华山松树皮挥发性诱虫活性物质成分分析

华山松树皮挥发性诱虫活性物质成分分析 林业科学研究2007,20(3):428,432 ForestResearch 文章编号:1001—1498(2007)03-0428-05 华山松树皮挥发性诱虫活性物质成分分析 陈敏,李永和,王晓佳 (西南林学院保护生物学学院,云南昆明650224) 关键词:华山松;树皮;木蠹象;成分分析 中图分类号:$791.241文献标识码:A AnalysisofVolatileConstituentsinPinusarmandiiBarkwithGC/MS CHENMin,LIy0一he,WANGXiao-jia (TheFacultyofConservationBiology,SouthwestForestryCollege,Kunming650224,Yunnan,China) Abstract:Inthisstudy.steamdistillationwasusedtoextractthevolatileconstituentsfromthebarkofPinusarmandii.The volatileconstituentsandPissodespunctatuswereusedforlaboratorytestby"Y"olfactometer.Thechemicalconstituentsof thevolatileoilwereidentifiedwithGC/MSmethod6.25%volatileconstituentsshowedstrongattractivenesstoPissodes punctatusinthelaboratory,and65compoundswereidentifiedmainlyincludingsuchchemicalcompoundasLimonene (29.27%),Benzene(17.81%),1R一.alpha.一Pinene(16.08%),3一 Methylhexane(7.15%),andHeptane(5.55%), beta.一Pinene(5.67%),Caryophyllene(3.27%),beta.一Myrcene(3.1%)andetc. Keywords:Pinusarmandii;bark;Pissodespunctatus;compoundsofvolatile 华山松(PinusarmandiiFranch)是中国亚热带西 部地区的山地针叶林,在云南主要分布在滇西北,滇 中部和东北中山山地.华山松是良好的经济树种,可 作为建筑,家具等的优良用材;此外,华山松立木可采 脂,树皮制烤胶,种子是优质的食用油和干果….作 为云南省和长江上游防护林体系的重要造林树种和 主要用材树种,其种植面积已占全省森林面积近 70%,占长江防护林面积的40%.华山松能合成和释 放低分子量的次生代谢物质,其中挥发性物质占很大 比例,这类物质作为一种行为暗示的化学信号在植物 与昆虫之间起着重要的作用J.这些挥发性物质使 蛀干害虫(如小蠹虫)高效,精确的找到寄主树木,减 少因迁移,定居过程中面临的各种威胁J.Thomas 等人_4研究发现轻微损伤或风折等造成的寄主损伤 有利于小蠹虫快速寻找到寄主树木.李宗波等人J 提取了华山松松脂的挥发性成分,发现在树脂挥发油 中,Ot一蒎烯,B一蒎烯等含量很高.国外许多研究证实, B一蒎烯对小蠹虫有很强的引诱作用,一蒎烯也能激活 小蠹虫的信息素使其表现出活性J. 华山松木蠹象(PissodespunctatusLangorand Zhang)属鞘翅目(Coleoptera),象甲科(Curculion— idae),木蠹象属(Pissodes)J,是危害华山松纯林的 一 种蛀干害虫,对华山松林危害极为严重.雷桂林 等人研究发现,该虫最喜为害15,30年生,粗皮 高度0.5,1.0m的华山松健康植株,取食和产卵 喜欢在表皮光滑,水分充足的部位上进行.本研究 旨在采用水蒸气蒸馏法和气相色谱一质谱一计算机 联用技术,研究华山松树皮挥发性成分的组成,为揭 示华山松木蠹象寄主选择与树木挥发性物质问的相 互关系奠定基础. 收稿日期:2006—11-21 基金项目:云南省"十五"科技攻关项目(2003NG12)资助 作者简介:陈敏(1981一),女,重庆石柱人,森林保护学专业硕士研究生,主要从事森 林病虫害综合管理研究 通讯作者. 第3期陈敏等:华山松树皮挥发性诱虫活性物质成分分析429 1.材料和方法谱图对照,解析,最终确认其中的化学成分. 1.1华山松树皮挥发性物质的提取 华山松健康木采自云南省会泽县国营者海林场 华山松人工林.树皮用蒸馏水洗净晾干,剪成5mm 的小段.称取300g放人同时蒸馏萃取装置,石油 醚为萃取剂.同时蒸馏萃取3h,旋转蒸发仪浓缩除 去石油醚,萃取液用无水硫酸钠干燥,得到无色透明 油状液体(22.5g),出油率为7.5%. 1.2挥发性物质的生物测定 挥发性物质的室内生物测定装置为"Y"型嗅觉 仪.将华山松挥发油与正己烷按体积比1:0,1:5,1: 10,1:15,1:20,1:25,1:30,1:35配置8个不同浓度的混 合液."Y"型嗅觉仪一臂放混合液,另一臂放正己烷 作为对照,滤纸作为载体.测试时,先将压气泵电源 接通,调节流量计,使两边气流流速相同,均为2oL? h,.将华山松木蠹象成虫逐头放人,观察其趋向行 为,3min内第一次进入某一臂,定为对这一侧的气味 有趋性. 1.3挥发性物质成分GC—MS分析 GC—MS分析测试条件:色谱柱:HP一5MS(60mX 0.32mmX0.25Ixm);载气:He,流速:1.0mL? min一;进样温度:240oC;接口温度:250oC;质量扫 描范围:35,455amu;离子源:EI源;电子能量: 70eV.按此分析测试条件,对华山松树皮挥发性成 分进行GC—MS分析,各化合物质量分数的确定为面 积归一化法.化合物定性分析是根据GC—MS联用 所得质谱信息经计算机用Wiley,NISt98谱库与标准 9000000 8000000 7000000 600OOOO 5000000 卅4OOOO0O 3000000 2OOO00o l000000 O 2结果s分桥 2.1华山松木蠹象对华山松树皮挥发性物质的嗅 觉反应 生物测试结果(表1)表明,华山松木蠹象成虫对 体积比(华山松挥发性物质:正己烷)为1:10,1:15,1 :20的挥发性物质混合液表现出较强的趋性,其中对 体积比为1:15的提取液混合物的趋性最强,可达到 100%.由此表明:华山松木蠹象对一定浓度的华山 松挥发性物质有很强的趋性.华山松作为华山松木 蠹象的寄主植物,其挥发性物质在空气中稀释成一定 浓度,对华山松木蠹象具有很强的引诱作用. 表1华山松木蠹象对不同浓度 华山松树皮挥发油的选择反应 浓星合选择率/%(2.sig.浓星合选择%(2.sailed)ig. 1:000.000l:20800.028 CK1o0CK2O l:5410.224l:25670.093 CK59CK33 1:10860.00l1:30640.007 CK14CK36 l:l5l0o0.009l:35400.124 CKOCK60 每组处理测试6O头,每2O头为一重复;对结果做t检验,0.01<sig. <O.05时,认为华山松木蠹象对不同浓度组合和对照之间选择反应 存在显着差异,记作;sig.<O.01时,认为存在极显着差异,记作 ;无者为差异不显着.CK为对照. 15.OO 时间/rain 图1华山松树皮挥发性物质GC/MS总离子流 430林业科学研究第2o卷 2.2华山松树皮挥发性物质总离子流图 从华山松树皮挥发油的总离子流图(图1)中可 检测出约65个色谱峰,鉴定出63种化合物,所鉴定 的成分占挥发油色谱峰总峰面积约98.76%.其余 成分因其质谱信息量不足而未确认其结构. 2.3华山松树皮挥发性物质的成分分析 定性定量分析结果(表2)表明,华山松树皮挥 发性物质中含量最多的是柠檬烯(29.27%),其次 是苯(17.8l%)以及1R—ot-蒎烯(16.08%),3一甲基 己烷(7.15%),正庚烷(5.55%),B一蒎烯 (5.67%),石竹烯(3.27%),B一月桂烯(3.1%), 上述8种化合物的含量占总量的87.90%. 表2华山松树皮挥发性物质成分 第3期陈敏等:华山松树皮挥发性诱虫活性物质成分分析431 38 39 40 4l 42 43 44 45 46 47 48 49 50 5l 52 53 54 55 56 57 58 8.128 8.698 8.863 9.186 9.798 10.086 l,4一Cyclohexadiene,1-me~yl4一(1一methylethy1)一l一甲基4一(异丙基)一l,4 一环己二烯C10HI6 Cyclohexene,1-me~yl4一(1-methyle—thylidene)一1-甲基4一(1一甲基一亚乙烯 基)一环己烯Cl0Hl6 l,6-Octadien-3一ol,3,7-dime~yl一3,7一二甲基一l,6一辛二烯_3一醇Cl0Hl8O Fenchol葑醇cl0Hl8O Camphor2-莰酮Cl0Hl6O ?c ,ycl0[.?._三'(alpha.,_alpha.,?alpha.).(1一CloH.60d.)-2,6,6-三甲基一双环[3.I.1]-3一 庚烯 …069 k'.印0lIl,'7_thy,(-endo)_(1end0).1''7_三甲_双环C Io HI80 [2.2.1]庚一2一醇 10.3693-Cyclohexen-1一ol,4-methyl一1一(1-methylethy1)一,(R)一(R)一4-甲县1 一(异丙基)-3一环己烯一1一醇Cl0Hl80 10.604(+)一.alpha.一Terpineol(p-menth一1一en-8一o1) 龇 Cyc ycJ lohexen … e3-mJheethyl-6-( … 1-meth etn ylethenyl b10)-.(3R-trans)里椎庚烯.2.Cf0C1oHI6H16. 甲醴… 10.804Iso~'omeol异冰片酯Cl0Hl8O 10.975Bicyclo[3.1.1]hept-3?en-2一one,4,6,6一trimethyl一4,6,6一三甲基双环[3.1.1]庚-3一乙二胺-2一酮cJ0Hl4O l1.098 2 -1 - C . yclohex".l..l,2.t}Iyl-5'(1.t}Iylet}Ie"y1).,s反式-2,甲基_5.(1-甲基乙烯基)?2-环C lo Hl60 己烯一1一醇, 11.357Benzene,2一methoxy-4一methyl一1一(1一methylethy1)一2-甲氧基-4一甲基一1一(异丙基)一异丙苯CllH160 l1.569 Cy-l'2.山yl-5卜dhyk山eny1)-'(一(S)-甲基-(异丙烯基)-2?环己C lOHl60 烯一1.酮, 12.304Isobomylacetate醋酸异冰片酯C12H2oO2 12.445Tridecane十三烷C13H28 13.874.alpha.一Cubebeneu一荜澄茄油烯Cl5H24 14.621CaryophyUene石竹烯C15H24 l5.18.alpha..CaryophyUeneot.石竹烯ClsH,4 Naphthalene,l,2,3,4,4a,5,6,8a—octahydro-7一me~yl4一methylene—l一(1-methylethy1)一,(1.al一 5915.533pha.,4a.alpha.,8a.alpha.)一7-甲基4一亚甲基一l一(异丙基)一l,2,3,4,4a,5,6,8a一八氢萘Cl5H24 (In,4a.d.,8a.d.) 6o15.657GermacreneD大牦牛儿烯DCl5H24 6l15.727Butanoic~id,3一methyl一,2-?phenyleth)rlester 62l5.768 Azulene,1,2,3,4,5,6,7,8.tahydro-1,4-dithYl-7.(1.methyl.theny1).,[1s-(1?Pa',4?al- pha.,7.alpha.)J一 6315.962 N.dpht}Ialn,l,2,4,5,6,8.hhydro4,7-dimthyl-l.(1.mt}Iylethy1).,(1?alPha?,4?alPh?,C 15n.~ . a.)一(1d,.d.,.),二甲基一l一(异丙基)一l,2,4a,,,一六氢萘.8aalph4a8act-47-568a Naphthalene,l,2,3,4,4a,5,6,8a—octahydro-7一methyl-4一methylene—l一(1-methylethy1)一,(1.al一 6416.262pha.,4a.beta.,8a.alpha.)7-甲基_4一亚甲基一l一(异丙基)一l,2,3,4,4a,5,6,8a一八氢萘(1d,Cl5H24 4a?B?,8act.) .Naphthalene,l,2,3,5,6,8a—hexahydro-4,7-dimethyl—l一(1-methylethy1)一,(1S—eis)一(1s一顺65C ? 4式)4,7.二.基)一l,,3,,.六氢萘'…15H24 2568a式)4,7一二甲基一l一(异丙基)一l,,3,,,一六氢萘 0.06 0.23 0.22 0.06 0.08 0.08 0.2l 0.34 1.12 0.04 0.41 0.10 0.1l 0.06 0.O3 0.o5 0.10 0.o2 0.O3 3.27 0.5l 0.13 0.38 0.08 0.04 0.08 O.08 0.18 华山松树皮挥发性物质的组成为主要为萜类化 合物(58.97%),芳香族化合物(18.84%),烷烃类 (18.15%),醇类(1.30%),烯烃类(1.00%),酯类 (0.20%),酮(0.24%)和醛(0.06%).由图2可 见,萜类化合物占了挥发性物质总量的50%以上. 432林业科学研究第20卷 3讨论 篓 芳香烃萜类烷烃烯烃醇酮醇醛 化合物类别 图2华山松树皮挥发性物质类别及相对含量 (1)华山松木蠹象对华山松危害极为严重,尤其 喜爱取食健康华山松.研究证明,华山松木蠹象对华 山松健康木的高度选择性与华山松健康木的次生代 谢物中挥发陛物质成分有密切的关系.但在对华山 松木蠹象寄主的研究中,华山松木蠹象对华山松以外 的其它17个松科树种也进行取食J.华山松和这些 松科树种是具有相同的挥发性物质在引诱华山松木 蠹象,还是具有相同的其它引诱因素,有待进一步 研究.一 (2)华山松木蠹象对华山松不同浓度挥发性物 质选择率的不同表明,华山松木蠹象对来自不同浓 度的挥发性气味具有不同的敏感性和选择性.华山 松木蠹象对一定浓度的华山松挥发油有极强的趋 性,但对浓度过高的挥发油则产生忌避性.证明寄 主挥发性物质的浓度对昆虫嗅觉有很大影响,这对 利用寄主植物挥发性物质生产运用昆虫趋避剂有很 大的启示. (3)华山松挥发性物质中,萜类化合物占了 总量的50%以上,很可能诱虫活性物质主要为萜 类化合物.但昆虫的触角对某些含量甚微的物 质也很敏感,而且多种成分的综合作用也可能对 华山松木蠹象的行为产生影响.因此有必要进 一 步对华山松树皮提取的所有挥发性物质成分 进行单一和综合的生测试验,以证明这些物质有 无引诱或忌避作用. 参考文献: [1]云南森林编写委员会.云南森林[M].昆明:云南科技出版社, 1986:115,1l8 [2]邓晓军,陈晓亚,杜家纬.植物挥发物质及其代谢工程[J].植物 生理和分子生物学,2004,30(1):11,l8 [3]陈辉.化学信息素对小蠹虫入侵危害的调控[J].林业科学, 2003,39(6):154,158 [4]沃斯特wE,斯塔克RW,伍德DL.松树与小蠹虫生态系统一害 虫综合治理[M].粱其伟(译).北京:中国林业出版社,1991 [5]李宗波,陈辉,陈霞.华山松树脂挥发油化学成分分析[J].西北 林学院,2006,21(2):138,141 [6]闫争亮,孙江华,张忠宁.外来入侵林业害虫大小蠹的侵袭以及 相关化学物质[J].昆虫知识,2003,40(5):399,加4 [7]LangorDW,SituYX,ZhangR.TwonewspeciesofPi.~ode,(Co— leoptera:Curculionidae)fromChina[J].TheCanadianEntomolo- sist,1999,131:593,603 [8]雷桂林,段兆尧,冯志伟,等.华山松木蠹象的危害性分析[J].东 北林业大学,2003,31(3):62,63 [9]段兆尧,雷桂林,王莉萍,等.华山松木蠹象危害特性的初步研究 [J].云南林业科技,1998,84(3):81,85 ???如加mO