虫害诱导挥发物的生态调控功能

虫害诱导挥发物（herbivore-induced plant volatiles, HIPVs）是植物受害虫胁迫后释放的挥发性物质,是植物与周围环境进行信息交流的媒介。环境中的天敌、害虫和植物通过感知HIPVs所携带的信息,对各自的行为或生理生化反应做出相应的调整。介绍了挥发物的种类及主要的生物合成途径,概括了影响天敌依据HIPVs搜寻寄主和猎物的主要因素。综述了这类挥发性物质对植食性昆虫寄主选择或产卵行为的影响,介绍了植物地上部分和地下部分受害后对彼此间接防御的影响,讨论了多种害虫加害同种植物后对天敌搜寻猎物或寄主行为的影响。另外,作为损伤信号,HIPVs还能诱导同株植物未受害部位和邻近植株的防御反应。最后,对HIPVs在害虫防治中的应用现状及前景作了介绍和讨论。     

虫害诱导的植物挥发物代谢调控机制研究进展

长期受自然界的非生物/生物侵害,植物逐步形成了复杂的防御机制,为防御植食性昆虫的为害,植物释放虫害诱导产生的挥发性化合物(herbivore-induced plant volatiles,HIPVs)。HIPVs是植物-植食性昆虫-天敌三级营养关系之间协同进化的结果。HIPVs的化学组分因植物、植食性昆虫种类的不同而有差异。生态系统中,HIPVs可在植物与节肢动物、植物与微生物、虫害植物与邻近的健康植物、或同一植株的受害和未受害部位间起作用,介导防御性反应。HIPVs作为寄主定位信号,在吸引捕食性、寄生性天敌过程中起着重要作用。HIPVs还可以作为植物间信息交流的工具,启动植株的防御反应而增强抗虫性。不论从生态学还是经济学角度来看,HIPVs对于农林生态系中害虫综合治理策略的完善具有重要意义。前期的研究在虫害诱导植物防御的化学生态学方面奠定了良好基础,目前更多的研究转向阐述虫害诱导植物抗性的分子机制。为了深入了解HIPVs的代谢调控机制,主要从以下几个方面进行了综述。因为植食性昆虫取食造成的植物损伤是与昆虫口腔分泌物共同作用的结果,所以首先阐述口腔分泌物在防御反应中的作用。挥发物诱导素volicitin和β-葡萄糖苷酶作为口腔分泌物的组分,是产生HIPVs的激发子,通过调节伤信号诱发HIPVs的释放。接着阐述了信号转导途径对HIPVs释放的调节作用,并讨论了不同信号途径之间的交互作用。就HIPVs的代谢过程而言,其过程受信号转导途径(包括茉莉酸、水杨酸、乙烯、过氧化氢信号途径)的调控,其中茉莉酸信号途径是诱发HIPVs释放的重要途径。基于前人的研究,综述了HIPVs的主要代谢过程及其过程中关键酶类的调控作用。文中的HIPVs主要包括萜烯类化合物、绿叶挥发物和莽草酸途径产生的芳香族化合物,如水杨酸甲酯和吲哚等。作为化学信号分子,这些化合物中的一部分还能激活邻近植物防御基因的表达。萜烯合酶是各种萜烯类化合物合成的关键酶类,脂氧合酶、过氧化氢裂解酶也是绿叶挥发物代谢途径中的研究热点,而苯丙氨酸裂解酶和水杨酸羧基甲基转移酶分别是合成水杨酸及其衍生物水杨酸甲酯的关键酶类。这些酶类的基因在转录水平上调控着HIPVs代谢途径。最后展望了HIPVs的研究前景。     

诱茶尺蠖天敌寄生蜂的茶树挥发物的分离与鉴定

采用Tenax GC动态吸附法对茶树-茶尺蠖Ectropis obliqua (Prout)-单白绵绒茧蜂Apanteles sp.三重营养关系中茶树的新梢挥发性化合物进行了捕集,经GC、GC-MS鉴定结果表明,不同来源的挥发物的组成和数量是不同的,完整茶树新梢(IS)的挥发物有11种组份;机械损伤新梢(MDS)的挥发物有13种组份;茶树-茶尺蠖取食复合体(PHC)的挥发物有15种组份,而用经典的SDE法获得的新梢精油有13种组份,4种挥发物数量的大小顺序为SDE>MDS>PHC>IS。生物测定结果表明,无气味经历的雌单白绵绒茧蜂对IS和MDS的气味的选择作用无统计上的显著性,对机械损伤新梢+幼虫口腔分泌物(MDS+Reg), 幼虫取食损伤(LDS)和PHC的气味有较强的偏好选择性。     

显著调控假眼小绿叶蝉行为的迷迭香挥发物鉴定

茶园生态系中生长着众多草本和木本植物,迷迭香就是其中常见的木本杂草。以其幼嫩部分为味源、茶园重要害虫假眼小绿叶蝉为试虫,用Y形管嗅觉仪做行为测定,以洁净空气为CK,发现随着味源剂量增加,其引诱的假眼小绿叶蝉数增至一个数值再减少,二者呈抛物线关系。从迷迭香挥发物中鉴定出46种化合物,包含醇类9种、酮类4种、酯类4种、酸类1种、烯烃类18种、烷烃类7种、醚类1种、醛类1种和酚类1种。醇类含量最大,占总量52.20%;单组分中桉树脑、左旋α-蒎烯和马鞭草烯酮的含量最大,分别占总量的42.54%、10.37%和6.82%。使用迷迭香挥发物中含量较大的25种组分为味源,每味源配制几种剂量,以正己烷为CK,用Y形管嗅觉仪进行行为测定,发现10-2g/mL樟脑、10-4g/mL石竹烯、10-6g/mL和10-8g/mLα-水芹烯、10-4g/mL和10-10g/mLα-松油醇、10-10g/mL和10-8g/mL桉树脑显著引诱假眼小绿叶蝉;而10-10g/mLβ-蒎烯显著排斥假眼小绿叶蝉。经分析认为:茶园中除了茶树之外,还有其它植物挥发物引诱假眼小绿叶蝉,可为筛选茶园中诱虫植物提供参考。     

棉蚜和茉莉酸甲酯诱导棉花挥发物组分分析

采用固相微萃取和气质联用技术,对健康棉叶、蚜害棉叶、蚜害棉叶-棉蚜复合物、茉莉酸甲酯处理棉叶以及棉蚜蜜露和棉蚜自身挥发物成分进行了提取和组分分析。共检测出27种挥发性化学物质。健康棉叶、蚜害棉叶、蚜害棉叶-棉蚜复合物、茉莉酸甲酯处理棉叶挥发物中,均含α-蒎烯、β-蒎烯、β-石竹烯、十五烷、十六烷、十七烷、-Cyclohexen-1-ol,1-(1,5-dimethyl-4-hexenyl)-4-methyl-7种组份。蚜害棉叶或蚜害棉叶-棉蚜复合物中检测到α-水芹烯、α-石竹烯、α-法尼烯、2,6,10-三甲基十五烷、(E,Z)-2,6-二甲基-2,4,6-辛三烯、2,6,10,14-四甲基十五烷、蒽、二酚基丙烷8种组份;3-蒈烯、(E)-β-法尼烯只在蚜害棉叶及茉莉酸甲酯处理棉叶中被检测出。在棉蚜及其蜜露中都能检查到壬醛、癸醛、十四烷、十五烷、十六烷、十七烷;而1-甲氧基-4-[(Z)-1-丙烯基]苯、(E)-β-法尼烯、菲只在棉蚜蜜露中被检查到;6,10-二甲基-5,9-十一双烯-2-酮只在棉蚜中被检测到。研究结果为进一步开展棉花、棉蚜挥发物对天敌昆虫的吸引作用研究奠定了基础。     

白星花金龟聚集信息素的分离鉴定及引诱效果

[目的]明确白星花金龟Protaetia brevitarsis Lewis聚集信息素的有效成分,为白星花金龟的绿色防控提供支持.[方法]通过动态顶空法收集白星花金龟雌虫、雄虫和雌雄虫混合挥发物,用气相色谱-质谱(Gas chromatography-mass spectrometry,GC-MS)联用技术对收集的挥发物进行分析鉴定,并利用触角电位(Electroantennogram,EAG)仪和Y型嗅觉仪测定白星花金龟对8种化合物的触角电位和行为选择反应.[结果]白星花金龟雌虫、雄虫和雌雄虫混合挥发物中皆鉴定出8类15种化合物,包括6种烷烃类、2种酚类、2种芳香烃类、1种烯类、1种吡啶类、1种胺类、1种醇类和1种酮类.EAG试验结果表明,白星花金龟对8种化合物都有EAG反应,且不同挥发物间、同种挥发物不同浓度间的EAG反应存在差异.白星花金龟对蒎烷胺、3,4-二甲基-6-乙基苯酚、2,3-二甲基苯乙酮和2,6,10,14-四甲基十七烷4种挥发物的EAG反应相对值在1μg/μtL时达到最大,对萘、苯并噻唑、百里酚和正十四烷4种挥发物的EAG反应相对值在10 μtg/μtL时达到最大.行为选择反应表明,白星花金龟雌成虫、雄成虫对2,3-二甲基苯乙酮有明显趋向性,选择反应率大于70％,对2,6,10,14-四甲基十七烷、萘、苯并噻唑、百里酚和正十四烷5种物质均表现出显著或极显著的驱避效果,对3,4-二甲基-6-乙基苯酚和蒎烷胺表现出了性别上的差异,雄虫对3,4-二甲基-6-乙基苯酚表现出显著的趋向性,对蒎烷胺表现出显著的驱避性,而雌虫对这2种挥发物却无明显反应.[结论]2,3-二甲基苯乙酮对白星花金龟雌成虫、雄成虫有明显的引诱效果,2,6,10,14-四甲基十七烷、萘、苯并噻唑、正十四烷和百里酚有较强的驱避作用,推测2,3-二甲基苯乙酮是白星花金龟聚集信息素的有效组分.     

二化螟与稻纵卷叶螟幼虫取食诱导的水稻挥发物比较

前期研究结果表明,二化螟和稻纵卷叶螟幼虫为害所诱导的水稻挥发物能对二化螟绒茧蜂Apanteles chilonis Munakata、二化螟Chilo suppressalis(Walker)和稻纵卷叶螟Cnaphalocrocis medinalis(Guene)雌成虫的行为产生影响,并且两者的影响效应存在明显差异,但至今仍不清楚2种害虫危害后水稻挥发物的变化情况。利用动态吸附法对健康水稻苗、二化螟或稻纵卷叶螟幼虫为害苗的挥发物进行捕集与鉴定。在3种处理水稻苗中,共捕集到28种挥发物组分,包括萜类化合物、烷烃类化合物、酮类、醇类、水杨酸甲酯和一些未知化合物。二化螟和稻纵卷叶螟为害均能导致水稻挥发物总量和大多挥发物组分释放量的上升;同时,二化螟幼虫危害能诱导水稻新释放2-heptanonol,(E)-linalooloxide和2种未知挥发物组分,稻纵卷叶螟为害则可诱导水稻产生2-heptanonol,(E)-linalooloxide,MeSA和β-caryophyllene4种新化合物。2种虫害稻株间的比较表明,β-caryophyllene和MeSA是稻纵卷叶螟危害水稻后诱导产生的特有挥发物组分,并且linalool,α-copaene,(+)-cedrol,n-heptadecane和n-nonadecane在二化螟为害苗与稻纵卷叶螟为害苗之间差异显著。这一结果也许可以解释2种害虫诱导水稻挥发物对天敌和害虫行为影响不同的原因。     

杂交兰花色花香生物合成途径的转录组分析

该研究以杂交兰(Cymbidium hybrid)不同花色花香品种‘玉凤’(K18,黄色)和‘福韵丹霞’(K24,紫红色)为材料,采用RNA-Seq技术获得杂交兰不同花期的花朵转录组数据,分析杂交兰不同时期花色/花香相关基因的表达变化,探讨杂交兰花色花香形成的分子机理,为杂交的定向改良和新品种选育提供依据.结果表明:(...     

虫害诱导蔬菜作物挥发物的研究进展

蔬菜作物释放的虫害诱导植物挥发物(Herbivore-induced plant volatiles,HIPVs)是蔬菜作物受害虫胁迫后产生的一类启动防御反应的化合物,可以作为蔬菜作物的对外重要信息交流媒介和防御措施实施前体.蔬菜作物通过释放HIPVs来增强自身防御反应、调节昆虫行为和向邻近作物发出"预警信号",从而直...     

Chemical composition of volatiles from the syconia of Ficus microcarpa and host recognition behavior of pollinating fig wasps

Aims Chemical communication plays a key role in host plant recognition of pollinators. There are two recognized types of chemical communication between syconia and their pollinating fig wasps: one is “generalization”, of which the wasps respond to the relative ratio of multiple compounds, and the other is “specialization”, of which the key signal is a single uncommon, possibly unique, compound. The aims of this study were to identify the chemical composition of volatiles from the syconia of Ficus microcarpa at different developmental phases, and to determine if the signaling between F. microcarpa and its pollinating fig wasp, Eupristina verticillata, is of generalized type, or of specialized type.Methods The volatiles from syconia of F. microcarpa were extracted using solid-phase micro extraction (SPME) at different developmental phases (pre-female, female (before and after pollination), interfloral, male and postfloral phases) and the chemical compounds were identified by gas chromatography mass spectrometry (GC-MS). We then tested the behavioral responses of E. verticillata to fresh syconia at different developmental phases using two-choice olfactometers.Important findings There were 21 volatile compounds identified from the syconia at different developmental phases, which were mainly fatty acid derivatives, terpenoids and aromatic compounds. The components of the volatiles apparently differed among the developmental stages. The contents of terpenoids declined, but the contents of fatty acid derivatives increased, from before the pollination to after the pollination. Especially, the characteristic compounds of 2-heptanone and 3-octanone before the pollination disappeared, D-limonene decreased after the pollination, but copanene, cyclohexane and 2-hexenal increased. The results of the two-choice olfactometer experiment showed that the pollinating fig wasps had higher selection ratio to chemicals found in the female phase syconia than those in other phases; whereas the volatile compounds from the male phase syconia had the function pushing the pollinating fig wasps to leave the natal syconia so that there existed the “push-pull” responses by fig wasps to volatiles released by their host syconia. We conclude that there are multiple chemical compounds playing the roles in host recognition of pollinating fig wasp E. verticillata. The mutualistic relationship between F. microcarpa and E. verticillata is maintained by the chemical communication of “generalization” strategy.