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青杨脊虎天牛信息化学物质的研究

作　者: 王广利
导　师: 迟德富；周志强
学　校: 东北林业大学
专　业: 森林生物工程
关键词: 青杨脊虎天牛信息化学物质抗虫性交配行为酚酸酶活力
分类号: S763.3
类　型: 博士论文
年　份: 2009年
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引　用: 3次
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内容摘要

青杨脊虎天牛(Xylotrechus rusticus L.)是东北地区近年来新爆发成灾的重要蛀干害虫。由于其钻蛀危害的特点给防治带来了极大困难。杨树是东北地区的主栽树种,现今局部地区遭受青杨脊虎天的危害,对当地林业生产造成严重威胁。为探索青杨脊虎天牛的生态控制技术途径,本论文重点研究了青杨脊虎天牛自身及其与植物之间通讯联系所涉及的信息化学物质,分析探索这些信息化学物质的功能,力求找到对青杨脊虎天牛具有生物活性的信息化合物单体或者不同比例的混合物,为该虫的生态控制提供理论依据。本研究采用水蒸气蒸馏(Steam distillation SD)、超声波提取(Ultrasonicextraction)方法分别提取了抗虫水平较低的树种,大青杨(Populus.ussuriensis Kom.)、小青杨(P.pseudo-simonii Kitag.)、小叶杨(P.simonii Carr.)、小青×黑杨(P.pseudo-simoniiKitag.×P.nigra L.)和抗虫水平较高的树种,中东杨(P.berolinensis Dipp.)、小黑杨(P.simonii Carr.×P.nigra L.)、俄罗斯杨(P.russkii Jabl.)、银中杨(P.alba L.×P.berolinensis Dipp.)、白城2号(Populus×xiaozhuanica W.Y Hsu et Liang cv.’Baicheng-2’)和斯大林杨(P.stalintz Jabl.)的树皮挥发物;采用苏玛罐收集了小叶杨、中东杨、银中杨、小青杨和小黑杨5种杨树树干的挥发性气味,利用预浓缩系统与气相色谱-质谱技术(Gas chromatography-mass spectrometry GC-MS)联用分析其挥发物的化学组成。分析结果表明,在天牛成虫非产卵期内,十种杨树树皮挥发物中都含有己醛、邻羟基苯甲醛、十四醛、十六醛、2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚、亚油酸、十六酸和11,14,17-二十碳三烯酸甲基酯化合物,但这些化合物存在于不同方法得到的提取液中;超声波提取液中化合物种类比水蒸气蒸馏提取液多。在抗性强的银中杨、中东杨中存在特异性组分,以姜烯、γ-蛇麻烯、别香木兰烯、a-蛇麻烯、d-杜松烯和樟脑为主。在成虫产卵期,采用苏玛罐收集的抗虫水平高的小黑杨、中东杨和银中杨中均含有1-[4-羟基苯甲基]-6-甲氧基,3,4-二氢异喹啉-7-醇,含量在20%以上,其中小黑杨含量最高,达到83.90%。(1R)-a蒎烯在抗虫水平低的小叶杨中含量最高,β-蒎烯和丙烯酸丁酯为抗虫水平低的小青杨中的主要组分。在水蒸气蒸馏液中,(1R)-a蒎烯、桉油精和乙酸乙酯含量在抗虫水平低的杨树挥发物中较高,β-蒎烯、2,4-癸二烯醛、1,2-环己二酮、乙氧基乙烯和吡唑在抗虫水平高的杨树中含量高。杨树树干挥发物的化学组成及其含量在不同抗虫水平树种之间的差异可能是昆虫行为以及树木抗虫性不同的重要因素。应用十种杨树树皮的水蒸气蒸馏液对青杨脊虎天牛雌雄成虫进行电生理和行为学测试,初步确定了小黑杨和小青×黑杨提取物均能引起雌雄两性显著的电生理反应,行为测试结果进一步指出,青杨脊虎天牛雌、雄成虫主要对抗虫性低的小青杨和小叶杨树皮提取液表现出趋向性,而抗虫水平高的白城二号杨和银中杨树皮提取液对其产生负趋向作用。该实验结论与青杨脊虎天牛的实际危害状况相一致。同时,我们对不同浓度的2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚、苯酚、樟脑、苯甲酸、间二甲苯和糠醛6个单体进行了EAG测试,结果显示,2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚对雌雄成虫都没有作用,糠醛在20μg的最高测试剂量下能对雌雄两性产生显著的电生理反应。同时,在相同测试浓度下,雌雄成虫对不同物质的敏感度也不相同。通过对青杨脊虎天牛交配行为机制的研究,初步判断青杨脊虎天牛在配偶寻找过程中,非接触性的嗅觉判断不起主导作用。青杨脊虎天牛可能存在来源于雌虫的接触型信息素。利用GC-EAD测试青杨脊虎天牛幼虫粪便挥发物对天牛的生理活性,初步确定引起雌、雄成虫电生理反应的成分为庚烷。但庚烷在实践中是否能够干扰青杨脊虎天牛成虫的行为则有待于日后大量的研究工作加以证明。不同抗虫水平的十种杨树树干韧皮部和木质部中均含有苯甲酸、咖啡酸、绿原酸、肉桂酸、阿魏酸、香豆酸、水杨酸、丁香酸和香草酸9种酚酸。存在于抗性较弱的树种中的香草酸含量最高,而抗性水平较高的树种中阿魏酸、咖啡酸、肉桂酸和香豆酸含量显著高于其他树种。抗虫水平高的小黑杨和中东杨的酚酸总量最高。同时测定了取食9种酚酸的青杨脊虎天牛幼虫体内过氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)、GSH-ST(谷胱甘肽-S-转移酶)和乙酰胆碱酯酶(TChE)四种酶活力的变化。结果显示,除苯甲酸,其它8种酚酸都对乙酰胆碱酯酶活力有极显著的抑制作用,说明幼虫体内的乙酰胆碱酯酶对酚类物质极为敏感,酚类物质能够很好的抑制昆虫体内的这种解毒酶。绿原酸、咖啡酸和丁香酸都能显著抑制虫体内过氧化物酶和谷胱甘肽-S-转移酶的活力。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-17
1 绪论  17-28
  1.1 引言  17
  1.2 天牛化学通讯的研究现状  17-22
    1.2.1 性信息素和聚集信息素  18-19
    1.2.2 植物源引诱剂和驱避剂  19
    1.2.3 拒食剂和产卵抑制剂  19-20
    1.2.4 天牛的交配行为机制  20-21
    1.2.5 天牛交配行为的影响因子  21
    1.2.6 信息化学物质在天牛害虫综合治理中的应用  21-22
  1.3 青杨脊虎天牛的生物生态学特性  22
  1.4 青杨脊虎天牛的危害特点  22
    1.4.1 与寄主的关系  22
    1.4.2 与立地、气象条件和林分结构的关系  22
  1.5 青杨脊虎天牛危害的原因分析  22-23
  1.6 青杨脊虎天牛的综合防治措施  23-24
    1.6.1 加强监测和检疫  23
    1.6.2 化学防治  23
    1.6.3 物理措施  23-24
    1.6.4 营林措施  24
    1.6.5 生物防治  24
  1.7 青杨脊虎天牛与植物的化学通讯研究  24-25
    1.7.1 植物次生代谢物  24-25
    1.7.2 植物源挥发物  25
  1.8 本文的研究目的及意义  25-26
  1.9 研究内容和技术路线  26-28
    1.9.1 研究内容  26
    1.9.2 技术路线  26-28
2 不同抗虫水平杨树树干挥发性气味的化学分析  28-42
  2.1 材料和方法  28-30
    2.1.1 试验材料  28-29
    2.1.2 方法  29
    2.1.3 GC-MS分析条件  29-30
  2.2 数据分析  30
  2.3 结果与分析  30-41
    2.3.1 青杨脊虎天牛成虫非产卵期不同抗性杨树挥发物的化学分析  30-34
    2.3.2 青杨脊虎天牛成虫产卵期不同抗性杨树挥发物的化学分析  34-39
    2.3.3 不同时期杨树树皮挥发物的化学组成变化  39-40
    2.3.4 抗虫树种与非抗虫树种之间化学成分的差异  40-41
  2.4 本章小结  41-42
3 青杨脊虎天牛对不同抗虫水平杨树挥发物及部分单体化合物的电生理和行为反应  42-50
  3.1 测定仪器  42
  3.2 材料与方法  42-44
    3.2.1 供试虫源  42-43
    3.2.2 EAG测定  43
    3.2.3 风洞测试  43-44
  3.3 结果与分析  44-49
    3.3.1 青杨脊虎天牛对十种杨树提取物的EAG反应  44-47
    3.3.2 青杨脊虎天牛对十种杨树挥发物的风洞反应  47
    3.3.3 青杨脊虎天牛对单体化合物的EAG反应  47-49
  3.4 本章小结  49-50
4 青杨脊虎天牛交配行为机制的研究  50-65
  4.1 供试虫源  50
  4.2 仪器与试剂  50
  4.3 研究方法  50-53
    4.3.1 观察健全天牛的交尾情况  50-51
    4.3.2 观察去除虫体不同部位后的交尾情况及雄虫对致死雌虫的反应  51
    4.3.3 天牛对其个体气味的接触反应  51
    4.3.4 天牛对其整体及虫体不同部位提取液的EAG反应  51-52
    4.3.5 天牛成虫对其个体气味的嗅觉反应  52
    4.3.6 天牛对其异性个体正己烷提取液及冰冻虫体的风洞反应  52-53
    4.3.7 天牛成虫体壁提取物的化学分析  53
  4.4 结果与分析  53-64
    4.4.1 天牛的交尾情况  53-54
    4.4.2 剪除试虫各部位的交尾情况及致死雌虫对雄虫的反应  54-55
    4.4.3 成虫对个体气味的接触反应  55-56
    4.4.4 天牛对其整体及虫体不同部位提取液的EAG反应  56-58
    4.4.5 天牛成虫对其个体气味的嗅觉反应  58-59
    4.4.6 天牛对其异性个体正己烷提取液及冰冻虫体的风洞反应  59-60
    4.4.7 天牛体壁提取物的化学分析  60-64
  4.5 本章小结  64-65
    4.5.1 交配行为机制研究的初步结论  64
    4.5.2 青杨脊虎天牛体壁化学成分  64-65
5 青杨脊虎天牛幼虫粪便提取物的生理学活性研究  65-69
  5.1 材料与方法  65-66
  5.2 仪器及分析条件  66
  5.3 结果与分析  66-68
    5.3.1 青杨脊虎天牛雌雄两性对其幼虫粪便提取物的EAG反应  66-67
    5.3.2 雌雄两性对虫粪提取物的GC-EAD反应及有活性组分的鉴定  67-68
  5.4 本章小结  68-69
6 不同抗虫水平杨树的酚酸种类与含量  69-79
  6.1 试验材料与设备  69-70
  6.2 十种杨树木质部和韧皮部酚类物质的提取  70
  6.3 高效液相色谱(HPLC)检测酚酸类物质的提取液  70-71
    6.3.1 高效液相色谱的测定条件  70
    6.3.2 标准溶液的配制  70-71
    6.3.3 数据分析  71
  6.4 结果与分析  71-77
    6.4.1 不同抗虫水平杨树间木质部和韧皮部的酚酸种类与含量  71-76
    6.4.2 不同抗虫水平杨树酚酸种类与含量的差异  76-77
  6.5 本章小结  77-79
7 不同酚酸对青杨脊虎天牛幼虫体内主要酶系的影响  79-89
  7.1 材料与方法  79-80
    7.1.1 青杨脊虎天牛幼虫的饲养条件和研究方法  79
    7.1.2 青杨脊虎天牛幼虫的饲料配方  79-80
  7.2 酶活力测定  80-84
    7.2.1 过氧化物酶(POD)测定  80-81
    7.2.2 超氧化物歧化酶(SOD)测定  81-82
    7.2.3 谷胱甘肽-S-转移酶测定  82-83
    7.2.4 乙酰胆碱酯酶(TChE)测定  83-84
  7.3 结果与分析  84-88
    7.3.1 苯甲酸、咖啡酸、绿原酸和肉桂酸对四种酶活力的影响  84-86
    7.3.2 水杨酸、阿魏酸和香豆酸对四种酶活力的影响  86-87
    7.3.3 香草酸和丁香酸对四种酶活力的影响  87-88
  7.4 本章小结  88-89
结论与讨论  89-93
参考文献  93-105
攻读学位期间发表的学术论文  105-106
致谢  106-107

青杨脊虎天牛信息化学物质的研究

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