夏季降香黃檀葉片揮發(fā)物日變化分析

王 玲， 陳志云， 李東文， 莫 羨， 孔達卿， 黃志嘉

(1.中山市林業(yè)有害生物防治檢疫站， 廣東 中山 528043； 2.華南農(nóng)業(yè)大學林學與風景園林學院， 廣東 廣州 510642)

降香黃檀(Dalbergiaodorifera)，又稱黃花梨，屬于蝶形花科(Papilionaceae)黃檀屬(Dalbergia)，常綠半落葉喬木，可作為城市綠化樹種，現(xiàn)為國家二級保護植物[1]，主要分布于廣東、廣西、海南等地方。其心材紋理緊密，堅實厚重，可用于制造家具、工藝品等，同時，作為中國古老的中藥材，被廣泛應(yīng)用于各類中草藥制劑，經(jīng)濟價值極高[2]?？蓪е陆迪泓S檀病蟲害的害蟲種類主要包括棕斑澳黃毒蛾(Orvascasubnotata)、棉古毒蛾(Orgyiapostica)、黑腎卷裙夜蛾(Plecopteraoculata)，隨著降香黃檀營林面積不斷增加，這些害蟲經(jīng)常爆發(fā)成災，嚴重影響降香黃檀的生長[3-4]。

植物和植食性昆蟲相互之間形成了非常緊密的聯(lián)系和多樣的生態(tài)關(guān)系，其中最重要的一點就是依靠化學信息物進行的信息交流和彼此識別。每種植食性昆蟲都有各自特定的食性范圍，并且可以通過植物揮發(fā)物進行寄主和非寄主植物的辨識，從而得以將種群不斷生長和繁衍下去，而植物自身在此過程中也形成了一套獨特的防御機制。然而植物揮發(fā)物是植物在正常的生理代謝過程中產(chǎn)生的碳氫化合物及其衍生物，隨著光照、溫度、氧氣含量等外界環(huán)境和植物生理狀態(tài)的不斷變化，植物揮發(fā)物的合成與釋放是動態(tài)變化的，并呈現(xiàn)一定的節(jié)律[5-7]。植物揮發(fā)物在植物與植食性昆蟲的化學通訊中起著關(guān)鍵作用，一方面它們可以調(diào)節(jié)控制植食性昆蟲的很多行為，如昆蟲對寄主植物的定位、識別和接受的選擇過程，并刺激昆蟲開展聚集、取食、交配、產(chǎn)卵和傳粉等行為。另一方面它們也是植物防御昆蟲取食危害的重要組成部分，一般分為2個方式，即組成抗性和誘導抗性。而在自然界中，昆蟲取食、交配及產(chǎn)卵等行為均受環(huán)境中植物揮發(fā)物的影響，研究這些物質(zhì)并將其納入害蟲綜合治理，也能更好的達到生態(tài)調(diào)控的目的[8-9]。

野外調(diào)查發(fā)現(xiàn)，土沉香(Aquilariasinensis)種植區(qū)周邊的降香黃檀可以引誘大量黃野螟(Heortiavitessoides)成蟲(目前該地區(qū)最主要的食葉害蟲,以幼蟲群集咬食葉片，具有暴發(fā)性、暴食性的特點，被害株率一般達30%，嚴重發(fā)生時，被害株率高達90%以上。這可能是降香黃檀植株本身釋放的植物次生物質(zhì)吸引了黃野螟。因此，本試驗應(yīng)用動態(tài)頂空吸附法收集降香黃檀在夏季1 d中不同時間段葉片揮發(fā)物，探究降香黃檀葉片揮發(fā)物日變化節(jié)律的影響，運用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀(GC-MS)分析其化學成分，以期為降香黃檀資源的進一步開發(fā)和病蟲害綠色防控技術(shù)提供科學依據(jù)和理論支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗材料及儀器

試驗材料：中國林業(yè)科學研究院熱帶林業(yè)研究所內(nèi)5年生降香黃檀活體植株。

試驗儀器及試劑：氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀(美國Agilent公司，7890B-5975C)；Porapak Q吸附管(鄭州譜析科技有限公司)；HH-10型活化儀(鄭州譜析科技有限公司)；QC-1B大氣采樣儀(北京市勞動保護科學研究所)；ACO9610超靜音可調(diào)式氣泵(廣東海利集團有限公司)；二氯甲烷(高效液相色譜純)；2 ml色譜瓶(美國Agilent公司)。

1.2 揮發(fā)物收集

于2020年夏季同1天內(nèi)設(shè)置上午、下午和夜間3個揮發(fā)物收集時間段，分別為8:00—12:00(4 h)、12:00—18:00(6 h)、19:00—22:00(3 h)；天氣晴朗，溫度約為27～30 ℃。

采用動態(tài)頂空吸附法收集降香黃檀的葉片揮發(fā)物，具體裝置連接如下：進氣泵→圓底燒瓶(裝有純凈水)→干燥塔(活性炭)→樣品采集袋→吸附管(Porapak Q)→氣體采樣儀，儀器的連接統(tǒng)一使用無色無味的特氟隆管。

吸附管活化：揮發(fā)物收集前將Porapak Q 吸附管放入溫度為220 ℃的活化儀中進行活化以去除雜質(zhì)，活化時間設(shè)定為30 min。

具體試驗操作步驟：將無色無味透明的聚氟乙烯采集袋套在降香黃檀葉片上，依次組裝好裝置；首先清除樣品采集袋中的空氣，然后將抽氣泵中抽出的空氣通入裝有水的圓底燒瓶中，洗去空氣中的灰塵和雜質(zhì)，再通過裝有活性炭的干燥塔，使其脫去水分，防止后續(xù)吸附劑對葉片揮發(fā)物的吸附作用，之后從樣品采集袋的進氣口導入經(jīng)過凈化的空氣，模擬葉片在自然條件下進行氣味的揮發(fā)；將揮發(fā)物質(zhì)通過采集袋的出氣口導入Porapak Q 吸附管中，進行吸附收集；最后用二氯甲烷(0.5 mL)洗脫吸附管，將所得洗脫液裝入2 mL色譜瓶，氮吹儀濃縮至100 μl，樣品保存于-20 ℃?zhèn)溆谩?/p>

1.3 氣相色譜和質(zhì)譜條件

GC工作條件：色譜柱為 HP-5MS(30 m×0.25mm I.D×0.25 μm film)；進樣口溫度250 ℃；升溫程序為初始溫度50 ℃(保持1 min)，以3 ℃·min-1的速率增溫至120 ℃(保持2 min)，以12℃·min-1速率增溫至230 ℃(保持4 min)。

MS工作條件：離子源溫度250 ℃；載氣為氦氣，流速1.0 mL·min-1；離子化能量70eV、350V；通過全掃描獲得數(shù)據(jù)，掃描范圍50～350 amu。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

用自帶的標準譜庫(NIST8.0)對通過GC-MS分析得到的降香黃檀葉片揮發(fā)物的質(zhì)譜數(shù)據(jù)進行檢索和分析，選擇相似度較高的檢索結(jié)果，參考保留時間并進行人工解析譜圖，按照面積歸一法計算總離子流圖各個成分的相對含量，利用Excel 2019進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

通過GC-MS聯(lián)用儀對降香黃檀不同時段葉片揮發(fā)物進行分析，明確不同時間段的氣相質(zhì)譜總離子流圖，其葉片不同時段揮發(fā)物化學成分及相對含量如表1所示。由表1可知：8:00—12:00降香黃檀葉片揮發(fā)物主要有9種物質(zhì)，分別為羅勒烯(2.78%)、萘(3.08%)、對乙基苯乙酮(5.85%)、石竹烯(1.76%)、α-法尼烯(3.04%)、鄰苯二甲酸丁基異丁酯(1.50%)、鄰苯二甲酸二丁酯(0.86%)、4-甲氧基肉桂酸(1.16%)、正二十烷(2.83%)，占總揮發(fā)物質(zhì)含量的22.86%，其中萜烯類物質(zhì)為主要成分，占總成分的7.58%；12:00—18:00降香黃檀葉片揮發(fā)物主要有9種物質(zhì)，分別為對乙基苯乙酮(0.81%)、1-石竹烯(0.92%)、α-法尼烯(0.53%)、正二十烷(2.83%)、 3-蒈烯(0.61%)、甘菊藍(0.40%)、水楊酸甲酯(0.37%)、癸醛(0.30%)、二十四烷(9.26%)，占總揮發(fā)物質(zhì)含量的16.03%，其中烷烴為主要成分，占總成分的12.09%；19:00—22:00降香黃檀葉片揮發(fā)物有2種物質(zhì)，分別為對乙基苯乙酮(1.55%)、正十七烷(41.67%)，占揮發(fā)物質(zhì)含量的43.22%。其中在3個時間段均含有揮發(fā)物對乙基苯乙酮，但其含量卻差異較大；在8:00—12:00和12:00—18:00的2個時間段，均含有1-石竹烯、α-法尼烯、正二十烷，且正二十烷含量均相同。

表1 降香黃檀葉片不同時間段揮發(fā)物化學成分及相對含量Tab.1 Chemical components and relative content of Dalbergia odorifera leaves in different times%化合物分子式相對含量8:00—12:0012:00—18:0019:00—22:00羅勒烯C10H162.78//萘C10H83.08//對乙基苯乙酮C10H12O5.850.811.551-石竹烯C15H241.760.92/α-法尼烯C15H243.040.53/鄰苯二甲酸丁基異丁酯C16H22O41.50//鄰苯二甲酸二丁酯C16H22O40.86//4-甲氧基肉桂酸C10H10O31.16//正二十烷C20H422.832.83/3-蒈烯C10H16/0.61/甘菊藍C10H8/0.40/水楊酸甲酯C8H8O3/0.37/癸醛C10H20O/0.30/二十四烷C24H50/9.26/正十七烷C17H36//41.67 注:“/”代表不含該物質(zhì)。

在8:00—12:00和12:00—18:00時間段，降香黃檀葉片揮發(fā)物成分均為9種； 19:00—22:00葉片揮發(fā)物成分為2種，且正十七烷含量較高，達到了41.67%；由于夜晚光照減少，黑暗條件阻礙了部分揮發(fā)物代謝，導致夜間19:00—22:00的葉片揮發(fā)物數(shù)量減少。在試驗的3個時間段中，降香黃檀葉片揮發(fā)物中均存在對乙基苯乙酮和烷烴類化合物，而害蟲的訪花行為主要集中在白天，這可能與白天揮發(fā)物的種類較多相關(guān)。其它的相關(guān)研究也發(fā)現(xiàn)，植物揮發(fā)物的釋放具有日變化規(guī)律，但不同植物其變化的趨勢也會有差異[10]。司家屹等[11]對百里香揮發(fā)物質(zhì)1天中的變化進行了研究，也發(fā)現(xiàn)黑暗環(huán)境減少了百里香揮發(fā)物的總數(shù)量，并且影響了各類揮發(fā)物的相對含量。1天中迷迭香釋放的揮發(fā)物數(shù)量先增加后降低，毛竹揮發(fā)物日變化規(guī)律因揮發(fā)物成分不同而不同[12-13]。

3 結(jié)論與討論

降香黃檀葉片揮發(fā)物主要成分為烷烴類、烯烴類、醛類、酯類、酮類、芳香族化合物和有機酸，但不同時間段的揮發(fā)物成分種類有所不同，含量也有較大的差異?？椎慢埖萚14]對黑黃檀(D.fusca)、降香黃檀、交趾黃檀(D.cochinchinensis)、南嶺黃檀(D.balansae)、印度黃檀(D.sissoo)5種黃檀屬植物揮發(fā)物成分分析發(fā)現(xiàn)含有烷烴類、芳烴類、醇類、酚類、酯類、醛類、酮類和萜烯類等8類化合物，其中5種植物均含有蒎烯、羅勒烯、三-蒈烯等成分。本試驗結(jié)果在揮發(fā)物成分種類上與上述研究相似，但在總數(shù)與具體組分間卻有差異，其原因可能是供試植物采集時間和研究方法的差異造成的[15]。此外，揮發(fā)物的釋放在不同季節(jié)及不同時間均表現(xiàn)出不同的規(guī)律，同時正午陽光或者溫度過高也會導致其氣孔關(guān)閉，進而影響揮發(fā)物的正常釋放。由于本試驗主要探討可能引誘黃野螟的揮發(fā)性活性化合物，因此主要集中于揮發(fā)量含量相對大的化合物的研究，并未對全部的化合物進行分析、鑒定，畢竟吸引昆蟲的植物源揮發(fā)物主要集中于揮發(fā)量大的化合物，這跟微量的昆蟲性信息素吸引同類昆蟲有點差異[16]。

本研究通過對降香黃檀3個時間段(8:00—12:00、12:00—18:00、19:00—22:00)的葉片揮發(fā)物進行提取分析及化學鑒定，可以為植物揮發(fā)物的晝夜節(jié)律變化和釋放機理提供一定的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。此外，在今后的研究中可將降香黃檀葉片揮發(fā)物的晝夜節(jié)律變化與黃野螟的生活習性及生物行為特性相結(jié)合，找到植物揮發(fā)物的有效活性成分，進而調(diào)控害蟲的行為，以期達到更好的綠色防治的效果。