以及醇類、萜類和 C6-綠葉性揮發(fā)物（C6-green leaf volatiles，GLVs）。Landolt PJ[11]、Laothawornkitkul J[12]等對HIPVs 在三級營養(yǎng)關系中的生態(tài)功能進行深入研究，包括植物、植食性昆蟲及天敵等的行為或生理行為影響。我國茶樹揮發(fā)物在害蟲-茶樹-天敵三級營養(yǎng)關系中功能與作用自1999年開始進行深入的研究，主要包括植食性昆蟲為害茶梢揮發(fā)物種類、植食性昆蟲為害茶梢揮發(fā)物對植食性昆蟲行為和天敵行為的影響。

表2 茶樹揮發(fā)物調控植食性昆蟲行為

表3 植食性昆蟲-茶樹復合揮發(fā)物對天敵的生態(tài)功能

3.1 茶樹揮發(fā)物對茶樹害蟲行為的影響

茶樹一些害蟲借助茶樹揮發(fā)物進行寄主定位，來完成覓食、交配和產卵等活動，這些活動同時影響茶樹揮發(fā)物的種類及組分含量變化，又反過來影響昆蟲行為，包括對昆蟲的取食、產卵行為。茶梢揮發(fā)物具吸引和趨避植食性昆蟲，如茶樹-茶麗紋象甲復合揮發(fā)物中(Z)-3-hexenyl acetate；(Z)-3-hexenal對茶麗紋象甲昆蟲具有引誘作用[13]；無翅茶蚜對茶樹揮發(fā)物cis-3-Hexen-1-ol具有正趨向作用，而排斥有翅蚜蟲產卵[14-15]。茶樹揮發(fā)物對茶樹主要害蟲的行為影響（見表2）。

3.2 茶樹揮發(fā)物對害蟲天敵的生態(tài)功能

捕食性天敵和寄生性天敵利用化學信息物質遠距離定位獵物和寄主，進而調控害蟲的種群數量，這些化學信息物質源自寄主植物或者植食性昆蟲與其寄主植物的復合體[20]。茶梢-植食昆蟲復合揮發(fā)物對天敵作用是研究的一個熱點，趙冬香[8]研究發(fā)現假眼小綠葉蟬與茶梢復合揮發(fā)物中2,6-二甲基-2，7-辛二烯-1，6-二醇吸引白斑獵蛛。植食性昆蟲-茶樹復合揮發(fā)物對天敵的生態(tài)功能研究表明（見表2），植食性昆蟲-茶樹復合揮發(fā)物對天敵吸引作用，大部分是揮發(fā)物中多種組分混合物，如茶尺蠖-茶樹復合揮發(fā)物中n-hexanal、(Z)-3-hexenol、(E)-2-hexenal的混合物吸引單白綿絨繭蜂前去寄生[21]。

4 茶樹揮發(fā)物在害蟲生態(tài)調控中的應用

目前，茶樹揮發(fā)物的應用研究主要集中在利他素（引誘植食性昆蟲）和利己素（主要吸引天敵）兩個方面。韓寶瑜等利用茶樹揮發(fā)物利它素研制茶蚜信息素誘捕器，發(fā)明了茶園假眼小綠葉蟬和黑刺粉虱成蟲的誘捕方法。利用茶樹揮發(fā)物信息素與色板組合研制的誘捕器，在江蘇松陽縣茶區(qū)大面積示范應用取得了巨大成功，對小綠葉蟬的防治效果達80%，信息素色板誘捕器應用便逐漸開始在生產中示范和推廣[24-27]。韓寶瑜等分離茶梢互利素、茶花信息物質、茶尺蠖幼蟲體表利他素，組配成誘集劑，再利用誘集劑和色彩的綜合引誘效應研制出茶尺蠖絨繭蜂信息素誘集器，用于茶尺蠖大面積、無害化防治[28]，該誘集器能有效地誘集茶尺蠖絨繭蜂和單白綿絨繭蜂，增強絨繭蜂對茶尺蠖幼蟲的寄生率，被寄生后的茶尺蠖幼蟲生長發(fā)育緩慢，食量下降，基本上死于3 齡幼蟲，誘集器顯著地誘集絨繭蜂而強化對茶尺蠖的自然控制，并且增加茶園物種多樣性，引誘了其他天敵瓢蟲、蜘蛛和蚜繭蜂科等[30]。

5 展望

為尋求害蟲綜合治理的新途徑，國內外學者對動植物個體間、種間以及昆蟲與寄主植物間的化學聯系進行了大量的探索，從化學生態(tài)學的角度來解釋化學信息化合物的性質和生物功能，并利用化學信息化合物來抑制和削弱害蟲在自然界中的生存和繁殖能力，保護自然資源和生態(tài)環(huán)境，提高環(huán)境質量，達到社會效益、經濟效益和生態(tài)效益的統一。雖然植物揮發(fā)性物質對昆蟲的作用尚處于研究積累階段，但隨著科學技術的發(fā)展，植物揮發(fā)物對害蟲行為的調節(jié)將提供一種安全的、無公害的害蟲防治新途徑，必將在未來的害蟲綜合治理中起著舉足輕重的作用。茶樹-植食性昆蟲-天敵整體三者關系中化學信號作用及其機制研究尚處起步階段，值得進一步深入研究。

[1]丁紅建,郭予元.寄主植物他感化合物與害蟲行為的關系及其利用[J].植物保護,1995,(5):33-35.

[2]陳宗懋,許寧,韓寶瑜,等.茶樹-害蟲-天敵間的化學信息聯系[J].茶葉科學,2003,23(增):38-45.

[3]韓寶瑜.茶樹茶蚜捕食寄生性天敵間定位取食的物理化學通訊機制[D].杭州,中國農業(yè)科學院茶葉研究所,1999.

[4]李桂花,何巧紅,楊君.一種提取復雜物質中易揮發(fā)組分的有效方法——同時蒸餾萃取及其應用[J].理化檢驗-化學分冊,2009,45(4):491-496.

[5]閆鳳鳴.化學生態(tài)[M].北京:科學出版社,2002.

[6]孔垂華，婁永根，化學生態(tài)學前沿[M].北京:高等教育出版社,2010.

[7]蔡曉明.三種茶樹害蟲誘導茶樹揮發(fā)物的釋放規(guī)律[D].杭州:中國農業(yè)科學院研究生院,2009.

[8]趙冬香,茶樹一假眼小綠葉蟬一蜘蛛間化學、物理通訊機制的研究[D].北京,中國農業(yè)科學院研究生院，2006.

[9]許寧,陳宗懋,游小清.引誘茶尺蠖天敵寄生蜂的茶樹揮發(fā)物的分離與鑒定[J].昆蟲學報,1999,42(2):1-7.

[10]徐澤,茶樹-跗線螨-大赤螨間化學通訊效應研究[D].北京,中國農業(yè)科學院研究生院,2010.

[11]Landolt PJ, Guédot C.Field Attraction of Codling Moths (Lepidoptera: Tortricidae) to Apple and Pear Fruit, and Quantitation of Kairomones from Attractive Fruit[J].Ann.Entomol.Soc.Am.2008,3: 675–681.

[12]Laothawornkitkul J, Paul ND, Vickers CE,et al.Isoprene emissions influence herbivore feeding decisions[J].Plant Cell and Environ., 2008,31:1410–1415.

[13]Sun X L, Wang G C, Cai X M,et al.The Tea Weevil,Myllocerinus aurolineatus, is attracted to Volatiles Induced by Conspecifics[J].Journal of Chemical Ecology,2010,36(4):388-395.

[14]Btae N.J.,Rothstein S.J..C6-volatiles derived from the lipoxy genase pathway induce a subset of defence-related genes[J].Plant Journal, 1998,16:561-569.

[15]Han B.Y.,Chen Z.M.Composition of the volatiles from intact and mechanically pierced tea aphid-tea shoot complexes an their attraction to natural enemies of tea aphid[J].Journal of Agricultural and food chemistry, 2002,50:2 571-2 575.

[16]趙冬香,高景林,陳宗懋,等.假眼小綠葉蟬對茶樹揮發(fā)物的定向行為反應[J].華南農業(yè)大學學報（自然科學版）,2002,23(4):27-29.

[17]韓寶瑜,周成松,茶梢和茶花信息物引誘有翅蚜的效應研究[J].茶葉科學,2004,24(4):249-254.

[18]王國昌.三種害蟲誘導茶樹揮發(fā)物的生態(tài)功能[D].北京,中國農業(yè)科學院研究生院,2010.

[19]Fang Dong, Ziyin Yang, Susanne Baldermannetal.Herbivore-Induced Volatiles from Tea (Camellia sinensis) Plants and Their Involvement in Intraplant Communication and Changes in Endogenous Nonvolatile Metabolites[J].Journal of Agricultural and food chemistry.2011, 59,13131–13135.

[20]Steinberg S, Dicke M, Vetl EM.Relative im portance of info chemicals from first and second trophic level in long-range host locat ion by th e larval parasitoid Cotesia glomerata[J].Journal of Chemical Ecology,1993, 19(1):47-59.

[21]黃毅,韓寶瑜,唐茜,等.茶尺蠖絨繭蜂對茶梢揮發(fā)物的EAG 和行為反應[J].昆蟲學報,2009,52(11):1191-1198.

[22]韓寶瑜, 陳宗懋.異色瓢蟲4變種成蟲對茶和茶蚜氣味行為反應[J].應用生態(tài)學報,2000,11(3):413-416.

[23]韓寶瑜，周成松.茶梢和茶花主要揮發(fā)物對門氏食蚜蠅和大草嶺引誘效應[J].應用生態(tài)學報.2004,15(4):623-626

[24]劉豐靜,曾明森,王慶森,等.生態(tài)誘蟲板對茶假眼小綠葉蟬和黑刺粉虱的控制效果[J].茶葉科學技術,2010,(2):4－6.

[25]曹昌明,魯家葵,曹詩紅.黃色捕蟲板在多種作物上的應用[J].湖北植保,2008,(2):37-38.

[26]王興奎,姜釗.色板誘捕器防治假眼小綠葉蟬初報[J].中國茶葉,2010,32(12):23-24.

[27]王郁,徐雪玲.應用性息素黃板控制茶假眼小綠葉蟬[J].福建農業(yè),2011,(9):15.

[28]韓寶瑜,周鵬,付建玉,等.昆蟲化學信息素誘集絨繭蜂控制茶尺蠖的研究[J].茶葉科學,2005,26(1):72-75.