黃瓜葉信息化學(xué)物質(zhì)鑒定及其對(duì)西花薊馬的行為調(diào)控

張治科，虎花，尚小霞

（寧夏農(nóng)林科學(xué)院 植物保護(hù)研究所，寧夏 銀川750002）

西花薊馬［Frankliniella occidentalis（Pergande）］又稱(chēng)苜蓿薊馬，屬纓翅目（Thysanoptera）、薊馬科（Thripidae）、花薊馬屬（Frankliniella），最早于美國(guó)西部發(fā)現(xiàn)，傳播迅速，迄今已經(jīng)擴(kuò)散至多個(gè)國(guó)家，成為一種世界性檢疫害蟲(chóng)［1］。植物危害后會(huì)過(guò)早衰老、萎縮、畸形，嚴(yán)重影響植株生長(zhǎng)，除此之外，西花薊馬還會(huì)傳播番茄斑萎病毒、鳳仙花壞死斑病毒等。目前生產(chǎn)中西花薊馬的防治仍以化學(xué)防治為主［2］，由于其個(gè)體小、易隱匿、卵產(chǎn)于植株組織內(nèi)部等生物學(xué)習(xí)性，防控難度大，再加上化學(xué)藥劑的頻繁使用不僅使西花薊馬抗藥性增強(qiáng)，而且污染環(huán)境。因此，探索無(wú)污染、可持續(xù)的綠色防控技術(shù)顯得十分迫切。

植物與植食性昆蟲(chóng)在長(zhǎng)期協(xié)同進(jìn)化適應(yīng)過(guò)程中，植食性昆蟲(chóng)形成特定的寄主譜，植物對(duì)昆蟲(chóng)的危害也具備一定的防御能力，其中植物信息化學(xué)物質(zhì)發(fā)揮著重要作用［3］。植食性昆蟲(chóng)利用寄主的信息化學(xué)物質(zhì)進(jìn)行取食選擇和產(chǎn)卵場(chǎng)所的搜尋，植物利用信息化學(xué)物質(zhì)使植食性昆蟲(chóng)趨避或拒食［4］，植物還可利用信息化學(xué)物質(zhì)吸引害蟲(chóng)天敵。植物信息化學(xué)物質(zhì)中的一些醇類(lèi)、醛類(lèi)、酮類(lèi)、萜烯類(lèi)和芳香族類(lèi)等微量組分對(duì)昆蟲(chóng)行為趨性發(fā)揮重要作用［5］。植物信息化學(xué)物質(zhì)的釋放量及組成會(huì)受季節(jié)、植物品種、生物侵害、機(jī)械損傷等多種因素的影響［6，7］，繼而影響植食性昆蟲(chóng)的行為［8］。

利用昆蟲(chóng)對(duì)植物信息化學(xué)物質(zhì)的定位選擇反應(yīng)并研發(fā)植物源引誘劑目前仍是化學(xué)生態(tài)學(xué)研究的熱點(diǎn)之一。如國(guó)外利用植物源引誘劑丙酸苯乙酯、丁子香酚、香葉醇（3∶7∶3）防治日本麗金龜效果顯著［9］，利用3-苯基-1-丙醇和羥基肉桂醇田間誘殺廄螯蠅［10］；國(guó)內(nèi)對(duì)綠盲蝽［11］、小菜蛾［12］、金龜子［13］等多種昆蟲(chóng)植物源引誘劑也進(jìn)行了研究，還有細(xì)桿沙篙信息化學(xué)物質(zhì)具有明顯的驅(qū)蚊效果［14］，林間噴施松節(jié)油、樟腦、丁香油等外源植物信息化學(xué)物質(zhì)可干擾花繩寄主定位［15］，番茄葉片信息化學(xué)物質(zhì)2-十三烷烴酮可干擾在馬鈴薯上定居的馬鈴薯長(zhǎng)管蚜［16］，棗樹(shù)信息化學(xué)物質(zhì)棕櫚酸甲酯和壬醛對(duì)棗飛象雌雄成蟲(chóng)均有吸引作用，十五烷僅對(duì)雄成蟲(chóng)具有明顯的吸引作用［17］，反式-2-己烯醛、壬醛、桉葉油醇、α-蒎烯、β-蒎烯和1-石竹烯6種化合物對(duì)天牛成蟲(chóng)具有引誘作用，而正己醛對(duì)天牛成蟲(chóng)具有明顯的趨避作用［18］。由此可見(jiàn)，開(kāi)發(fā)和利用植物信息化學(xué)物質(zhì)引誘劑是害蟲(chóng)綠色防控的重要途徑之一。目前，有關(guān)西花薊馬化學(xué)生態(tài)學(xué)已有相關(guān)報(bào)道［19～21］，針對(duì)西花薊馬植物源引誘劑的研發(fā)雖然起步早，但大多仍停留在試驗(yàn)階段，黃瓜信息化學(xué)物質(zhì)對(duì)西花薊馬行為影響的研究報(bào)道較少。因此，筆者以西花薊馬及其重要寄主植物黃瓜為研究對(duì)象，利用頂空固相微萃取法結(jié)合氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)，分析鑒定黃瓜葉片信息化學(xué)物質(zhì)成分，并利用“Y”嗅覺(jué)儀測(cè)定了不同濃度黃瓜葉信息化學(xué)物質(zhì)對(duì)西花薊馬的行為調(diào)控反應(yīng)，篩選出對(duì)西花薊馬行為影響明顯的信息化合物，旨在研發(fā)對(duì)環(huán)境無(wú)污染、專(zhuān)一性強(qiáng)的西花薊馬植物源引誘劑或趨避劑，為提高西花薊馬監(jiān)測(cè)預(yù)警及綠色防控技術(shù)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試?yán)ハx(chóng)和植株

西花薊馬為本實(shí)驗(yàn)室人工氣候箱中以新鮮四季豆豆莢飼養(yǎng)多代的實(shí)驗(yàn)種群。飼養(yǎng)條件為光周期14L∶10D，相 對(duì) 濕 度65%±5%，溫 度（26±1）℃。選取羽化3 d的西花薊馬供試。供試黃瓜葉片采自寧夏農(nóng)林科學(xué)院植物保護(hù)研究所試驗(yàn)棚盆栽黃瓜。

1.2 黃瓜葉信息化學(xué)物質(zhì)的提取和鑒定

將黃瓜葉片研磨碎后加入20 mL頂空瓶，在60℃水浴箱中水浴，保持5 min，插入SPME針，并以頂空方式于60℃下萃取30 min，然后采用Agilent 7890A/5975C氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀解析進(jìn)樣。解析進(jìn)樣的柱箱程序?yàn)?0℃，保持5 min，然后8℃·min-1的速度升溫至250℃，保持恒溫10 min；運(yùn)行時(shí)間41.25 min，前進(jìn)樣口為高純He，模式分流，加熱器溫度為250℃，壓力為48.75 kPa，總流速 為9 mL·min-1，分 流 比5∶1；色 譜 柱DB-5 ms，325℃，30 m×250μm×0.25μm；低質(zhì)量數(shù)為40.0，高質(zhì)量數(shù)為400.0，離子源為EI源，離子源溫度為230℃（最大值250℃），四極桿溫度為150℃（最大值200℃）。

1.3 分析方法

采用Agilent 7890A/5975C氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀分析樣品，根據(jù)總離子流圖中的各峰經(jīng)質(zhì)譜計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)系統(tǒng)檢索標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)譜圖，確定信息化學(xué)物質(zhì)成分，用峰面積歸一化法測(cè)定各化學(xué)成分的相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)，鑒定黃瓜葉片中的信息化學(xué)物質(zhì)成分結(jié)構(gòu)。

1.4 西花薊馬對(duì)黃瓜葉信息化學(xué)物質(zhì)行為反應(yīng)

1.4.1 供試植物信息化學(xué)物質(zhì)

先將經(jīng)GC-MS鑒定的黃瓜葉中的信息化合物單劑，分別用液體石蠟配成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10-2濃度的制劑，一一對(duì)西花薊馬進(jìn)行行為調(diào)控測(cè)試，初步篩選出對(duì)西花薊馬行為具有一定影響作用的信息化合物。然后將篩選出的信息化合物單劑，分別用 液 體 石 蠟 配 成 質(zhì) 量 分 數(shù) 為10-1、10-2、10-3、10-4、10-5五個(gè)濃度的制劑供試。

1.4.2 行為測(cè)定方法

在室內(nèi)利用自制的“Y”型嗅覺(jué)儀測(cè)試供試黃瓜葉信息化合物對(duì)西花薊馬的行為調(diào)控，室溫為（25±1）℃，相對(duì)濕度60%～80%。先將黃瓜葉信息化合物放入“Y”型嗅覺(jué)儀的一側(cè)味源瓶，另一味源瓶通入液體石蠟作為對(duì)照，氣體流量計(jì)控制“Y”型嗅覺(jué)儀兩臂的氣流量為200 mL·min-1，并通氣5 min使氣味充滿管道。

試驗(yàn)前將供試的西花薊馬成蟲(chóng)饑餓5 h，每頭試蟲(chóng)僅測(cè)試1次。在“Y”型嗅覺(jué)儀玻璃管的基臂端引入試蟲(chóng)1頭，測(cè)試5 min，當(dāng)試蟲(chóng)爬行超過(guò)“Y”型嗅覺(jué)儀某測(cè)管臂1/3處，并能夠保持30 s以上，視為該蟲(chóng)對(duì)該管臂作出選擇；否則記為無(wú)選擇。每處理測(cè)定試蟲(chóng)5頭，重復(fù)3次。每處理測(cè)試后用無(wú)水乙醇沖洗“Y”型嗅覺(jué)儀及其他試驗(yàn)用品，然后將玻璃配件放入180℃電熱恒溫干燥鼓風(fēng)箱，120 min，塑料、橡膠配件放入80℃電熱恒溫干燥鼓風(fēng)箱，60 min。以液體石蠟為對(duì)照。

2 結(jié)果與分析

2.1 黃瓜葉信息化學(xué)物質(zhì)組分鑒定及含量分析

利用頂空固相微萃取法結(jié)合氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)提取信息化學(xué)物質(zhì)、解析、鑒定黃瓜葉片信息化學(xué)物質(zhì)主要成分。采集到質(zhì)譜圖（圖1），從出峰時(shí)間和豐度可見(jiàn)，有多種信息化學(xué)物質(zhì)。鑒定結(jié)果可見(jiàn)黃瓜葉片中的主要信息化合物共有56種（表1），大致可分為13大類(lèi)（圖2），包括醛類(lèi)、酮類(lèi)、烷烴、酯類(lèi)、烯烴、醇類(lèi)、環(huán)烷烴、環(huán)烯烴、芳香醛、腈類(lèi)、胺類(lèi)和酰鹵類(lèi)等。

表1 黃瓜葉主要信息化學(xué)物質(zhì)Table 1 Semiochemicals in cucumber leaves

圖1 黃瓜葉信息化學(xué)物質(zhì)的HSSPMEGC-MS譜圖Fig.1 Spectrum of semiochemicals in cucumber leaves

圖2 黃瓜葉信息化學(xué)物質(zhì)分析圖Fig.2 Types of semiochemicals in cucumber leaves

黃瓜葉片信息化合物種類(lèi)最多的是醛類(lèi)，共有13種，總含量最高，可達(dá)52.11%，主要包括2-已烯醛（34.55%）、正己醛（12.73%）、壬醛（1.19%）等；其次為酮類(lèi)化合物，共有6種，總含量較低，約為1.35%，主要包括2，3-辛二酮（0.41%）和β-紫羅酮（0.50%）；烷烴類(lèi)化合物共有5種，總含量低，約為0.78%，包括十一烷（0.12%）、3，8-二甲基-癸烷（0.06%）、十四烷（0.07%）、四（三甲基硅氧基）硅烷（0.44%）和十二甲基五硅氧烷（0.09%）；酯類(lèi)化合物共有5種，總含量較低，約為2.28%，以［雙（（三甲基硅烷基）氧）氧膦基］-乙酸-三甲基硅烷基酯（1.07%）、己二酸二異辛酯（0.57%）和鄰苯二甲酸二乙酯（0.46%）為主；烯烴化合物共有4種，總含量約為2.11%，其中1-己烯（1.68%）含量占烯烴總含量的一半以上；醇類(lèi)化合物共有4種，總含量較高，約為32.18%，主要包括順-3-己烯-1-醇（31.64%）和1-戊烯-3-醇（0.32%）；環(huán)烷烴化合物共3種，分別是十甲基環(huán)五硅氧烷（0.72%）、2，2，6-三甲基環(huán)庚烷（0.12%）和6-亞甲基-雙 環(huán)［3.1.0］己烷（0.04%）；環(huán)烯烴化合物共3種，包括氧化環(huán)己烯（0.44%）、5，6-二乙基-1，3-環(huán)己二烯（0.13%）和1-硝基環(huán)己烯（0.14%）；芳香醛化合物共3種，總含量較低，約為3.59%，以苯甲醛（2.99%）為主；腈類(lèi)、胺類(lèi)、酰鹵類(lèi)化合物均只包含1種化合物，分別為3-環(huán)己烯-1-腈（0.08%）、N-（1-甲基-3-含氧亞丁基）-4-甲基苯胺（0.08%）和4-甲基已內(nèi)酰胺（0.12%）；其它類(lèi)別的化合物，共7種，總含量較低，約為3.73%，其中含量超過(guò)1%的有2-乙基呋喃（1.14%）和二甲基二硫（1.05%）2種。

2.2 黃瓜葉信息化學(xué)物質(zhì)對(duì)西花薊馬行為影響

通過(guò)室內(nèi)測(cè)定寄主黃瓜葉片信息化學(xué)物質(zhì)5種單體對(duì)西花薊馬行為選擇的影響，結(jié)果表明，不同信息化學(xué)物質(zhì)對(duì)西花薊馬的引誘力不同，或有引誘作用，或有驅(qū)避作用，或無(wú)任何作用，且不同濃度的同一化合物對(duì)西花薊馬的引誘力也不同（表2）。

表2 西花薊馬對(duì)不同濃度黃花葉信息化合物的行為反應(yīng)Table 2 Behavioral responses of Frankliniella occidentalis to semiochemicals in different concentrations

苯甲醛在稀釋濃度為10-5～10-1時(shí)，對(duì)西花薊馬有引誘作用，當(dāng)濃度為10-2和10-4時(shí)，苯甲醛引誘的西花薊馬數(shù)量最多，均為10頭，正反應(yīng)率可達(dá)66.67%，而當(dāng)濃度為10-1和10-5時(shí)，引誘薊馬數(shù)量分別為8頭、7頭，這說(shuō)明化合物濃度過(guò)高（10-1）或過(guò)低（10-5）都會(huì)影響其引誘能力；4-乙基苯甲醛只有在濃度為10-4時(shí)才具有引誘作用，可引誘7頭薊馬，正反應(yīng)率僅為46.67%；1-戊烯-3-醇在10-2和10-5時(shí)對(duì)薊馬有吸引作用，引誘薊馬數(shù)量超過(guò)7頭，正反應(yīng)率均大于46.67%。

稀釋濃度為10-5～10-1的1-己烯對(duì)西花薊馬有一定的驅(qū)避作用，且在濃度為10-1時(shí)，驅(qū)避的薊馬數(shù)量最多，可達(dá)10頭，負(fù)向反應(yīng)率為66.67%；稀釋濃度為10-2和10-4的苯乙醛對(duì)西花薊馬有驅(qū)避作用，驅(qū)避薊馬數(shù)量分別為6頭和8頭，負(fù)向反應(yīng)率分別為40%和53.33%；稀釋濃度為10-1的1-戊烯-3-醇和4-乙基苯甲醛亦對(duì)西花薊馬具有驅(qū)避作用，驅(qū)避數(shù)量分別為6頭和7頭，負(fù)向反應(yīng)率分別為40%和46.67%。

西花薊馬對(duì)濃度為10-1、10-3的苯乙醛和濃度為10-4的1-戊烯-3-醇均無(wú)明顯趨性反應(yīng)。

3 討論

西花薊馬與寄主植物間的關(guān)系多年來(lái)備受關(guān)注，由于植物生長(zhǎng)過(guò)程中會(huì)散發(fā)一些氣味化學(xué)物質(zhì)，一類(lèi)是通過(guò)植物次生代謝物裂解形成并具有高度種類(lèi)特異性的氣味組分，如十字花科植物中芥子油苷裂解而成的獨(dú)特的信息氣味物質(zhì)烯丙基異硫氰酸酯；另一類(lèi)是通過(guò)植物的生物合成路線產(chǎn)生的一般性氣味組分，是植物信息化合物的主體，即綠葉揮發(fā)物，如綠色植物中廣泛存在的葉醇和葉醛及其衍生物等，形成了各種綠葉植物的特征氣味［22，23］。這些氣味化學(xué)物質(zhì)在植食性昆蟲(chóng)與寄主植物的長(zhǎng)期協(xié)同進(jìn)化中發(fā)揮著重要作用，植食性昆蟲(chóng)可通過(guò)其遺傳的信號(hào)模式識(shí)別寄主植物的信息化學(xué)物質(zhì)刺激信號(hào)并做出定向飛行、取食、交尾、產(chǎn)卵等行為選擇，同時(shí)植物可通過(guò)昆蟲(chóng)完成傳粉，還可吸引昆蟲(chóng)天敵［24］。

本研究對(duì)黃瓜葉片信息化學(xué)物質(zhì)進(jìn)行分離鑒定得到56種化合物，歸納為醛類(lèi)、酮類(lèi)、烷烴、酯類(lèi)、烯烴、醇類(lèi)、環(huán)烷烴、環(huán)烯烴、芳香醛、腈類(lèi)、胺類(lèi)、酰鹵類(lèi)等，其中醛類(lèi)包含的化合物種類(lèi)最多，共計(jì)13種，總含量最高，占52.11%，以2-己烯醛（34.55%）為主；其次為醇類(lèi)，雖只有4種化合物，但總含量較高，達(dá)32.18%，主要成分為順-3-己烯-1-醇（31.64%）；烷烴、環(huán)烷烴、腈類(lèi)、胺類(lèi)和酰胺類(lèi)化合物種類(lèi)和含量均較少。

植物信息化學(xué)物質(zhì)單一組分的不同濃度對(duì)昆蟲(chóng)的行為反應(yīng)不盡相同。本研究發(fā)現(xiàn)4-乙基苯甲醛10-4濃度對(duì)西花薊馬具有一定的引誘作用，而10-1濃度對(duì)其有驅(qū)避作用；1-戊烯-3-醇10-2和10-5濃度時(shí)對(duì)西花薊馬有引誘作用，而10-1濃度時(shí)對(duì)其有驅(qū)避作用，10-4濃度時(shí)對(duì)其影響不明顯；苯乙醛10-2和10-4濃度時(shí)對(duì)西花薊馬有驅(qū)避作用，10-1和10-3濃度時(shí)對(duì)其影響不明顯。也有相似的文獻(xiàn)報(bào)道，如光肩星天牛對(duì)同種信息化學(xué)物質(zhì)的不同濃度表現(xiàn)出不同的行為反應(yīng)［25］，低濃度的MeSA對(duì)捕食性天敵的吸引作用大于高濃度［26］，花薊馬雌成蟲(chóng)對(duì)10-2濃度的月桂烯、鄰茴香醛、香葉醇和丁香酚的趨性顯著高于低濃度，而對(duì)10-6濃度的橙花醇、煙酸乙酯的趨性顯著高于高濃度［27］等。

有研究報(bào)道花薊馬僅對(duì)10-4苯甲醛有顯著的趨向反應(yīng)［27］，而本研究發(fā)現(xiàn)10-5～10-1濃度范圍的苯甲醛對(duì)西花薊馬都有引誘作用，這可能與薊馬的種類(lèi)不同有關(guān)。

4 結(jié)論

黃瓜葉片中的信息化學(xué)物質(zhì)共有56種，主要?dú)w為醛類(lèi)、酮類(lèi)、烷烴、酯類(lèi)等。西花薊馬對(duì)10-5～10-1苯甲醛、10-44-乙基苯甲醛和10-2、10-51-戊烯-3-醇具有明顯的正趨向反應(yīng)；對(duì)10-5～10-11-己烯、10-2和10-4苯乙醛、10-11-戊烯-3-醇和4-乙基苯甲醛具有一定的驅(qū)避反應(yīng)；對(duì)濃度為10-1、10-3苯乙醛和濃度為10-4的1-戊烯-3-醇均沒(méi)有明顯的趨性反應(yīng)。本研究鑒定了黃瓜葉片中的信息化學(xué)物質(zhì)組成，測(cè)定了幾種主要的單一化合物不同濃度下對(duì)西花薊馬的行為調(diào)控，對(duì)尋找西花薊馬的最佳引誘或趨避化合物具有很好的參考價(jià)值，也有助于闡明西花薊馬寄主選擇機(jī)理，為利用天然植物源活性物質(zhì)防治該蟲(chóng)提供新的策略與技術(shù)途徑、實(shí)現(xiàn)對(duì)西花薊馬高效的生物防治或生態(tài)防控奠定基礎(chǔ)。