天牛危害与机械损伤对山核桃挥发物的诱导差异

王佩星，徐华潮，李 俊

（浙江农林大学 林业与生物技术学院，浙江 临安 311300）

天牛危害与机械损伤对山核桃挥发物的诱导差异

王佩星，徐华潮，李 俊

（浙江农林大学 林业与生物技术学院，浙江 临安 311300）

对健康、受机械损伤及具有天牛幼虫新鲜排粪孔的山核桃树进行顶空吸附采样，研究山核桃在不同条件处理下的挥发物差异。结果表明，不同处理山核桃之间挥发物种类有明显差异，健康山核桃释放的挥发物种类 10种，机械损伤植株10种，但二者间有5种成分不同，而天牛幼虫蛀干的植株有17种，与机械损伤的相比有10种成分不同。

山核桃；挥发物；诱导差异；天牛幼虫；机械损伤

山核桃（Carya cathayensis）为中国特有珍贵干果和木本油料，主产于浙、皖交界的天目山区，然而山核桃受云斑天牛、桑天牛等多种天牛的危害日趋严重，幼虫蛀食山核桃枝干，严重时甚至造成整株枯死[1～4]。由于植物固着生长不能有效的躲避昆虫的取食以及外力的机械损伤，所以通过气体介导相互作用影响邻近植物、昆虫和病原的行为，达到减少伤害，保护自己的目的[5]。

植物挥发物的化学组成具有多样性、复杂性和时间上的可变性，如树龄、空间分布、昆虫、微生物影响等，在时刻变化着的动态生境中，植物挥发性物质的组成常伴随着各生态因子的变化而变化。植物向空气中释放的小分子化合物，有些是组成型挥发物，还有一些创伤诱导型挥发物只在植物受到损伤时才会大量释放，植物一旦受到侵害，便会从头合成这些化合物[6]，并通过整株叶片的气孔系统性释放出去，这些气体分子往往具有重要的信号功能[7]。常见的挥发性萜烯类有柠檬烯（Linmonene）、蒎烯（α-Pinene、β-Pinene）、樟脑（Camphor）、罗勒烯（Ocimene）等[8]，例如罗勒烯是一种与植物防御启动密切相关的信号分子，受节肢动物取食诱导释放，它能吸引食草动物的天敌，使植株免受食草动物的伤害[9]。人工机械损伤一直被用来作为昆虫草本植物反应系统的对照，但与昆虫连续的取食不同，人工机械损伤的作用是一次性的[10]。植物遭受虫害后释放的气体挥发物质包含了多种信息，包含昆虫的种类、龄期和密度等信息。最近的研究还发现，天敌能够根据气体挥发物质来鉴定特定的植食性昆虫的种类[11]。

山核桃植株在受到不同种类的侵害时也会相对应的合成不同组分的挥发物，目前对山核桃挥发性气体的研究较少，仅研究过在自然状态下山核桃植株的挥发物成分，并未对山核桃植株在不同生境条件挥发物种类产生的变化进行研究与比较。当植物受到外界侵害时，植物体如何调控体内的反应并建立最好的防御体系是目前研究的热点。因此，本实验采用顶空套袋采集法，以GC-MS法等措施分析天牛幼虫危害以及机械损伤诱导山核桃挥发物的差异，为进一步研究山核桃挥发性气体效应以及天牛防治提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

4年生临安山核桃树选自浙江农林大学种苗培育基地。大气采样仪（QC-1型）流量可达 0.1 ～ 1.5 L/min，可根据不同需要采取不同的流量；气相色谱与质谱连用仪（Agilent 7890A-5975C GC/MSD）；Porapark Q吸附剂；玻璃吸附管（15 cm×0.3 cm ID）等。

1.2 采样方法

2013年7月下旬，环境温度为34℃，空气湿度为67%，于浙江农林大学种苗培育基地选取300 m×30 m样地，随机选取健康、受机械损伤以及天然具有天牛幼虫新鲜排粪孔的山核桃树进行顶空吸附采样，其中机械损伤是人工使用园艺剪将采样部位的枝干划伤进行处理。将山核桃树梢部位的叶、树干用采样袋包裹，大气采样仪进气口端以硅胶管连接采样管，出气口端与硅胶管直接相连，并且进气口端的采样管与出气口端的硅胶管都被Parafilm膜一同密封于Ziploc采样袋中。气流维持在1.5 L/min的平稳气流，采样4h（15:00－19:00），每个处理3次重复。每个挥发物样品用含有以正十二烷（150 ppb）为内标的色谱纯正己烷（500℃）洗脱，样品保存在－5℃待用。

1.3 组分分析

山核桃挥发性气体化学组分分析采用气相色谱/质谱联用法分析（Gas Chromatography/Mass Spectrum，GC/MS）。其色谱柱为DB-5MS，60 m（long）×0.25 mm（I.D.）×0.25 μm（film）；MS为Agirent公司5975C型质谱分析装置。

GC工作条件：升温程序为50℃恒温2 min，然后以10℃/min的速度升温到250℃，最后在250℃恒温5 min。溶剂延迟2min。

MS工作条件：电离方式为El源，离子能70 eV，离子源温度230℃，四极杆150℃。质谱扫描范围为20 ～300 m/z，灯丝电流150 μA。

数据处理与质谱检索。采用气质联用仪（GC-MS）连接的计算机的NIST05谱库，自动检索分析组分的质谱数据，并参考相关的标准图谱对全部检索结果进行再次核对和进一步的补充检索，采用色谱峰面积归一法分析，计算各组分的相对含量。

2 结果与分析

由表1可见，山核桃在不同条件处理下的挥发物样品中共检测到20余种挥发物，芳香族类、萜烯类、烷烃类等若干种。不同处理山核桃之间，挥发物种类有明显差异：健康山核桃释放的挥发物种类10种，机械损伤植株10种，而经过天牛幼虫蛀干的植株17种。

不同伤害处理后山核桃植株所释放的挥发物的种类上存在明显不同。健康植株释放的挥发物樟脑、萘等有特殊气味的成分占有很大的比例（61%）。受到物理伤害的植株释放的挥发物大体与健康植株相似，但种类有部分差异；受到天牛幼虫蛀干性危害的植株释放的挥发物中樟脑与萘的含量明显下降(38%)，取而代之的是多种烷烃类物质，且所占的比例较高(20%)。樟脑和萘皆用于杀虫剂的生产，表明山核桃植株在受天牛虫害的衰弱情况下其自身的抗虫性能也在减小。萜类物质的累积过程实际上是一个正常的伤反应过程，当植株受到机械损伤、虫害及茉莉酸处理后，罗勒烯的含量最高能增加15倍[12]。在受到物理伤害以及蛀干危害的植株释放的挥发物中存在α-柏木烯（1.5%左右）、罗勒烯（1.6%左右）可作为衰弱植株创伤性诱导产生。萜烯类物质为天牛寻找寄主的主要信息物质，从表中得知，山核桃植株枝叶释放的挥发性物质中的萜烯类组分在受到机械损伤时含量最高，说明受到机械损伤的山核桃植株在这一方面更易受到天牛的危害。

表1 不同处理山核桃挥发性成分的相对含量%

山核桃植株经过天牛幼虫钻蛀性危害后释放的气体挥发物成分种类最多，与其余两种处理有十余种成分的差异，这是由于天牛幼虫取食对植物组织产生伤害刺激的同时，幼虫口腔内的分泌物也被释放到植物受害的部位，它们对伤口诱导挥发物的产生也起到关键的作用，致使植株遭受机械损伤与昆虫取食后释放出的挥发物的组分在质和量上存在着很大的差异。

3 结论

利用动态顶空套袋法对山核桃自然状态、机械损伤状态以及受天牛幼虫蛀干性危害状态下挥发的气体进行收集，并通过GC-MS联用仪进行进一步的分析与鉴定，结果准确可靠并能更真实的反应在自然状态下山核桃的挥发物气体情况。机械损伤和天牛幼虫的蛀干危害均能诱导山核桃植株释放出多种对照植株中不存在的组分，在受到物理伤害以及蛀干危害的植株释放的挥发物中存在α-柏木烯(1.5%左右)、罗勒烯(1.6%左右)，机械损伤处理组的挥发物组分中萜烯类含量最高；天牛幼虫蛀干性危害的植株释放的挥发物中樟脑与萘的含量明显下降，多种烷烃类物质所占的比例较高。表明两种处理均能诱导山核桃植株体内发生主动反应，使得物质的合成代谢方向发生了变化，新合成并释放了多种在健康植株中没有的挥发物，这些新的组分可能具有植株间、昆虫种族内部通讯或者吸引天敌的作用，需要后续实验加以确定。

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Comparison of Volatiles from Carya cathayensis under Different Conditions

WANG Pei-xing，XU Hua-chao，LI Jun
（School of Forestry and Biotechnology, Zhejiang A & F University, Lin’an 311300, China）

Volatiles were collected by dynamic headspace from healthy, mechanical damaged and insect damaged Carya cathayensis. Analysis on composition of volatiles by GC-MS. The result demonstrated that 10 types of components were detected both from healthy and mechanical damaged trees, but among them, 5 types were different. While 17 types of components were detected from insect damaged tree, among them, 10 components were different with that from mechanical damaged tree.

Carya cathayensis; volatiles; mechanical damaged; insect damaged

S718.43

B

1001-3776（2014）01-0064-03

2013-09-07；

2013-11-20

浙江省重大科技专项重点项目（2010C12029）

王佩星（1990－），女，江苏启东人，硕士生，从事森林有害昆虫综合防治研究。