虫害诱导家榆挥发物的日释放节律分析

程 彬，陈 平，任立伟，鹿永强，鹿永斌

(1.吉林省林业科学研究院，吉林 长春 130033;2. 吉林省森林病虫害防治检疫总站，吉林 长春 130022;3.吉林省汪清林业局，吉林 延边 133200)

家榆(Ulmus pumila)是我国北方主要用材林、防护林和园林绿化树种，乔木，喜光、抗寒、抗旱，耐瘠薄土壤，耐盐碱，具有生长快、适应性强、材质好、寿命长等优点。但由于受榆紫叶甲的严重危害，致使家榆在春季发不出叶，成为“干枝梅”，重者整株枯死或变成“小老树”。

林木害虫的寄主植物的挥发性化学信息物质在调控害虫行为生态中有非常重要的作用，已受到各国政府和同行专家的高度重视。通过对植物挥发物释放机制的研究，可以用来监测害虫的发生情况及诱杀成虫控制种群密度，并且对环境无污染，可充分发挥天敌对害虫的控制作用，是达到可持续控制害虫危害的重要手段之一。因此，研究虫害家榆挥发物的释放节律，对分析引诱榆紫叶甲的活性成分及下一步合成与应用榆紫叶甲引诱剂、寻求无公害防治技术具有重要意义。

1 试验材料

1.1 采样袋和吸附剂

采样袋为PET 材质的保鲜袋(Bratenschlauch，Toppits，Minden，德国)。吸附剂为Super-Q(80-100 目，Alltech，Deerfield，Illinois，美国)。吸附管内径4 mm，每根填充35 mg 吸附剂。

1.2 大气采样仪

本试验采用QC-l 型大气采样仪，为北京市劳动保护研究所生产。属便携式气泵，单气路，气体流速为0.1 ～1.5 L·min-1，可自动定时范围为0 ～60 min，1 次充电可连续采样8 h。

1.3 化学试剂

溶剂二氯甲烷(色谱级)，由天津市光复精细化工研究所生产。

2 试验方法

2.1 取样地点与时间

野外试验地设置在吉林省前郭县乌兰图嘎林场，地理位置:124°11´～124°35´E，44°25´～44°37´N。采样在连续3 d 内进行，这三天的日出时间为4:30，日落时间为18:45，所以将采样时间确定为5:00 ～6:00、8:30 ～9:30、12:00 ～13:00、15:30 ～16:30、19:00 ～20:00 五个时间段。

表1 野外采样各时间段的温湿度条件Tab.1 The temperature and humidity conditions of each time period of field sampling

2.2 取样方法

植物挥发物收集采用顶空动态活体吸附法。用1.2 m 长采样袋套住植物枝条后，用自锁扎线带绑住内衬脱脂棉的一端袋口，另一端插入一长一短两根Teflon 管，也用自锁扎线带绑住内衬脱脂棉的袋口。长Teflon 管接装活性炭的玻璃管，再用Teflon 管接气体流量计，之后可以用硅胶管连接大气采样仪的出气口;短Teflon 管与吸附管相连，然后用Teflon 管与气体流量计连接，气体流量计可以用硅胶管和大气采样仪的出气口相连。这样组成一个闭路系统，使过滤空气在袋内循环流动，通过这种动态捕集方式把植物挥发性物质带入吸附剂中。在开始采样前，先用大气采样仪把袋内空气抽干，然后再冲进经活性炭过滤的空气，反复3 次。当气体最后充到正常体积后，连接上述闭路系统开始采样。本系统还通过收集装置的进气口直接与活性碳、出气口直接与吸附剂相连，使进气口气体流量略大于出气口气体流量等措施减少污染。连接大气采样仪的出气口的气体流量计使流速控制在600 mL·min-1，另一端流速略低，采集时间为1 h。采集后的样品用500 μL 色谱纯二氯甲烷洗脱。

2.3 样品分析与鉴定

样品的分析采用气质联用仪(GC-MS)。分析条件:气谱HP6890 联用HP5973 质谱仪，Hp6890 工作站。无分流进样，进样量为1 μL。色谱柱利用HP-5MS 毛细管柱(30 m×0.25 mm ID，膜厚0.25 μm)。柱温采取程序升温，起始温度为40℃，保持2 min;然后6℃·min-1升至250℃，保持2 min。以99.999%高纯氦气作载气，柱气流量1.0 mL·min-1。接口温度280℃，EI 离子源，离子源温度230 ℃，电离能70 eV。通过核对谱库(NIST98)与标准化合物的质谱图及保留时间，对挥发物的各组分进行定性，并以0.05 μg 癸酸乙酯(decanoic acid ethyl ester)作为外标，根据峰面积对各挥发物组分进行相对定量。

2.4 数据分析

统计分析软件采用Statsoft 公司的STATISTICA for Windows 6.1 版本(2003)。家榆挥发物中同一物质在不同时间段释放量的比较用单因素方差分析，然后进行Duncan’s 多重比较分析。

3 结果与分析

经比对标准品的保留时间及谱库，确定野外家榆挥发物中含24 种化合物。为消除仪器误差，以外标的峰面积为定量标准来校准每种物质的峰面积。各组分在不同时间段的定性和定量分析见表2。

表2 野外家榆挥发物的组成和含量Tab.2 The composition and content of Ulmus pumila volatile matter of field sampling

依据表1 数据做图1，得到家榆挥发物的 主要成分的释放节律。

图1 野外家榆挥发物主要成分释放的日节律Fig.1 The main composition diurnal release rhythm of Ulmus pumila volatile matter of field sampling

从图1 中可以更直观地看出，几种主要挥发物的释放基本遵循上午挥发物的量逐渐增加，到中午时达到最大，下午逐渐减少，在日夜交替的晚19:00 ～20:00 这一时间段有一个爆发的规律。

4 讨论

植物挥发物的释放存在昼高夜低的现象［1～3］，这些植物在上午时释放挥发物的量会迅速增加，到中午达到最大，然后在下午、晚上逐渐减少。此外，某些植物在由明转暗时，其挥发物的释放会有一个短暂的爆发［4～6］。这不仅在健康植物体现这种规律，虫害诱导的挥发物的释放也呈现昼夜节律。如:甜菜夜蛾的取食危害诱导棉花释放新的气味是在受到侵害的第2 天早晨，被诱导的萜类物质(E)-β-罗勒烯和(E)-4，8-二甲基-1，3，7-壬三烯的释放量开始增多，下午到达高峰，比开始释放时提高了10 倍，晚上又减少，第3 天再次上升，晚上再次下降。而其他的非诱导的萜烯类物质，如α-蒎烯和石竹烯，在受到侵害的第2 天后开始减少，以后不再增多;此外，未受侵害的棉花植株释放的挥发性物质中也含有与虫害诱导挥发物相同的成分，尽管含量低于受害植株，也表现出昼夜节律。可以推测，植食性昆虫的取食危害将叶片内在固有的节律性活动放大了。这种节律产生的机理可能包含有糖苷键的断裂，并发生酸催化的醇脱氢反应，使萜烯类碳氢化合物增多，也可能是植食性昆虫的侵害诱导出一系列萜烯合成酶［7］。另外，茶丽纹象甲危害的茶树挥发物中大多数物质的释放为昼高夜低型，比较典型的有(E，E)-α-farnesene、(E)-caryophyllene、(E)-β-farnesene、(E)-linalool oxide(furanoid)、benzyl nitrile、phenyl ethane(1-nitro-2-)、phenyl ethyl 2-methyl butanoate 等化合物［8］。

这种日夜节律，可能与温度、光照以及植物本身生态生理特性有关［2，3］，也可能与白天、黑夜间信号的传导、合成基因的表达、合成所需前体物的供应水平等差异有关［8，10］。这种挥发物的释放节律也与害虫天敌的活动规律相符，植食害虫的天敌大多是在白天活动，植物在白天释放较多的虫害诱导挥发物，可以更好地吸引害虫天敌，达到保护自己的目的，这是植物发挥主动防御的结果。

［1］Rinne J，Hakola H，Laurila R，et al. Canopy scale monoterpene emissions of Pinus sylvestris dominated forests［J］. Atmospheric environment，2000，34:1099-1107.

［2］Pio C A，Silva P A，Cerqueira T V，et al. Diurnal and seasonal emissions of volatiles organic compounds from cork oak(Quercus suber)tress［J］. Atmospheric environment，2005，39:1817-1827.

［3］Holzke C，Hoffmann T，Jaeger L，et al.Diurnal and seasonal variation of monoterpene and sesquiterpene emissions from Scots pine(Pinus sylvestris L)［J］. Atmospheric environment，2006，40:3174-3185.

［4］Karl T，Curtis A J，Rosenstiel T N，et al.Transient releases of acetaldehyde from tree leaves-products of a pyruvate overflow mechanism［J］.Plant cell environment，2002，25:1121-1131.

［5］Holzinger R，Sandoval-Soto L，Rottenberger S，et al.Emissions of volatile organic compounds from Quercus ilex L. measured by proton transfer reaction mass spectrometry(PTR-MS)under different environmental conditions［J］. Journal of geophysical research，2000，105:20573-20579.

［6］Chamberlain K，Khan Z R，Pickett J A，et al. Diel periodicity in the production of green leaf volatiles by wild and cultivated host plants of stemborer moths，Chilo partellus and Busseola fusca［J］. Journal of chemical ecology，2006，32:565-577.

［7］张瑛，严福顺. 虫害诱导的植物挥发性次生物质及其在植物防御中的作用［J］. 昆虫学报，1998，41(2):204-214.

［8］蔡晓明.三种茶树害虫诱导茶树挥发物的释放规律［D］. 杭州:中国农业科学研究院茶叶研究所，2008.

［9］Arimura G，Huber D P W，Bohlmann J. Forest tent caterpillars(Malacosoma disstria)induce local and systemic diurnal emissions of terpenoid volatiles in hybrid poplar(Populus trichocarpa×deltoides):cDNA cloning，functional characterization，and patterns of gene expression of(-)-germacrene D synthase，PtdTPS1［J］. The Plant Journal，2004，37:603-616.

［10］Arimura G I，Kopke S，Kunert M，et al.Effects of Feeding Spodoptera littoralis on Lima bean leaves:IV.Diurnal and nocturnal damage differentially initiate plant volatile emission［J］. Plant Physiology，2008，146:965-973.