蟲(chóng)害誘導(dǎo)家榆揮發(fā)物的日釋放節(jié)律分析

程 彬，陳 平，任立偉，鹿永強(qiáng)，鹿永斌

(1.吉林省林業(yè)科學(xué)研究院，吉林 長(zhǎng)春 130033;2. 吉林省森林病蟲(chóng)害防治檢疫總站，吉林 長(zhǎng)春 130022;3.吉林省汪清林業(yè)局，吉林 延邊 133200)

家榆(Ulmus pumila)是我國(guó)北方主要用材林、防護(hù)林和園林綠化樹(shù)種，喬木，喜光、抗寒、抗旱，耐瘠薄土壤，耐鹽堿，具有生長(zhǎng)快、適應(yīng)性強(qiáng)、材質(zhì)好、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。但由于受榆紫葉甲的嚴(yán)重危害，致使家榆在春季發(fā)不出葉，成為“干枝梅”，重者整株枯死或變成“小老樹(shù)”。

林木害蟲(chóng)的寄主植物的揮發(fā)性化學(xué)信息物質(zhì)在調(diào)控害蟲(chóng)行為生態(tài)中有非常重要的作用，已受到各國(guó)政府和同行專(zhuān)家的高度重視。通過(guò)對(duì)植物揮發(fā)物釋放機(jī)制的研究，可以用來(lái)監(jiān)測(cè)害蟲(chóng)的發(fā)生情況及誘殺成蟲(chóng)控制種群密度，并且對(duì)環(huán)境無(wú)污染，可充分發(fā)揮天敵對(duì)害蟲(chóng)的控制作用，是達(dá)到可持續(xù)控制害蟲(chóng)危害的重要手段之一。因此，研究蟲(chóng)害家榆揮發(fā)物的釋放節(jié)律，對(duì)分析引誘榆紫葉甲的活性成分及下一步合成與應(yīng)用榆紫葉甲引誘劑、尋求無(wú)公害防治技術(shù)具有重要意義。

1 試驗(yàn)材料

1.1 采樣袋和吸附劑

采樣袋為PET 材質(zhì)的保鮮袋(Bratenschlauch，Toppits，Minden，德國(guó))。吸附劑為Super-Q(80-100 目，Alltech，Deerfield，Illinois，美國(guó))。吸附管內(nèi)徑4 mm，每根填充35 mg 吸附劑。

1.2 大氣采樣儀

本試驗(yàn)采用QC-l 型大氣采樣儀，為北京市勞動(dòng)保護(hù)研究所生產(chǎn)。屬便攜式氣泵，單氣路，氣體流速為0.1 ～1.5 L·min-1，可自動(dòng)定時(shí)范圍為0 ～60 min，1 次充電可連續(xù)采樣8 h。

1.3 化學(xué)試劑

溶劑二氯甲烷(色譜級(jí))，由天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所生產(chǎn)。

2 試驗(yàn)方法

2.1 取樣地點(diǎn)與時(shí)間

野外試驗(yàn)地設(shè)置在吉林省前郭縣烏蘭圖嘎林場(chǎng)，地理位置:124°11′～124°35′E，44°25′～44°37′N(xiāo)。采樣在連續(xù)3 d 內(nèi)進(jìn)行，這三天的日出時(shí)間為4:30，日落時(shí)間為18:45，所以將采樣時(shí)間確定為5:00 ～6:00、8:30 ～9:30、12:00 ～13:00、15:30 ～16:30、19:00 ～20:00 五個(gè)時(shí)間段。

表1 野外采樣各時(shí)間段的溫濕度條件Tab.1 The temperature and humidity conditions of each time period of field sampling

2.2 取樣方法

植物揮發(fā)物收集采用頂空動(dòng)態(tài)活體吸附法。用1.2 m 長(zhǎng)采樣袋套住植物枝條后，用自鎖扎線(xiàn)帶綁住內(nèi)襯脫脂棉的一端袋口，另一端插入一長(zhǎng)一短兩根Teflon 管，也用自鎖扎線(xiàn)帶綁住內(nèi)襯脫脂棉的袋口。長(zhǎng)Teflon 管接裝活性炭的玻璃管，再用Teflon 管接氣體流量計(jì)，之后可以用硅膠管連接大氣采樣儀的出氣口;短Teflon 管與吸附管相連，然后用Teflon 管與氣體流量計(jì)連接，氣體流量計(jì)可以用硅膠管和大氣采樣儀的出氣口相連。這樣組成一個(gè)閉路系統(tǒng)，使過(guò)濾空氣在袋內(nèi)循環(huán)流動(dòng)，通過(guò)這種動(dòng)態(tài)捕集方式把植物揮發(fā)性物質(zhì)帶入吸附劑中。在開(kāi)始采樣前，先用大氣采樣儀把袋內(nèi)空氣抽干，然后再?zèng)_進(jìn)經(jīng)活性炭過(guò)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(kāi)始采樣。本系統(tǒng)還通過(guò)收集裝置的進(jìn)氣口直接與活性碳、出氣口直接與吸附劑相連，使進(jìn)氣口氣體流量略大于出氣口氣體流量等措施減少污染。連接大氣采樣儀的出氣口的氣體流量計(jì)使流速控制在600 mL·min-1，另一端流速略低，采集時(shí)間為1 h。采集后的樣品用500 μL 色譜純二氯甲烷洗脫。

2.3 樣品分析與鑒定

樣品的分析采用氣質(zhì)聯(lián)用儀(GC-MS)。分析條件:氣譜HP6890 聯(lián)用HP5973 質(zhì)譜儀，Hp6890 工作站。無(wú)分流進(jìn)樣，進(jìn)樣量為1 μL。色譜柱利用HP-5MS 毛細(xì)管柱(30 m×0.25 mm ID，膜厚0.25 μm)。柱溫采取程序升溫，起始溫度為40℃，保持2 min;然后6℃·min-1升至250℃，保持2 min。以99.999%高純氦氣作載氣，柱氣流量1.0 mL·min-1。接口溫度280℃，EI 離子源，離子源溫度230 ℃，電離能70 eV。通過(guò)核對(duì)譜庫(kù)(NIST98)與標(biāo)準(zhǔn)化合物的質(zhì)譜圖及保留時(shí)間，對(duì)揮發(fā)物的各組分進(jìn)行定性，并以0.05 μg 癸酸乙酯(decanoic acid ethyl ester)作為外標(biāo)，根據(jù)峰面積對(duì)各揮發(fā)物組分進(jìn)行相對(duì)定量。

2.4 數(shù)據(jù)分析

統(tǒng)計(jì)分析軟件采用Statsoft 公司的STATISTICA for Windows 6.1 版本(2003)。家榆揮發(fā)物中同一物質(zhì)在不同時(shí)間段釋放量的比較用單因素方差分析，然后進(jìn)行Duncan’s 多重比較分析。

3 結(jié)果與分析

經(jīng)比對(duì)標(biāo)準(zhǔn)品的保留時(shí)間及譜庫(kù)，確定野外家榆揮發(fā)物中含24 種化合物。為消除儀器誤差，以外標(biāo)的峰面積為定量標(biāo)準(zhǔn)來(lái)校準(zhǔn)每種物質(zhì)的峰面積。各組分在不同時(shí)間段的定性和定量分析見(jiàn)表2。

表2 野外家榆揮發(fā)物的組成和含量Tab.2 The composition and content of Ulmus pumila volatile matter of field sampling

依據(jù)表1 數(shù)據(jù)做圖1，得到家榆揮發(fā)物的 主要成分的釋放節(jié)律。

圖1 野外家榆揮發(fā)物主要成分釋放的日節(jié)律Fig.1 The main composition diurnal release rhythm of Ulmus pumila volatile matter of field sampling

從圖1 中可以更直觀地看出，幾種主要揮發(fā)物的釋放基本遵循上午揮發(fā)物的量逐漸增加，到中午時(shí)達(dá)到最大，下午逐漸減少，在日夜交替的晚19:00 ～20:00 這一時(shí)間段有一個(gè)爆發(fā)的規(guī)律。

4 討論

植物揮發(fā)物的釋放存在晝高夜低的現(xiàn)象［1～3］，這些植物在上午時(shí)釋放揮發(fā)物的量會(huì)迅速增加，到中午達(dá)到最大，然后在下午、晚上逐漸減少。此外，某些植物在由明轉(zhuǎn)暗時(shí)，其揮發(fā)物的釋放會(huì)有一個(gè)短暫的爆發(fā)［4～6］。這不僅在健康植物體現(xiàn)這種規(guī)律，蟲(chóng)害誘導(dǎo)的揮發(fā)物的釋放也呈現(xiàn)晝夜節(jié)律。如:甜菜夜蛾的取食危害誘導(dǎo)棉花釋放新的氣味是在受到侵害的第2 天早晨，被誘導(dǎo)的萜類(lèi)物質(zhì)(E)-β-羅勒烯和(E)-4，8-二甲基-1，3，7-壬三烯的釋放量開(kāi)始增多，下午到達(dá)高峰，比開(kāi)始釋放時(shí)提高了10 倍，晚上又減少，第3 天再次上升，晚上再次下降。而其他的非誘導(dǎo)的萜烯類(lèi)物質(zhì)，如α-蒎烯和石竹烯，在受到侵害的第2 天后開(kāi)始減少，以后不再增多;此外，未受侵害的棉花植株釋放的揮發(fā)性物質(zhì)中也含有與蟲(chóng)害誘導(dǎo)揮發(fā)物相同的成分，盡管含量低于受害植株，也表現(xiàn)出晝夜節(jié)律?？梢酝茰y(cè)，植食性昆蟲(chóng)的取食危害將葉片內(nèi)在固有的節(jié)律性活動(dòng)放大了。這種節(jié)律產(chǎn)生的機(jī)理可能包含有糖苷鍵的斷裂，并發(fā)生酸催化的醇脫氫反應(yīng)，使萜烯類(lèi)碳?xì)浠衔镌龆?，也可能是植食性昆蟲(chóng)的侵害誘導(dǎo)出一系列萜烯合成酶［7］。另外，茶麗紋象甲危害的茶樹(shù)揮發(fā)物中大多數(shù)物質(zhì)的釋放為晝高夜低型，比較典型的有(E，E)-α-farnesene、(E)-caryophyllene、(E)-β-farnesene、(E)-linalool oxide(furanoid)、benzyl nitrile、phenyl ethane(1-nitro-2-)、phenyl ethyl 2-methyl butanoate 等化合物［8］。

這種日夜節(jié)律，可能與溫度、光照以及植物本身生態(tài)生理特性有關(guān)［2，3］，也可能與白天、黑夜間信號(hào)的傳導(dǎo)、合成基因的表達(dá)、合成所需前體物的供應(yīng)水平等差異有關(guān)［8，10］。這種揮發(fā)物的釋放節(jié)律也與害蟲(chóng)天敵的活動(dòng)規(guī)律相符，植食害蟲(chóng)的天敵大多是在白天活動(dòng)，植物在白天釋放較多的蟲(chóng)害誘導(dǎo)揮發(fā)物，可以更好地吸引害蟲(chóng)天敵，達(dá)到保護(hù)自己的目的，這是植物發(fā)揮主動(dòng)防御的結(jié)果。

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