美国山核桃与山核桃叶片挥发性物质的比较和分析

陈友吾，沈建军，叶华琳，朱汤军

（浙江省林业科学研究院，浙江 杭州 310023）

美国山核桃与山核桃叶片挥发性物质的比较和分析

陈友吾，沈建军，叶华琳，朱汤军*

（浙江省林业科学研究院，浙江 杭州 310023）

对美国山核桃（Carya illinoinensis）与山核桃（C. cathayensis）叶片的次生性挥发性物质进行比较和分析，结果发现：两种植物共鉴定出50种化合物，其中美国山核桃叶片中的挥发性种类较多，达到35种，而山核桃叶片中挥发性物质种类相对较少，为19种；两种植物叶片中的挥发性物质的组成具有共同特点：主要由醇类、酯类、烷烃类和少量的有机酸类、胺类有机物质构成，且丙三醇是挥发性物质的主要成分（占60%以上）；美国山核桃与山核桃在抗虫性表现上有差异，这可能与美国山核桃叶片具较高的醇类挥发性物质而山核桃具较高的酯类挥发性物质有关。

美国山核桃；山核桃；叶片；挥发性物质

植物挥发性气味，属于植物次生性物质，一般分子量在100 ～ 200，包括烃、醇、醛、酮、酯、有机酸等[1]。每种植物都有各自的挥发性次生物质，并以一定比例构成该种植物的化学指纹图谱。研究表明，寄主植物挥发性次生代谢物对昆虫寄主定位、选择性产卵等行为具有信号作用[2]。美国山核桃（Carya illinoensis）（又称薄壳山核桃）及山核桃（Carya cathayensis）均为胡桃科山核桃属的重要经济植物，美国山核桃为我国近世纪来从美洲引进的重要干果树种，山核桃则为乡土特色经济树种，两者在浙江省都表现了较强的适应性，并为浙江省的经济发展作出了重要贡献[3～5]。然而，在病虫害抗性方面却表现出较大的差异[6～7]。据调查，危害山核桃的害虫有20多种，其中以山核桃蝗虫、山核桃天社蛾、胡桃豹夜蛾、山核桃刻蚜虫比较严重[8]。而危害美国山核桃的害虫，上世纪80年代调查达到了47种，近年来呈现逐渐严重的趋势，2013年我们调查危害美国山核桃的害虫种类竟达到了141种，严重危害的种类有31种。通过比较两种植物的次生性挥发性物质的差异，可分析和探讨其抗性差异的原因，并为今后的害虫防治提供新的思路与途径，同时对利用天然生物活性物质防治害虫、抗虫育种和生物防治等都具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 材料

2013年8月于浙江省林业科学院实验苗圃内选取5株生长旺盛的美国山核桃、山核桃中上部叶片为试材进行挥发性物质的采集。

气质联用仪：Turbo Matrix 650-clams 600T，美国 PE公司；吸附管：Tenax TA 60-80mesh，美国 CNW Technologies GmbH公司；HH-10型吸附管活化仪：郑州谱析科技有限公司；大气采样仪：QC-1型，北京市劳动保护科学研究所；YHG-400BS快速恒温干燥箱，上海跃进医疗器械有限公司；干燥塔；活性炭。

1.2 方法

1.2.1 植物挥发性物质的采集 首先将吸附管置于活化仪中，在220℃条件下活化2 h，将干燥塔、塑料袋、聚四氟乙烯管置于恒温干燥箱中，除去杂质气味，保存待用。在8月初至8月中旬，选择晴朗无风天气，利用动态顶空法采集2种植物叶片的挥发性物质。用塑料袋（Reynolds@ Oven Bags，482 mm×596 mm，Richmond，VA，USA）将叶片包裹，用大气采样仪将袋内空气抽出，向袋内填充经过干燥塔净化后的空气，保持气路通畅循环通气5 min，接入吸附管，密闭循环采集1 h，大气采样仪抽气流量为100 mL/min。以空袋采集1 h作为对照。

1.2.2 挥发性物质的测定

1.2.2.1 热脱附（ATD）工作条件 重新捕集速率25 mL/min，载气流速2.0 mL/min，进口分流速率21 mL/min，脱附速率25 mL/min，注入量4.0%，四通阀温度230℃，传输线温度250℃，吸附管加热温度260℃，冷阱捕集管加热温度300℃，制冷温度-25℃，升温速率40℃/s，升至300℃保持5 min，吸附管干吹时间为1 min。

1.2.2.2 GC工作条件 毛细管柱Elite-5ms，载气流速2.0 mL/min，采用两级程序升温方法，初始温度40℃，保持2 min，第一级升温速率为4℃/min，升至160℃；第二级升温速率20℃/min，升至270℃保持3 min，共用时40.50 min。

1.2.2.3 MS工作条件 溶剂延迟1 min，离子源为EI源，电子能70 eV；接口温度为250℃；离子源温度为220℃，扫描质量范围为29 ～ 600 m/z，扫描时间为0.2 s。根据所得的粒子流图谱，应用TurboMass Ver5.4.2软件分析，结合色谱保留时间以及粒子流图谱，从 NIST2008谱图库中进行检索对挥发性化合物成分进行鉴定，通过面积归一法对各类挥发性化合物的绝对含量和相对含量进行定量。

2 结果与分析

2.1 两种山核桃植物的挥发性物质主要成分分析

对2种山核桃属植物的挥发性化合物进行分析，共鉴定出50种化合物。其中，美国山核桃叶片释放出的挥发性化学物质成分较多，共鉴定出挥发物成分35种。醇类物质种类及含量均最高，共有17种，含量占所有挥发性物质总量的96.52%。其次是烷烃类化合物5种，占总量1.56%和酯化合物4种，占总量的1.34%，还有少量的有机酸类、酮、胺和杂环类等物质，占总量的0.58%。山核桃叶片释放出的挥发性化学物质成分相对较少，共鉴定出挥发物成分19种。在所有挥发性物质中，也是醇类物质含量最高，共7种占总量的78.07%。其次是酯类物质，共6中，占总量的19.32%，烷烃类物质仅为甘油醚，点总量的1.07%，有机酸占0.69%，胺类有机物0.85%。

表1 GC-MS分析鉴定2种植物挥发性物质的成分及其相对含量Table 1 Component and content of volatile substances in leaves of C. illinoensis and C. cathayensis

2.2 两种植物挥发性化学物质指纹图谱与植物抗性分析

美国山核桃叶片中共有35种挥发性次生物质，山核桃叶片中共有19种挥发性次生物质，不同比例的这些物质组成了其特有的化学指纹图谱，通过比较这两种植物的化学图谱的，结果表明：这两种植物叶片的的化学指纹图谱均主要由醇类、酯类、烷烃类和少量的有机酸类、胺类有机物质构成，且丙三醇是挥发性物质的主要成分（占60%以上），这可能是山核桃属植物化学图谱的共同特点（见表2）。除主要成分丙三醇及少量成分DL-苏糖醇、木糖醇、邻苯二甲酸二乙酯是两种植物都有的挥发生化学物质外，其他所有挥发性物质组成及含量均不相同，表现出了较大的多样性。

表2 各类物质在两种山核桃植物中的数量和含量Table 2 Types and content of volatile substance from tested plants

不同的植物释放的挥发性物质具有不同的组成，能影响植食性昆虫的寄主选择及植食性昆虫对天敌的适应性。美国山核桃在生产中表现出更容易遭受植食性昆虫取食的特性，可能与美国山核桃叶片挥发性成分中具较高含量醇类物质，特别是丙三醇有较大关系。醇类物质的往往对植食性昆虫具更强的引诱作用，如乙醇常在针（阔）叶树的濒死组织中形成，乙醇可作为引诱剂来防治松褐天牛[9～10]。山核桃在生产上表现出较强的抗虫性，可能与山核桃叶片挥发性成分中醇类物质相对含量较低且具酯类物质含量较高有较大的关系。有研究表明，北美艾灌木（Artemissia tridenfata）挥发物中高浓度的茉莉酸甲酯能诱导健康的番茄（Lycopersicon esculentum）产生抑制昆虫取食的蛋白酶抑制剂[11]。

3 结论讨论

3.1 结论

（1）通过对美国山核桃及山核桃叶片挥发性物质的比较和分析，共鉴定出植物挥发性物 50种。其中美国山核桃叶片中的挥发性物质种类较多，达到35种，而山核桃叶片中挥发性物质种类相对较少，为19种。两种植物叶片中的挥发性物质的组成具有共同特点：主要由醇类、酯类、烷烃类和少量的有机酸类、胺类有机物质构成，且丙三醇是挥发性物质的主要成分（占 60%以上），这可能是山核桃属植物叶片化学图谱的共同特点。

（2）美国山核桃与山核桃在抗虫性表现上存在较大差异，美国山核桃倾向于更容易受植食性昆虫取食，而山核桃则表现出较强的抗性，从植物叶片化学图谱分析，可能与美国山核桃叶片具较高的醇类挥发性物质而山核桃具较高的酯类挥发性物质有关。不同的植物释放的挥发性物质具有不同的组成，能影响植食性昆虫的寄主选择及植食性昆虫对天敌的适应性等。因此，生产上可以通过开展美国山核桃与山核桃杂交育种，来调节美国山核桃体内挥发性物质的数量和质量，以减少对植食性昆虫的引诱成分（醇类化合物），增加对植食性昆虫的驱避成分（酯类化合物），或增加对植食性昆虫天敌的引诱，以达到充分利用自然控制因素减少美国山核桃害虫发生的目的。

3.2 讨论

植物对昆虫的化学防御和昆虫对植物的代谢适应，显示了昆虫与植物之间亿万年演化所形成的形形色色的特点，形成了昆虫与植物关系研究领域的最复杂但也最令人感兴趣的主题。在植食性昆虫与植物的长期协同进化过程中，形成了错综复杂的关系，如植物因受到多种昆虫取食而产生物理和化学的防御机制同时，昆虫也获得了可降解多种植物有毒物质的能力。对于各种害虫的为害，这种协同进化可表现为如下形式：本植（树）本虫，在一个相对而言稳定的地域（可以是一个行政区域，比较合理的应是一个自然区域）均有相对稳定的植物种类和昆虫种类，这些区域内的植物与昆虫形成了相互适应的关系，如马尾松毛虫与马尾松、桑天牛与桑科植物之间的关系，桑天牛以桑科植物如桑树、构树等为食，而桑树植物对于桑天牛的取食又形成了一定的适应性。这种关系可认为是真正的协同进化。然而，人为的或自然的原因总会造成昆虫或植物在不同地域之间的扩散，更多的是形成异植（树）异虫的现象，这些是在非本地的昆虫或植物之间，或者其中之一是非本地来源的昆虫与植物之间所形成的关系。如在我国光肩星天牛与槭树的关系，槭树（如复叶槭和糖槭）大多是从北美引进的树种，而光肩星天牛则是本地种类，这两种槭树成为光肩星天牛的嗜食树种，或者说这两种槭树对光肩星天牛的抗性较弱[9]。植（树）异虫现象形成的昆虫与植物间的相互适应需要更长的时间，美国山核桃在美国病虫害很少，主要为疮痂病，而在我国病虫害普遍发生严重，可认为是异植（树）异虫的现象之一。

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Comparisons and Analysis on Volatile Substances in Leaves of Carya illinoensis and C. cathayensis

CHEN You-wu，SHEN Jian-jun，YE Hua-lin，ZHU Tang-jun
（Zhejiang Forestry Academy, Hangzhou 310023, China）

Determinations were conducted on volatile substances in leaves of Carya illinoensis and C. cathayensis. The result demonstrated that there were 35 types of volatile substances in leaves of C. illinoensis, and 19 types in leaves of C. cathayensis. Their components were mainly alcohols, esters, alkane and a small number of organic acid, amine. Glycerin was the major components of volatile substances(more than 60%). The difference of insect resistance between tested species may be influenced by higher content of alcohols in leave of C. illinoensis and higher esters content in leaves of C. cathayensis.

Carya illinoensis; C. cathayensis; leaf; volatile substance

S718.3

A

1001-3776（2015）02-0008-05

2014-10-09；

2014-12-14

浙江省公益技术研究农业项目“薄壳山核桃害虫发生机理及生态控制技术研究”（2012C32019）；林业科技推广项目“危害薄壳山核桃的主要病虫害无公害防治技术推广应用”（2012B10）

陈友吾（1974-），男，福建漳平人，副研究员，硕士，从事森林保护和森林食品研究；*通讯作者。