光肩星天牛對寄主的選擇及主要寄主揮發物的化學成分分析

王紫薇，徐華潮，張娓娓，王佩星（浙江農林大學 林業與生物技術學院，浙江 臨安 311300）

光肩星天牛對寄主的選擇及主要寄主揮發物的化學成分分析

王紫薇，徐華潮，張娓娓，王佩星
（浙江農林大學 林業與生物技術學院，浙江 臨安 311300）

為了探尋寄主植物氣體揮發物對光肩星天牛Anoplophora glabripennis寄主選擇的影響機制，分別對健康的木麻黃Casuarina equisetifolia，白蠟Fraxinus chinensis，垂柳Salix babylonica，苦楝Melia azedarach，意大利楊樹Populus euramevicana‘I-214’枝條揮發物進行成分分析。室內 “Y”型嗅覺實驗結果顯示：5種樹種對天牛引誘程度不同。與對照相比，5種樹種揮發物對光肩星天牛的引誘效果差異顯著（P＜0.05），苦楝和垂柳對光肩星天牛的引誘效果差異極顯著（P＜0.01）。氣相色譜-質譜聯用技術（GC-MS）分析鑒定結果顯示：柳樹、楊樹、苦楝氣體揮發物中共同含有乙酸丁酯、壬醛、莰烯、α-蒎烯，木麻黃與白蠟中發現2，4-二叔丁基苯酚、1，3-二乙基苯乙酮及樟腦。推測光肩星天牛對5種樹種的選擇差異可能與萜烯類化合物種類，烷烴、醇類、酮類的相對含量有關。表2參25

森林保護學；光肩星天牛；揮發性物質；寄主樹種；頂空吸附采樣

光肩星天牛Anoplophora glabripennis是中國極為重要的林木蛀干害蟲，其主要危害的樹種有楊屬Populus，柳屬Salix，榆屬Ulmus和槭屬Acer等［1］。成蟲取食植物葉和嫩枝，入侵樹干產卵，幼蟲會阻斷植物輸送的養分和水分，從而導致樹木衰弱甚至死亡［2－3］。近幾年來，浙江省慈溪市沿海防護林受其危害嚴重，成蟲在該地的活動時間是5月下旬至8月中旬。這段時間林場內多種樹種都遭到了不同程度上的危害，阻礙當地海防林發揮應有的作用，給當地的經濟和生態造成了嚴重的威脅。目前研究認為，昆蟲對植物釋放的化學信息的識別開始于嗅覺感受器，植食性昆蟲的嗅覺感受器在長久的協同進化中能逐漸識別那些離開植物表面向四周傳播的植物氣體揮發物，且識別的是揮發性信息化合物的化學指紋圖譜，進而決定其補充營養和產卵寄主的選擇［4-6］。光肩星天牛這類植食性昆蟲在尋找寄主植物的過程中，寄主植物所釋放的揮發性信息化合物起到極為重要的通信引導作用，天牛通過它可以識別定位寄主植物產生寄主定向行為。除此以外，植物氣體揮發物還影響著昆蟲的交配產卵行為、驅避行為、致死行為及對天敵的有效定位行為等［7-9］。因此，研究寄主植物氣體揮發物對于防治光肩星天牛具有重要的意義。李建光等［10-11］和張風娟等［12］在對光肩星天牛的寄主植物選擇研究中，發現不同寄主樹種對光肩星天牛的引誘能力是不同的，可以分為感蟲樹種與抗性樹種。感光肩星天牛的樹種能釋放較多的酯類、萜類物質，而抗性樹種則會釋放較多的醇類、醛類物質，而脂肪族化合物，如己醇、反-2-己烯醇、反-2-己烯醛對光肩星天牛都具有一定的刺激，乙酸乙酯和丙酸丙酯對其有較強的趨性反應。NEHME等［13］和張愛軍等［14］發現δ-3-萜稀、（E）-石竹稀、（-）-芳樟醇和（Z）-3-己烯-1-醇對光肩星天牛雄蟲有一定的吸引力，而（Z）-3-己烯對雄蟲有趨避作用，且4-（n-庚氧）丁烷-1-醇和4-（n-庚氧）丁烷的混合物對光肩星天牛是有引誘作用的。這些揮發性物質很可能是引誘劑和驅避劑的重要物質之一。本研究對光肩星天牛成災地帶的幾種樹種氣體揮發物的化學成分進行詳細組分分析，并進行室內生物實驗的驗證，為光肩星天牛相應的引誘劑及驅避劑的研究與制備提供更多的理論基礎。

1　材料與方法

1.1實驗材料和儀器

在光肩星天牛為害區浙江省慈溪市沿海防護林區，選擇5年生木麻黃Casuarina equisetifolia，白蠟Fraxinus chinensis，垂柳Salix babylonica，苦楝Melia azedarach，意大利楊Populus euramevicana‘I-214' 等5種樹種健康且無缺損枝條。在慈溪沿海防護林中捕捉的光肩星天牛成蟲。取樣地地理坐標30°02′～30°19′N，121°02′～121°36′E，中心為30°10′N，121°14′E。QC-1型大氣采樣儀（北京勞動保護所）；氣相色譜與質譜連用儀（Agilent7890A-5975C GC-MS）；Porapark Q吸附劑。

1.2植物氣體揮發物的抽提

用Ziploc采樣袋（44.3 cm×55.8 cm）套上寄主植物枝條，進氣口連接吸附劑，出氣口連接活性炭。利用QC-1型大氣采樣儀抽提，袋內空氣被用石英玻璃管（L=10 cm，R=3 mm）裝的以氮氣為保護氣體活化的Porapark Q吸附劑所吸附。采樣時間為5 h（10：00-15：00），流速是100 mL·min-1。重復3次·樹種-1。抽提完后用3×500 μL以正十二烷為內標的色譜純正己烷（500℃）洗脫，然后樣品放入冰箱內-5℃保存備用。

1.3植物氣體揮發物的氣相色譜-質譜聯用技術（GC-MS）分析

用Agilent7890A-5975C GC-MS氣質聯用儀對5種植物氣體揮發物抽提樣品進行成分分析。色譜柱是DB-5MS毛細色譜柱 （60 m×0.25 mm×0.25 μm），無分流進樣，進樣量2.0 μL。升溫程序為60℃，恒溫2 min，然后以5℃·min-1的速度升到180℃保持5 min，再以10℃·min-1的速度升到280℃保持2 min。電離方式為EI源，電離能量為70 eV，四極桿150℃，離子源發生器溫度230℃，質量掃描范圍（m/z）是20～300，燈絲電流150 μA。揮發物組分的鑒定是通過氣質聯用儀（GC-MS）連接計算機的NIST08譜庫來自動檢索分析組分的質譜數據，并參考相關的標準圖譜對全部檢索結果進行再次核對和進一步的補充檢索，采用色譜峰面積歸一法分析，計算各組分的相對含量。

1.4生物測定

采用 “Y”型嗅覺儀對光肩星天牛進行趨向性實驗［12，15-16］。實驗時，選用觸角和附肢完好且活力較強的光肩星天牛作為實驗昆蟲；選擇大小一致的5種寄主植物的健康嫩枝條。每次實驗在蟲口放4頭光肩星天牛，雌雄各半后開始計時，觀察光肩星天牛的行為及反應并記錄它進入引誘臂和對照臂的頻率（天牛落入球形陷阱內1次計為1個頻次），觀察60 min·次-1，測定完1次后將引誘臂與對照臂對換，更換新鮮植物及實驗昆蟲，重復測定1次，完成1組，重復3次·組-1。

1.5數據處理

采用卡方檢驗來分析光肩星天牛成蟲對不同植物的趨性行為結果。

2　結果與分析

2.1光肩星天牛對5種植物的趨性

室內 “Y”型嗅覺實驗得出光肩星天牛在不同植物為引誘源的條件下分別進入引誘臂和對照臂的平均頻次。結果顯示：5種植物對光肩星天牛引誘程度不同（表1）。與對照相比，5種樹種揮發物對光肩星天牛的引誘效果差異顯著（P＜0.05），苦楝和垂柳對光肩星天牛的引誘效果差異極顯著（P＜0.01）。

表1　光肩星天牛對不同植物的行為反應Table 1　Behavior respond of Anoplophora glabripennis to different host plants

2.25種植物氣體揮發物成分

通過GC-MS分析，初步確定光肩星天牛成災地帶的5種樹種揮發物的化學組分包括醇類、酮類、酯類、萜類、醛類等，共檢測出20余種主要揮發性化合物（表2）。

其中垂柳的氣體揮發物有7種，意大利楊樹的氣體揮發物有6種，苦楝的氣體揮發物有7種，木麻黃的氣體揮發物有7種，白蠟的氣體揮發物有8種。表2可知：α-蒎烯同時存在于垂柳、楊樹、苦楝及木麻黃的氣體揮發物中，垂柳、楊樹、苦楝這3種樹的氣體揮發物中均含有莰稀，其中莰烯（13.51%）和α-蒎烯（62.63%）在苦楝的揮發物成分中所占比例較高，垂柳與楊樹揮發物成分中同時含有乙酸丁酯和壬醛，乙酸丁酯（40.78%）和壬醛（19.43%）在垂柳的揮發物成分中所占比例要高于楊樹。與其他樹種相比，苦楝的氣體揮發物中還含有少量的β-蒎烯（21.43%），木麻黃的氣體揮發物中含有大量的對二乙基苯（33.16%）和1，3-二乙基苯乙酮（31.89%），白蠟的氣體揮發物中含有γ-丁內酯（26.04%），2-乙基己醇（17.78%），少量樟腦（6.85%）和2，4-二叔丁基苯酚（6.77%）。

3　結論與討論

植物揮發性物質是分子量為100～200的有機化學物質，包括烴類、醇類、醛類、酮類、有機酸類、萜烯類、芳香類化合物，它們按照一定的比例形成不同的化學指紋圖譜對植食性昆蟲產生嗅覺刺激［17－19］。頂空吸附采樣及GC-MS分析鑒定的數據表明：各種樹種都具有不同的化學指紋圖譜，垂柳和楊樹釋放的揮發物中以醛類、酯類、萜烯類為主，苦楝釋放的揮發物中以萜烯類為主，木麻黃釋放的揮發物以酮類、烷烴類為主，白蠟釋放的揮發物中以醇類、酯類、烷烴類為主。IKEDA等［20］通過室內及野外研究證明了一定溶度的壬醛及α-蒎烯是對天牛有引誘作用的代表信息素，PHILLIPS等［21］早在1988年發現單萜烯類揮發物對多種天牛有積極反應。范麗青等［22］研究證明：乙酸乙酯、水芹稀、莰稀對光肩星天牛具有明顯的引誘作用。從表2可以發現：光肩星天牛選擇性較高的垂柳、楊樹、苦楝揮發物中萜稀類化合物種類豐富（α-蒎烯、β-蒎烯、莰烯、檸檬烯、長葉烯、月桂烯等）。其中α-蒎烯、莰烯共同存在于垂柳、楊樹、苦楝這3種對光肩星天牛有明顯引誘作用的寄主植物的揮發物中，而白蠟和木麻黃揮發物中只存在1種或幾乎沒有萜烯類化合物。因此，我們推斷光肩星天牛對垂柳、苦楝、意楊較高的選擇性不僅與α-蒎烯、莰烯這類常見的具有引誘作用的萜稀類化合物有關，還可能與其氣體揮發物中萜烯類化合物種類較多有關。

表2　光肩星天牛5種寄主植物主要氣體揮發物成分相對含量Table 2　Main chemical composites of volatiles from host plants of Anoplophora glabripennis adults

李繼泉等［15］研究表明：（E）-1-戊烯-3-醇及trans-香葉基丙酮對天牛具有驅避作用，而樟腦常用于殺蟲劑。薛勇［23］也曾在1996成功利用樟腦丸熏蒸法防治光肩星天牛。張風娟等［12］在研究4種不同槭樹時發現，醇類和醛類的含量變化是和植物抗性順序一致的，故猜測木麻黃與白蠟引誘作用較其他3種要差的原因，可能與白蠟中樟腦及木麻黃中較高的醇類和酮類有關。由表2分析發現，對光肩星天牛引誘效果較差的木麻黃和白蠟的揮發物組成中烷烴類化合物要明顯高于其他3種，故推測烷烴的含量可能對光肩星天牛起到驅避的作用。

光肩星天牛對以上幾種化合物或是它們的組合的反應究竟如何，這幾種化合物對光肩星天牛是否都有刺激作用，刺激程度又有什么區別，這些仍需進一步的生物測定實驗及野外實驗驗證。閻雄飛等［24］發現：光肩星天牛在沒有嗜好寄主氣味的前提下會趨向選擇其羽化前的原寄主，稱此為印痕現象。這是否會是影響實驗結果的一大原因。HANKS［25］研究發現：天?？撇幌聍[翅目Lepidoptera那樣通過遠程信息素來定位其伴侶，它們是依靠嗅覺感受器去識別來自其寄主植物的揮發性刺激物，從而定位其伴侶。植物氣體揮發物可調控植物-昆蟲之間的多種行為。然而，植物氣體揮發物還能調控光肩星天牛什么行為，是怎樣對光肩星天牛行為進行的調控，又是哪些揮發性化合物起到的作用，仍需要大量實驗去研究探討，從而為光肩星天牛防治提供理論基礎。

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Anoplophora glabripennis host-plant selection with main host-plant volatile chemical component analysis

WANG Ziwei，XU Huachao，ZHANG Weiwei，WANG Peixing
（School of Forestry and Biotechnology，Zhejiang A&F University，Lin'an 311300，Zhejiang，China）

To explore host-plant influence on the Asian long-horned beetle（Anoplophora glabripennis），five different healthy host branches，including Casuarina equisetifolia，Fraxinus chinensis，Salix babylonica，Populus euramevicana‘I-214，'and Melia azedarach，were used for a composition analysis with an indoor“Y”-tube olfactometer experiment.Host-plant volatiles from the host plants were identified by gas chromatography-mass spectrometry（GC-MS）.Comparing with control group，results reflected that the attraction of the five host plants to A.glabripennis were significantly different（P＜0.05）with M.azedarach and S.babylonica highly significant （P＜0.01）.GC-MS results showed differences in chemical fingerprinting.A.glabripennis had the strongest attraction to S.babylonica，M.azedarach，and P.euramevicana‘I-214'and were attracted to butyl acetate，nonyl aldehyde，camphene，and alpha pinene that existed in the three host plants.Camphor and 2，4-2 tertiary butyl phenol，a repellent to A.glabripennis，were identified in F.chinensis.A great amount of 1，3-diethyl acetophenone was found in C.equisetifolia，explaining its poor attraction for A.glabripennis offerring more theoretical basis for study and preparation of attractant and repellent to A.glabripennis.［Ch，2 tab.25 ref.］

forest protection；Anoplophora glabripennis；volatiles；host plants；dynamic adsorption sampling

S763.3

A

2095-0756（2016）04-0558-06

10.11833/j.issn.2095-0756.2016.04.002

2015-05-22；

2015-11-06

浙江省重大科技專項重點項目（2010C12029）；浙江省科學技術公益技術研究農業項目（2014C32096）

王紫薇，從事森林有害昆蟲綜合防治研究。E-mail：wzw217@126.com。通信作者：徐華潮，教授，博士，從事昆蟲系統學及有害生物綜合治理研究。E-mail：xhcinsect@zafu.edu.cn