林业科学  2009, Vol. 45 Issue (9): 106-110   PDF    
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张金桐, 骆有庆, 宗世祥, 李占文.
Zhang Jintong, Luo Youqing, Zong Shixiang, Li Zhanwen
沙蒿木蠹蛾性诱剂的分析合成与生物活性
Analysis, Synthesis and Biological Activities of Sex Attractant for Holcocerus artemisiae (Lepidoptera:Cossidae)
林业科学, 2009, 45(9): 106-110.
Scientia Silvae Sinicae, 2009, 45(9): 106-110.

文章历史

收稿日期:2009-01-15

作者相关文章

张金桐
骆有庆
宗世祥
李占文

沙蒿木蠹蛾性诱剂的分析合成与生物活性
张金桐1, 骆有庆2, 宗世祥2, 李占文3     
1. 山西农业大学文理学院 太谷 030801;
2. 北京林业大学林学院 北京 100083;
3. 宁夏灵武市森林病虫害防治站 灵武 750001
摘要: 采用毛细管气相色谱(GC)和触角电位测定(EAG)技术分析沙蒿木蠹蛾雌蛾性信息素腺体提取物。结果表明:在提取物中存在有顺-5-十二碳烯乙酸酯(Z5-12: Ac)、顺-5-十四碳烯乙酸酯(Z5-14:Ac)和顺-5-十二碳烯-1-醇(Z5-12:OH) 3种主要成分。通过人工合成得到相应的标准化合物,林间诱蛾试验结果显示:Z5-12:Ac和Z5-14:Ac 2种组分的组合具有很高的诱蛾活性,且具有专一性,当加入反-3-顺-5-十二碳二烯乙酸酯(E3,Z5-12:Ac)时诱蛾活性增加。将3种化合物按10:6:0.5配成性诱剂制成诱芯(825 μg·个-1),诱蛾效果最佳, 日平均诱蛾7.2头。此性诱剂可用以田间诱捕和虫情监测,为沙蒿木蠹蛾的综合防治提供一条新的方法和技术。
关键词:沙蒿木蠹蛾    性诱剂    化学合成    生物活性    
Analysis, Synthesis and Biological Activities of Sex Attractant for Holcocerus artemisiae (Lepidoptera:Cossidae)
Zhang Jintong1, Luo Youqing2, Zong Shixiang2, Li Zhanwen3    
1. College of Art and Science, Shanxi Agricultural University Taigu 030801;
2. Forest College, Beijing Forestry University Beijing 100083;
3. Lingwu Station of Forest Diseases and Pests Control of Ningxia Lingwu 750001
Abstract: The female sex pheromone gland extract of Holcocerus Artemisiaewas separated and indentified by gas spectrometry (GC) and electroantennograms (EAG). The result indicated that (Z)-5-dodecenyl acetate (Z5-12: Ac), (Z)-5-tetradecenyl acetate (Z5-14: Ac) and (Z)-5-dodecen-1-ol (Z5-12: OH)the major pheromone components. These chemicals were artificially synthesized. Results of field trials showed that the mixture of Z5-12: Ac and Z5-14: Ac had high biological activity and specificity. The addition of (E, Z)-3, 5-dodecadicen-1-yl acetate (E3, Z5-12: Ac) to the mixture increased attractive. The traps baited with rubber septa impregnated with Z5-12: Ac, Z5-14: Ac and E3, Z5-14: Ac in a 10:6:0.5 ratio were the most effective. On an average, 7.2 male moths were caught by a trap baited with 825 μg of the sex attractant per day. The sex attractant can be used for trapping the male and for the insect survey, which would provides a new method and technique for the integrated control of H. artemisiae.
Key words: Holcocerus artemisiae    sex attractant    synthesis    biological activity    

沙蒿木蠹蛾(Holcocerus artemisiae)属鳞翅目(Lepidoptera)木蠹蛾科(Cossidae)线角木蠹蛾属(Holcocerus)。主要以幼虫危害沙蒿(Artemisia arenaria)和骆驼蓬(Peganum harmala)的根部,1株根部有幼虫数头至10余头(陈孝达, 1989),根部常被蛀空,造成整株枯死,对多年生固沙植物威胁较大。近年来,该虫在我国内蒙古、宁夏、陕西等地的沙蒿分布区大面积发生,造成沙蒿灌丛成片枯死,大大降低了沙蒿在荒漠、半荒漠和干草原地带的流动、半流动和固定沙地上的固沙作用,给我国西部的生态环境建设造成了巨大的损失。虽然施用农药喷洒和农药灌根等方法,但由于沙蒿木蠹蛾幼虫在沙蒿根部危害,活动隐秘,各种防控措施难以凑效,再加上沙蒿大多生长在沙漠地带,各种人工防治作业工具无法进入,防治效果极不理想。因此,研究高效、无毒、无污染防治沙棘木蠹蛾的新方法、新技术具有重要意义。而研究昆虫性信息素或性诱剂防治害虫是近些年来发展起来的一种防治害虫的新技术。

由于木蠹蛾生命周期长(1~4年),发生世代少等原因,致使对木蠹蛾性信息素的研究困难较大。在国内外,从20世纪70年代至今,有关鳞翅目蛾类昆虫性信息素的研究已取得重要进展,但在木蠹蛾科昆虫性信息素的研究领域中,在国外,仅有芳香木蠹蛾(Cossus cossus)等3种木蠹蛾性信息素被鉴定(Doolitde et al., 1976a1976bCappizzi et al., 1983Tonini et al., 1986)。在国内已发现的60多种木蠹蛾中也只有蒙古木蠹蛾(Cossus mongolicus)(祁云台等,1990)、小线角木蠹蛾(H. insularis)(Zhang et al., 2001)和沙棘木蠹蛾(H. hippophaecolus) (Fang et al., 2005)的性信息素被鉴定。沙蒿木蠹蛾性信息素尚无相关报道。为此笔者开展了对沙蒿木蠹蛾性信息素的一系列研究,对性信息素进行了组分分析、触角电位测定、人工合成以及沙漠区域林间试验, 已确定了对沙蒿木蠹蛾有较强引诱活性的性诱剂配比和含量, 为今后利用性信息素防治沙棘木蠹蛾打下良好基础。

1 材料与方法 1.1 性信息素提取

从野外沙蒿根内采集到老熟幼虫,化蛹后移入大纱笼内,雌蛾羽化当晚即具有求偶行为。通过野外诱蛾试验和室内观察发现其召唤(calling)高峰为19:30—21:00。扫描电镜观察和腹部末端提取物诱蛾活性试验证明雌蛾性信息素分泌腺在腹部8~9节节间膜处。在婚飞召唤时,捕捉处女雌蛾,在双目镜下,用手轻挤腹部,用镊子摘取性信息素腺体和产卵器,浸入2次重蒸正己烷中。提取液用N2小心浓缩至适当体积,存入-10 ℃冰箱中待用。

1.2 气谱气相色谱(GC)分析

采用Agilent 6890气相色谱仪,氢火焰离子化检测器(FID), N2为载气,无分流进样,毛细管柱为HP-1(50 m×0.22 mm×0.33 μm Paloalto California),程序升温为:起始温度80 ℃,保持2 min,以4 ℃·min-1的升温速率,升温至180 ℃,再以0 ℃·min-1的升温速率,升温至240 ℃保持14 min。检测器和进样器温度为250 ℃。

1.3 触角电位试验

性腺提取物及合成标准混合物的触角电位分析方法参考张金桐等(2000),每种刺激物在同一根触角上平行测定2次,重复的雄蛾数为12只,触角数24,取平行测定的平均值。

1.4 性诱剂的合成

根据分析结果和林间诱捕试验的需要, 采用廉价易得的原料和中间产物, 通过Witting反应和炔化物反应合成路线合成了供室内生测和田间诱蛾试验使用的标准化合物:

1.5 性诱剂诱芯的配制和林间诱蛾试验

利用特制橡胶塞作为性诱剂载体, 将合成性诱剂及类似物溶于石油醚中制成溶液, 用注射器定量将正己烷溶液注入橡胶塞(中国科学院动物研究所孟宪佐提供)的凹处, 溶剂挥发后即成诱芯, 密封低温保存。用只注入石油醚溶剂的橡胶塞作对照。用塑料瓦棱板制三棱柱形诱捕器(图 1 A:截面19 cm×19 cm×21 cm, 棱长25 cm), 将一涂有粘虫胶的蜡纸板(图 1 B:21 cm ×25 cm)插入诱捕器内使其位于底部, 用大头针钉在胶版中央。

图 1 沙蒿木蠹蛾诱捕器示意 Figure 1 Sketch of trap of H. artermisiae

林间诱蛾活性试验在宁夏灵武市(2007年07-03—07-17),沙漠区域沙蒿生长地带进行。每个处理为6个重复,诱捕器利用木支架固定,高度1.0~1.2 m,诱捕器之间的距离为50~100 m。于2008年07-20—08-04,在进一步验证诱蛾活性的同时,将具有诱蛾活性的Z5-12: Ac,Z5-14: Ac,E3,Z5-12: Ac 3种成分按10:6:0.5比例分别制成含有165,330,825,1 320,1 650 μg不同剂量的诱芯(张金桐等, 2001), 进行了剂量对诱蛾活性影响的试验。

1.6 数据处理

采用SPSS 13.0统计软件对数据进行分析处理,并用Duncan单因素F检验差异显著性。

2 结果与分析 2.1 GC和EAG分析结果

经GC分析,沙蒿木蠹蛾性信息素腺体提取物出现4个峰(图 1 Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ, Ⅳ),保留时间(min)分别为:Ⅰ(15.813),Ⅱ(19.724),Ⅲ(25.273)和Ⅳ(27.559),其中峰Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ的保留时间与合成标准化合物Z5-12: OH,Z5-12: Ac和Z5-14: Ac的保留时间一致。峰Ⅳ是16碳饱和脂肪酸。用内标物(十一醇C11H23-OH)定量测定结果表明:3个组分的含量和相对比例均随时间而变化,处在召唤状态下的处女雌蛾性信息素中Z5-12: OH,Z5-12: Ac和Z5-14: Ac的含量分别为:(7.14±0.73)ng,(54.20±0.34)ng和(38.70±0.46)ng (组分比约为1:10:7)。

图 2 雌蛾性信息素腺体提取物的气相色谱图 Figure 2 Gas chromatogram of female sex pheromone gland extracts

雄蛾触角对上述性信息素腺体提取物及合成类似物的EAG反应可以看出(图 3),雄蛾对Z5-12: Ac产生最强的EAG反应(5.21 mV),与其他物质相比,差异显著(P<0.05);对Z5-14: Ac反应适中(3.13 mV), 而对Z5-12: OH反应较小(0.52 mV)。对E3, Z5-12: Ac和Z9-14: Ac也产生较强的EAG反应(分别为3.52和3.25 mV),尽管这2种物质在性信息素提取物中未被发现,但在田间试验中发现E3, Z5-12: Ac有明显的增效作用。总体来看,Z式化合物的EAG值大于E式的EAG值,差异显著(P<0.05)。酯类化合物EAG值远大于醇类的EAG值,差异极显著(P<0.01)。进一步证实性信息素中十二(或十四)碳烯醇乙酸酯双键的几何构型是顺式结构。

图 3 沙蒿木蠹蛾雄蛾对标准化合物及雌蛾性信息素提取物(2FE)的触角电位(EAG) Figure 3 EAG responses of male H. artemisiae to compounds and sex pheromone extract (2FE)
2.2 不同组分及各组分比例的田间诱捕效果

表 1可知:单一组分无诱蛾活性;按气相色谱确定的性信息素成分比例配制的多组分引诱剂诱蛾效果显著, 其中Tc7三元性信息素组分的诱蛾效果略低于Tc6二元组分,说明Z5-12: OH没有增效作用,且可能表现抑制作用。将EAG反应活性较强的E3, Z5-12: Ac和Z9-14: Ac加入Tc6组分,前者使诱蛾活性增强,一个诱捕器日最高诱蛾量可达10头。而后者对诱蛾活性几乎无作用。这一结果证实Z5-12: Ac,Z5-14: Ac和E3, Z5-12: Ac 3组分配制的诱芯对沙蒿木蠹蛾雄蛾的诱蛾活性最强。同时由表 2可以看出,将这3种组分按不同比例混配时,A:B为10:7(同腺体提取物中2种组分的比例相同)和10:6时的诱蛾效果基本相同,后者增加,只当A:B:D为10:6:0.5时诱蛾效果最佳。

表 1 沙蒿本蠹蛾性信息素及其类似物的林间试验 Tab.1 Male attraction of H. artemisiae using the sex pheromone and analogues in field
表 2 不同比例性信息素及其类似物诱芯的田间试验 Tab.2 Male attraction by lures with the different ration of sex pheromone and analogues in field
2.3 剂量对诱蛾活性的影响

林间诱蛾对比试验结果表明:诱芯中性诱剂的含量对诱蛾活性有明显的影响, 诱芯中性诱剂的含量越高, 诱蛾量越多(表 3)。剂量为1 650 μg的平均诱蛾量最高, 是160 μg的8.77倍, 是330 μg诱芯的4.8倍, 诱捕量差异显著。尽管1 650 μg和1 300 μg比825 μg的诱芯诱蛾量大, 但差异不显著。由此可见, 用于虫情测报和诱杀防治成虫的诱芯剂量在825 μg左右即可, 这样既能达到诱杀和测报的效果又可节省性信息素。

表 3 每个诱捕器不同剂量的性诱剂的平均诱蛾量 Tab.3 Numbers of males caught by varying amounts of attractant
3 结论与讨论

本研究仅利用毛细管气相色谱(GC)和触角电位测定(EAG)技术分析,推断沙蒿木蠹蛾性信息素可能是多元组分体系,在3个组分(Z5-14: Ac,Z5-14: Ac和Z5-12: OH)中,只有Z5-14: Ac和Z5-14: Ac2组分表现出较强的诱蛾活性。这种试验结果同木蠹蛾科的Cossus属的芳香木蠹蛾(Cappizzi et al., 1983)和蒙古木蠹蛾(祁云台等,1990)的性信息素诱蛾试验结果非常相似。但与同属(Holcocerus)的小木蠹蛾性信息素(主要成分是Z3-14: Ac)和沙棘木蠹蛾性信息素(主要成分是Z7-14: Ac和E3-14: Ac)截然不同,这可能是种间差异性一种体现。但必须指出,本试验只是根据沙蒿木蠹蛾性腺体提取物在毛细管气相色谱(GC)图中主要成分的保留时间与合成标准化合物的一致性,初步分析确定为3种成分的,尚有待于利用毛细管气相色谱-触角电位测定联用(GC-EAD)和毛细管气相色谱-质谱联用(GC-MS)等技术进一步分析鉴定。

沙蒿分布区试验证明以Z5-12: Ac,Z5-14: Ac,E3,Z5-12: Ac 3种化合物按10:6:0.5配成性诱剂制成诱芯(825 μg·个-1), 诱蛾效果最佳, 日平均诱蛾7.2头。此性诱剂可用以虫情监测和田间诱捕,为沙蒿木蠹蛾的综合防治提供一条新的方法和技术。目前在我国分布的木蠹蛾有60多种,其中Holcocerus属的木蠹蛾就有10多种,沙蒿木蠹蛾性信息素的成分分析将有助于促进我国Holcocerus属木蠹蛾性信息素的结构鉴定并为用昆虫性诱剂防治沙蒿木蠹蛾创造了条件。

总之,此性诱剂的成功合成与发现为发展高效、无毒、无污染、无公害监测和防治沙蒿木蠹蛾危害的新方法、新技术提供了材料。其应用价值在于有利于保护天敌,兴益除害,提高防治沙蒿木蠹蛾的效果,还可以减少使用化学农药造成的污染,保护环境,生态效益和社会效益显著。

参考文献(References)
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张金桐, 孟宪佐. 2001. 小木蠹蛾性诱剂的合成及林间诱蛾活性[J]. 林业科学, 37(4): 71-74. DOI:10.3321/j.issn:1001-7488.2001.04.011
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