黄瓜叶信息化学物质鉴定及其对西花蓟马的行为调控

张治科，虎花，尚小霞

（宁夏农林科学院 植物保护研究所，宁夏 银川750002）

西花蓟马［Frankliniella occidentalis（Pergande）］又称苜蓿蓟马，属缨翅目（Thysanoptera）、蓟马科（Thripidae）、花蓟马属（Frankliniella），最早于美国西部发现，传播迅速，迄今已经扩散至多个国家，成为一种世界性检疫害虫［1］。植物危害后会过早衰老、萎缩、畸形，严重影响植株生长，除此之外，西花蓟马还会传播番茄斑萎病毒、凤仙花坏死斑病毒等。目前生产中西花蓟马的防治仍以化学防治为主［2］，由于其个体小、易隐匿、卵产于植株组织内部等生物学习性，防控难度大，再加上化学药剂的频繁使用不仅使西花蓟马抗药性增强，而且污染环境。因此，探索无污染、可持续的绿色防控技术显得十分迫切。

植物与植食性昆虫在长期协同进化适应过程中，植食性昆虫形成特定的寄主谱，植物对昆虫的危害也具备一定的防御能力，其中植物信息化学物质发挥着重要作用［3］。植食性昆虫利用寄主的信息化学物质进行取食选择和产卵场所的搜寻，植物利用信息化学物质使植食性昆虫趋避或拒食［4］，植物还可利用信息化学物质吸引害虫天敌。植物信息化学物质中的一些醇类、醛类、酮类、萜烯类和芳香族类等微量组分对昆虫行为趋性发挥重要作用［5］。植物信息化学物质的释放量及组成会受季节、植物品种、生物侵害、机械损伤等多种因素的影响［6，7］，继而影响植食性昆虫的行为［8］。

利用昆虫对植物信息化学物质的定位选择反应并研发植物源引诱剂目前仍是化学生态学研究的热点之一。如国外利用植物源引诱剂丙酸苯乙酯、丁子香酚、香叶醇（3∶7∶3）防治日本丽金龟效果显著［9］，利用3-苯基-1-丙醇和羟基肉桂醇田间诱杀厩螯蝇［10］；国内对绿盲蝽［11］、小菜蛾［12］、金龟子［13］等多种昆虫植物源引诱剂也进行了研究，还有细杆沙篙信息化学物质具有明显的驱蚊效果［14］，林间喷施松节油、樟脑、丁香油等外源植物信息化学物质可干扰花绳寄主定位［15］，番茄叶片信息化学物质2-十三烷烃酮可干扰在马铃薯上定居的马铃薯长管蚜［16］，枣树信息化学物质棕榈酸甲酯和壬醛对枣飞象雌雄成虫均有吸引作用，十五烷仅对雄成虫具有明显的吸引作用［17］，反式-2-己烯醛、壬醛、桉叶油醇、α-蒎烯、β-蒎烯和1-石竹烯6种化合物对天牛成虫具有引诱作用，而正己醛对天牛成虫具有明显的趋避作用［18］。由此可见，开发和利用植物信息化学物质引诱剂是害虫绿色防控的重要途径之一。目前，有关西花蓟马化学生态学已有相关报道［19～21］，针对西花蓟马植物源引诱剂的研发虽然起步早，但大多仍停留在试验阶段，黄瓜信息化学物质对西花蓟马行为影响的研究报道较少。因此，笔者以西花蓟马及其重要寄主植物黄瓜为研究对象，利用顶空固相微萃取法结合气相色谱-质谱联用技术，分析鉴定黄瓜叶片信息化学物质成分，并利用“Y”嗅觉仪测定了不同浓度黄瓜叶信息化学物质对西花蓟马的行为调控反应，筛选出对西花蓟马行为影响明显的信息化合物，旨在研发对环境无污染、专一性强的西花蓟马植物源引诱剂或趋避剂，为提高西花蓟马监测预警及绿色防控技术提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 供试昆虫和植株

西花蓟马为本实验室人工气候箱中以新鲜四季豆豆荚饲养多代的实验种群。饲养条件为光周期14L∶10D，相 对 湿 度65%±5%，温 度（26±1）℃。选取羽化3 d的西花蓟马供试。供试黄瓜叶片采自宁夏农林科学院植物保护研究所试验棚盆栽黄瓜。

1.2 黄瓜叶信息化学物质的提取和鉴定

将黄瓜叶片研磨碎后加入20 mL顶空瓶，在60℃水浴箱中水浴，保持5 min，插入SPME针，并以顶空方式于60℃下萃取30 min，然后采用Agilent 7890A/5975C气相色谱质谱联用仪解析进样。解析进样的柱箱程序为40℃，保持5 min，然后8℃·min-1的速度升温至250℃，保持恒温10 min；运行时间41.25 min，前进样口为高纯He，模式分流，加热器温度为250℃，压力为48.75 kPa，总流速 为9 mL·min-1，分 流 比5∶1；色 谱 柱DB-5 ms，325℃，30 m×250μm×0.25μm；低质量数为40.0，高质量数为400.0，离子源为EI源，离子源温度为230℃（最大值250℃），四极杆温度为150℃（最大值200℃）。

1.3 分析方法

采用Agilent 7890A/5975C气相色谱质谱联用仪分析样品，根据总离子流图中的各峰经质谱计算机数据系统检索标准质谱图，确定信息化学物质成分，用峰面积归一化法测定各化学成分的相对质量分数，鉴定黄瓜叶片中的信息化学物质成分结构。

1.4 西花蓟马对黄瓜叶信息化学物质行为反应

1.4.1 供试植物信息化学物质

先将经GC-MS鉴定的黄瓜叶中的信息化合物单剂，分别用液体石蜡配成质量分数为10-2浓度的制剂，一一对西花蓟马进行行为调控测试，初步筛选出对西花蓟马行为具有一定影响作用的信息化合物。然后将筛选出的信息化合物单剂，分别用 液 体 石 蜡 配 成 质 量 分 数 为10-1、10-2、10-3、10-4、10-5五个浓度的制剂供试。

1.4.2 行为测定方法

在室内利用自制的“Y”型嗅觉仪测试供试黄瓜叶信息化合物对西花蓟马的行为调控，室温为（25±1）℃，相对湿度60%～80%。先将黄瓜叶信息化合物放入“Y”型嗅觉仪的一侧味源瓶，另一味源瓶通入液体石蜡作为对照，气体流量计控制“Y”型嗅觉仪两臂的气流量为200 mL·min-1，并通气5 min使气味充满管道。

试验前将供试的西花蓟马成虫饥饿5 h，每头试虫仅测试1次。在“Y”型嗅觉仪玻璃管的基臂端引入试虫1头，测试5 min，当试虫爬行超过“Y”型嗅觉仪某测管臂1/3处，并能够保持30 s以上，视为该虫对该管臂作出选择；否则记为无选择。每处理测定试虫5头，重复3次。每处理测试后用无水乙醇冲洗“Y”型嗅觉仪及其他试验用品，然后将玻璃配件放入180℃电热恒温干燥鼓风箱，120 min，塑料、橡胶配件放入80℃电热恒温干燥鼓风箱，60 min。以液体石蜡为对照。

2 结果与分析

2.1 黄瓜叶信息化学物质组分鉴定及含量分析

利用顶空固相微萃取法结合气相色谱-质谱联用技术提取信息化学物质、解析、鉴定黄瓜叶片信息化学物质主要成分。采集到质谱图（图1），从出峰时间和丰度可见，有多种信息化学物质。鉴定结果可见黄瓜叶片中的主要信息化合物共有56种（表1），大致可分为13大类（图2），包括醛类、酮类、烷烃、酯类、烯烃、醇类、环烷烃、环烯烃、芳香醛、腈类、胺类和酰卤类等。

表1 黄瓜叶主要信息化学物质Table 1 Semiochemicals in cucumber leaves

图1 黄瓜叶信息化学物质的HSSPMEGC-MS谱图Fig.1 Spectrum of semiochemicals in cucumber leaves

图2 黄瓜叶信息化学物质分析图Fig.2 Types of semiochemicals in cucumber leaves

黄瓜叶片信息化合物种类最多的是醛类，共有13种，总含量最高，可达52.11%，主要包括2-已烯醛（34.55%）、正己醛（12.73%）、壬醛（1.19%）等；其次为酮类化合物，共有6种，总含量较低，约为1.35%，主要包括2，3-辛二酮（0.41%）和β-紫罗酮（0.50%）；烷烃类化合物共有5种，总含量低，约为0.78%，包括十一烷（0.12%）、3，8-二甲基-癸烷（0.06%）、十四烷（0.07%）、四（三甲基硅氧基）硅烷（0.44%）和十二甲基五硅氧烷（0.09%）；酯类化合物共有5种，总含量较低，约为2.28%，以［双（（三甲基硅烷基）氧）氧膦基］-乙酸-三甲基硅烷基酯（1.07%）、己二酸二异辛酯（0.57%）和邻苯二甲酸二乙酯（0.46%）为主；烯烃化合物共有4种，总含量约为2.11%，其中1-己烯（1.68%）含量占烯烃总含量的一半以上；醇类化合物共有4种，总含量较高，约为32.18%，主要包括顺-3-己烯-1-醇（31.64%）和1-戊烯-3-醇（0.32%）；环烷烃化合物共3种，分别是十甲基环五硅氧烷（0.72%）、2，2，6-三甲基环庚烷（0.12%）和6-亚甲基-双 环［3.1.0］己烷（0.04%）；环烯烃化合物共3种，包括氧化环己烯（0.44%）、5，6-二乙基-1，3-环己二烯（0.13%）和1-硝基环己烯（0.14%）；芳香醛化合物共3种，总含量较低，约为3.59%，以苯甲醛（2.99%）为主；腈类、胺类、酰卤类化合物均只包含1种化合物，分别为3-环己烯-1-腈（0.08%）、N-（1-甲基-3-含氧亚丁基）-4-甲基苯胺（0.08%）和4-甲基已内酰胺（0.12%）；其它类别的化合物，共7种，总含量较低，约为3.73%，其中含量超过1%的有2-乙基呋喃（1.14%）和二甲基二硫（1.05%）2种。

2.2 黄瓜叶信息化学物质对西花蓟马行为影响

通过室内测定寄主黄瓜叶片信息化学物质5种单体对西花蓟马行为选择的影响，结果表明，不同信息化学物质对西花蓟马的引诱力不同，或有引诱作用，或有驱避作用，或无任何作用，且不同浓度的同一化合物对西花蓟马的引诱力也不同（表2）。

表2 西花蓟马对不同浓度黄花叶信息化合物的行为反应Table 2 Behavioral responses of Frankliniella occidentalis to semiochemicals in different concentrations

苯甲醛在稀释浓度为10-5～10-1时，对西花蓟马有引诱作用，当浓度为10-2和10-4时，苯甲醛引诱的西花蓟马数量最多，均为10头，正反应率可达66.67%，而当浓度为10-1和10-5时，引诱蓟马数量分别为8头、7头，这说明化合物浓度过高（10-1）或过低（10-5）都会影响其引诱能力；4-乙基苯甲醛只有在浓度为10-4时才具有引诱作用，可引诱7头蓟马，正反应率仅为46.67%；1-戊烯-3-醇在10-2和10-5时对蓟马有吸引作用，引诱蓟马数量超过7头，正反应率均大于46.67%。

稀释浓度为10-5～10-1的1-己烯对西花蓟马有一定的驱避作用，且在浓度为10-1时，驱避的蓟马数量最多，可达10头，负向反应率为66.67%；稀释浓度为10-2和10-4的苯乙醛对西花蓟马有驱避作用，驱避蓟马数量分别为6头和8头，负向反应率分别为40%和53.33%；稀释浓度为10-1的1-戊烯-3-醇和4-乙基苯甲醛亦对西花蓟马具有驱避作用，驱避数量分别为6头和7头，负向反应率分别为40%和46.67%。

西花蓟马对浓度为10-1、10-3的苯乙醛和浓度为10-4的1-戊烯-3-醇均无明显趋性反应。

3 讨论

西花蓟马与寄主植物间的关系多年来备受关注，由于植物生长过程中会散发一些气味化学物质，一类是通过植物次生代谢物裂解形成并具有高度种类特异性的气味组分，如十字花科植物中芥子油苷裂解而成的独特的信息气味物质烯丙基异硫氰酸酯；另一类是通过植物的生物合成路线产生的一般性气味组分，是植物信息化合物的主体，即绿叶挥发物，如绿色植物中广泛存在的叶醇和叶醛及其衍生物等，形成了各种绿叶植物的特征气味［22，23］。这些气味化学物质在植食性昆虫与寄主植物的长期协同进化中发挥着重要作用，植食性昆虫可通过其遗传的信号模式识别寄主植物的信息化学物质刺激信号并做出定向飞行、取食、交尾、产卵等行为选择，同时植物可通过昆虫完成传粉，还可吸引昆虫天敌［24］。

本研究对黄瓜叶片信息化学物质进行分离鉴定得到56种化合物，归纳为醛类、酮类、烷烃、酯类、烯烃、醇类、环烷烃、环烯烃、芳香醛、腈类、胺类、酰卤类等，其中醛类包含的化合物种类最多，共计13种，总含量最高，占52.11%，以2-己烯醛（34.55%）为主；其次为醇类，虽只有4种化合物，但总含量较高，达32.18%，主要成分为顺-3-己烯-1-醇（31.64%）；烷烃、环烷烃、腈类、胺类和酰胺类化合物种类和含量均较少。

植物信息化学物质单一组分的不同浓度对昆虫的行为反应不尽相同。本研究发现4-乙基苯甲醛10-4浓度对西花蓟马具有一定的引诱作用，而10-1浓度对其有驱避作用；1-戊烯-3-醇10-2和10-5浓度时对西花蓟马有引诱作用，而10-1浓度时对其有驱避作用，10-4浓度时对其影响不明显；苯乙醛10-2和10-4浓度时对西花蓟马有驱避作用，10-1和10-3浓度时对其影响不明显。也有相似的文献报道，如光肩星天牛对同种信息化学物质的不同浓度表现出不同的行为反应［25］，低浓度的MeSA对捕食性天敌的吸引作用大于高浓度［26］，花蓟马雌成虫对10-2浓度的月桂烯、邻茴香醛、香叶醇和丁香酚的趋性显著高于低浓度，而对10-6浓度的橙花醇、烟酸乙酯的趋性显著高于高浓度［27］等。

有研究报道花蓟马仅对10-4苯甲醛有显著的趋向反应［27］，而本研究发现10-5～10-1浓度范围的苯甲醛对西花蓟马都有引诱作用，这可能与蓟马的种类不同有关。

4 结论

黄瓜叶片中的信息化学物质共有56种，主要归为醛类、酮类、烷烃、酯类等。西花蓟马对10-5～10-1苯甲醛、10-44-乙基苯甲醛和10-2、10-51-戊烯-3-醇具有明显的正趋向反应；对10-5～10-11-己烯、10-2和10-4苯乙醛、10-11-戊烯-3-醇和4-乙基苯甲醛具有一定的驱避反应；对浓度为10-1、10-3苯乙醛和浓度为10-4的1-戊烯-3-醇均没有明显的趋性反应。本研究鉴定了黄瓜叶片中的信息化学物质组成，测定了几种主要的单一化合物不同浓度下对西花蓟马的行为调控，对寻找西花蓟马的最佳引诱或趋避化合物具有很好的参考价值，也有助于阐明西花蓟马寄主选择机理，为利用天然植物源活性物质防治该虫提供新的策略与技术途径、实现对西花蓟马高效的生物防治或生态防控奠定基础。