茶樹和害蟲對(duì)寄主的定位依賴于茶樹芽梢的揮發(fā)物

茶樹和害蟲對(duì)寄主的定位依賴于茶樹芽梢的揮發(fā)物

在廣闊的生態(tài)空間中，植物種類昆蟲和天敵之間的雙重營養(yǎng)關(guān)系之間，哪個(gè)機(jī)制可以正確、準(zhǔn)確地定位植物種類中的昆蟲。天敵是如何在如此巨大的空間中找到食物的來源？這種神秘似乎由一些特定的化合物控制。因此，為了提高自然界的化學(xué)生態(tài)學(xué)聯(lián)系機(jī)制，有必要對(duì)該機(jī)制進(jìn)行協(xié)調(diào)和管理。茶園生態(tài)系有極豐富的生物種群,茶區(qū)溫暖而濕潤的氣候有利于害蟲的孳生繁衍。正因?yàn)椴枞~這種飲用品的性質(zhì)所決定,化學(xué)農(nóng)藥的使用受到限制,無公害茶葉已作為政府行為指導(dǎo)著茶葉生產(chǎn),因此闡明茶樹-害蟲-天敵三重營養(yǎng)間的化學(xué)通訊聯(lián)系機(jī)制具有理論和實(shí)踐意義。國內(nèi)外在棉花,蔬菜上也已開展此方面研究,但多為一種寄主對(duì)一種害蟲和天敵的研究,而對(duì)同一寄主上多種害蟲和天敵間的研究則少見報(bào)導(dǎo)。為此我們選擇了茶樹和茶尺蠖、茶蚜、小綠葉蟬三種主要茶樹害蟲及其各自的天敵開展此項(xiàng)研究。1材料和方法1.1toxoptera-中華草、chri開發(fā)流程茶樹-茶尺蠖(Ectropisobliqua)-絨繭蜂(Apantelessp.)茶樹-茶蚜(Toxopteraaurantii)-蚜繭蜂(Aphidiussp.)、中華草蛉(Chrysopasinica)、瓢蟲(Leisaxyridis.Coccinellaseptempunctata)茶樹-假眼小綠葉蟬(Empoascavitis)-白斑獵蛛(Evarchaalbaria)1.2gc/ms分析采用ButleryRG等(1984)的方法,并加改進(jìn)制成茶樹新梢揮發(fā)物的動(dòng)態(tài)捕集裝置,將1000克茶樹芽梢放在60L玻璃容器中,新梢基部用濕潤脫脂棉保濕,進(jìn)氣口空氣經(jīng)活性炭過濾后進(jìn)入容器,用50mg經(jīng)活化的TenaxTA(275℃通氮活化6h)的玻璃柱連接到出氣口,連續(xù)抽氣24h,抽氣速度控制在100ml/min,用100ml重蒸乙醚淋洗Tenax柱,在50℃水溶下濃縮到1ml左右,再用氮?dú)饬鳚饪s到20μl左右,進(jìn)行GC/MS分析。GC/MS測(cè)定用HP5890A/HP5972MSD氣質(zhì)聯(lián)用儀,色譜柱為50m×0.2mmidPEG-20石英毛細(xì)管柱。檢測(cè)器:FID,無分流比進(jìn)樣,進(jìn)樣口溫度200℃,GC/MS接口溫度:280℃,柱溫50～190℃,升溫速度2℃/min。EI離子源:電離能為70ev,載氣:99.9995%He。以GC/MS對(duì)每一組分進(jìn)行初步檢索,再依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化合物進(jìn)行定性,根據(jù)總離子流色譜圖(TIC)中揮發(fā)物各組份的峰面積與內(nèi)標(biāo)峰面積的比值進(jìn)行相對(duì)定量。1.3角端電生理測(cè)定將測(cè)定昆蟲觸角的基節(jié)處和頂端部分用眼科剪剪去,在顯微鏡下將記錄電極套在觸角端,將參考電極插入觸角基部,玻璃電極灌以電生理液,用Ag/AgCl絲作引導(dǎo),每只蟲取一只觸角,對(duì)同一氣味重復(fù)測(cè)定5次,共測(cè)5只觸角,不同味源間用青葉醇(Z-3-hexen-l-ol)進(jìn)行刺激,以便計(jì)算時(shí)進(jìn)行基線校正。1.4管臂釋放臂管臂的測(cè)定采用Y形嗅覺儀測(cè)定昆蟲對(duì)不同氣源的行為反應(yīng),Y形管臂長10cm,內(nèi)徑1.0cm,兩臂夾角90°,釋放管長10cm,生測(cè)時(shí)將一25W白熾燈平行放在Y管上方20cm處,每一管臂各接一味源瓶,一為空白處理,一個(gè)用于承接不同處理的新梢,進(jìn)入味源瓶的空氣先經(jīng)活性碳過濾后,再進(jìn)入蒸餾水加濕瓶以濕化空氣,抽氣口連接在Y管釋放臂處,流速為150ml/min,測(cè)定時(shí)將待測(cè)昆蟲單獨(dú)從釋放口引入,待蟲從小管中爬出后計(jì)時(shí)5min,記錄進(jìn)入兩管蟲的數(shù)量和每頭蟲從釋放到達(dá)目的味管臂所需時(shí)間,在釋放臂上留5min仍不活動(dòng)的昆蟲記錄為不反應(yīng)。每個(gè)處理至少處理20頭蟲,處理完后用洗滌劑清洗裝置,烘干,以消除不同處理間殘留氣味的影響,每測(cè)10頭蟲時(shí)調(diào)換一下Y管兩臂的方向,以消除誤差。2結(jié)果與分析2.1茶/茶梢生長的生物活性化合物茶樹芽梢的揮發(fā)物經(jīng)用GC/MS檢測(cè),主要有11種成份,有正-戊醇、順-2-正戊-1-醇、順-己烯-1-醇、反-2-戊醇、反-2-己烯醛和1-戊烯-3-醇等C5-C6碳化合物(2)。經(jīng)用茶尺蠖成蟲進(jìn)行的生測(cè)和EAG測(cè)定表明,茶尺蠖成蟲對(duì)C4-C10碳飽和直鏈醇的EAG反應(yīng)隨C原子數(shù)的增加呈明顯的拋物線型曲線,其反應(yīng)幅度電壓在0.2～0.9mv間,均以C6原子的醇反應(yīng)最強(qiáng),C5、C7碳化合物次之。雌蛾EAG反應(yīng)低于雄蛾。對(duì)茶尺蠖成蟲而言,對(duì)醇類化合物的反應(yīng)大于醛類化合物。在不同的芽梢揮發(fā)物中,茶尺蠖成蟲對(duì)完整茶梢釋放的揮發(fā)物的反應(yīng)最大,在用單個(gè)化合物進(jìn)行的生測(cè)和EAG反應(yīng)測(cè)定中表明,EAG反應(yīng)較強(qiáng)的化合物有1-戊烯-3-醇、順-3-己烯-1-醇,正-戊醇、反-2-己烯醛,正庚醇和芳樟醇,其反應(yīng)值一般在10-4～10-7g/ml濃度范圍內(nèi)。茶蚜對(duì)芽梢的定向反應(yīng)也與芽梢的揮發(fā)物有密切關(guān)系,用EAG測(cè)定結(jié)果表明,茶蚜對(duì)青葉醇、反-己烯醛、順-3-乙酸乙烯酯組份反應(yīng)最強(qiáng),對(duì)芳樟醇和水楊酸甲酯也有較強(qiáng)的反應(yīng)。用Y形管進(jìn)行的生測(cè)表明,茶蚜對(duì)芽梢揮發(fā)物有強(qiáng)的趨性,此外對(duì)青葉醇,順-3-己烯乙酯、水楊酸甲酯、反-己烯醛也有很強(qiáng)的趨性。假眼小綠葉蟬成蟲在Y形管中對(duì)茶梢揮發(fā)物、芳樟醇、青葉醇、反-2-己烯醛均有很強(qiáng)的趨性,其次為香葉醇、羅勒烯和順-3-己烯-1-醇。圖1以茶蚜對(duì)各種茶樹揮發(fā)物的趨向率為例說明對(duì)茶樹揮發(fā)物的反應(yīng)。根據(jù)對(duì)上述3種茶樹害蟲的EAG和生測(cè)結(jié)果表明,正常芽梢的揮發(fā)物和青葉醇、己烯醛、芳樟醇等綠葉化合物對(duì)3種茶樹害蟲都具強(qiáng)引誘活性,單個(gè)化合物的引誘活性不如全組分芽梢揮發(fā)物,說明這種天然揮發(fā)物具有最佳的配比,在田間條件下引誘茶樹害蟲。2.2病蟲害對(duì)茶樹枝條型質(zhì)的影響正常的芽梢揮發(fā)物對(duì)茶樹害蟲具有強(qiáng)引誘力,是茶樹-昆蟲長期協(xié)同進(jìn)化的結(jié)果。在浩瀚的自然空間,茶樹害蟲到達(dá)茶樹并進(jìn)行為害后,會(huì)使得茶樹代謝過程發(fā)生變化,隨之釋放出的揮發(fā)物組份也會(huì)改變,根據(jù)用3種重要茶樹害蟲對(duì)茶樹進(jìn)行為害后測(cè)定其為害前后茶樹新梢中揮發(fā)組份的GC/MS分析表明,這種揮發(fā)性組份在受到害蟲為害后會(huì)發(fā)生質(zhì)和量的變化,如茶梢在經(jīng)過茶尺蠖為害后,揮發(fā)物中醇類化合物含量減少,而醛類化合物含量增加。在茶蚜-茶樹新梢的組合中,經(jīng)茶蚜加害后的茶梢,茶甲醛含量明顯增加,而苯甲醇含量明顯減少。用針進(jìn)行人工模擬傷害茶梢的揮發(fā)組份和蚜害芽梢的揮發(fā)組份有明顯不同。假眼小綠葉蟬為害后的茶梢中最顯著的變化是多出了3,6-二甲基,3,7-辛二烯-2-6二醇,同時(shí)吲哚和反-2-己烯醛含量也有所增加(表1)。由表1可見,茶樹在遭受害蟲加害后會(huì)使其代謝過程發(fā)生變化,因而釋放出與正常芽梢不同的揮發(fā)性化合物。必須指出的是不同害蟲加害后所引起芽梢揮發(fā)物的?；愿淖?不同害蟲引起茶樹芽梢釋放出不同的化合物種類,因而對(duì)不同的天敵種類有不同的引誘活性。這可以看作為茶樹在遭受害蟲加害后出現(xiàn)的一種保衛(wèi)反應(yīng),它憑籍代謝過程的改變而釋放出特異性揮發(fā)物,用以引誘天敵以保衛(wèi)自身,也是寄主的一種間接抗性。2.3對(duì)現(xiàn)實(shí)的誘變效果根據(jù)用對(duì)害蟲加害前后的茶樹新梢釋放的主要揮發(fā)物生物測(cè)定的結(jié)果表明,天然芽梢釋放的揮發(fā)物對(duì)害蟲具引誘活性,但對(duì)天敵無或僅具弱的引誘活性,害蟲加害后誘導(dǎo)形成的新的特異性揮發(fā)性互利素則對(duì)天敵具很強(qiáng)的引誘活性,而對(duì)害蟲卻沒有或只具有弱的引誘活性。如茶蚜加害后芽梢釋放的揮發(fā)物中苯甲醛含量明顯增加。EAG測(cè)定結(jié)果表明,苯甲醛在10-8g/ml濃度下對(duì)中華草蛉、蚜繭蜂、瓢蟲等多種茶蚜天敵具強(qiáng)引誘活性,而對(duì)茶蚜基本無反應(yīng)。相反,茶蚜對(duì)苯甲醇的反應(yīng)則大于苯甲醛?？梢?苯甲醇對(duì)茶蚜具引誘活性,而苯甲醛對(duì)天敵具強(qiáng)活性。同樣的,茶蚜為害后含量明顯增加的反-2-己烯醛,10-6g/ml濃度對(duì)七星瓢蟲和中華草蛉均具極強(qiáng)的引誘活性,其EAG響應(yīng)值分別達(dá)1.2和0.56mv,明顯較醇類化合物強(qiáng)(6)。假眼小綠葉蟬的測(cè)定表明,天然芽梢釋放的揮發(fā)物和芳樟醇對(duì)小綠葉蟬具極強(qiáng)的引誘活性,與對(duì)照相比其差異達(dá)顯著水平,而用小綠葉蟬加害后形成的2,6-二甲基-3,7-辛二烯-2,6-二醇測(cè)定時(shí)與對(duì)照相比,比值小于1,說明對(duì)小綠葉蟬可能還具輕微排斥作用(表3)。但該化合物對(duì)小綠葉蟬而的捕食性天敵-白斑獵蛛具極強(qiáng)的引誘活性,在1C-8和10-9g/ml低濃度下,與對(duì)照相比差異分別達(dá)顯著水平(P<0.05)和極顯著水平(P<0.01)(圖3)。雌蛛反應(yīng)強(qiáng)于雄蛛。在日本和中國臺(tái)灣有一種受小綠葉蟬危害的茶葉分別名為‘Pom-Fon’茶和‘東方美人’茶,它具有特殊香味,經(jīng)鑒定為2,6-二甲基-3,7-辛二烯-2,6-二醇,和本研究不謀而合。他們認(rèn)為這是一種可以提高茶葉風(fēng)味的化合物,而在我們的實(shí)驗(yàn)中證明它還是一種具有呼救天敵,保衛(wèi)自身的化合物。相類似的,在小綠葉蟬為害后明顯增加的吲哚在生測(cè)中對(duì)天敵也表現(xiàn)出明顯的引誘活性,與對(duì)照間的差異水平為0.05<P<0.01。茶尺蠖在加害后,茶梢揮發(fā)無中C5-C6醇類量減少,而C5-C6醛類釋放量增加,前者對(duì)茶尺蠖成蟲的引誘力大于茶尺蠖天敵絨繭蜂,而后者對(duì)絨繭蜂的引誘活性大于茶尺蠖。表4是幾種茶樹-害蟲組的研究中誘導(dǎo)形成的揮發(fā)性互利素。2.4昆蟲口腔氧化物對(duì)茶樹的影響研究表明,害蟲誘導(dǎo)茶樹形成揮發(fā)性互利素的機(jī)制是通過害蟲取食時(shí)口腔分泌物的進(jìn)入而完成的。茶樹葉片用剪刀剪葉片(模擬咀嚼式口器為害)或針刺葉片(模擬刺吸式口器為害)構(gòu)成機(jī)械損傷,雖然釋放的揮發(fā)物與正常芽梢不同,但與害蟲加害后釋放的化合物有明顯差異。用茶尺蠖的口腔分泌物點(diǎn)施在人為機(jī)械損傷的葉片上,其釋放出的揮發(fā)物與害蟲為害后釋放的揮發(fā)物相似,說明了害蟲口腔分泌物在誘導(dǎo)茶樹形成特異性揮發(fā)互利素中的作用。在小綠葉蟬的實(shí)驗(yàn)中,用小綠葉蟬頭部提取液點(diǎn)施在針刺機(jī)械損傷的茶梢上時(shí),可以取得與葉蟬加害茶梢相類似的效果,這種口腔分泌物起著一種引發(fā)子(elicitor)的作用。進(jìn)一步用茶尺蠖幼蟲口腔分泌物300μl加入500ml的亞油酸液中,在30℃恒溫箱中12h,與不加的相比,形成多種醛類化合物。對(duì)害蟲口腔分泌物的酶分析表明,其中含有較高的酯氧合酶和β-葡萄糖甙酶活性,分別為0.206±0.090單位/40μl和0.463±0.280單位/40μl。為了探明昆蟲口腔分泌物在進(jìn)入茶梢體內(nèi)后的動(dòng)態(tài)過程,用100μciNa214(CO3與HCl使釋出14CO2然后將茶苗放入其中使進(jìn)行光合同化,用此放射性葉片喂飼三齡茶尺蠖幼蟲三天,使獲得足夠放射性,然后使取食茶苗中部的第三片葉片,結(jié)果表明,在其取食葉片上方和下方,根系中均可測(cè)出放射活性,這表明,這種具放射活性的昆蟲口腔分泌物可以向上方運(yùn)輸,也可以向下運(yùn)輸[1、2]。也就是說當(dāng)害蟲加害茶樹葉片后,口腔分泌物的活性可以周身輸導(dǎo)到茶樹其他部位使發(fā)揮誘導(dǎo)揮發(fā)性互利素的作用,Mattiacci氏也有類似的報(bào)告。4茶樹—討論通過對(duì)三個(gè)三級(jí)營養(yǎng)層系統(tǒng)的化學(xué)生態(tài)學(xué)研究(茶樹-茶尺蠖-絨繭蜂;茶樹-茶蚜-捕食性天敵(草蛉、異色瓢蟲、七星瓢蟲)、寄生性天敵(蚜繭蜂);茶樹-假眼小綠葉蟬-白斑獵蛛)都很有規(guī)律地發(fā)現(xiàn)如下幾點(diǎn):1、揮發(fā)物是茶樹-茶樹害蟲-天敵三重營養(yǎng)關(guān)系中信息交流的主要載體;2、茶樹害蟲利用正常茶梢釋放的揮發(fā)物定位于茶樹(色澤對(duì)害蟲定位也提供物理信息);3、害蟲加害茶梢后會(huì)引起其代謝過程的改變而釋放出新的揮發(fā)性化合物,這些化合物具有互利素(synomone)的作用;不同害蟲對(duì)茶梢的為害會(huì)引起不一樣的代謝過程的變化,因而釋放出不同的特征性化合物;4、這些形成的新特異性揮發(fā)互利素往往對(duì)害蟲沒有或只具有弱的引誘活性,而對(duì)誘導(dǎo)形成這種化合物的害蟲的天敵具有強(qiáng)的引誘活性。天敵昆蟲即根據(jù)這些互利素提供的化學(xué)信息尋覓到害蟲。除了揮發(fā)性互利素外,害蟲的體表物質(zhì)和分泌物(如蜜露)也起著引誘天敵的作用。5、一種或幾種揮發(fā)性互利素是在害蟲口腔分泌物中酶類的作用下誘導(dǎo)形成的。圖4是茶樹產(chǎn)生揮發(fā)性互利素引誘天敵的可能機(jī)制。通過對(duì)三組茶樹-害蟲-天敵的化學(xué)生態(tài)學(xué)研究,可以認(rèn)為在復(fù)雜的茶園生態(tài)系中,無論是同一級(jí)營養(yǎng)層內(nèi)還是不同營養(yǎng)層間都由一些信息物質(zhì)使得保持種內(nèi)和種間的通訊聯(lián)系。性信息素是一個(gè)昆蟲種內(nèi)不同性別間的化學(xué)通訊信息物,通過這種聯(lián)系使得雌雄個(gè)體在廣袤的空間得以定位,由此繁衍種群。至于不同營養(yǎng)層間也主要是通過化學(xué)通訊機(jī)制調(diào)節(jié)種間的相互行為,獲得食料而生存。寄主植物在受到害蟲為害后,它也可以通過代謝的改變釋放出