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摘 要:诱控树种韧皮和木质部组织中提取药剂注入及喷布杨树树干使其产生抗性机制。药剂主要成分为含有强心甙类化合物、黄酮类化合物、内酯类化合物。径粗6～10cm杨树以点滴注入或喷布药剂,50d后检查死虫数其杀虫率在70%以上。诱控树种提取的活性物质,既有诱导寄主树种伤口迅速愈合产生抗性,又能抑制光肩星天牛幼虫蜕皮、发育。探讨微观诱导与宏观调控之间诱控物质的传递与联系。
关键词:光肩星天牛 椴树韧皮 诱导抗性
中图分类号:S763 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)02(b)-0008-02
1 引言
光肩星天牛Anoplophora glabripennis(Motsch)是我国杨、柳、榆等几十种阔叶树的主要蛀干害虫。由于其生活隐蔽,侵入树干内部取食,木质部被蛀成空洞遂道,树木被蛀食后大量枯萎死亡,损失严重。内蒙古的防护林、用材林和城市绿化林遭到该虫的严重危害,致使11科18属的树木先后不同程度被害[9],导致生态环境恶化,并造成了巨大的经济损失。
经研究发现沙枣树和椴树树种具有一定引诱天牛产卵而又能杀死其卵或初孵幼虫的作用。能否利用和放大这一功能,使林木自我调节、控制光肩星天牛种群数量,实现林分自动调控、动态平衡,起到持续控制天牛的作用成为“诱控技术研究”和诱控树种提取诱导剂抑制光肩星天牛的中心课题。
植物活性物质的提取、利用的材料是诱控树种椴树。有关诱控以及诱控树种,国外未见报道,国内也很少报道。关于椴树化学成分进行系统研究的主要有韩国江源大学chang min等[4-6],以韩国椴树tilia roreana 树皮为材料提取分离到蒲公英赛醇乙酯、软木三萜烯酮、香豆素苷等10几种化合物。内蒙古林科院对蒙古椴树内含物的研究提取、分析出韧皮部A-1含有强心甙类化合物、黄酮类化合物、内酯类化合物,木质部B-2含有黄酮类化合物及内酯类化合物。蒙古椴树的化学成分研究特别用于光肩星天牛治理的药物研究,在我国内蒙古林科院尚属首列。本研究内容和研究思想完全源于该研究课题。诱是微观诱导寄主提高抗虫性,控是宏观调控天牛种群。
探索诱控树种韧皮部的杀卵机制,提取、利用其内在的抗虫、免疫物质[1-2]应用于非抗树种激活其潜在抗虫机制,是本文论述的主要问题。
诱控树种活性药物的提取作为植物诱导剂和光肩星天牛的抑制剂是植物活性药物调控光肩星天牛幼虫的创新研究。在前期诱控树种的发现、利用和内含物的研究为本次研究奠定了基础。本文着重论述初步提取的药物,在治理光肩星天牛中所发挥2种功能。即诱导寄主提高抗性又杀死天牛幼虫的双重作用。
2 研究材料和方法
2.1 试验材料
取椴树韧皮1000克,用清水冲洗去尘污,剪成0.1×0.1cm小块,木质部组织1000克,分别放入微波罐中并加溶剂,固体液体比分别为1∶5;1∶10;1∶15;1∶20,椴树组织分别设为韧皮层2个处理A-1、A-2和木质部2个处理B-1、B-2。提取椴树内含物,采用微波快速提取技术,避免在常规控制提取过程中使其在水解过程中大量丢失等问题。筛选药物、成分配制、确定剂量后,注入杨树,经过接虫、观察,取得结果。
2.2 椴树内含物微波快速萃取法
微波萃取又称微波辅助提取(microwava-assisted extraction made)。采用WD700型号的微波炉,微波额定输入功率1200W;输出功率700W;额定微波频率2450MHz。微波罐为四氯乙烯耐压无腐蚀、耐高温材料制成的罐体。处理见表1。
韧皮部提取液第一组500ml原液制成A1-1和第二组800ml原液制成A1-2剂量的诱导剂;木质部提取液900ml和800ml的原液分别制成B1-1、B1-2剂量的诱导剂。本次试验从诱控树种中提取的总体成分制成的药剂称为诱控药物TL-1;用微波分时间段萃取的不同层次成分含量不同的药剂称为诱导剂A1-1,(2)和B1-1,(3)。
2.3 微波萃取结果
2.3.1 采用微波提取技术,处理时间短,产出率高
微波萃取比浸渍,超声辅助提取等更为有效。相对于传统方法,微波萃取质量稳定,产量大,选择性高,节省时间且溶剂用量少,能耗低。送内蒙古林科院化验室做诱控树种内含物定性分析,2组样品含有甾类、黄酮类、香豆素类和内酯类物质。A1-2样品总含量均高于其他组分样品。A1-1含有强心甙类化合物、黄酮类化合物、内酯类化合物,B2-2含有黄酮类化合物及内酯类化合物。
2.3.2 提取物成分分析
组分药剂通过系列有机溶剂分离及气质-液相色谱分析、鉴定,在椴树内含物的几十种油状成分分离出的8个化合物中,其中5个确证为三萜烯类化合物。8个化合物有:(1)十二碳烷到三十一碳烷;(2)粘霉烯酮;(3)粘霉烯醇;(4)β-谷甾醇;(5)白桦脂醇;(6)蒲公英萜醇;化合物(7)三萜类化合物;化合物(8)二十四碳羧酸
3 提取药物药效测试
3.1 诱控药剂干扰天牛卵和幼虫试验
3.1.1 试验方法
取34粒天牛卵和27头初孵幼虫,放入养虫管中,20粒卵与20头幼虫滴入诱控剂处理,14粒卵和7头幼虫滴蒸馏水作对照,均置于21℃温箱内培养,每隔5d检查孵化情况。
3.1.2 试验结果
经过诱控药剂处理的天牛卵和幼虫,20d检查,有60%的卵未能孵化;检查处理后15～20d内的幼虫死亡率升高,20d后幼虫全部死亡。见表2。
3.2 诱导药物处理田间杨树试验
3.2.1 材料及方法
选径粗为6～10的幼龄杨树12株,10株处理,2株对照。A1-1,2个处理A1-2,2个处理,B2-3;B2-4分别为2个外,共有8个处理。2株树干部喷施诱导剂,A1-2作2个处理。
用吊瓶点滴使药物缓慢注入树干。在树干距地50cm处用钻头直径0.6cm的手摇钻斜向下打孔深为5～6cm,然后将输液管插入孔口,调节点滴微调控制输液量,以每分钟滴2滴为宜。每株输液量分别为200ml、500ml,浓度为1∶500和1∶1000的药输入树干。
野外捕捉天牛成虫,接虫于套有网笼的试验样株上,视产卵刻槽28～35个株为宜,取走天牛,用红笔标记刻槽并编号。每隔3d观察一次,以刻槽内排出的木屑和粪便来判断天牛幼虫孵化后的活动、取食情况。在天牛产卵后的试验株上,用手动喷壶喷药,浓度为1∶1000;药量为每株1000ml。处理50d后,开始解剖死虫数。见统计表3。
3.2.2 试验结果
田间杨树导入A1-2药剂后接天牛成虫试验,杨树采用微点滴注药法,天牛产卵后50d检查初孵幼虫及卵。死卵0%,A处理死虫69.75%;B处理死虫69%;C处理死虫72%。C处理幼虫死亡率最高,所有被检查的死虫从2龄幼虫开始变褐色,活动迟缓,濒于死亡。见图1、2。
4 结果分析
微波提取是利用介电损耗和离子传导原理,根据不同结构物质吸收微波能力和差异,对某些组分选择性加热,可使被萃取的物质从植物体内组织分离进入萃取剂。
经诱导剂处理后的杨树死虫均有发育滞后,脱皮时间延长或无法脱皮。由于诱导药物激发树体产生抗虫性,产卵后的卵室一直处于活动状态,特别初孵幼虫活动、取食卵室两侧组织时,树体卵室韧皮组织不断流出树液,形成愈伤组织产生抗虫物质抵抗初孵幼虫的取食、进攻。幼虫体时时受到树液流出的困扰和抑虫物质影响,幼虫取食范围较对照组幼虫取食范围缩小70%左右,使初孵幼虫、二龄幼虫难以正常生活,最终进入二龄到三龄阶段死亡。
5 结论
诱控树种提取的药剂不仅对天牛有抑制作用而且对寄主的受伤组织有修复、愈伤之功效。特别幼树使用该药剂可刺激其生根、枝叶的生长和提高抗虫能力。诱控物质微观诱导和宏观抑制、调控光肩星天牛种群密度,寄主个体与群体之间抗虫的提高离不开诱控活性物质的传递及对天牛和寄主调控、影响。所以在预防天牛侵害林木和被害林木治理天牛中,诱控技术发挥了应有的作用。
天牛诱控药剂研究要实现在防虫理念上的进一步革新,控虫技术上的创新与寄主抗虫观念的转变。最终成为治理天牛的有效策略和措施,保护三北防护林建设成果免遭光肩星天牛的危害。掌握天牛重要的本质的生物学规律,利用生物调控和诱导技术进行治理,才能达到天牛诱控的目的,为我国防治天牛保障西部生态安全做出贡献。
参考文献
[1] 田润民.椴树杀卵机制初探[J].内蒙林业科技,2005,(2):16～20.
[2] 张玉凤.椴树次生代谢产物的研究[J].内蒙林业科技,2003,(3):37～39.
[3] 田润民.光肩星天牛卵管分泌物对树体卵室作用机制研究[J].内蒙林业科技,2006,(4):20～24.
[4] Chang Min Kim, Sam Sik Kang, and Yong Soon Park, et al. Studier on the Chemical Constituents of Tilia Plants in Korea (Ⅰ).Korean Journal of Pharmacognosy.1988,19(3):174～176.
[5] Edited By Morris Rockstein.Biochemistry of Insects[M].Academic Press New York San Francisco London 1978, 314～348.
[6] young pil yu, sam sik kang, and chang min kim, et al. Studies on the Chemical Constituents of Tilia Plants in Korea (Ⅱ).Korean Jouranl of Pharmacognosy,1990,21(4):265～270.
注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文
关键词:光肩星天牛 椴树韧皮 诱导抗性
中图分类号:S763 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)02(b)-0008-02
1 引言
光肩星天牛Anoplophora glabripennis(Motsch)是我国杨、柳、榆等几十种阔叶树的主要蛀干害虫。由于其生活隐蔽,侵入树干内部取食,木质部被蛀成空洞遂道,树木被蛀食后大量枯萎死亡,损失严重。内蒙古的防护林、用材林和城市绿化林遭到该虫的严重危害,致使11科18属的树木先后不同程度被害[9],导致生态环境恶化,并造成了巨大的经济损失。
经研究发现沙枣树和椴树树种具有一定引诱天牛产卵而又能杀死其卵或初孵幼虫的作用。能否利用和放大这一功能,使林木自我调节、控制光肩星天牛种群数量,实现林分自动调控、动态平衡,起到持续控制天牛的作用成为“诱控技术研究”和诱控树种提取诱导剂抑制光肩星天牛的中心课题。
植物活性物质的提取、利用的材料是诱控树种椴树。有关诱控以及诱控树种,国外未见报道,国内也很少报道。关于椴树化学成分进行系统研究的主要有韩国江源大学chang min等[4-6],以韩国椴树tilia roreana 树皮为材料提取分离到蒲公英赛醇乙酯、软木三萜烯酮、香豆素苷等10几种化合物。内蒙古林科院对蒙古椴树内含物的研究提取、分析出韧皮部A-1含有强心甙类化合物、黄酮类化合物、内酯类化合物,木质部B-2含有黄酮类化合物及内酯类化合物。蒙古椴树的化学成分研究特别用于光肩星天牛治理的药物研究,在我国内蒙古林科院尚属首列。本研究内容和研究思想完全源于该研究课题。诱是微观诱导寄主提高抗虫性,控是宏观调控天牛种群。
探索诱控树种韧皮部的杀卵机制,提取、利用其内在的抗虫、免疫物质[1-2]应用于非抗树种激活其潜在抗虫机制,是本文论述的主要问题。
诱控树种活性药物的提取作为植物诱导剂和光肩星天牛的抑制剂是植物活性药物调控光肩星天牛幼虫的创新研究。在前期诱控树种的发现、利用和内含物的研究为本次研究奠定了基础。本文着重论述初步提取的药物,在治理光肩星天牛中所发挥2种功能。即诱导寄主提高抗性又杀死天牛幼虫的双重作用。
2 研究材料和方法
2.1 试验材料
取椴树韧皮1000克,用清水冲洗去尘污,剪成0.1×0.1cm小块,木质部组织1000克,分别放入微波罐中并加溶剂,固体液体比分别为1∶5;1∶10;1∶15;1∶20,椴树组织分别设为韧皮层2个处理A-1、A-2和木质部2个处理B-1、B-2。提取椴树内含物,采用微波快速提取技术,避免在常规控制提取过程中使其在水解过程中大量丢失等问题。筛选药物、成分配制、确定剂量后,注入杨树,经过接虫、观察,取得结果。
2.2 椴树内含物微波快速萃取法
微波萃取又称微波辅助提取(microwava-assisted extraction made)。采用WD700型号的微波炉,微波额定输入功率1200W;输出功率700W;额定微波频率2450MHz。微波罐为四氯乙烯耐压无腐蚀、耐高温材料制成的罐体。处理见表1。
韧皮部提取液第一组500ml原液制成A1-1和第二组800ml原液制成A1-2剂量的诱导剂;木质部提取液900ml和800ml的原液分别制成B1-1、B1-2剂量的诱导剂。本次试验从诱控树种中提取的总体成分制成的药剂称为诱控药物TL-1;用微波分时间段萃取的不同层次成分含量不同的药剂称为诱导剂A1-1,(2)和B1-1,(3)。
2.3 微波萃取结果
2.3.1 采用微波提取技术,处理时间短,产出率高
微波萃取比浸渍,超声辅助提取等更为有效。相对于传统方法,微波萃取质量稳定,产量大,选择性高,节省时间且溶剂用量少,能耗低。送内蒙古林科院化验室做诱控树种内含物定性分析,2组样品含有甾类、黄酮类、香豆素类和内酯类物质。A1-2样品总含量均高于其他组分样品。A1-1含有强心甙类化合物、黄酮类化合物、内酯类化合物,B2-2含有黄酮类化合物及内酯类化合物。
2.3.2 提取物成分分析
组分药剂通过系列有机溶剂分离及气质-液相色谱分析、鉴定,在椴树内含物的几十种油状成分分离出的8个化合物中,其中5个确证为三萜烯类化合物。8个化合物有:(1)十二碳烷到三十一碳烷;(2)粘霉烯酮;(3)粘霉烯醇;(4)β-谷甾醇;(5)白桦脂醇;(6)蒲公英萜醇;化合物(7)三萜类化合物;化合物(8)二十四碳羧酸
3 提取药物药效测试
3.1 诱控药剂干扰天牛卵和幼虫试验
3.1.1 试验方法
取34粒天牛卵和27头初孵幼虫,放入养虫管中,20粒卵与20头幼虫滴入诱控剂处理,14粒卵和7头幼虫滴蒸馏水作对照,均置于21℃温箱内培养,每隔5d检查孵化情况。
3.1.2 试验结果
经过诱控药剂处理的天牛卵和幼虫,20d检查,有60%的卵未能孵化;检查处理后15～20d内的幼虫死亡率升高,20d后幼虫全部死亡。见表2。
3.2 诱导药物处理田间杨树试验
3.2.1 材料及方法
选径粗为6～10的幼龄杨树12株,10株处理,2株对照。A1-1,2个处理A1-2,2个处理,B2-3;B2-4分别为2个外,共有8个处理。2株树干部喷施诱导剂,A1-2作2个处理。
用吊瓶点滴使药物缓慢注入树干。在树干距地50cm处用钻头直径0.6cm的手摇钻斜向下打孔深为5～6cm,然后将输液管插入孔口,调节点滴微调控制输液量,以每分钟滴2滴为宜。每株输液量分别为200ml、500ml,浓度为1∶500和1∶1000的药输入树干。
野外捕捉天牛成虫,接虫于套有网笼的试验样株上,视产卵刻槽28～35个株为宜,取走天牛,用红笔标记刻槽并编号。每隔3d观察一次,以刻槽内排出的木屑和粪便来判断天牛幼虫孵化后的活动、取食情况。在天牛产卵后的试验株上,用手动喷壶喷药,浓度为1∶1000;药量为每株1000ml。处理50d后,开始解剖死虫数。见统计表3。
3.2.2 试验结果
田间杨树导入A1-2药剂后接天牛成虫试验,杨树采用微点滴注药法,天牛产卵后50d检查初孵幼虫及卵。死卵0%,A处理死虫69.75%;B处理死虫69%;C处理死虫72%。C处理幼虫死亡率最高,所有被检查的死虫从2龄幼虫开始变褐色,活动迟缓,濒于死亡。见图1、2。
4 结果分析
微波提取是利用介电损耗和离子传导原理,根据不同结构物质吸收微波能力和差异,对某些组分选择性加热,可使被萃取的物质从植物体内组织分离进入萃取剂。
经诱导剂处理后的杨树死虫均有发育滞后,脱皮时间延长或无法脱皮。由于诱导药物激发树体产生抗虫性,产卵后的卵室一直处于活动状态,特别初孵幼虫活动、取食卵室两侧组织时,树体卵室韧皮组织不断流出树液,形成愈伤组织产生抗虫物质抵抗初孵幼虫的取食、进攻。幼虫体时时受到树液流出的困扰和抑虫物质影响,幼虫取食范围较对照组幼虫取食范围缩小70%左右,使初孵幼虫、二龄幼虫难以正常生活,最终进入二龄到三龄阶段死亡。
5 结论
诱控树种提取的药剂不仅对天牛有抑制作用而且对寄主的受伤组织有修复、愈伤之功效。特别幼树使用该药剂可刺激其生根、枝叶的生长和提高抗虫能力。诱控物质微观诱导和宏观抑制、调控光肩星天牛种群密度,寄主个体与群体之间抗虫的提高离不开诱控活性物质的传递及对天牛和寄主调控、影响。所以在预防天牛侵害林木和被害林木治理天牛中,诱控技术发挥了应有的作用。
天牛诱控药剂研究要实现在防虫理念上的进一步革新,控虫技术上的创新与寄主抗虫观念的转变。最终成为治理天牛的有效策略和措施,保护三北防护林建设成果免遭光肩星天牛的危害。掌握天牛重要的本质的生物学规律,利用生物调控和诱导技术进行治理,才能达到天牛诱控的目的,为我国防治天牛保障西部生态安全做出贡献。
参考文献
[1] 田润民.椴树杀卵机制初探[J].内蒙林业科技,2005,(2):16～20.
[2] 张玉凤.椴树次生代谢产物的研究[J].内蒙林业科技,2003,(3):37～39.
[3] 田润民.光肩星天牛卵管分泌物对树体卵室作用机制研究[J].内蒙林业科技,2006,(4):20～24.
[4] Chang Min Kim, Sam Sik Kang, and Yong Soon Park, et al. Studier on the Chemical Constituents of Tilia Plants in Korea (Ⅰ).Korean Journal of Pharmacognosy.1988,19(3):174～176.
[5] Edited By Morris Rockstein.Biochemistry of Insects[M].Academic Press New York San Francisco London 1978, 314～348.
[6] young pil yu, sam sik kang, and chang min kim, et al. Studies on the Chemical Constituents of Tilia Plants in Korea (Ⅱ).Korean Jouranl of Pharmacognosy,1990,21(4):265～270.
注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文