云斑天牛補充營養(yǎng)寄主小果薔薇及野薔薇揮發(fā)性成分測定

卓志航,楊　偉,徐丹萍,楊春平,楊　樺

(1.四川農(nóng)業(yè)大學(xué) 林學(xué)院,四川 溫江　611130； 2.四川農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品學(xué)院, 四川 雅安　625014)

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·生命科學(xué)·

云斑天牛補充營養(yǎng)寄主小果薔薇及野薔薇揮發(fā)性成分測定

卓志航1,楊偉1,徐丹萍2,楊春平1,楊樺1

(1.四川農(nóng)業(yè)大學(xué) 林學(xué)院,四川 溫江611130； 2.四川農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品學(xué)院, 四川 雅安625014)

為揭示云斑天牛(Batocerahorsfieldi(Hope)對補充營養(yǎng)寄主的選擇機制，實現(xiàn)對該蟲的生態(tài)控制提供理論指導(dǎo)。采用頂空固相微萃取(headspace solid phase micro-extraction, HS-SPME)結(jié)合氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用(gas chromatograph-mass spectrometry,GC-MS)技術(shù),分析了小果薔薇(RosacymosaTratt.)及野薔薇(RosamultifloraThunb.)及野薔薇中的揮發(fā)性成分。結(jié)果顯示：小果薔薇揮發(fā)性成分主要包括5類16種，并以C15H24為主,野薔薇揮發(fā)性成分主要包括7類23種，并以C15H24為主;小果薔薇和野薔薇同時包含3類8種揮發(fā)性成分，其中野薔薇醛類(最高)和萜烯類相對含量較高,小果薔薇醇類(最高)和醛類相對含量較高;野薔薇芳香烴類(最低)和呋喃類相對含量較低,小果薔薇酚類(最低)和萜烯類相對含量較低。研究表明，云斑天牛補充營養(yǎng)寄主小果薔薇和野薔薇揮發(fā)性成分主要是萜烯類、呋喃類、酚類、醇類、醛類、酯類、烴類和芳香烴類,其中醛類和醇類相對含量較高,芳香烴類和酚類相對含量均較低。

云斑天牛;小果薔薇;野薔薇;頂空固相微萃取;氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用

植物揮發(fā)性物質(zhì)是寄主植物釋放的氣味物質(zhì),是多種微濃度的揮發(fā)性次生物質(zhì)組成的復(fù)雜混合物。植食性昆蟲在尋找寄主階段,主要通過嗅覺感受器對寄主植物特異性的氣味進行識別,進而達到對植物的篩選和寄生[1-2]。云斑天牛(Batocerahorsfieldi(Hope)隸屬鞘翅目(Coleoptera)天牛科(Cerambycidae),是用材林、經(jīng)濟林和防護林的重要蛀干害蟲。由于該蟲以幼蟲在寄主樹干內(nèi)鉆蛀危害,且幼蟲蛀道向上延伸較深，從而導(dǎo)致該蟲防控不佳[3-4]。目前，對云斑天牛寄主和補充營養(yǎng)寄主揮發(fā)性成分雖有部分報道，但尚未有任何有力的植物源引誘劑成功研發(fā)。為此，本文采用頂空固相微萃取(HS-SPME)結(jié)合氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用(GC-MS)技術(shù)，測定云斑天牛補充營養(yǎng)寄主小果薔薇和野薔薇的揮發(fā)性成分,為揭示云斑天牛對補充營養(yǎng)寄主的選擇機制提供理論依據(jù),為篩選對云斑天牛具有生物活性的植物源引誘劑，為實現(xiàn)對該蟲的生態(tài)控制提供理論指導(dǎo)。

1　材料與方法

1.1材料

小果薔薇及野薔薇:2015年6月中上旬,采自四川省德陽市羅江縣。選擇色澤較好、較嫩、無病蟲害、無霉變、無開口裂縫和刻槽,且新鮮健康的小果薔薇和野薔薇。采樣時間:18∶00～18∶30(此時云斑天牛成蟲活躍度較高,成蟲取食補充營養(yǎng)寄主、交配及刻槽等行為較為積極)。樣品采集于冰盒內(nèi)，帶回實驗室。選擇較為新鮮小果薔薇和野薔薇樣品，分別將樣品洗凈并瀝干，瀝干后即用粉碎機分別對樣品進行粉碎待用。

1.2儀器設(shè)備

Agilent 7890A-5975C氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀,配有HP-5MS彈性石英毛細(xì)管柱(30m×0.25mm, 0.25μm),美國安捷倫公司;Supleco固相微萃取裝置(65μm DVB/PDMS),美國Supelco公司等。

1.3揮發(fā)性成分檢測

揮發(fā)性成分的提取和檢測條件參照蔣麗等[5]的方法并進行優(yōu)化改進。取粉碎后的樣品5g置于15mL頂空進樣瓶中密封。40℃條件下平衡30min后,將SPME手柄頂端的萃取頭插入進樣瓶,吸附30min后取出萃取頭插入到GC-MS儀的氣相色譜進樣口,推出纖維頭,250℃解析5min。樣品放入頂空進樣瓶前,在上述同樣條件下進行揮發(fā)性成分檢測,即檢測頂空進樣瓶空瓶揮發(fā)物質(zhì)作為對照,以除去雜質(zhì)干擾。

1.4GC-MS分析條件

色譜柱:HP-5MS彈性石英毛細(xì)管柱(30m×0.25mm,0.25μm)。升溫程序:柱溫35℃(保留1min),以2℃/min升到100℃,保持1min,以10℃/min升到200℃,保持5min。

離子源為電子轟擊電離源(electron impact,EI);離子源溫度 230℃;電子能量70eV;接口溫度280℃;質(zhì)量掃描范圍50～550amu。

1.5數(shù)據(jù)分析

檢測的未知化合物(揮發(fā)性成分)與NIST.11 library相匹配,匹配度大于800(最大值為1 000)的鑒定結(jié)果予以確認(rèn),并以峰面積歸一化法確定各化合物的相對含量(未知化合物在該時間和條件下的含量占該時間和條件下的百分比)。

2　結(jié)果與分析

由表1可以看出,小果薔薇揮發(fā)性成分主要包括5類16種,分別是:7種萜烯類,相對含量為1.689%;3種醇類,相對含量為55.519%;4種醛類,相對含量為21.624%;1種酯類,相對含量為20.421%;1種酚類,相對含量為0.747%。小果薔薇中,揮發(fā)性成分含量最高的3種物質(zhì)依次是:芳樟醇、水楊酸甲酯和反式-2-己烯醛;相對含量最低的3種物質(zhì)依次是:d-杜松烯、一種萜烯和大根香葉烯。

由表2可以看出,野薔薇揮發(fā)性成分主要包括7類23種,分別是:10種萜烯類,相對含量為5.861%;2種烴類,相對含量為3.613%;1種芳香烴類,相對含量為0.679%;1種醇類,相對含量為1.605%;4種醛類,相對含量為81.387%;3種酯類,相對含量為5.858%;2種呋喃類,相對含量為0.997%。野薔薇中,揮發(fā)性成分含量最高的3種物質(zhì)依次是反式-2-己烯醛、乙酸葉醇酯和(E,E)-2,4-己二烯醛;相對含量最低的3種物質(zhì)依次是:d-杜松烯、α-石竹烯cis-反式-α-法呢烯。

由表1和表2可以看出,小果薔薇和野薔薇共含8類31種揮發(fā)性成分，分別是：萜烯類12種、烴類2種、芳香烴1種、醇類3種、醛類6種、酯類4種、酚類1種、呋喃類2種。此外，小果薔薇和野薔薇均以醛類、醇類和萜烯類相對含量較高，其中小果薔薇醇類含量為最高，野薔薇醛類、芳香烴類、呋喃類和酚類相對含量較低，其中小果薔薇酚類相對含量最低，野薔薇芳香烴類相對含量最低。小果薔薇和野薔薇均含有的揮發(fā)性成分共3類8種分別是：芳樟醇、反式-2-己烯醛、壬醛、右旋萜二烯、α-蓽澄茄油萜、1-石竹烯、大根香葉烯和d-杜松烯。其中，野薔薇(最高)和小果薔薇反式-2-己烯醛、壬醛,右旋萜、二烯α-蓽澄茄油萜、1-石竹烯、大根香葉烯和d-杜松烯。其中,野薔薇(最高)和小果薔薇反式-2-己烯醛相對含量較高;d-杜松烯相對含量均最低。小果薔薇揮發(fā)性成分相對含量中有70.446 %與野薔薇相同,小果薔薇揮發(fā)性成分種類中有50.000%與野薔薇相同;野薔薇揮發(fā)性成分相對含量中有82.906 %與小果薔薇相同;野薔薇揮發(fā)性成分種類中有34.782%與小果薔薇相同。綜上,以相對含量較低法計算(即相同成分相對含量較低值相加),小果薔薇和野薔薇揮發(fā)性成分有22.585 %完全相同。另外，小果薔薇和野薔薇揮發(fā)性成分共含有20種分子式,其中分子式為C15H24的萜烯類種類最多(合計13種),其次是分子式為C10H16的萜烯類(合計4種);而分子式為C6H10O的醛類相對含量最高(合計96.001%),其次是分子式為C10H18O的醇類(合計56.043%)。小果薔薇中,分子式為C15H24的萜烯類種類最多(6種),分子式為C7H10O的醛類相對含量最低(0.224%),分子式為C10H18O的醇類相對含量最高(54.438%)。野薔薇中,分子式為C10H16的萜烯類種類最多(7種),分子式為C11H20O2的酯類相對含量最低(0.203%),分子式為C6H10O的醛類相對含量最高(76.930%)。

表1　小果薔薇揮發(fā)性成分及相對含量

表2　野薔薇揮發(fā)性成分及相對含量

3　討　論

昆蟲對植物揮發(fā)性物質(zhì)的識別是一個復(fù)雜的過程。研究表明，寄主揮發(fā)性物質(zhì)中的多個活性成分以特定的濃度和比例形成的混合物對昆蟲行為具有調(diào)節(jié)作用[1，6-10],此外植物揮發(fā)性成分中還存在某些單個的揮發(fā)性活性成分,這些單個的成分能與其他活性成分相互作用,從而充當(dāng)加強或抑制因子的作用[1，6，11-13]。植物釋放的揮發(fā)性成分含量雖然受植物生理狀況、蟲害、環(huán)境因子、季節(jié)、葉片成熟度、機械損傷及空間分布的影響,但其各成分之間的比例卻是很穩(wěn)定的[11，14-16]。本研究通過頂空固相微萃取結(jié)合氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù),發(fā)現(xiàn)小果薔薇和野薔薇揮發(fā)性成分中萜烯類種類最多,醛類次之,而酚類和芳香烴類種類較少,萜烯類、醇類、酯類和醛類物相對含量較高,烴類、芳香烴類、酚類和呋喃類相對含量較低,這與很多研究相似,如李繼泉等研究發(fā)現(xiàn)復(fù)葉槭(Acernegundo)釋放揮發(fā)性物質(zhì)多為萜烯類、醇類、醛類和芳香族化合物等[17];云斑天牛寄主楊樹(Populussp.)釋放揮發(fā)性物質(zhì)也多為萜烯類、醇類、醛類和芳香族化合物等[6]。本研究發(fā)現(xiàn)小果薔薇和野薔薇共含8類31種揮發(fā)性成分,其中小果薔薇5類16種,野薔薇7類23種,所有揮發(fā)成分種類組成及比例即為小果薔薇及野薔薇化學(xué)指紋圖譜,它們是誘導(dǎo)寄主昆蟲的化學(xué)信號物質(zhì),能對寄主昆蟲的定位、取食、交配和產(chǎn)卵等行為進行調(diào)節(jié)。另外,小果薔薇與野薔薇成分中,有3類8種成分相同,其中萜烯類5種,醌類2種,醇類1種,且小果薔薇揮發(fā)性成分相對含量中有50.000%與野薔薇相同,野薔薇揮發(fā)性成分相對含量中有34.782%與小果薔薇相同(小果薔薇和野薔薇揮發(fā)性成分有22.585 %完全相同),說明小果薔薇和野薔薇化學(xué)指紋圖譜有重疊相似部分,其中以萜烯類最明顯,這8種揮發(fā)性成分可能是對寄主昆蟲行為具有調(diào)節(jié)作用的一般氣味成分,但仍需生物檢測等予以驗證。其余的23種揮發(fā)性成分中,由于在小果薔薇和野薔薇中并非同時含有,因此可能存有特異性氣味成分,這種特異性氣味成分具有不同的標(biāo)志且具有高度的特異性,因而對寄主昆蟲定位等行為具有顯著的影響,但所有成分仍需生物檢測予以生物活性認(rèn)證。

[1]梁瀟予. 云斑天牛對補充營養(yǎng)寄主的選擇性研究 [D]. 雅安: 四川農(nóng)業(yè)大學(xué), 2007.

[2]BARATA N, MUSTAPARTA H, PICKETT J A, et al. Encoding of host and non-host plant odours by receptor neurones in the eucalyptus woodborer, Phoracantha semipunctata (Coleoptera: Cerambycidae) [J]. Journal of Comparative Physiology, 2002, 188(2): 121-133.

[3]李娟, 王滿囷, 張志春, 等. 云斑天牛成蟲對植物氣味的行為反應(yīng) [J]. 林業(yè)科學(xué), 2008, 44(6): 168-170.

[4]李建慶, 楊忠岐, 梅增霞, 等. 云斑天牛的風(fēng)險分析及其防控對策 [J]. 林業(yè)科學(xué)研究, 2009, 22(1): 148-153.

[5]蔣麗, 王雪瑩, 楊洲, 等. 自然發(fā)酵與接種發(fā)酵泡菜香氣成分分析 [J]. 食品科學(xué), 2011, 32(22): 276-279.

[6]諸葛飄飄. 楊樹云斑天牛成蟲寄主定位中的信息化學(xué)物質(zhì) [D]. 武漢: 華中農(nóng)業(yè)大學(xué), 2009.

[7]LE MéTAYER M, MARION-POLL F, SANDOZ J C, et al. Effect of conditioning on discrimination of oilseed rape volatiles by the honeybee:Use of a combined gas chromatography-proboscis extension behavioural assay [J]. Chemical Senses, 1997, 22(4): 391-398.

[8]NOJIMA S, LINN C J, MORRIS B, et al. Identification of host fruit volatiles from hawthorn (Crataegus spp.) attractive to hawthorn-origin Rhagoletis pomonella flies [J]. Journal of Chemical Ecology, 2003, 29(2): 321-336.

[9]BIRKETT M A, AGELOPOULOS N, JENSEN K M, et al. The role of volatile semiochemicals in mediating host location and selection by nuisance and disease-transmitting cattle flies [J]. Medical and Veterinary Entomology, 2004, 18(4): 313-322.

[10] TASIN M, BCKMAN A C, CORACINI M, et al. Synergism and redundancy in a plant volatile blend attracting grapevine moth females [J]. Phytochemistry, 2007, 68(2): 203-209.

[11] AGELOPOULOS N G, CHAMBERLAIN K, PICKETT J A. Factors affecting volatile emissions of intact potato plants, Solanum tuberosum: variability of quantities and stability of ratios [J]. Journal of Chemical Ecology, 2000, 26(2): 497-511.

[12] HERN A, DORN S. A female-specific attractant for the codling moth, Cydia pomonella, from apple fruit volatiles [J]. Naturwissenschaften, 2004, 91(2): 77-80.

[13] GUERIN P M, STDLER E, BUSER H R. Identification of host plant attractants for the carrot fly, Psila rosae [J]. Journal of Chemical Ecology, 1983, 9(7): 843-861.

[14] HEDIN P A. Seasonal variaton in the emission of volatiles by cotton plants growing in the field [J]. Environmental Entomology, 1976, 5: 1234-1238.

[15] BADI H N, YAZDANI D, ALI S M, et al. Effects of spacing and harvesting time on herbage yield and quality/quantity of oil in Thyme, Thymus vulgari L [J]. Industrial Crops and Products, 2004, 19: 231-236.

[16] ZHANG X, LINIT M J. Comparison of oviposition and longevity of Mdnochamus alternates and M. carolinensis (Coleoptera: Ceralnbycidae) under laboratory conditions [J]. Environmental Entomology, 1998, 27: 885-891.

[17] 李繼泉, 樊慧, 金幼菊, 等. 光肩星天牛取食后復(fù)葉槭揮發(fā)物的釋放機制 [J]. 北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報, 2002, 24(5/6): 170-174.

(編輯徐象平)

Determination of volatileComponentsinBatocerahorsfieldi(Hope) host plantRosacymosatratt. andRosamultiflorathunb.

ZHUO Zhi-hang1, YANG Wei1, XU Dan-ping2, YANG Chun-ping1, YANG Hua1

(1.College of Forestry, Sichuan Agricultural University, Wenjiang 611130, China; 2.College of Food Science, Sichuan Agricultural University, Yaan 625014， China)

The volatile components inB.horsfieldihost plantR.cymosaandR.multiflorawere determined to explore the selection mechanismB.horsfieldimade on host plants and provide theoretical guidance for ecological control on it. Headspace solid phase micro-extraction (HS-SPME) combined with gas chromatograph-mass spectrometry (GC-MS) were selected to determine volatile components inB.horsfieldihost plantR.cymosaandR.multiflora. The results showedR.cymosacontained 5 species 16 kinds of volatile components and they were C15H24mainly,R.multifloracontained 7 species 23 kinds of volatile components and they were C15H24mainly,R.cymosaandR.multifloracontained 3 species 8 kinds of volatile components synchronously, the relative content of aldehyd volatile components were same inR.cymosaandR.multifloracompletely. The relative content of aldehydes (highest) and terpene was higher inR.multiflora, the relative content of alcohols (highest) and aldehydes was higher inR.cymosa, the relative content of aromatic hydrocarbons (lowest) and furans was lower inR.multiflora, the relative content of phenols (lowest) and terpene was lower inR.cymosa.The results showed that the volatile components inB.horsfieldihost plantR.cymosaandR.multiflorawere mainly terpene, furans, phenols, alcohols, aldehydes, esters, hydrocarbon, and aromatic hydrocarbons; the relative content of aldehydes and alcohols was higher, and the relative content of aromatic hydrocarbons and phenols was lower.

Batocerahorsfieldi(Hope);Rosacymosatratt.;Rosamultiflorathunb.; HS-SPME; GC-MS

2014-12-04

國家自然科學(xué)基金資助項目(31270694);四川農(nóng)業(yè)大學(xué)“211”工程雙支計劃基金資助項目(00370101)

卓志航,男,四川資陽人,四川農(nóng)業(yè)大學(xué)博士研究生,從事昆蟲生理生化及分子生物學(xué)研究。

楊偉,男,四川雅安人,四川農(nóng)業(yè)大學(xué)教授,從事森林昆蟲學(xué)及資源昆蟲學(xué)研究。

S718.7

A

10.16152/j.cnki.xdxbzr.2016-04-015