椰心葉甲危害對椰樹心葉揮發(fā)物的影響

蔣方一丁，呂寶乾，唐繼洪，盧 輝，何 杏，蘇 豪

1海南大學(xué)，海南 儋州 571737；2中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院環(huán)境與植物保護研究所/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部熱帶作物有害生物綜合治理重點實驗室/海南省南繁生物安全與分子育種重點實驗室，海南 ?？?571101

植物利用自己的合成代謝能力產(chǎn)生揮發(fā)物，用以保護自己免受生物和非生物的壓力，并向互惠互利者和競爭對手提供信息(可能是假信息)(Baldwin，2010)。植物揮發(fā)物介導(dǎo)植物與節(jié)肢動物、微生物和其他植物之間的相互作用，并參與非生物脅迫的反應(yīng)。植物揮發(fā)物排放受到許多環(huán)境因素的影響，包括食草動物的破壞、微生物的入侵和鄰近植物的暗示，以及光照、溫度、濕度和養(yǎng)分的有效性。

椰心葉甲BrontispalongissimaGestro(鞘翅目Coleoptera：葉甲總科Chrysomeloidea)傳入中國后，在幾年內(nèi)迅速暴發(fā)成災(zāi)，成為危害我國棕櫚科植物最嚴重的外來入侵害蟲之一(耿秉晉等，1999)，嚴重影響了棕櫚植物種植業(yè)及其相關(guān)產(chǎn)業(yè)(呂寶乾等，2005)。在椰心葉甲對椰樹葉片揮發(fā)物的EAG和嗅覺行為反應(yīng)中，椰心葉甲對寄主植物具有顯著或極顯著的趨向性(楊楠等，2008)。宋曉君等(2011)研究表明，椰心葉甲3齡幼蟲危害誘導(dǎo)產(chǎn)生的(E)-4,8-二甲基-1,3,7-壬三烯，對椰甲截脈姬小蜂AsecodeshispinarumBoucek有引誘作用。本文以未受椰心葉甲危害和機械損傷的健康植株和被椰心葉甲危害的植株為研究材料,采用自動熱脫附儀-氣相色譜儀-質(zhì)譜儀(TD-GC-MS)技術(shù)測定椰樹健康心葉和受害心葉中的揮發(fā)性物質(zhì)，分析椰心葉甲危害后椰子葉片內(nèi)揮發(fā)性物質(zhì)種類及組成的變化，以期通過化學(xué)生態(tài)學(xué)方法理解椰心葉甲-寄主-天敵(或其他害蟲)三級關(guān)系。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試椰樹品種：本地青椰CocosnuciferaL.，為海南省儋州市中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院內(nèi)植株。

1.1 主要儀器

管線切割器(Agilent)、硅膠管(內(nèi)徑1.0 mm，外徑1.8 mm，壁厚0.4 mm，德國Carl Roth)、通風(fēng)柜、真空電熱恒溫干燥箱(DHG-9037A，上海精宏)、老化儀(SC-10，Superlab)、自動熱脫附儀-氣相色譜儀-質(zhì)譜儀(MARKES TD100-xr/thermo scientific Trace 1300 GC/ISQ 7000MSD)。

1.2 試驗方法

1.2.1 鋁箔紙和玻璃石英管的處理 將玻璃石英管、鑷子、剪刀浸泡于正戊烷/二氯甲烷1∶1混合液(500 mL)24 h，并將鋁箔紙切割成15 cm×15 cm。

1.2.2 椰子葉片處理 提前48 h分別將20頭3齡椰心葉甲幼蟲放置在實驗組的10株未受椰心葉甲危害和機械損傷的健康植株上，另選10株未受椰心葉甲危害和機械損傷的健康植株作為對照。

1.2.3 硅膠管和空石英樣品管預(yù)處理 用管線切割器將硅膠管切割成1 cm長的硅膠管，然后在乙腈∶甲醇溶液(4∶1，v∶v)中浸泡3 h以上或過夜，在通風(fēng)柜中晾干，于真空電熱恒溫干燥箱中在100 mL·min-1N2流下210 ℃老化3 h，冷卻到室溫后分裝到棕色玻璃瓶中，充氬氣保存?zhèn)溆谩?/p>

將空石英樣品管置于老化儀中，在60 mL·min-1N2流下335 ℃老化30 min備用。

1.2.4 揮發(fā)物的吸附 用鋁箔紙擦拭去掉葉片表面雜質(zhì)，各取2根老化的1 cm長硅膠管置于干凈玻璃石英管中，用鋁箔紙和封口膜將干凈玻璃石英管密封，置于植株受害處和健康植株心葉處，靜置24 h后，將硅膠管取出，置于老化的空石英樣品管中，用普通冰袋冷凍打包后，進行TD-GC-MS分析

1.2.5 揮發(fā)物物質(zhì)的鑒定與比較 產(chǎn)生的揮發(fā)性有機化合物通過硅膠管吸附，進行TD-GC-MS分析。

色譜條件：石英毛細管柱 TG-5SILMS(5%苯甲基硅氧烷：0.25 mm×30 m，0.25 μm)；載氣為氦氣，柱流量為 1.0 mL·min-1；熱脫附條件：傳輸線溫度205 ℃；預(yù)解析1 min；一級解析200 ℃，8 min；二級解析預(yù)吹掃1 min，低溫-10 ℃，高溫230 ℃，5 min。色譜柱初始溫度30 ℃，保持3 min，以5 ℃·min-1升溫速率升至210 ℃；不分流。

質(zhì)譜條件：EI電離源，電離電壓70 eV，離子源溫度300 ℃；質(zhì)譜范圍20～450 u。通過NIST17數(shù)據(jù)庫比較鑒定椰子葉片產(chǎn)生的揮發(fā)性有機化合物。在Excel 2010軟件中進行后期編輯，將最終結(jié)果組織為二維數(shù)據(jù)矩陣，包含保留時間、揮發(fā)物、化學(xué)式和CAS號等信息。

2 結(jié)果與分析

通過對植株上被椰心葉甲危害之前的葉片以及危害后的葉片進行TD-GC-MS檢測分析，共檢測出112種物質(zhì)，其中健康對照組檢測出80種物質(zhì)，危害后的實驗組檢測出46種物質(zhì)，主要為烴類化合物及其衍生物，相對含量最高的是環(huán)烴和無環(huán)烴。其中,Heptadecane,2,6,10,14-tetramethyl-在受危害后的葉片中的含量顯著低于危害前含量。-Propyl-1-pentanol、2-Piperidinone, N-[4-bromo-n-butyl]-、Hexadecane, 1,1-bis(dodecyloxy)-、Octadecanal, 2-bromo-、Acetic acid、2-Dodecen-1-yl(-)succinic anhydride、Styrene、Tridecane、1-Iodo-2-methylundecane、Heptadecane, 2,6-dimethyl-等在健康植株中檢出，但被危害后未檢出。而2-Propanol, 1-amino-,(S)-、Germacrene D、1,2,4-Metheno-1H-indene, octahydro-1,7a-dimethyl-5-(1-methylethyl)-,[1S-(1a,2a,3aβ,4a,5a,7aβ,8S*)]-、(1R,9R,E)-4,11,11-Trimethyl-8-methylenebicyclo[7.2.0]undec-4-ene、1-Isopropyl-4,7-dimethyl-1,2,3,5,6,8a-hexahydronaphthalene、Copaene、Tetradecane、Caryophyllene、Muurolene、Heptadecane, 2,6-dimethyl-等在健康植株中未檢測到，但危害后新檢出(表1)。

3 討論

植物在遭受植食性昆蟲取食后釋放出與健康植株明顯不同的揮發(fā)物，其中與昆蟲形成關(guān)聯(lián)反應(yīng)的揮發(fā)物主要包括烴類化合物、芳香族化合物等(蔡曉明等，2008; 婁永根和程家安，2000)。此次實驗較前人的研究，檢測出更多的化合物，1,2,4-Metheno-1H-indene,octahydro-1,7a-dimethyl-5-(1-methylethyl)-,[1S-(1a,2a,3aβ,4a,5a,7aβ,8S*)]-、Copaene、Muurolene、Heptadecane, 2,6,10,14-tetramethyl--為其中較有代表性的物質(zhì)。

植食性昆蟲取食寄主植物后誘導(dǎo)產(chǎn)生的揮發(fā)物在寄生蜂的寄主定位過程中起著重要作用(Dickeetal.，1998)，在本實驗中顯著性降低的Heptadecane, 2,6,10,14-tetramethyl-(46.38%→0.29%)已經(jīng)證實對天敵蜂類雌蜂具有顯著的吸引作用(呂燕青等，2010)，其含量的降低可能導(dǎo)致對椰心葉甲天敵的吸引力減弱。

一種物種取食寄主植物后，可以通過改變寄主化學(xué)成分來促進另一種物種的暴發(fā)危害(Arianneetal.，2012；Veronicaetal.，2005)。椰心葉甲、椰子織蛾同屬棕櫚科食葉性害蟲，據(jù)野外觀察發(fā)現(xiàn)，部分受危害棕櫚科植物上同時存在椰心葉甲與椰子織蛾，且兩者之間無明顯競爭作用。在受椰心葉甲危害后，椰子葉片揮發(fā)物中，顯著性增高的1,2,4-Metheno-1H-indene,octahydro-1,、7a-dimethyl-5-(1-methylethyl)-、[1S-(1a,2a,3aβ,4a,5a,7aβ,8S*)]-(0%→11.07%)、Copaene(0%→5.14%)、Caryophyllene(0%→0.19%)、Muurolene(0%→0.30%)已經(jīng)證實具有對蛾類產(chǎn)卵極顯著的引誘作用(蔣興川等，2018；馬艷粉等，2012；Butteryetal.，1982；Shelly，2001)，這一結(jié)果說明椰子心葉受椰心葉甲危害后可能會產(chǎn)生發(fā)揮物以吸引椰子織蛾，造成害蟲的互利入侵，但對椰子織蛾是否存在其他生理促進作用還需進一步驗證。