小蠹蟲信息素的研究與應(yīng)用現(xiàn)狀

1、小蠹蟲信息素的研究與應(yīng)用現(xiàn)狀華東昆蟲2007,16(4):299303EntomologicalJournalofEastChina小蠹蟲信息素的研究與應(yīng)用現(xiàn)狀王玉潔,趙冬香,曹海鵬(1.中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院環(huán)境與植物保護(hù)研究所,海南省熱帶農(nóng)業(yè)有害生物檢測(cè)監(jiān)控重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,海南儋州571737;2.農(nóng)業(yè)部漁業(yè)動(dòng)植物病原庫(kù),上海水產(chǎn)大學(xué),上海200090)摘要:小蠢蟲是世界性林木害蟲,猖獗時(shí)常可造成林木成片枯死.利用小蠹蟲信息素防治該蟲,不僅可以有效降低蟲口密度,減輕危害程度,還可以監(jiān)測(cè)小蠹蟲的發(fā)生為害情況.本文從小蠹蟲信息素的分離鑒定,信息素的生物合成,小蠹蟲對(duì)信息素的行為反應(yīng)等方面綜述小蠹蟲信息

2、素的研究與應(yīng)用現(xiàn)狀.關(guān)鍵詞:小蠹蟲;信息素;行為反應(yīng)中圖分類號(hào):S186文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1005-1694(2007)04-0299-05ResearchandapplicationonbarkbeetlespheromoneWANGYu-jie,ZHAODongxiang,CAOHaipeng(1.EnvironmentandPlantProtectionResearchInstitute,CATAS,KeyLaboratoryforBdefiaBiologyDectionandMonitorofTropicalAgricultureofHainanProvince,Danzhou,

3、Hainan571737,China;2.AquaticPathogenCollectionCenterofMinistryofAgriculture,ShanghaiFisheriesUnivemi,Shanghai200090,China)Abstract:Barkbeeriesareakindofglobalforestpestsandoftenmakelotsoftreeswithered.Withthepheromoneofbarkbeeries,notonlyCaniteffectivelyreducethepopulationdensityanddamagedegree,buta

4、lsoCanmonitortheoccurrenceofbarkbeetles.Theresearchandapplicationdevelopmentonthepheromoneofbarkbeetlesarereviewed,whichinvolvetheidentificationofpheromonestructure,thebiologicalsynthesisofpheromone,thebehavioralresponseofbarkbeetlestothepheromone,etc.Keywords:barkbeetle;pheromone;behaviorresponse小蠹

5、蟲是鞘翅目小蠹科(Coleoptera:Scolytidae)昆蟲的總稱,是一類危害林木的世界性大害蟲,至今已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的種類高達(dá)3000余種.該蟲主要危害生理衰弱和瀕死的林木,?？稍斐闪帜境善菟?其中大小蠹屬(Dendroctonus)的害蟲對(duì)林木的危害性最大.如從19931998年,國(guó)內(nèi)一些口岸檢疫局就截獲小蠹蟲23種;在東北,內(nèi)蒙,陜西和甘肅等地截獲25種小蠹蟲-2】.鑒于該蟲在經(jīng)濟(jì),生態(tài)上的危害性,世界各國(guó)對(duì)該蟲的監(jiān)測(cè)和防治工作都非常重視,并對(duì)此進(jìn)行了大量的研究工作,但由于小蠹蟲個(gè)體小,生活隱蔽,繁殖迅速,產(chǎn)生耐藥性等特性,小蠹蟲的防治受到極大的挑戰(zhàn).近年來(lái),對(duì)信息素的研究與應(yīng)用給小蠹蟲

6、防治帶來(lái)了曙光,已成為當(dāng)今世界小蠹蟲綜合管理的主要方向之一.鑒于此,本文對(duì)目前小蠹蟲信息素的研究與應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行了綜述,以期加快小蠹蟲信息素在小蠹蟲綜合管理上的合理應(yīng)用.l小蠹蟲信息素的研究昆蟲化學(xué)信息物質(zhì)(semiochemicals)泛指昆蟲與昆蟲,昆蟲與植物,以及昆蟲與環(huán)境之間具有生物活性能夠引起昆蟲行為的化學(xué)物質(zhì).其中的信息素(pheromone)常指昆蟲外激素,即從昆蟲體內(nèi)散發(fā)到體外,引起昆蟲產(chǎn)生行為的化學(xué)物質(zhì)引.目前國(guó)內(nèi)外主要研究小蠹蟲聚集信息素,抗聚集信息素和利它素收稿日期:20071010基金項(xiàng)目:中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院環(huán)境與植物保護(hù)研究所中央級(jí)公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)(NO

7、.2007hzslJ009);上海水產(chǎn)大學(xué)青年科研基金(6690107251).作者簡(jiǎn)介:王玉潔(1983一),女,碩士研究生.研究方向:昆蟲化學(xué)生態(tài)學(xué).Email:wang_yujie.通訊作者:趙冬香(1964一),女,研究員.研究方向:昆蟲化學(xué)生態(tài)學(xué),害蟲綜合防治.Email:dongxiangzh?300?華東昆蟲第l6卷在小蠹蟲選擇寄主樹(shù)木定居,繁殖和危害中所起的作用等.如聚集信息素能夠引誘小蠹蟲兩性個(gè)體在寄主樹(shù)木上聚集危害;抗聚集信息素能夠調(diào)節(jié)小蠹蟲聚集危害的種群密度;利它素有利于寄生性和捕食性天敵尋找寄主J.目前關(guān)于小蠹蟲自身產(chǎn)生的信息素的研究主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面.1.1信息素

8、的分離鑒定目前對(duì)小蠹蟲信息素的分離鑒定研究表明,多數(shù)小蠹蟲信息素的主要成分為萜烯醇類,如小蠹烯醇(ipseno1),小蠹二烯醇(ipsdieno1),順,反一馬鞭草烯醇(cis.verbenol,transverbeno1)和馬鞭草烯酮(vet-benone)等.1967年,Wood等最早成功地分離鑒定了類加州十齒小蠹(paraconfusus)的聚集信息素,其成分為(s)一(一)一小蠹烯醇,(s)一(+)一小蠹二烯醇,(4s)一順式一馬鞭草烯醇;之后,Kinzer等分離到南部松齒小蠹(Lfrontal),西松大小蠹(D.brevicomis)和黃杉大小蠹(D.pseudotsugae)中的聚

9、集信息素二甲基小蠹誘(froutalin);殷彩霞等通過(guò)GCMS分析鑒定了縱坑切梢小蠹(Tom/cuspiniper-如)后腸中有1,1一二氧基乙烷,3一甲基一l一丁醇,Ot一蒎烯,一蒎烯等l8種信息素,其中單萜烯類化合物有11種.周楠等也通過(guò)氣相色譜和色譜/質(zhì)譜分析的方法,分離鑒定了松小蠹(Tomicuspiniperda)成蟲的MBXS,MBXT和TINXS等三種含量較高的聚集信息化合物成分-8J.近年來(lái),隨著氣相色譜與觸角電位聯(lián)用技術(shù)(GCEAD)的應(yīng)用,極大地推進(jìn)了小蠹蟲自身信息素的分離鑒定工作的發(fā)展,目前已鑒定有幾十種小蠹蟲的信息化合物.1.2信息素的合成與釋放眾多研究表明,小蠹蟲自

10、身信息素主要存在于其雄蟲的糞便中,多數(shù)是由后腸產(chǎn)生,泄殖孔排出,并且由進(jìn)行棲息地選擇的蠹蟲首先釋放,多配偶的蠹蟲由雄性釋放,而單配偶的由雌性釋放.研究表明,小蠹蟲可以利用月桂烯(myrcene)合成信息素的有關(guān)組分,還可以利用寄主植物化合物作為前體來(lái)合成信息素1.近年來(lái),各國(guó)研究者對(duì)小蠹蟲信息素,尤其是聚集信息素的生物合成途徑做了大量的研究,并取得了較大進(jìn)展.有研究表明,類加州十齒小蠹利用寄主樹(shù)木的香葉烯合成小蠹信息素小蠹二烯醇和小蠹烯醇,并在雄性入侵寄主樹(shù)木修筑坑道時(shí)釋放出來(lái);黃杉大小蠹合成的信息素二甲基小蠹誘,只有在寄主樹(shù)木次生物質(zhì)一蒎烯(一pinene)的激活作用下才表現(xiàn)出活性;寄主樹(shù)木

11、分泌的次生代謝物質(zhì)或利它素能刺激昆蟲神經(jīng)和保幼激素分泌系統(tǒng),誘導(dǎo)昆蟲信息素的合成和分泌;小蠹蟲協(xié)同自身發(fā)育的激素分泌控制系統(tǒng)和獨(dú)立的微生物控制系統(tǒng),及其內(nèi)生和外生真菌參與調(diào)節(jié)小蠹蟲信息素的合成與分泌.1.3信息素所誘導(dǎo)的小蠹蟲的行為反應(yīng)由信息素所誘導(dǎo)小蠹蟲的最主要行為特征是定向反應(yīng).根據(jù)小蠹蟲對(duì)信息素的趨向或忌避,定向反應(yīng)可分為正趨向反應(yīng)(或稱聚集行為)和負(fù)趨向反應(yīng)(驅(qū)避行為).如一種松小蠹的信息素能刺激雌蟲發(fā)出特殊的聲音,以誘使配偶進(jìn)入交配場(chǎng)所;雌雄黃杉小蠹(Hylurguscembrae)在蟲口密度過(guò)高時(shí)都會(huì)分泌一種甲基環(huán)已烯酮化學(xué)物質(zhì),抑制兩性的繼續(xù)聚集.此外,眾多研究還發(fā)現(xiàn),同種化學(xué)物

12、質(zhì)對(duì)不同種小蠹蟲可能有相同作用,也可能有相反作用.如雄性類加州十齒小蠹釋放的(s)一(一)一小蠹烯醇,(s)一(+)一小蠹二烯醇,(4s)一順式一馬鞭草烯醇對(duì)其雌雄兩性都具有引誘作用,而(s)一(一)一小蠹二烯醇對(duì)雌雄兩性都具有驅(qū)避作用;(+)一小蠹二烯醇對(duì)類加州十齒小蠹是聚集作用,但對(duì)美洲最小齒小蠹(Lavulsus)卻是驅(qū)避作用.1.4小蠹蟲信息素的人工合成對(duì)小蠹蟲信息素的人工合成方法已有不少報(bào)道,最早人工合成的聚集信息素是(s)一(一)一小蠹烯醇,(s)一(+)一小蠹二烯醇,(4S)一順式一馬鞭草烯醇.然而部分合成方法,如合成西部松小蠹(D.breviconis)聚集信息素的烷基化,炔鍵

13、移化,氧化和環(huán)化等方法,往往因合成路線較長(zhǎng)或原料不易獲得或反應(yīng)條件苛刻,試劑貴重或總產(chǎn)率低等原因而沒(méi)有得到廣泛推廣,因此不少研究者開(kāi)始探索新的合成方第4期王玉潔等:小蠹蟲信息素的研究與應(yīng)用現(xiàn)狀?301?法.近年來(lái),對(duì)光學(xué)活性體的合成研究十分活躍,提出了生物酶促反應(yīng)合成法和不對(duì)稱重排反應(yīng)合成法等引.殷彩霞等以一蒎烯為原料,控制反應(yīng)溫度及氧氣流量,用松香酸鈷催化,對(duì)一蒎烯進(jìn)行區(qū)域選擇性氧化,合成松小蠹(Dendroctonus)信息素一一蒎烯含氧衍生物,為該信息素的擴(kuò)大生產(chǎn)提供數(shù)據(jù)和依據(jù)引.他們還采用2種合成路線,即以乙酰乙酸乙酯,三聚甲醛為原料,經(jīng)縮合,水解得3一甲基環(huán)己一2一烯酮,再經(jīng)KBH4

14、還原得()一3一甲基環(huán)己一2一烯醇和以壬二酸為原料,脫羰生成庚二烯,催化氧化得庚二酮,經(jīng)羥醛縮合得3一甲基環(huán)己一2一烯酮,再經(jīng)KBH4還原得()一3一甲基環(huán)己一2一烯醇,合成縱坑切梢小蠹信息素_3一甲基環(huán)己一2一烯酮和()一3一甲基環(huán)己一2一烯醇,發(fā)現(xiàn)這2種合成路線均具有路線短,反應(yīng)條件易于控制,原料易得和產(chǎn)率高等優(yōu)點(diǎn)【242小蠹蟲信息素的應(yīng)用近年來(lái),對(duì)小蠹蟲信息素的應(yīng)用研究已成為當(dāng)今世界小蠹蟲綜合管理的主要方向之一.用小蠹蟲信息素誘集成蟲,可有效地降低蟲口密度,減輕危害程度,還可以測(cè)報(bào)成蟲發(fā)生期和發(fā)生區(qū),有望成為小蠹蟲蟲害的檢疫和發(fā)生測(cè)報(bào)的有效工具.2.1小蠹蟲信息素在小蠹蟲防治中的應(yīng)用眾多

15、研究業(yè)已證實(shí),用聚集信息素或性信息素誘捕小蠹蟲,減少其對(duì)寄主樹(shù)木的選擇和入侵,對(duì)防治小蠹蟲具有良好的效果.如加拿大利用小蠹蟲信息素使黑山大小蠹(Dendroctonusponderosae)的危害率降低了74%;柴河林業(yè)局自2003年以來(lái)開(kāi)展了應(yīng)用性信息素監(jiān)測(cè)與防治云杉八齒小蠹(typographus)的試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)防治效果可達(dá)90.9%,且具有誘殺持續(xù)時(shí)間長(zhǎng),經(jīng)濟(jì),安全,無(wú)抗性等特點(diǎn);高長(zhǎng)啟等利用人工合成的聚集信息化合物成功防治了落葉松八齒小蠹(subelongatus);孔淑芬等利用小蠹蟲聚集信息素防治松縱坑切梢小蠹也收到了良好的效果.這些研究結(jié)果極大地加快了小蠹蟲信息素在小蠹蟲防治中的應(yīng)用

16、步伐.2.2小蠹蟲信息素在小蠹蟲監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用應(yīng)用信息素監(jiān)測(cè)小蠹蟲的發(fā)生范圍,發(fā)生期,發(fā)生量并應(yīng)用其進(jìn)行生產(chǎn)防治是目前國(guó)內(nèi)外治理小蠹蟲的新方法,大量實(shí)驗(yàn)證明利用信息素監(jiān)測(cè)防治小蠹蟲可以很大程度上減少小蠹蟲對(duì)林木的侵入危害,對(duì)及時(shí)預(yù)防小蠹蟲為害具有重要的意義.如孫守慧等通過(guò)野外誘捕試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)聚集信息素目前是監(jiān)測(cè)與防治黃色梢小蠹(Cryphalusfulvus)的最佳方法_29;牟愛(ài)友等于20042005年應(yīng)用引誘劑對(duì)林木蛀干類害蟲進(jìn)行了監(jiān)測(cè)和誘殺試驗(yàn),初步了解到削尾材小蠹(Xyleborusmutilatus)成蟲的活動(dòng)規(guī)律;孫曉玲等于20022005年,應(yīng)用聚集信息素對(duì)云杉八齒小蠹成蟲的揚(yáng)飛規(guī)律進(jìn)

17、行了監(jiān)測(cè),證實(shí)云杉八齒小蠹的越冬成蟲和新羽化出的成蟲都能對(duì)信息素發(fā)生強(qiáng)烈的聚集反應(yīng),為蟲情監(jiān)測(cè)和揚(yáng)飛提供依據(jù);周建華等在云南松林分中采用漏斗狀誘捕器和餌木堆兩種方法對(duì)切梢小蠹是否發(fā)生,發(fā)生危害程度能進(jìn)行有效的監(jiān)測(cè),實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明兩種方式的監(jiān)測(cè)有效率均達(dá)100%;在無(wú)切梢小蠹發(fā)生危害和切梢小蠹發(fā)生危害輕的兩種云南松林分中誘捕器監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確率分別達(dá)70%和60%以上_3.2.3小蠹蟲信息素在小蠹蟲檢疫中的應(yīng)用目前國(guó)內(nèi)外不少種類小蠹蟲信息素的成分已得到鑒定,且國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究中發(fā)現(xiàn)小蠹蟲信息素種的特性不明顯,除了任何一種小蠹蟲釋放到環(huán)境中的信息素都可能同時(shí)被其他小蠹蟲種類所感受外,小蠹蟲還能轉(zhuǎn)化被害樹(shù)木釋放

18、的某些化學(xué)物質(zhì)來(lái)合成信息素.故將信息素應(yīng)用于小蠹蟲檢疫工作是切實(shí)可行的,而且在實(shí)踐應(yīng)用中取得了較大的進(jìn)展.如目前加拿大通過(guò)在全國(guó)建立監(jiān)測(cè)網(wǎng)并應(yīng)用信息素進(jìn)行誘捕檢疫小蠹蟲已獲得很好成果,而且其生產(chǎn)的有關(guān)產(chǎn)品已在世界很多國(guó)家小蠹蟲防治和檢疫中得到應(yīng)?3O2?華東昆蟲第l6卷用【3I4;我國(guó)無(wú)錫市出入境檢驗(yàn)檢疫局和南京農(nóng)業(yè)大學(xué)植保學(xué)院也根據(jù)樹(shù)木引誘成分和小蠹蟲聚集信息素的有效成分配制出數(shù)種引誘劑,并在張家港出入境檢驗(yàn)檢疫局所轄的東南亞,非洲,大洋洲進(jìn)口木材基地,太倉(cāng)出入境檢驗(yàn)檢疫局所轄的俄羅斯進(jìn)口木材基地以及無(wú)錫市出入境檢驗(yàn)檢疫局所轄的進(jìn)口包裝木制品場(chǎng)地進(jìn)行了引誘試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)自行研制的引誘劑對(duì)進(jìn)口木材

19、上的小蠹蟲有較好的誘捕效果,目前已在東南亞,非洲,大洋洲進(jìn)口木材和俄羅斯進(jìn)口木材上誘捕到21種小蠹蟲.3展望信息素是當(dāng)前國(guó)際昆蟲學(xué)界最活躍的研究領(lǐng)域之一,可以作為控制害蟲的一種經(jīng)濟(jì)有效的防治手段.雖然我國(guó)目前對(duì)小蠹蟲信息素的研究取得了巨大的進(jìn)展,但仍有很多問(wèn)題沒(méi)有得到解決,還存在較多的局限性.如目前我國(guó)對(duì)小蠹蟲信息素的組分的確切功能還不是太清楚,對(duì)小蠹蟲信息素的應(yīng)用在技術(shù)上還不成熟,有些甚至還停留在理論水平上,在防治和檢疫等實(shí)際工作中還需進(jìn)一步確定和驗(yàn)證.因此,進(jìn)一步深入開(kāi)展小蠹蟲信息素的基礎(chǔ)和應(yīng)用研究顯得尤為重要.今后其研究方向主要體現(xiàn)在以下方面:繼續(xù)鑒定和合成更多更好的小蠹蟲信息素供農(nóng)林部

20、門使用;進(jìn)一步加強(qiáng)小蠹蟲信息素一些生物學(xué)特性的研究,如小蠹蟲的行為反應(yīng),蟲口密度等;加強(qiáng)研究確定小蠹蟲信息素的每一成份在小蠹蟲化學(xué)通訊中的作用,了解其在體內(nèi)合成的機(jī)理;加快小蠹蟲信息素產(chǎn)品的研發(fā)速度,降低生產(chǎn)成本,提高應(yīng)用效果.如改進(jìn)小蠹蟲引誘劑的配方,通過(guò)引入新方法開(kāi)發(fā)一些新的產(chǎn)品劑型等;借助衛(wèi)星遙感遙測(cè),全球定位系統(tǒng),地理信息系統(tǒng),多媒體和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等先進(jìn)高新技術(shù),建立長(zhǎng)期誘捕器監(jiān)測(cè)系統(tǒng);在分子領(lǐng)域培育抗小蠹蟲樹(shù)種.總之,隨著小蠹蟲信息素基礎(chǔ)與應(yīng)用研究的日益完善,小蠹蟲信息素會(huì)進(jìn)一步展現(xiàn)其在小蠹蟲綜合治理中的美好應(yīng)用前景,而它的應(yīng)用也必將會(huì)進(jìn)入一個(gè)新的高潮.參考文獻(xiàn):1關(guān)秀敏,孫緒艮.林木

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