不同狀態(tài)下蒙古櫟干部揮發(fā)物的分析

張麗萍，程彬，張曉軍，左彤彤，鄒建軍，孫偉

(1.白城市林業(yè)局，吉林白城 137000;2.吉林省林業(yè)科學(xué)研究院，吉林長春 130033)

在復(fù)雜的生態(tài)環(huán)境中，寄主植物揮發(fā)物為植食性昆蟲識別和定位寄主提供了重要信息，在植食性昆蟲的寄主選擇行為中扮演著重要的角色［1］。寄主植物揮發(fā)物的單一或者混合組分的信號物質(zhì)在天牛對寄主的識別過程中有著很重要的作用［2－4］。

蒙古櫟Quercus mongolica是我國東北林區(qū)主要的次生林樹種，近年來由于栗山天牛Massicus raddei(Blessig)的大面積猖獗危害，給蒙古櫟造成了毀滅性的打擊。栗山天牛是一種危害蒙古櫟的蛀干害蟲，主要危害中齡和成過熟天然林。目前的防治辦法有伐除蟲害木［5］、黑光燈誘集［6］以及利用花絨寄甲防治［7］。在化學(xué)生態(tài)方面的研究，只有王耀輝等［8］用水蒸餾法提取了2個不同樹齡的蒙古櫟葉樣品，鑒定了揮發(fā)油成分和各組分的相對含量，對寄主揮發(fā)物的研究等方面未見報道。通過研究寄主植物對天牛趨性行為的影響尋找克制天牛的方法已成為生態(tài)防治的主要研究方向。作者對健康、機械損傷和受栗山天牛危害的蒙古櫟干部的揮發(fā)物成分進行了定性定量分析，以期為下一步找到對栗山天牛有引誘作用的化學(xué)物質(zhì)提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗材料 供試植物選自吉林省磐石市江南林場15～20年生的蒙古櫟，分別選取健康、機械損傷和受栗山天牛危害3種狀態(tài)的蒙古櫟進行揮發(fā)物取樣。采樣袋為PET材質(zhì)的保鮮袋(Bratenschlauch，Toppits，Minden，德國)。大氣采樣儀為北京市勞動保護研究所生產(chǎn)，QC-1型，屬便攜式氣泵，單氣路，氣體流速為0.1～1.5 L/min，自動定時范圍為0～60 min，1次充電可連續(xù)采樣8 h。選用美國生產(chǎn)的吸附劑 Super-Q(80～100目，Alltech，Deerfield，Illinois，美國)。吸附柱內(nèi)徑4 mm，填塞35 mg Super-Q吸附劑。

1.2 試驗方法 植物干部揮發(fā)物收集采用動態(tài)頂空活體吸附法。在距離地面1.5 m處用采樣袋環(huán)形包裹植物樹干，開口端密封，使樹干內(nèi)部成為一個密閉的環(huán)境。在采樣袋上方插入通過活性炭過濾的Teflon管，下方也插入Teflon管與吸附管相連。然后用Teflon管與氣體流量計的進氣口連接，氣體流量計的出氣口用硅膠管連接活性炭，用脫脂棉密封插口，組成一個閉路系統(tǒng)，使過濾空氣在袋內(nèi)循環(huán)流動。通過這種動態(tài)捕集方式把植物揮發(fā)性物質(zhì)帶入吸附劑中。為減少污染，在開始采樣前，先用大氣采樣儀把袋內(nèi)空氣抽干，然后再充進經(jīng)活性炭過濾的空氣，反復(fù)3次。當(dāng)氣體最后充到正常體積后，連接上述閉路系統(tǒng)開始采樣。本系統(tǒng)還通過使收集裝置的進氣口直接與活性碳、出氣口直接與吸附劑相連來減少污染。采樣時間均為12:00—13:00，氣體流速為200 mL/min，吸附管中的樣品用500 μL色譜純二氯甲烷淋洗。

1.3 樣品分析 樣品的分析鑒定在中國林業(yè)科學(xué)研究院氣質(zhì)聯(lián)用實驗室完成。分析條件:氣譜為Finnigan Trace GC Ultra，質(zhì)譜為Finnigna DSQ。用DB-5MS(30 m ×0.25 mm ID ×0.25 μm film-thickness，J＆W Scientific)毛細(xì)管柱進行分析。升溫?zé)o分流進樣，進樣量為1 μL。柱溫采取程序升溫，起始溫度為 60℃，保持 1 min;然后 5℃/min升至220℃，保持20 min。以99.999%高純氦氣作載氣，柱氣流量1.0 mL/min。氣相色譜進樣口溫度是220℃，傳輸線溫度是250℃，質(zhì)譜(EI，70eV)離子源溫度是200℃，檢測器電壓是1 150 V，發(fā)射電流是 300 μA。進樣后 3 min Xcalibur Data System(Version 1.4)軟件開始采集數(shù)據(jù)，全掃描質(zhì)量數(shù)范圍是25～460 amu。通過比對Nist 02譜庫與標(biāo)準(zhǔn)化合物的質(zhì)譜圖及保留時間，對揮發(fā)物的各組分進行定性，根據(jù)峰面積對各揮發(fā)物組分進行相對定量。

2 結(jié)果

健康、機械損傷和受栗山天牛危害的蒙古櫟干部的揮發(fā)物色譜圖見圖1。

圖1 健康、機械損傷、受栗山天牛危害的蒙古櫟揮發(fā)物的色譜圖

從圖1可以看出:位于最上方的健康木的揮發(fā)物的化學(xué)組分，相對于其他2種狀態(tài)下，無論是峰高還是出峰的數(shù)量都較少;而位于最下方的受栗山天牛危害的蒙古櫟的揮發(fā)性物質(zhì)比其他2種狀態(tài)下的揮發(fā)物的種類和數(shù)量都要多。蒙古櫟干部揮發(fā)物在3種狀態(tài)下主要成分的定性定量分析見表1。

3 討論

植食性昆蟲為找尋和準(zhǔn)確定位寄主植物，會利用其中樞神經(jīng)系統(tǒng)以高等級的時空分辨率來接收寄主植物的揮發(fā)物信息［6－9］。這種信息的特殊性可能通過寄主植物揮發(fā)物在質(zhì)［3，10］或量［11，14］的不同來體現(xiàn)，或者通過寄主和非寄主植物組成成分的相對變化來體現(xiàn)［12］。GC-MS的分析表明，蒙古櫟的揮發(fā)性物質(zhì)主要由醇、烷、萜烯、酸和酯類構(gòu)成，健康木的揮發(fā)性物質(zhì)鑒定出10種組分，機械損傷木鑒定出17種組分，受栗山天牛危害的蒙古櫟的揮發(fā)性物質(zhì)鑒定出22種組分(表1)。從表中還可以看出，栗山天牛危害后和機械損傷后蒙古櫟所釋放的揮發(fā)物組分和含量與蒙古櫟健康木相比發(fā)生了較大的變化，不僅揮發(fā)物的種類增多，而且含量也呈增大的趨勢。機械損傷和蟲害誘導(dǎo)木比健康木釋放更多的揮發(fā)性物質(zhì)吸引天牛與很多研究結(jié)果一致，如:受松材線蟲危害的黑松比健康木的揮發(fā)性物質(zhì)多5種組分，并證實交配后的松墨天牛趨向于蟲害木［13］。從松樹伐倒木上收集的主要成分為11種單萜烯與乙醇的混合物的揮發(fā)性物質(zhì)對松墨天牛成蟲以及角脛屬Shirahoshizo象甲均具有良好的引誘活性［14］。

表1 不同狀態(tài)下蒙古櫟的成分及其相對含量

機械損傷、昆蟲產(chǎn)卵或取食等因素誘導(dǎo)之后，植物揮發(fā)物的組成或比例都會發(fā)生變化。各種損傷誘導(dǎo)的植物揮發(fā)物與健康植物揮發(fā)物相比，無論在質(zhì)上還是量上都有很大差異，所以更易成為植食性昆蟲遠(yuǎn)距離識別寄主植物的信號物質(zhì)［15－18］。植物揮發(fā)性次生物質(zhì)的組分、特性、釋放機理以及昆蟲的化學(xué)感受器對植物揮發(fā)物的反映，對開發(fā)昆蟲引誘劑或驅(qū)避劑提供方向，提出新的害蟲防治策略［19］。利用植物源揮發(fā)性氣味作引誘劑防治害蟲已成為目前國內(nèi)外研究的熱點，所開發(fā)的一些引誘劑已在生產(chǎn)上得到應(yīng)用［20－21］。根據(jù)野外觀察，栗山天牛有趨向于蟲害木的現(xiàn)象，我們推斷可能是蟲害誘導(dǎo)揮發(fā)物對栗山天牛的行為有調(diào)控作用，是蟲害誘導(dǎo)新合成的物質(zhì)還是含量增長的物質(zhì)對栗山天牛有引誘作用，還有待于通過室內(nèi)外的生物測定來進一步證實。

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