【毕业学位论文】（Word原稿）MeSA、叶蝉为害和机械刺伤对茶芽挥发物及PAL、PPO酶活性影响昆虫化学生态学硕士论文

密级： 论文编号： 中国农业科学院 硕士学位论文 蝉为害和机械刺伤对茶芽挥发物及 活性影响 on PO in on in I 摘 要 本文以 茶树 为研 究对 象，研 究了 假眼 小绿 叶蝉为 害、 机 械 刺伤 和外源 多酚氧化酶（ 及茶树芽梢释放挥发性化合物的影响。主要研究结果如下： 1. 茶树芽梢 活性在一天中是周期变化的。一天中芽梢 活性有 2 个高峰，分别出现在一天中的中午 12： 00 和下午 18： 00 左右；一天中的最低值出现在次日早上 6： 00 左右。茶树芽梢 活性一天中只有一个最高值和最低值，出现在下午 16： 00 和次日早上 4： 00 左右。 2. 假眼小绿叶蝉为害和机械损伤对 茶树芽梢 活性的日变化有很大影响。机械刺伤后茶芽 活性迅速下降，处理后 10 h 活性降至最低值，下降比例为 之后 活性逐渐升高，在处理后 22h 时超过对照日变化酶值，且增加比例达到 。 叶蝉为害后茶芽 活性逐渐升高，在处理后8 小时左右酶活性出现最高值，之后酶活性波动下降，在 次日 早上 6： 00 附近到活性最低值。但与 芽梢 日变化相比，叶蝉为害后 活性下降比例最大值出现在为害处理后 4 h，下降比例为 叶蝉为害后 活性上升比例最大值出现在为害后 24 h 时，但上升比例仅为 相对于 对照 ，叶蝉为害芽梢活性变化较为平缓。 3. 假眼小绿叶蝉为害 和机械刺伤对茶梢 活性的日变化 亦有很大影响。芽梢 在 假眼小绿叶蝉为害 6 小时后酶活性出现一个较大的提升 ， 后波动上升，到次日 凌晨 0： 00 达到最大值；然后茶芽 活性逐渐下降， 次日 凌晨 6： 00 时达最低值，之后进入下一个波动周期。机械损伤对芽梢 活性的影响与叶蝉为害后 活性逐渐上升然后再下降的趋势不同。机械损伤后芽梢 活性先上升，处理后 6 小时达一个较大值，之后下降， 刺伤后 12h 达 到一天中最低值 ，而后波动式上升 。 4. 外源 理能诱导茶树芽梢 活性升高。在用于试验的三个浓度中， 400l 的外源 理诱导芽梢 活性的能力最强，在 本 所茶园进行的试验中外源 理后第 1、 2、 3 和 4 天芽梢 活性比对照分别高 茶树用 400l 的外源 雾法和缓释法处理后芽梢 性也均提高了，但两者间存在差异；在处理后第 1、 2 天喷雾法比缓释法诱导能力强，方差分析表明存在显著差异，但在第 3、 4 天两方法的诱导能力无显著差异。 同样，外源 理亦能诱导茶树芽梢 活性变化。在用于缓释法试 的 3 个浓度中，随着外源 度的增加，诱导 活性的能力有降低的趋势，但三浓度间差异不显著。外源 释处理后芽梢 活性升高。在宁波北仑进行的试验中，外源 释处理后第 1、 2、 3 和 4 天芽梢 外源 理方法之间对酶活性影响较大，喷雾试验中，外源 理表现出对芽梢 随浓度升高而 抑止作用 加大。 5. 机械刺伤、外 源 释处理影响茶树芽梢挥发物的组成和含量。机械刺伤处理芽梢挥发物组分明显高比对照芽梢挥发物要少，只鉴定出 14 个组分。机械损伤处理芽梢相比对照芽梢的挥发性化合物减少了乙酸乙酯、 13醛、正己醇、顺 1辛醇、己酸 醇、 31 72， 6甲醇、壬酸甲酯、丁酸 3 二醇、乙酸 6 种物质，而增加了吲哚、 1 氢 1烯醛和乙醇等 5 种物质；两者共同具有的化合 物机械刺伤处理后大多数含量增加了。 外源 释处理芽梢后挥发物与对照存在很大差别。 400l 缓释处理芽梢挥发物共鉴定出 25 种，其中与对照比增加的挥发性化合物有 2 1醛、环己醇、橙花醇、苯乙醇、 3,7,111,3,6,103酸甲酯；与对照相比外源 释处理芽梢减少的化合物有 13醛、 2， 5酸 二醇、乙酸 外源 释处理 能影响 (Z)(Z)1(Z)芳樟醇等 组分的产生和相对含量，进而可能影响植物植物、植物昆虫之间的信息交流。 综合分析认为，在外源 导下、或受叶蝉为害后，茶梢挥发物中 一种重要的防御信号物质。 关键词 ： 机械刺伤 ， 假眼小绿叶 蝉 ， 外源 茶芽挥发物 ， n it is of by on , as as 1 AL PO in a AL 2 00 8 00. AL 00. PO a a 6 00 00, 2 P in AL in a P, AL to 0 h AL K 22 h, . by AL to h to 00 in in a in h by by on by 2 h by by AL in by as as in in in a in 3 P in PO in a h PO in by on a to 00 PO P on PO in is PO h to 2 h 4 AL to 00 l On 23rd th 00 l AL K , , , by is by P in by by do in in PO in by PO to by of IV do PO in As to PO K , , , by of 5 P of of in P K to K 1ZZE,7Zin P Zof K P P. of K. to K ZZ,71,6,10,7,111,5Z,3E, 4E1,6,7so To of or by in It is an V 目 录 第一章 绪论 . 1 言 . 1 发物的种类及生物合成途径 . 2 物的绿叶挥发物 . 2 类化合物 . 2 它化合物 . 5 物挥发性物质的诱导激发子 . 6 物挥发物的化学生态功能 . 7 邻近植物的影响 . 7 昆虫的影响 . 8 植物的诱导抗虫作用及机理 . 9 杨酸类化合物的结构与生物合成途径 . 9 A 和 导植物的直接抗虫性 . 11 A 和 植物间接抗虫中的作用 . 13 息素将在茶树害虫综合治理中发挥作用 . 13 望 . 15 研究的主要内容和目的 . 16 第二章 蝉害、 机械刺伤对芽梢 性的影响 . 17 料和方法 . 17 试茶树和昆虫 . 17 料处理 . 18 活性测定方法 . 18 果与分析 . 19 芽 活性日变化 . 19 械损伤和叶蝉为害对茶芽 活性的影响 . 19 源 导处理对茶芽 活性的影响 . 21 源 理方式对茶芽 活性的影响 . 24 论 . 25 第三章 蝉害、 机械刺伤对茶芽 性的影响 . 26 料和方法 . 26 试茶树和昆虫 . 26 料处理 . 26 活性测 定方法 . 27 果与分析 . 27 梢 活性日变化 . 27 械损伤和叶蝉为害对茶芽 活性的影响 . 29 源 导处理对茶芽 活性的影响 . 30 源 理方式对茶芽 活性的影响 . 32 论与讨论 . 33 第四章 外源 机械刺伤诱导的芽梢挥发物 . 34 材料和方法 . 34 试茶树 . 34 剂 . 34 仪器设备 . 34 料处理 . 35 . 35 发物组分的定性与定量 . 35 果与分析 . 35 发物组成概况 . 35 源 刺伤对茶梢中 组分的诱导效应 . 37 论 . 39 第五章 总讨论 . 43 为信号分子在茶树 茶树之间可能的传递方式 . 43 能在茶树个体防御向群体防御转化中起重要作用 . 44 结和讨论 . 45 参考文献 . 47 致 谢 . 55 作 者 简 历 . 56 文缩略表 英文缩写 英文全称 中文名称 53辅酶 A 还原酶 类合成酶 肪氧化酶 莉酸羧基甲基转移酶 过氧化物裂 解酶 哚 丙氨酸解氨酶 息酸羟化酶 SA 杨酸 杨酸甲酯 酚氧化酶 中国农业科学院硕士学位论文 第一章 绪论 1 第一章 绪论 言 陆生植 物多为 长在 地 面的， 主要通 过根 系 获取矿 物质和 水分 ， 由叶片 制造出养分，缺 乏动物 具有 的逃避敌 害的机 制。 为了防御 虫害， 植物 进化出了 一些抗 性机制，如 不选择 性， 即不具备 被害虫 选择 的理化特 性，害 虫选 择别的替 代寄主 。植物形态 和化学 物质 是产生不 选择性 的根 据。比如 角质层 和木 质化的硬 表皮， 可有效地抵 御某些 小型 植食昆虫 的取食 ；而 植物上的 毛囊、 刺和 其它一些 特殊的 器官也可限制昆虫接近植物中富含营养成分的组织（ et 植物体内的生物碱、类 黄酮、 萜内 酯和酚类 化合物 则是 阻碍昆虫 取食的 重要 化合物。 但是， 一旦伤害发生，植物是不可能象哺乳动物那样移动专化的细胞承担伤口治愈功能的。面对伤害，植物并不是消极忍耐，而是采取一些策略防御敌害，增加生存的机会。经过长期 的进化 ，植 物拥有激 活防御 反应 的能力， 这些反 应可 以是在转 录水平 上发生的， 与防御 相关 基因的 激 活与表 达。 这些伤激 活的反 应促 使受伤植 物组织 的痊愈，也 激活植 物防 御机制以 免受到 进一 步伤害。 比如改 变自 身的代谢 方式， 产生某些驱 避植食 性昆 虫的气味 、体内 累积 有毒次生 化合物 ，改 变挥发性 次生化 合物的组成以引来致害昆虫的天敌（周新生 严福顺 2004）。有毒挥发物的累积和释放属于抗 生性。 不选 择性、抗 生性和 耐害 性构成了 植物三 种基 本抗性机 制。植 物大部分伤诱导反应出现在伤害发生后的一个时间段内，从几分钟到几个小时（ 998），反应过程涉及伤害的产生、特殊信号释放、感知和转导，继而激活植物防御 基因。 植物富含众多天然化合物，其中的许多是有挥发性，种类涉及脂肪酸衍生物、萜类、吲哚和源于其它化合物家族的分子（ 001）。健康植株主动释放一些挥发性物质，但是机械损伤和植食性昆虫取食会改变植物释放的挥发物组成成分，引起挥发 物质和 量的 变化。这 些挥发 物中 的一些组 分，可 被选 择性地输 出，改 变当前生产 者如虫 害植 株、邻近 植株和 害虫 三者间的 相对关 系， 在植物中 充当信 号分子的角 色，在 抵御 害虫为害 中发挥 着重 要作用。 那么对 于植 物而言， 这些信 号物质是什 么呢？ 邻近 的同种和 不同种 植物 能否感受 这些信 号？ 昆虫体内 又是什 么在诱导这 些信号 物质 的产生？ 另外， 近年 来植物诱 导抗性 ，尤 其是昆虫 取食诱 导的植物间 接防御 ，已 经成为新 的研究 热点 。昆虫和 植物相 互关 系的研究 在农林 生中国农业科学院硕士学位论文 第一章 绪论 2 态学和害 虫综合 治理 研究中的 地位越 来越 受重视。 本文综 合近 年来国内 外的研 究进展，对具有信号功能的挥发物的种类、激发子、合成途径及其化学生态学功能、以及重要信号分子水杨酸、水杨酸甲酯在诱导植物抗虫性中的作用作一综述。 发物的种类及生物合成途径 植物挥发物属于植物次生代谢物质，一般分子量在 100 300 之间，包括烃、醇、醛、 酮、酯 和有 机酸等。 每种植 物都 含有各自 的挥发 物 ， 并以一定 的比例 组成该种植 物的化 学指 纹图。植 物挥发 物， 尤其是遭 受植食 性昆 虫的攻击 或收到 机械损伤后 释放一 系列 复杂的挥 发性物 质， 为植物、 植食性 昆虫 及其天敌 提供有 价值的信息（ 999; et 物的绿叶挥发物 绿叶挥发物（ 主要指五碳和六 碳的醛、醇及酯类，来源于脂氧合途径（见图 一般由正常植物、机械损伤和虫害初期植物所 释 放（ et 植 物 体内 ， 几种 重要 的 绿 叶挥 发 性 组 分主要源于 肪酸的降解产物，即脂肪酸（亚麻酸和亚油酸）在脂氧合酶作用下转变为氢过氧化物后， 用下裂解为 靠 Z)(Z)乙 醛（ 993）。通 过醇 脱氢 酶、 乙酰 化作 用和 异构 化 作用 等进 一步加工导致 基化合物的产生，如 (Z)(Z) (Z)Z)各自的 分被 加工成为愈伤激素，其长久以来就被假定 在植 物的 伤反 应方面 起重 要作 用（ 993）。在 机械 和 植食性 昆虫 损伤后， 立即局部特征性地释放，并且其在植株上也能被系统地诱导和释放（ 997）。 类化合物 植物挥发性萜类化合物大多是单萜、倍半萜及其衍生物（ 984）。在大多数 虫害诱 导的 植物挥发 物中， 萜类 化合物的 种类和 相对 含量都比 健康植 株挥发物中 的明显 提高 。这说明 萜类化 合物 是植食昆 虫诱导 的植 物挥发物 中的一 个主要组分（娄永根 程家安 2000）。 中国农业科学院硕士学位论文 第一章 绪论 3 乙 酰 辅 酶 A 乙 酰 丙 二 酸 途 径 饱 和 脂 肪 酸 饱 和 脂 肪 酸 脂 肪 酸 氢 过 氧 化 物 茉莉 酸 茉 莉 酸 甲 酯 、 醇 9,12,15 脱 氢 酶 萄 糖 甲 羟 戊 酸 戊 异 烯 二 磷酸 1 木 酮 糖 戊 异 烯 二 磷 酸 乙 酰 辅 酶 A 二 甲 基 烯 丙 基 二 磷 酸 二 甲 基 烯 丙 基 二 磷 酸 法 尼 基 二 磷 酸 陇 牛 儿 基 二 磷 酸 蒎烯 柠 檬 油精 7,8- 桉树脑 芳 樟 醇 橙 花 叔 醇 石 竹 烯 法 尼 醇 倍 半 萜 烯 单萜 胞 质 质 体 国农业科学院硕士学位论文 第一章 绪论 4 图 植 物 挥 发 性 物 质 代 谢 途 径 及 部 分 关 键 酶 参 考 自 001) 、000)和邓晓军（ 2004）略做改动 （ 植物脂氧合代谢途径； 植物甲羟戊酸途径和脱氧 莽草酸代 of 115 333辅酶 A 还原酶； 萜类合成酶； 脂肪氧化酶； 茉莉酸羧基甲基转移酶； 氢过氧化物裂 解酶 ； 吲哚 苯丙氨酸裂解酶； 安息酸羟化酶 ； 安 息 香 酸 甲 酯 苯 甲 醛 B 苯 甲 基 醋 酸 酯 水 杨 酸 莽 草 酸 途 径 苯 丙 氨 酸 吲哚 苯 甲 醇 肉 桂 酸 甲 酯 安 息 香 酸 肉 桂 酸 哚 杨 酸 甲 酯 S 异 丁 子 香 酚 I 甲基 异 丁 子 香 酚 丁 子 香 酚 甲基 丁 子 香 酚 国农业科学院硕士学位论文 第一章 绪论 5 异戊烯基二磷酸（ 二甲基烯丙基二磷酸（ 它们是萜类合成的共同前体。对于异戊烯和单萜， 自质体三磷酸甘油醛 径，关键酶是 151 合成的单萜物质如蒎烯、柠檬油精、7,8戊烯作为萜类最简单的 构，以 直接的前体；对于倍半萜， 能来自细胞质的乙酸 径， 3- 羟基 基 戊 二 酰 基 - 辅酶 A 还原酶（ 3其合成的主要限速酶。在质体和细胞质中分别合成的单萜底物牻牛儿基二磷酸（ 倍半萜底 物法尼基二磷酸（ 最后在萜类合成酶（ 催化下生成各自的产物（ et 晓军等 2004），如石竹烯、法尼烯、法尼醇和橙花叔醇等。萜类化合物代谢过程见图 它化合物 植物莽草酸代谢途径（见图 产生许多具有生理和生态功能的化合物，如吲哚、水杨酸 (A)和水杨酸甲酯 (其中吲哚 3 作 用 下 生 成 吲 哚 ； 水 杨 酸 和 水 杨 酸 甲 酯 的 生 物 合 成 是 在 苯 丙 氨 酸 裂 解 酶（ 用下，由苯丙氨酸生成反式肉桂酸，然后经过两条途径合成水杨酸和水杨酸甲酯：一种是肉桂酸侧链先经 在苯甲酸羟化酶（ A 2H）作用下羟基化生成水杨酸；另一种是由肉桂酸侧链先邻羟基化产生邻香豆酸，再经 王树才 周燮 1999；邓晓军等 2004)。 水杨酸羧基甲基转移酶（ 用下转化成水杨酸甲酯。在机械损伤和虫害植物中 释放的 重要 信号物质 茉莉酸 甲酯 ，则是脂 肪酸代 谢的 产物，其 代谢途 径的关键酶是脂肪氧化酶（ 茉莉酸羧基甲基转移酶（ 邓晓军等 2004）。 植物挥发物中的含氮化合物主要是来自氨基酸代谢途径的腈类和肟类（ 999; et 尽管这些化合物在虫害诱导的植物挥发物中所占的比例不高，甚至 在一些 植物 中不存在 ，但是 由于 这些挥发 物在健 康的