不同誘導(dǎo)處理對(duì)水稻揮發(fā)性物質(zhì)含量及拒避行為的影響

植物被植物昆蟲攻擊時(shí)，一些化學(xué)物質(zhì)被蒸發(fā)，以誘導(dǎo)昆蟲天敵的到來(lái)，并達(dá)到間接防御的目的?，F(xiàn)在，在各種“植物損傷和天敵”系統(tǒng)中證明了植物提取物的間接防御效果。然而，研究認(rèn)為，根據(jù)上述植物提取物的直接關(guān)系，植物和昆蟲之間的直接關(guān)系是不可能的。這可能是在植物和直接敵人之間的選擇壓力下發(fā)生的。換句話說(shuō)，受影響的植物間接防御的直接防御來(lái)源于其直接防御。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的合作發(fā)展，這些化學(xué)信息在昆蟲天敵的尋找食物和寄主過(guò)程中被廣泛使用。當(dāng)這些植物提取物被釋放到環(huán)境中時(shí)，植物環(huán)境中的任何一種與這些植物提取物直接相關(guān)的生物都是這些植物的潛在接受者，必須影響這些生物的行為，包括植物、微生物和植物昆蟲的行為、生長(zhǎng)發(fā)育和生理。植物提取物在植物昆蟲的選擇行為中起著重要作用。植物組成的發(fā)芽物與害蟲誘導(dǎo)的發(fā)芽物質(zhì)量和長(zhǎng)度不同，因此有必要研究植物提取物是否會(huì)影響昆蟲的主選擇行為。目前,對(duì)蟲害誘導(dǎo)的植物揮發(fā)物的研究主要集中在危害植物葉片的植食者方面,危害植物其他器官(如莖部)的害蟲研究很少,對(duì)不同危害方式和不同口器對(duì)揮發(fā)物的誘導(dǎo)作用僅在玉米中做了比較研究.水稻揮發(fā)物對(duì)褐飛虱(NilaparvatalugensSt?l)的天敵稻虱纓小蜂(AngrusnilaparvataePangetWang)及蒼翅盲蝽(CyrtorhinuslividipennisReuter)具有一定的吸引作用,特別是水稻在遭受具刺吸式口器的褐飛虱傷害后,這種引誘作用更加明顯,說(shuō)明在褐飛虱危害水稻葉鞘時(shí),能夠誘導(dǎo)水稻揮發(fā)物的組成相發(fā)生變化,這種變化是否會(huì)影響到褐飛虱的行為目前尚未見(jiàn)報(bào)道.另有研究表明,具咀嚼式口器的夜蛾科害蟲口腔中存在著可以誘導(dǎo)植物揮發(fā)物合成的典型化合物.本研究選用斜紋夜蛾和褐飛虱,以比較害蟲的不同危害方式和口器對(duì)蟲害誘導(dǎo)的水稻揮發(fā)物及其對(duì)褐飛虱寄主選擇行為的影響.1揮發(fā)油活性測(cè)定(ⅰ)水稻品種.用廣東省佛山市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所選育的優(yōu)質(zhì)水稻新品種粳秈89(JX89)種子于室內(nèi)催芽后,分期播于無(wú)蟲網(wǎng)室內(nèi).20d秧齡左右時(shí),移栽于塑料盆(?10cm×15cm)內(nèi),每盆50棵苗,30～35d秧齡時(shí)備用.(ⅱ)蟲源.褐飛虱于2000年采自廣東省四會(huì)市大沙鎮(zhèn)田間,在溫度(27±1)℃,相對(duì)濕度80%,光照14L:10D的室內(nèi)于感性品種(七袋占)上飼養(yǎng)多代.實(shí)驗(yàn)用成蟲.斜紋夜蛾為室內(nèi)全人工飼料飼養(yǎng).(ⅲ)水稻處理.取盆栽水稻進(jìn)行如下處理:(1)機(jī)械損傷.在化學(xué)成分分析或生物測(cè)定(行為分析)24h前,用解剖針在每棵稻株的葉鞘部位刺300次(1～2mm),并在提取化學(xué)物質(zhì)及生物測(cè)定時(shí)再刺200次.(2)褐飛虱傷害.在每盆水稻上接褐飛虱成蟲200頭,分別危害1,2,3和5d,并在提取化學(xué)物質(zhì)及生物測(cè)定前清除褐飛虱及其排泄物.(3)斜紋夜蛾傷害.在每棵水稻葉片上接一頭斜紋夜蛾3齡幼蟲,危害24h,并在提取化學(xué)物質(zhì)及生物測(cè)定前清除斜紋夜蛾及其排泄物.以完整健康的水稻植株為對(duì)照.(iv)水稻揮發(fā)物的分離鑒定.將不同處理的水稻分別連根移至100mL的燒杯內(nèi),每處理5杯,每杯10棵,放入真空干燥器內(nèi),用真空泵(0.06～0.08MPa)抽氣10min,密封靜置1h,采用固相微萃取儀(SPME,美國(guó)Supleco公司,聚二甲基硅氧烷萃取頭,膜厚100μm)頂空富集揮發(fā)物2h.萃取頭經(jīng)氣相色譜儀(Varian,CP3800)進(jìn)樣口(250℃)活化3h,每富集一個(gè)樣品前,在氣相色譜儀進(jìn)樣口(250℃)解吸25min.Tenax-TA吸附劑法:在真空干燥器與真空泵的抽氣口之間接揮發(fā)物捕集管,捕集管由Tenax-TA填充的玻璃管(50mg,60～80目,外徑6mm,長(zhǎng)85mm,美國(guó)Supleco公司)制作,連續(xù)抽氣(0.06～0.08MPa),富集揮發(fā)物2h.用500μL的CH2Cl2淋洗捕集管.每個(gè)處理設(shè)3個(gè)重復(fù).用氣相色譜儀對(duì)揮發(fā)物進(jìn)行分離和相對(duì)定量.對(duì)SPME富集的揮發(fā)物,直接在250℃的氣相色譜儀進(jìn)樣口熱解吸1min.Tenax-TA捕集揮發(fā)物的進(jìn)樣量3μL,為無(wú)分流進(jìn)樣.色譜柱為HP-5MS毛細(xì)管柱(30m×0.25mmID,膜厚0.25μm).程序升溫,起始溫度40℃,以8℃?min-1升至200℃,然后以20℃·min-1的速度升至250℃.根據(jù)峰面積對(duì)每個(gè)揮發(fā)物的組分進(jìn)行相對(duì)定量.揮發(fā)物的鑒定利用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀(GC-MS,Voyager),色譜柱為SE-54(30m×0.25mmID,膜厚0.25μm).進(jìn)樣條件與升溫程序同上,起始溫度40℃.質(zhì)譜條件為:EI離子源,電離能70eV.各成分通過(guò)核對(duì)譜庫(kù)(Wiley)與標(biāo)準(zhǔn)化合物的質(zhì)譜圖,并根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道的植物揮發(fā)物的保留時(shí)間對(duì)揮發(fā)物的各組分進(jìn)行定性.(V)生物活性測(cè)定.采用自行設(shè)計(jì)的飛行箱(flighttunnel)測(cè)定植食性昆蟲及其天敵對(duì)不同處理植物揮發(fā)物的行為反應(yīng).飛行箱長(zhǎng)120cm,寬50cm,高50cm,一端裝有可調(diào)風(fēng)速的電風(fēng)扇以產(chǎn)生氣流((20±5)cm?s-1).與上風(fēng)口相距10cm處裝有兩層不銹鋼紗網(wǎng)以產(chǎn)生均勻氣流,下風(fēng)口裝有一層可移動(dòng)紗網(wǎng)以防止昆蟲飛出.將不同處理的水稻連根移至100mL燒杯內(nèi),每杯10棵,兩杯不同處理的水稻放入飛行箱上風(fēng)口,相距25cm.將待測(cè)褐飛虱成蟲單個(gè)引入長(zhǎng)5cm,內(nèi)徑2cm的玻璃管內(nèi),將玻璃管放入飛行箱下風(fēng)口距味源45cm處,記錄選擇不同處理植株的褐飛虱數(shù)量,每頭蟲觀察10～15min.實(shí)驗(yàn)組合為:健康植株與機(jī)械損傷、健康植株與受褐飛虱傷害植株(1,2及3d)、機(jī)械損傷與受褐飛虱傷害植株(1,2及3d)、健康植株與受斜紋夜蛾傷害植株、褐飛虱傷害植株(3d)與受斜紋夜蛾傷害植株.每組不同處理組合測(cè)40頭蟲,每測(cè)定4頭時(shí)交換兩種處理的位置.2結(jié)果與分析2.1不同處理水稻中多種多態(tài)菌群中各方面作用結(jié)果.利用固相微萃取儀、Tenax-TA吸附劑法結(jié)合氣相色譜和氣質(zhì)聯(lián)用儀,在活體水稻揮發(fā)物中共收集并鑒定了16種化合物(圖1);其中有萜類(7種)、醇類(3種)、酮類(2種)、醛類(1種)、酯類(1種)、烴類(1種)和吲哚(1種).不同處理水稻之間,揮發(fā)物種類與含量有明顯差異.健康植株揮發(fā)物種類最少,含量最低;其次為機(jī)械損傷植株及褐飛虱傷害1和2d的植株.褐飛虱傷害3和5d植株的揮發(fā)物在種類和含量上都明顯高于以上4種處理的植株,其中增加了芳樟醇、(E)-4,8-二甲基-1,3,7-壬三烯和吲哚等幾種化合物.斜紋夜蛾的傷害對(duì)水稻揮發(fā)物的產(chǎn)生具有明顯的誘導(dǎo)作用,與其他處理相比,水稻揮發(fā)物的含量明顯增加,一些綠葉性氣味的化合物、水楊酸甲酯以及萜類化合物含量顯著增加,并增加了(E)-α-香檸檬烯和一個(gè)未鑒定的倍半萜類化合物.2.2種植健康植株、機(jī)械損傷植株以及褐飛關(guān)于魚害的選擇行為用飛行箱測(cè)試褐飛虱成蟲對(duì)不同處理水稻揮發(fā)物的選擇行為,結(jié)果表明(圖2),褐飛虱對(duì)健康植株、機(jī)械損傷植株以及褐飛虱危害植株的選擇行為無(wú)顯著差異,但選擇健康植株與機(jī)械損傷植株的褐飛虱的數(shù)量多于選擇褐飛虱危害3d的植株.與健康植株、機(jī)械損傷植株以及褐飛虱危害植株相比,斜紋夜蛾危害誘導(dǎo)的水稻揮發(fā)物對(duì)褐飛虱具有明顯的拒避作用.3斜紋夜施害蟲對(duì)褐飛關(guān)于水稻揮發(fā)物的誘導(dǎo)作用提出了顯從不同處理水稻植株中分離鑒定了16種揮發(fā)性物質(zhì),根據(jù)這些揮發(fā)物在不同處理水稻中的變化可以分為如下幾種類型:(1)不同處理中無(wú)明顯變化的揮發(fā)物,如正十八烷、6,10-二甲基-2-十一酮;(2)機(jī)械損傷、褐飛虱危害中無(wú)明顯變化的揮發(fā)物,如(E)-2-己烯醛、(Z)-3-己烯-1-醇、(E)-2-己烯-1-醇、2-庚酮、2-庚醇、檸檬烯、羅勒烯、水楊酸甲酯、橙花叔醇,(3)褐飛虱誘導(dǎo)產(chǎn)生的揮發(fā)物,如芳樟醇、(E)-4,8-二甲基-1,3,7-壬三烯、吲哚;(4)斜紋夜蛾誘導(dǎo)產(chǎn)生的揮發(fā)物,如芳樟醇、(E)-4,8-二甲基-1,3,7-壬三烯、吲哚、(E)-α-香檸檬烯和一個(gè)未鑒定的倍半萜等;(5)在健康植株、機(jī)械損傷植株及褐飛虱危害植株中存在,但斜紋夜蛾可誘導(dǎo)其含量增加的揮發(fā)物,如(E)-2-己烯醛、(Z)-3-己烯-1-醇、(E)-2-己烯-1-醇、2-庚酮、2-庚醇、β-子丁香烯.受褐飛虱傷害1,2d的植株與機(jī)械損傷植株以及健康植株在揮發(fā)物含量上無(wú)明顯差異,而受褐飛虱傷害3,5d的水稻中揮發(fā)物含量有一定上升,說(shuō)明褐飛虱誘導(dǎo)水稻揮發(fā)物的產(chǎn)生和釋放在時(shí)間上有一定的滯后性,但這種差異遠(yuǎn)沒(méi)有已報(bào)道的其他植物在蟲害誘導(dǎo)時(shí)明顯,這可能與褐飛虱的危害方式以及口器有關(guān).為了進(jìn)一步探討不同危害方式和具不同口器害蟲誘導(dǎo)的水稻揮發(fā)物在褐飛虱寄主選擇行為中的作用,實(shí)驗(yàn)選用了一種具咀嚼式口器的雜食性害蟲斜紋夜蛾進(jìn)行了比較研究.雖然斜紋夜蛾并非水稻的主要害蟲,但對(duì)解釋蟲害誘導(dǎo)的水稻化學(xué)防御機(jī)制有一定的參考價(jià)值.結(jié)果表明,與褐飛虱誘導(dǎo)的水稻揮發(fā)物相比,斜紋夜蛾能夠誘導(dǎo)水稻揮發(fā)物的大量釋放,這一方面是因?yàn)樾奔y夜蛾取食水稻葉片時(shí),對(duì)葉片細(xì)胞的損傷嚴(yán)重,使得貯藏于葉片中的化合物如綠葉性氣味((E)-2-己烯醛、(Z)-3-己烯-1-醇、(E)-2-己烯-1-醇)大量釋放,同時(shí),斜紋夜蛾對(duì)水稻的危害較重,使其產(chǎn)生化學(xué)防御作用的選擇壓力較大;另一方面,夜蛾科害蟲的口腔中存在著可以誘導(dǎo)植物合成揮發(fā)物的化合物,如N-(17-羥基-亞麻?；?-L-谷氨酰胺(volicitin)及其結(jié)構(gòu)類似物.目前,有關(guān)斜紋夜蛾的口腔分泌物未見(jiàn)報(bào)道,但在其口腔中可能存在著誘導(dǎo)水稻揮發(fā)物“從頭(denovo)合成”的化學(xué)物質(zhì).而褐飛虱是刺吸口器且傷害水稻葉鞘,對(duì)水稻細(xì)胞的損傷程度相對(duì)較小,使得褐飛虱口腔中的誘導(dǎo)因子如β-葡萄糖苷酶與植物細(xì)胞接觸的可能性降低.此外,JX89是抗性品種,褐飛虱對(duì)其危害較輕,從而可能使水稻產(chǎn)生化學(xué)防御作用的選擇壓力相對(duì)較低.不同害蟲對(duì)水稻揮發(fā)物的誘導(dǎo)作用有較大的差異,這種差異可能會(huì)對(duì)褐飛虱的寄主選擇行為產(chǎn)生一定的影響.對(duì)褐飛虱的行為分析表明,褐飛虱對(duì)健康植株、機(jī)械損傷植株以及褐飛虱危害植株的選擇性無(wú)顯著差異,可能是因?yàn)檫@些處理間的水稻揮發(fā)物差別較小,使褐飛虱難以區(qū)分不同處理間水稻的差異,或者是褐飛虱誘導(dǎo)的水稻揮發(fā)物不足以影響其寄主選擇行為.斜紋夜蛾誘導(dǎo)的水稻揮發(fā)物對(duì)褐飛虱具有顯著的拒避作用,其原因可能是因?yàn)檫@些揮發(fā)物對(duì)褐飛虱有一定的毒性.同時(shí),斜紋夜蛾誘導(dǎo)的水稻揮發(fā)物的組成相有較大變化,使水稻形成一個(gè)多樣性的化學(xué)環(huán)境,從而增加了這些物質(zhì)的防御效果;但更可能的原因是斜紋夜蛾誘導(dǎo)的水稻揮發(fā)物可以為褐飛虱提供以下信息:(1)水稻上存在著其他具有競(jìng)爭(zhēng)作用的植食性昆蟲;(2)水稻揮發(fā)物可以吸引褐飛虱的天敵;(3)水稻的直接防御機(jī)制已被誘導(dǎo)啟動(dòng).蟲害誘導(dǎo)的植物揮發(fā)物對(duì)天敵的引誘作用(即植物的間接防御機(jī)制)已有較多的報(bào)道,但蟲害誘導(dǎo)的植物揮發(fā)物對(duì)植食性昆蟲寄主選擇行為影響的研究卻相對(duì)較少,本文結(jié)果證實(shí)蟲害誘導(dǎo)的水稻揮發(fā)物對(duì)褐飛虱具有拒避作用,且危害方式和口器不同的害蟲,對(duì)水稻揮發(fā)物的誘導(dǎo)作用有明顯差異.同時(shí),由于本研究沒(méi)有直接從水稻中提取或人工合成的揮發(fā)物對(duì)褐