陳友吾，沈建軍，葉華琳，朱湯軍

（浙江省林業(yè)科學研究院，浙江 杭州 310023）

美國山核桃與山核桃葉片揮發(fā)性物質的比較和分析

陳友吾，沈建軍，葉華琳，朱湯軍*

（浙江省林業(yè)科學研究院，浙江 杭州 310023）

對美國山核桃（Carya illinoinensis）與山核桃（C. cathayensis）葉片的次生性揮發(fā)性物質進行比較和分析，結果發(fā)現(xiàn)：兩種植物共鑒定出50種化合物，其中美國山核桃葉片中的揮發(fā)性種類較多，達到35種，而山核桃葉片中揮發(fā)性物質種類相對較少，為19種；兩種植物葉片中的揮發(fā)性物質的組成具有共同特點：主要由醇類、酯類、烷烴類和少量的有機酸類、胺類有機物質構成，且丙三醇是揮發(fā)性物質的主要成分（占60%以上）；美國山核桃與山核桃在抗蟲性表現(xiàn)上有差異，這可能與美國山核桃葉片具較高的醇類揮發(fā)性物質而山核桃具較高的酯類揮發(fā)性物質有關。

美國山核桃；山核桃；葉片；揮發(fā)性物質

植物揮發(fā)性氣味，屬于植物次生性物質，一般分子量在100 ～ 200，包括烴、醇、醛、酮、酯、有機酸等[1]。每種植物都有各自的揮發(fā)性次生物質，并以一定比例構成該種植物的化學指紋圖譜。研究表明，寄主植物揮發(fā)性次生代謝物對昆蟲寄主定位、選擇性產卵等行為具有信號作用[2]。美國山核桃（Carya illinoensis）（又稱薄殼山核桃）及山核桃（Carya cathayensis）均為胡桃科山核桃屬的重要經濟植物，美國山核桃為我國近世紀來從美洲引進的重要干果樹種，山核桃則為鄉(xiāng)土特色經濟樹種，兩者在浙江省都表現(xiàn)了較強的適應性，并為浙江省的經濟發(fā)展作出了重要貢獻[3～5]。然而，在病蟲害抗性方面卻表現(xiàn)出較大的差異[6～7]。據(jù)調查，危害山核桃的害蟲有20多種，其中以山核桃蝗蟲、山核桃天社蛾、胡桃豹夜蛾、山核桃刻蚜蟲比較嚴重[8]。而危害美國山核桃的害蟲，上世紀80年代調查達到了47種，近年來呈現(xiàn)逐漸嚴重的趨勢，2013年我們調查危害美國山核桃的害蟲種類竟達到了141種，嚴重危害的種類有31種。通過比較兩種植物的次生性揮發(fā)性物質的差異，可分析和探討其抗性差異的原因，并為今后的害蟲防治提供新的思路與途徑，同時對利用天然生物活性物質防治害蟲、抗蟲育種和生物防治等都具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 材料

2013年8月于浙江省林業(yè)科學院實驗苗圃內選取5株生長旺盛的美國山核桃、山核桃中上部葉片為試材進行揮發(fā)性物質的采集。

氣質聯(lián)用儀：Turbo Matrix 650-clams 600T，美國 PE公司；吸附管：Tenax TA 60-80mesh，美國 CNW Technologies GmbH公司；HH-10型吸附管活化儀：鄭州譜析科技有限公司；大氣采樣儀：QC-1型，北京市勞動保護科學研究所；YHG-400BS快速恒溫干燥箱，上海躍進醫(yī)療器械有限公司；干燥塔；活性炭。

1.2 方法

1.2.1 植物揮發(fā)性物質的采集 首先將吸附管置于活化儀中，在220℃條件下活化2 h，將干燥塔、塑料袋、聚四氟乙烯管置于恒溫干燥箱中，除去雜質氣味，保存待用。在8月初至8月中旬，選擇晴朗無風天氣，利用動態(tài)頂空法采集2種植物葉片的揮發(fā)性物質。用塑料袋（Reynolds@ Oven Bags，482 mm×596 mm，Richmond，VA，USA）將葉片包裹，用大氣采樣儀將袋內空氣抽出，向袋內填充經過干燥塔凈化后的空氣，保持氣路通暢循環(huán)通氣5 min，接入吸附管，密閉循環(huán)采集1 h，大氣采樣儀抽氣流量為100 mL/min。以空袋采集1 h作為對照。

1.2.2 揮發(fā)性物質的測定

1.2.2.1 熱脫附（ATD）工作條件 重新捕集速率25 mL/min，載氣流速2.0 mL/min，進口分流速率21 mL/min，脫附速率25 mL/min，注入量4.0%，四通閥溫度230℃，傳輸線溫度250℃，吸附管加熱溫度260℃，冷阱捕集管加熱溫度300℃，制冷溫度-25℃，升溫速率40℃/s，升至300℃保持5 min，吸附管干吹時間為1 min。

1.2.2.2 GC工作條件 毛細管柱Elite-5ms，載氣流速2.0 mL/min，采用兩級程序升溫方法，初始溫度40℃，保持2 min，第一級升溫速率為4℃/min，升至160℃；第二級升溫速率20℃/min，升至270℃保持3 min，共用時40.50 min。

1.2.2.3 MS工作條件 溶劑延遲1 min，離子源為EI源，電子能70 eV；接口溫度為250℃；離子源溫度為220℃，掃描質量范圍為29 ～ 600 m/z，掃描時間為0.2 s。根據(jù)所得的粒子流圖譜，應用TurboMass Ver5.4.2軟件分析，結合色譜保留時間以及粒子流圖譜，從 NIST2008譜圖庫中進行檢索對揮發(fā)性化合物成分進行鑒定，通過面積歸一法對各類揮發(fā)性化合物的絕對含量和相對含量進行定量。

2 結果與分析

2.1 兩種山核桃植物的揮發(fā)性物質主要成分分析

對2種山核桃屬植物的揮發(fā)性化合物進行分析，共鑒定出50種化合物。其中，美國山核桃葉片釋放出的揮發(fā)性化學物質成分較多，共鑒定出揮發(fā)物成分35種。醇類物質種類及含量均最高，共有17種，含量占所有揮發(fā)性物質總量的96.52%。其次是烷烴類化合物5種，占總量1.56%和酯化合物4種，占總量的1.34%，還有少量的有機酸類、酮、胺和雜環(huán)類等物質，占總量的0.58%。山核桃葉片釋放出的揮發(fā)性化學物質成分相對較少，共鑒定出揮發(fā)物成分19種。在所有揮發(fā)性物質中，也是醇類物質含量最高，共7種占總量的78.07%。其次是酯類物質，共6中，占總量的19.32%，烷烴類物質僅為甘油醚，點總量的1.07%，有機酸占0.69%，胺類有機物0.85%。

表1 GC-MS分析鑒定2種植物揮發(fā)性物質的成分及其相對含量Table 1 Component and content of volatile substances in leaves of C. illinoensis and C. cathayensis

2.2 兩種植物揮發(fā)性化學物質指紋圖譜與植物抗性分析

美國山核桃葉片中共有35種揮發(fā)性次生物質，山核桃葉片中共有19種揮發(fā)性次生物質，不同比例的這些物質組成了其特有的化學指紋圖譜，通過比較這兩種植物的化學圖譜的，結果表明：這兩種植物葉片的的化學指紋圖譜均主要由醇類、酯類、烷烴類和少量的有機酸類、胺類有機物質構成，且丙三醇是揮發(fā)性物質的主要成分（占60%以上），這可能是山核桃屬植物化學圖譜的共同特點（見表2）。除主要成分丙三醇及少量成分DL-蘇糖醇、木糖醇、鄰苯二甲酸二乙酯是兩種植物都有的揮發(fā)生化學物質外，其他所有揮發(fā)性物質組成及含量均不相同，表現(xiàn)出了較大的多樣性。

表2 各類物質在兩種山核桃植物中的數(shù)量和含量Table 2 Types and content of volatile substance from tested plants

不同的植物釋放的揮發(fā)性物質具有不同的組成，能影響植食性昆蟲的寄主選擇及植食性昆蟲對天敵的適應性。美國山核桃在生產中表現(xiàn)出更容易遭受植食性昆蟲取食的特性，可能與美國山核桃葉片揮發(fā)性成分中具較高含量醇類物質，特別是丙三醇有較大關系。醇類物質的往往對植食性昆蟲具更強的引誘作用，如乙醇常在針（闊）葉樹的瀕死組織中形成，乙醇可作為引誘劑來防治松褐天牛[9～10]。山核桃在生產上表現(xiàn)出較強的抗蟲性，可能與山核桃葉片揮發(fā)性成分中醇類物質相對含量較低且具酯類物質含量較高有較大的關系。有研究表明，北美艾灌木（Artemissia tridenfata）揮發(fā)物中高濃度的茉莉酸甲酯能誘導健康的番茄（Lycopersicon esculentum）產生抑制昆蟲取食的蛋白酶抑制劑[11]。

3 結論討論

3.1 結論

（1）通過對美國山核桃及山核桃葉片揮發(fā)性物質的比較和分析，共鑒定出植物揮發(fā)性物 50種。其中美國山核桃葉片中的揮發(fā)性物質種類較多，達到35種，而山核桃葉片中揮發(fā)性物質種類相對較少，為19種。兩種植物葉片中的揮發(fā)性物質的組成具有共同特點：主要由醇類、酯類、烷烴類和少量的有機酸類、胺類有機物質構成，且丙三醇是揮發(fā)性物質的主要成分（占 60%以上），這可能是山核桃屬植物葉片化學圖譜的共同特點。

（2）美國山核桃與山核桃在抗蟲性表現(xiàn)上存在較大差異，美國山核桃傾向于更容易受植食性昆蟲取食，而山核桃則表現(xiàn)出較強的抗性，從植物葉片化學圖譜分析，可能與美國山核桃葉片具較高的醇類揮發(fā)性物質而山核桃具較高的酯類揮發(fā)性物質有關。不同的植物釋放的揮發(fā)性物質具有不同的組成，能影響植食性昆蟲的寄主選擇及植食性昆蟲對天敵的適應性等。因此，生產上可以通過開展美國山核桃與山核桃雜交育種，來調節(jié)美國山核桃體內揮發(fā)性物質的數(shù)量和質量，以減少對植食性昆蟲的引誘成分（醇類化合物），增加對植食性昆蟲的驅避成分（酯類化合物），或增加對植食性昆蟲天敵的引誘，以達到充分利用自然控制因素減少美國山核桃害蟲發(fā)生的目的。

3.2 討論

植物對昆蟲的化學防御和昆蟲對植物的代謝適應，顯示了昆蟲與植物之間億萬年演化所形成的形形色色的特點，形成了昆蟲與植物關系研究領域的最復雜但也最令人感興趣的主題。在植食性昆蟲與植物的長期協(xié)同進化過程中，形成了錯綜復雜的關系，如植物因受到多種昆蟲取食而產生物理和化學的防御機制同時，昆蟲也獲得了可降解多種植物有毒物質的能力。對于各種害蟲的為害，這種協(xié)同進化可表現(xiàn)為如下形式：本植（樹）本蟲，在一個相對而言穩(wěn)定的地域（可以是一個行政區(qū)域，比較合理的應是一個自然區(qū)域）均有相對穩(wěn)定的植物種類和昆蟲種類，這些區(qū)域內的植物與昆蟲形成了相互適應的關系，如馬尾松毛蟲與馬尾松、桑天牛與桑科植物之間的關系，桑天牛以桑科植物如桑樹、構樹等為食，而桑樹植物對于桑天牛的取食又形成了一定的適應性。這種關系可認為是真正的協(xié)同進化。然而，人為的或自然的原因總會造成昆蟲或植物在不同地域之間的擴散，更多的是形成異植（樹）異蟲的現(xiàn)象，這些是在非本地的昆蟲或植物之間，或者其中之一是非本地來源的昆蟲與植物之間所形成的關系。如在我國光肩星天牛與槭樹的關系，槭樹（如復葉槭和糖槭）大多是從北美引進的樹種，而光肩星天牛則是本地種類，這兩種槭樹成為光肩星天牛的嗜食樹種，或者說這兩種槭樹對光肩星天牛的抗性較弱[9]。植（樹）異蟲現(xiàn)象形成的昆蟲與植物間的相互適應需要更長的時間，美國山核桃在美國病蟲害很少，主要為瘡痂病，而在我國病蟲害普遍發(fā)生嚴重，可認為是異植（樹）異蟲的現(xiàn)象之一。

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Comparisons and Analysis on Volatile Substances in Leaves of Carya illinoensis and C. cathayensis

CHEN You-wu，SHEN Jian-jun，YE Hua-lin，ZHU Tang-jun
（Zhejiang Forestry Academy, Hangzhou 310023, China）

Determinations were conducted on volatile substances in leaves of Carya illinoensis and C. cathayensis. The result demonstrated that there were 35 types of volatile substances in leaves of C. illinoensis, and 19 types in leaves of C. cathayensis. Their components were mainly alcohols, esters, alkane and a small number of organic acid, amine. Glycerin was the major components of volatile substances(more than 60%). The difference of insect resistance between tested species may be influenced by higher content of alcohols in leave of C. illinoensis and higher esters content in leaves of C. cathayensis.

Carya illinoensis; C. cathayensis; leaf; volatile substance

S718.3

A

1001-3776（2015）02-0008-05

2014-10-09；

2014-12-14

浙江省公益技術研究農業(yè)項目“薄殼山核桃害蟲發(fā)生機理及生態(tài)控制技術研究”（2012C32019）；林業(yè)科技推廣項目“危害薄殼山核桃的主要病蟲害無公害防治技術推廣應用”（2012B10）

陳友吾（1974-），男，福建漳平人，副研究員，碩士，從事森林保護和森林食品研究；*通訊作者。