密級： 論文編號： 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院 碩士學(xué)位論文 蟬為害和機(jī)械刺傷對茶芽揮發(fā)物及 活性影響 on PO in on in I 摘 要 本文以 茶樹 為研 究對 象，研 究了 假眼 小綠 葉蟬為 害、 機(jī) 械 刺傷 和外源 多酚氧化酶（ 及茶樹芽梢釋放揮發(fā)性化合物的影響。主要研究結(jié)果如下： 1. 茶樹芽梢 活性在一天中是周期變化的。一天中芽梢 活性有 2 個(gè)高峰，分別出現(xiàn)在一天中的中午 12： 00 和下午 18： 00 左右；一天中的最低值出現(xiàn)在次日早上 6： 00 左右。茶樹芽梢 活性一天中只有一個(gè)最高值和最低值，出現(xiàn)在下午 16： 00 和次日早上 4： 00 左右。 2. 假眼小綠葉蟬為害和機(jī)械損傷對 茶樹芽梢 活性的日變化有很大影響。機(jī)械刺傷后茶芽 活性迅速下降，處理后 10 h 活性降至最低值，下降比例為 之后 活性逐漸升高，在處理后 22h 時(shí)超過對照日變化酶值，且增加比例達(dá)到 。 葉蟬為害后茶芽 活性逐漸升高，在處理后8 小時(shí)左右酶活性出現(xiàn)最高值，之后酶活性波動(dòng)下降，在 次日 早上 6： 00 附近到活性最低值。但與 芽梢 日變化相比，葉蟬為害后 活性下降比例最大值出現(xiàn)在為害處理后 4 h，下降比例為 葉蟬為害后 活性上升比例最大值出現(xiàn)在為害后 24 h 時(shí)，但上升比例僅為 相對于 對照 ，葉蟬為害芽梢活性變化較為平緩。 3. 假眼小綠葉蟬為害 和機(jī)械刺傷對茶梢 活性的日變化 亦有很大影響。芽梢 在 假眼小綠葉蟬為害 6 小時(shí)后酶活性出現(xiàn)一個(gè)較大的提升 ， 后波動(dòng)上升，到次日 凌晨 0： 00 達(dá)到最大值；然后茶芽 活性逐漸下降， 次日 凌晨 6： 00 時(shí)達(dá)最低值，之后進(jìn)入下一個(gè)波動(dòng)周期。機(jī)械損傷對芽梢 活性的影響與葉蟬為害后 活性逐漸上升然后再下降的趨勢不同。機(jī)械損傷后芽梢 活性先上升，處理后 6 小時(shí)達(dá)一個(gè)較大值，之后下降， 刺傷后 12h 達(dá) 到一天中最低值 ，而后波動(dòng)式上升 。 4. 外源 理能誘導(dǎo)茶樹芽梢 活性升高。在用于試驗(yàn)的三個(gè)濃度中， 400l 的外源 理誘導(dǎo)芽梢 活性的能力最強(qiáng)，在 本 所茶園進(jìn)行的試驗(yàn)中外源 理后第 1、 2、 3 和 4 天芽梢 活性比對照分別高 茶樹用 400l 的外源 霧法和緩釋法處理后芽梢 性也均提高了，但兩者間存在差異；在處理后第 1、 2 天噴霧法比緩釋法誘導(dǎo)能力強(qiáng)，方差分析表明存在顯著差異，但在第 3、 4 天兩方法的誘導(dǎo)能力無顯著差異。 同樣，外源 理亦能誘導(dǎo)茶樹芽梢 活性變化。在用于緩釋法試 的 3 個(gè)濃度中，隨著外源 度的增加，誘導(dǎo) 活性的能力有降低的趨勢，但三濃度間差異不顯著。外源 釋處理后芽梢 活性升高。在寧波北侖進(jìn)行的試驗(yàn)中，外源 釋處理后第 1、 2、 3 和 4 天芽梢 外源 理方法之間對酶活性影響較大，噴霧試驗(yàn)中，外源 理表現(xiàn)出對芽梢 隨濃度升高而 抑止作用 加大。 5. 機(jī)械刺傷、外 源 釋處理影響茶樹芽梢揮發(fā)物的組成和含量。機(jī)械刺傷處理芽梢揮發(fā)物組分明顯高比對照芽梢揮發(fā)物要少，只鑒定出 14 個(gè)組分。機(jī)械損傷處理芽梢相比對照芽梢的揮發(fā)性化合物減少了乙酸乙酯、 13醛、正己醇、順 1辛醇、己酸 醇、 31 72， 6甲醇、壬酸甲酯、丁酸 3 二醇、乙酸 6 種物質(zhì)，而增加了吲哚、 1 氫 1烯醛和乙醇等 5 種物質(zhì)；兩者共同具有的化合 物機(jī)械刺傷處理后大多數(shù)含量增加了。 外源 釋處理芽梢后揮發(fā)物與對照存在很大差別。 400l 緩釋處理芽梢揮發(fā)物共鑒定出 25 種，其中與對照比增加的揮發(fā)性化合物有 2 1醛、環(huán)己醇、橙花醇、苯乙醇、 3,7,111,3,6,103酸甲酯；與對照相比外源 釋處理芽梢減少的化合物有 13醛、 2， 5酸 二醇、乙酸 外源 釋處理 能影響 (Z)(Z)1(Z)芳樟醇等 組分的產(chǎn)生和相對含量，進(jìn)而可能影響植物植物、植物昆蟲之間的信息交流。 綜合分析認(rèn)為，在外源 導(dǎo)下、或受葉蟬為害后，茶梢揮發(fā)物中 一種重要的防御信號物質(zhì)。 關(guān)鍵詞 ： 機(jī)械刺傷 ， 假眼小綠葉 蟬 ， 外源 茶芽揮發(fā)物 ， n it is of by on , as as 1 AL PO in a AL 2 00 8 00. AL 00. PO a a 6 00 00, 2 P in AL in a P, AL to 0 h AL K 22 h, . by AL to h to 00 in in a in h by by on by 2 h by by AL in by as as in in in a in 3 P in PO in a h PO in by on a to 00 PO P on PO in is PO h to 2 h 4 AL to 00 l On 23rd th 00 l AL K , , , by is by P in by by do in in PO in by PO to by of IV do PO in As to PO K , , , by of 5 P of of in P K to K 1ZZE,7Zin P Zof K P P. of K. to K ZZ,71,6,10,7,111,5Z,3E, 4E1,6,7so To of or by in It is an V 目 錄 第一章 緒論 . 1 言 . 1 發(fā)物的種類及生物合成途徑 . 2 物的綠葉揮發(fā)物 . 2 類化合物 . 2 它化合物 . 5 物揮發(fā)性物質(zhì)的誘導(dǎo)激發(fā)子 . 6 物揮發(fā)物的化學(xué)生態(tài)功能 . 7 鄰近植物的影響 . 7 昆蟲的影響 . 8 植物的誘導(dǎo)抗蟲作用及機(jī)理 . 9 楊酸類化合物的結(jié)構(gòu)與生物合成途徑 . 9 A 和 導(dǎo)植物的直接抗蟲性 . 11 A 和 植物間接抗蟲中的作用 . 13 息素將在茶樹害蟲綜合治理中發(fā)揮作用 . 13 望 . 15 研究的主要內(nèi)容和目的 . 16 第二章 蟬害、 機(jī)械刺傷對芽梢 性的影響 . 17 料和方法 . 17 試茶樹和昆蟲 . 17 料處理 . 18 活性測定方法 . 18 果與分析 . 19 芽 活性日變化 . 19 械損傷和葉蟬為害對茶芽 活性的影響 . 19 源 導(dǎo)處理對茶芽 活性的影響 . 21 源 理方式對茶芽 活性的影響 . 24 論 . 25 第三章 蟬害、 機(jī)械刺傷對茶芽 性的影響 . 26 料和方法 . 26 試茶樹和昆蟲 . 26 料處理 . 26 活性測 定方法 . 27 果與分析 . 27 梢 活性日變化 . 27 械損傷和葉蟬為害對茶芽 活性的影響 . 29 源 導(dǎo)處理對茶芽 活性的影響 . 30 源 理方式對茶芽 活性的影響 . 32 論與討論 . 33 第四章 外源 機(jī)械刺傷誘導(dǎo)的芽梢揮發(fā)物 . 34 材料和方法 . 34 試茶樹 . 34 劑 . 34 儀器設(shè)備 . 34 料處理 . 35 . 35 發(fā)物組分的定性與定量 . 35 果與分析 . 35 發(fā)物組成概況 . 35 源 刺傷對茶梢中 組分的誘導(dǎo)效應(yīng) . 37 論 . 39 第五章 總討論 . 43 為信號分子在茶樹 茶樹之間可能的傳遞方式 . 43 能在茶樹個(gè)體防御向群體防御轉(zhuǎn)化中起重要作用 . 44 結(jié)和討論 . 45 參考文獻(xiàn) . 47 致 謝 . 55 作 者 簡 歷 . 56 文縮略表 英文縮寫 英文全稱 中文名稱 53輔酶 A 還原酶 類合成酶 肪氧化酶 莉酸羧基甲基轉(zhuǎn)移酶 過氧化物裂 解酶 哚 丙氨酸解氨酶 息酸羥化酶 SA 楊酸 楊酸甲酯 酚氧化酶 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院碩士學(xué)位論文 第一章 緒論 1 第一章 緒論 言 陸生植 物多為 長在 地 面的， 主要通 過根 系 獲取礦 物質(zhì)和 水分 ， 由葉片 制造出養(yǎng)分，缺 乏動(dòng)物 具有 的逃避敵 害的機(jī) 制。 為了防御 蟲害， 植物 進(jìn)化出了 一些抗 性機(jī)制，如 不選擇 性， 即不具備 被害蟲 選擇 的理化特 性，害 蟲選 擇別的替 代寄主 。植物形態(tài) 和化學(xué) 物質(zhì) 是產(chǎn)生不 選擇性 的根 據(jù)。比如 角質(zhì)層 和木 質(zhì)化的硬 表皮， 可有效地抵 御某些 小型 植食昆蟲 的取食 ；而 植物上的 毛囊、 刺和 其它一些 特殊的 器官也可限制昆蟲接近植物中富含營養(yǎng)成分的組織（ et 植物體內(nèi)的生物堿、類 黃酮、 萜內(nèi) 酯和酚類 化合物 則是 阻礙昆蟲 取食的 重要 化合物。 但是， 一旦傷害發(fā)生，植物是不可能象哺乳動(dòng)物那樣移動(dòng)?；募?xì)胞承擔(dān)傷口治愈功能的。面對傷害，植物并不是消極忍耐，而是采取一些策略防御敵害，增加生存的機(jī)會。經(jīng)過長期 的進(jìn)化 ，植 物擁有激 活防御 反應(yīng) 的能力， 這些反 應(yīng)可 以是在轉(zhuǎn) 錄水平 上發(fā)生的， 與防御 相關(guān) 基因的 激 活與表 達(dá)。 這些傷激 活的反 應(yīng)促 使受傷植 物組織 的痊愈，也 激活植 物防 御機(jī)制以 免受到 進(jìn)一 步傷害。 比如改 變自 身的代謝 方式， 產(chǎn)生某些驅(qū) 避植食 性昆 蟲的氣味 、體內(nèi) 累積 有毒次生 化合物 ，改 變揮發(fā)性 次生化 合物的組成以引來致害昆蟲的天敵（周新生 嚴(yán)福順 2004）。有毒揮發(fā)物的累積和釋放屬于抗 生性。 不選 擇性、抗 生性和 耐害 性構(gòu)成了 植物三 種基 本抗性機(jī) 制。植 物大部分傷誘導(dǎo)反應(yīng)出現(xiàn)在傷害發(fā)生后的一個(gè)時(shí)間段內(nèi)，從幾分鐘到幾個(gè)小時(shí)（ 998），反應(yīng)過程涉及傷害的產(chǎn)生、特殊信號釋放、感知和轉(zhuǎn)導(dǎo)，繼而激活植物防御 基因。 植物富含眾多天然化合物，其中的許多是有揮發(fā)性，種類涉及脂肪酸衍生物、萜類、吲哚和源于其它化合物家族的分子（ 001）。健康植株主動(dòng)釋放一些揮發(fā)性物質(zhì)，但是機(jī)械損傷和植食性昆蟲取食會改變植物釋放的揮發(fā)物組成成分，引起揮發(fā) 物質(zhì)和 量的 變化。這 些揮發(fā) 物中 的一些組 分，可 被選 擇性地輸 出，改 變當(dāng)前生產(chǎn) 者如蟲 害植 株、鄰近 植株和 害蟲 三者間的 相對關(guān) 系， 在植物中 充當(dāng)信 號分子的角 色，在 抵御 害蟲為害 中發(fā)揮 著重 要作用。 那么對 于植 物而言， 這些信 號物質(zhì)是什 么呢？ 鄰近 的同種和 不同種 植物 能否感受 這些信 號？ 昆蟲體內(nèi) 又是什 么在誘導(dǎo)這 些信號 物質(zhì) 的產(chǎn)生？ 另外， 近年 來植物誘 導(dǎo)抗性 ，尤 其是昆蟲 取食誘 導(dǎo)的植物間 接防御 ，已 經(jīng)成為新 的研究 熱點(diǎn) 。昆蟲和 植物相 互關(guān) 系的研究 在農(nóng)林 生中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院碩士學(xué)位論文 第一章 緒論 2 態(tài)學(xué)和害 蟲綜合 治理 研究中的 地位越 來越 受重視。 本文綜 合近 年來國內(nèi) 外的研 究進(jìn)展，對具有信號功能的揮發(fā)物的種類、激發(fā)子、合成途徑及其化學(xué)生態(tài)學(xué)功能、以及重要信號分子水楊酸、水楊酸甲酯在誘導(dǎo)植物抗蟲性中的作用作一綜述。 發(fā)物的種類及生物合成途徑 植物揮發(fā)物屬于植物次生代謝物質(zhì)，一般分子量在 100 300 之間，包括烴、醇、醛、 酮、酯 和有 機(jī)酸等。 每種植 物都 含有各自 的揮發(fā) 物 ， 并以一定 的比例 組成該種植 物的化 學(xué)指 紋圖。植 物揮發(fā) 物， 尤其是遭 受植食 性昆 蟲的攻擊 或收到 機(jī)械損傷后 釋放一 系列 復(fù)雜的揮 發(fā)性物 質(zhì)， 為植物、 植食性 昆蟲 及其天敵 提供有 價(jià)值的信息（ 999; et 物的綠葉揮發(fā)物 綠葉揮發(fā)物（ 主要指五碳和六 碳的醛、醇及酯類，來源于脂氧合途徑（見圖 一般由正常植物、機(jī)械損傷和蟲害初期植物所 釋 放（ et 植 物 體內(nèi) ， 幾種 重要 的 綠 葉揮 發(fā) 性 組 分主要源于 肪酸的降解產(chǎn)物，即脂肪酸（亞麻酸和亞油酸）在脂氧合酶作用下轉(zhuǎn)變?yōu)闅溥^氧化物后， 用下裂解為 靠 Z)(Z)乙 醛（ 993）。通 過醇 脫氫 酶、 乙酰 化作 用和 異構(gòu) 化 作用 等進(jìn) 一步加工導(dǎo)致 基化合物的產(chǎn)生，如 (Z)(Z) (Z)Z)各自的 分被 加工成為愈傷激素，其長久以來就被假定 在植 物的 傷反 應(yīng)方面 起重 要作 用（ 993）。在 機(jī)械 和 植食性 昆蟲 損傷后， 立即局部特征性地釋放，并且其在植株上也能被系統(tǒng)地誘導(dǎo)和釋放（ 997）。 類化合物 植物揮發(fā)性萜類化合物大多是單萜、倍半萜及其衍生物（ 984）。在大多數(shù) 蟲害誘 導(dǎo)的 植物揮發(fā) 物中， 萜類 化合物的 種類和 相對 含量都比 健康植 株揮發(fā)物中 的明顯 提高 。這說明 萜類化 合物 是植食昆 蟲誘導(dǎo) 的植 物揮發(fā)物 中的一 個(gè)主要組分（婁永根 程家安 2000）。 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院碩士學(xué)位論文 第一章 緒論 3 乙 酰 輔 酶 A 乙 酰 丙 二 酸 途 徑 飽 和 脂 肪 酸 飽 和 脂 肪 酸 脂 肪 酸 氫 過 氧 化 物 茉莉 酸 茉 莉 酸 甲 酯 、 醇 9,12,15 脫 氫 酶 萄 糖 甲 羥 戊 酸 戊 異 烯 二 磷酸 1 木 酮 糖 戊 異 烯 二 磷 酸 乙 酰 輔 酶 A 二 甲 基 烯 丙 基 二 磷 酸 二 甲 基 烯 丙 基 二 磷 酸 法 尼 基 二 磷 酸 隴 牛 兒 基 二 磷 酸 蒎烯 檸 檬 油精 7,8- 桉樹腦 芳 樟 醇 橙 花 叔 醇 石 竹 烯 法 尼 醇 倍 半 萜 烯 單萜 胞 質(zhì) 質(zhì) 體 國農(nóng)業(yè)科學(xué)院碩士學(xué)位論文 第一章 緒論 4 圖 植 物 揮 發(fā) 性 物 質(zhì) 代 謝 途 徑 及 部 分 關(guān) 鍵 酶 參 考 自 001) 、000)和鄧曉軍（ 2004）略做改動(dòng) （ 植物脂氧合代謝途徑； 植物甲羥戊酸途徑和脫氧 莽草酸代 of 115 333輔酶 A 還原酶； 萜類合成酶； 脂肪氧化酶； 茉莉酸羧基甲基轉(zhuǎn)移酶； 氫過氧化物裂 解酶 ； 吲哚 苯丙氨酸裂解酶； 安息酸羥化酶 ； 安 息 香 酸 甲 酯 苯 甲 醛 B 苯 甲 基 醋 酸 酯 水 楊 酸 莽 草 酸 途 徑 苯 丙 氨 酸 吲哚 苯 甲 醇 肉 桂 酸 甲 酯 安 息 香 酸 肉 桂 酸 哚 楊 酸 甲 酯 S 異 丁 子 香 酚 I 甲基 異 丁 子 香 酚 丁 子 香 酚 甲基 丁 子 香 酚 國農(nóng)業(yè)科學(xué)院碩士學(xué)位論文 第一章 緒論 5 異戊烯基二磷酸（ 二甲基烯丙基二磷酸（ 它們是萜類合成的共同前體。對于異戊烯和單萜， 自質(zhì)體三磷酸甘油醛 徑，關(guān)鍵酶是 151 合成的單萜物質(zhì)如蒎烯、檸檬油精、7,8戊烯作為萜類最簡單的 構(gòu)，以 直接的前體；對于倍半萜， 能來自細(xì)胞質(zhì)的乙酸 徑， 3- 羥基 基 戊 二 酰 基 - 輔酶 A 還原酶（ 3其合成的主要限速酶。在質(zhì)體和細(xì)胞質(zhì)中分別合成的單萜底物牻牛兒基二磷酸（ 倍半萜底 物法尼基二磷酸（ 最后在萜類合成酶（ 催化下生成各自的產(chǎn)物（ et 曉軍等 2004），如石竹烯、法尼烯、法尼醇和橙花叔醇等。萜類化合物代謝過程見圖 它化合物 植物莽草酸代謝途徑（見圖 產(chǎn)生許多具有生理和生態(tài)功能的化合物，如吲哚、水楊酸 (A)和水楊酸甲酯 (其中吲哚 3 作 用 下 生 成 吲 哚 ； 水 楊 酸 和 水 楊 酸 甲 酯 的 生 物 合 成 是 在 苯 丙 氨 酸 裂 解 酶（ 用下，由苯丙氨酸生成反式肉桂酸，然后經(jīng)過兩條途徑合成水楊酸和水楊酸甲酯：一種是肉桂酸側(cè)鏈先經(jīng) 在苯甲酸羥化酶（ A 2H）作用下羥基化生成水楊酸；另一種是由肉桂酸側(cè)鏈先鄰羥基化產(chǎn)生鄰香豆酸，再經(jīng) 王樹才 周燮 1999；鄧曉軍等 2004)。 水楊酸羧基甲基轉(zhuǎn)移酶（ 用下轉(zhuǎn)化成水楊酸甲酯。在機(jī)械損傷和蟲害植物中 釋放的 重要 信號物質(zhì) 茉莉酸 甲酯 ，則是脂 肪酸代 謝的 產(chǎn)物，其 代謝途 徑的關(guān)鍵酶是脂肪氧化酶（ 茉莉酸羧基甲基轉(zhuǎn)移酶（ 鄧曉軍等 2004）。 植物揮發(fā)物中的含氮化合物主要是來自氨基酸代謝途徑的腈類和肟類（ 999; et 盡管這些化合物在蟲害誘導(dǎo)的植物揮發(fā)物中所占的比例不高，甚至 在一些 植物 中不存在 ，但是 由于 這些揮發(fā) 物在健 康的