張 凱 王 琪

(東北林業(yè)大學，哈爾濱，150040) (黑龍江省森林保護研究所)

何冬明 李媛媛 嚴善春 曲鳳靜 宋大北

(青島冠中生態(tài)股份有限公司) (東北林業(yè)大學) (內蒙古克什克騰旗林業(yè)局)

在昆蟲與植物的相互作用中，植物形成了一套完整的防御體系，化學防御在植物抵抗外界壓力中發(fā)揮著重要作用［1］，其中次生代謝物質被認為是昆蟲主要的化學防御物質［2］。酚酸是植物與抗蟲性有關的重要次生物質［3-4］，也是合成植物毒素的前體物質［5］。植物體內酚酸類物質含量的高低與昆蟲數(shù)量及蟲害侵染程度存在一定的相關性［6-7］。植物受外界脅迫時能夠引發(fā)其酚酸類化合物的合成［8-10］。

黃檗(Phellodendron amurense Rupr.)又稱黃波欏，是東北三大硬闊之一。一直以來有關黃檗病蟲害大發(fā)生和危害的報道很少。在本研究的前期調查過程中發(fā)現(xiàn)，黃波欏麗木虱(Calophya nigra Kuwayama)［11］對黃檗的危害較重，其若蟲在葉部刺吸樹液致使樹葉萎縮變形，同時若蟲從肛門不斷排出大量的含糖糞便，由此誘發(fā)煤污病造成大量葉片萎縮潰爛，影響樹木生長和發(fā)育。6月份，黃檗的植株及葉片危害率相對較低，7月份被害率明顯升高，雌株被害率甚至高達90%以上(見表1)。可見，黃檗同樣會遭受蟲害侵染，且不同生長時期的受害程度有明顯差別。本研究測定不同性別、不同樹齡及不同生長時期的健康和受害黃檗葉片內酚酸質量分數(shù)的變化，分析酚酸質量分數(shù)與黃檗抗蟲性之間的關系，為黃檗人工林的有效管理和害蟲防治提供理論參考。

表1 不同月份調查樣地的黃檗植株被害率

1 材料與方法

1.1 植物材料

由于在5月底，黃波欏麗木虱的若蟲較少，對植株沒有造成明顯的危害，而9月底黃檗已開始大量落葉［12-13］，且此時若蟲已發(fā)育為成蟲，不再對黃檗進行危害。因此，本研究將6月、7月和8月3 個月份的樣葉作為試驗材料。共設2 塊調查樣地，樣地1 位于黑龍江省哈爾濱市香坊區(qū)松樂公園，黃檗林齡為37年生，伴生樹種為白樺、榆樹、紫丁香、榆葉梅，郁閉度為0.6。樣地2 位于東北林業(yè)大學哈爾濱實驗林場，黃檗林齡為56年生，伴生樹種為樟子松、蒙古櫟、榆樹、烏蘇里鼠李、暖木條莢蒾，郁閉度為0.7。在樣地內隨機抽取健康和受害的黃檗雌雄植株各6 株，在每株樣樹樹冠的上、中、下3 個層次的東、南、西、北4 個方向，即12 個方位采摘健康葉片，將同株樣樹上所采摘的葉片充分混合后，裝入夾鏈袋內，并迅速放入冰盒，帶回實驗室放入冰柜中-40 ℃保存待測。

1.2 酚酸測定

酚酸提取:參照文獻［14］略做改動。取黃檗葉片干樣1 g 立即置于25 mL 三角瓶中，加入1 mol/L NaOH 15 mL，密封，超聲振蕩3 h，過濾。用1 mol/L HCl 將濾液pH 值調至2，加NaCl 達到飽和，用乙醚將其經高速冷凍離心機抽提3 次(0 ℃條件下8 000 r/min 離心6 min，重復3 次)，合并乙醚相，加無水硫酸鈉脫水至無結晶析出，用旋轉蒸發(fā)器旋轉至干，加入2 mL 色譜純甲醇，使其干物質完全溶解，用0.22 μm 微孔濾膜過濾，作為待測提取液。

酚酸標樣配制:分別稱取12 種酚酸標準樣品各1 mg，用色譜純甲醇定容至10 mL 配成12 種酚酸混合標樣母液。

色譜分析條件:參照文獻［15］略做改動，采用Waters 高效液相色譜測定待測提取液中的酚酸。色譜柱為C18柱，柱溫為室溫，二極管陣列檢測器，檢測波長254 nm，自動進樣，流速0.45 mL/min。流動相A 為V(甲醇)∶V(水)∶V(冰乙酸)= 10 ∶88 ∶2;B為V(甲醇)∶V(水)∶V(冰乙酸)= 90 ∶8 ∶2。洗脫程序:0 ～20 min，A 為100%～98%;20 ～55 min，A為98%～50%;55～60 min，A 為50%～100%。

酚酸的定性與定量:根據酚酸標準品的保留時間及其在254 nm 的紫外吸收光譜對樣品中的酚酸定性，用Waters 色譜工作站測定純度后，依據外標曲線計算酚酸質量分數(shù)(mg·g-1)。每個樣品測定重復3 次。酚酸總量為每個樣品中所有酚酸質量分數(shù)的總和。

1.3 數(shù)據分析

數(shù)據處理使用SPSS16.0 軟件，采用Univariate模型對性別、樹齡、健康狀況和生長時期進行交互效應分析(α=0.05 或α=0.01);以One-Way ANOVA(單向方差分析法)和Paired-Sample T Test(配對樣本t 檢驗)進行差異顯著性分析，以最小差異顯著法LSD 對性別、樹齡、健康狀況和生長時期的影響進行多重比較分析。

2 結果與分析

2.1 黃檗被害率

由表1可見，黃檗植株被害率在不同生長時期受害程度有明顯差異;在6月份被害率最低，在7月份被害率最高，達96.23%;在8月份被害率較7月份有所下降，但仍然高于6月份。雌雄株之間、株被害率和葉片被害率存在明顯差異，兩個樣地中不同月份的被害率均是雄株低于雌株，且都是株被害率低于葉片被害率。比較不同樣地雌雄性植株被害率，發(fā)現(xiàn)在性別相同的情況下，樣地1 植株被害率在調查的3 個月份中均小于樣地2。

調查結果表明，黃檗植株被害率在不同生長時期受害程度有明顯差異;且雌雄株之間、株被害率和葉片被害率也有明顯差異。由表1可見:在6月份被害率程度最低，在樣地1 和樣地2 中株被害率最低可達12.97%，葉片被害率最低可達40.51%。在7月份被害率程度最高，樣地1 和樣地2 中株被害率最高可達93.62%，葉片被害率最高可達96.23%。在8月份被害率位于6、7月份中間，樣地1 和樣地2 中株被害率為42.85%～79.31%介于6、7月份之間，葉片被害率為66.67%～88.92%介于6、7月份之間。各個月份和各個樣地中的被害率均是雄株低于雌株，且都是株被害率低于葉片被害率，6—8月份樣地1 和樣地2 的株被害率、葉片被害率均是雄株低于雌株，且株被害率低于葉片被害率(見表1)。

2.2 不同生長時期黃檗健康和受害植株的葉片內酚酸種類的差異

在不同生長時期黃檗健康和受害植株的葉片內檢測到原兒茶酸、綠原酸，咖啡酸、香豆酸、水楊酸、苯甲酸、苯乙酸、阿魏酸和肉桂酸9 種酚酸(見表2)。從表2中可看出，6月份，健康和受害植株的葉片內都檢測到香豆酸和肉桂酸。56年生的健康雄株的酚酸種類最少，僅檢測到3 種酚酸;7月份，健康和受害植株的葉片內均檢測到綠原酸、香豆酸、苯甲酸、苯乙酸和肉桂酸。37年生的受害雌株的酚酸種類最多，檢測到9 種;8月份，健康和受害植株的葉片內共同檢測到香豆酸、苯甲酸、苯乙酸和肉桂酸。3 個月份中，受害植株的酚酸種類均多于健康植株，如原兒茶酸、水楊酸或阿魏酸多出現(xiàn)在受害植株中。在檢測到的酚酸中原兒茶酸的質量分數(shù)最低。

表2 不同生長時期黃檗健康和受害植株的葉片內酚酸質量分數(shù)及種類 mg·g-1

2.3 黃檗性別、樹齡、健康狀況和生長時期對葉片內酚酸總量的影響

從表3中可看出，性別對葉片內酚酸總量的影響差異顯著(P＜0.05)，而樹齡、健康狀況及生長時期對葉片內酚酸總量的影響差異均極顯著(P＜0.01)。

表3 影響黃檗葉片內酚酸總量的四因素方差分析

2.4 不同生長時期黃檗健康和受害植株的葉片內酚酸總量的時序變化

從表4中可看出，不同樹齡的健康和受害雌雄株葉片內酚酸總量，從大到小依次為7月份、8月份、6月 份，且7月 份 均 與6月 和8月 差 異 極 顯 著(P＜0.01)，健康和受害植株酚酸總量之間的差異均顯著(P＜0.05)。3 個月份中，不同樹齡的健康和受害雌株的酚酸總量均極顯著高于雄株的(P＜0.01)，且不同樹齡之間酚酸總量的差異也均極顯著(P＜0.01)。

表4 不同生長時期黃檗健康和受害植株葉片內酚酸總量的時序變化 mg·g-1

3 結論與討論

植物和昆蟲在長期的協(xié)同進化過程中不斷相互作用，形成了各種防御及適應機制。植物體內酚酸含量的變化是其適應昆蟲作用產生的初級代謝和次級代謝相互協(xié)調的結果［16］。植物體內酚酸的積累與其抗性有關［17-18］。本研究結果表明，在6、7、8月份中，健康和受害的黃檗葉片內酚酸總量，從大到小依次為7月份、8月份、6月份，這一變化趨勢與其害蟲黃波欏麗木虱的種群數(shù)量變化趨勢相吻合。說明黃檗在長期與黃波欏麗木虱的協(xié)同進化過程中形成了獨特的隨時序調整抗蟲性的機制。比較分析健康與受害黃檗葉片酚酸種類，發(fā)現(xiàn)受害黃檗葉片酚酸種類較多。7月份，總酚酸的質量分數(shù)最高，37年生受害植株葉片檢測到咖啡酸、香豆酸、水楊酸質量分數(shù)顯著高于健康植株，并新增加了原兒茶酸;綠原酸、苯甲酸、苯乙酸、阿魏酸質量分數(shù)下降，由此推測黃檗是通過改變自身各酚酸組份及含量來防御麗木虱的危害。

植物對昆蟲的防御是通過害蟲脅迫引起植物生理的應激反應，即植物體內產生不同保護防御性物質的變化來實現(xiàn)的。37年生的黃檗雌雄葉片內總酚酸質量分數(shù)顯著高于56年生，前者受害蟲危害率明顯低于后者;56年生受害葉片的多種酚酸質量分數(shù)顯著低于健康葉片，而37年生受害葉片的多種酚酸質量分數(shù)顯著高于健康葉片，表現(xiàn)出更強的可誘導性。說明黃檗在不同林齡等級其自身的抗性應激能力發(fā)生了變化。Wang 等［19］對剪葉及蟲害處理的興安落葉松防御酶的研究也表明，興安落葉松的幼嫩組織在損傷處理后能夠表現(xiàn)出更強的可誘導性，而衰老組織相對較弱。

黃檗為雌雄異株［20］，雌株葉片內酚酸總量顯著高于雄株，且受害后雌株葉片內多種酚酸質量分數(shù)也顯著高于雄株，這與二者的生理特點有關。雌株具有結實的生理特性，其在結實過程中需要吸收大量的養(yǎng)分，其本身的生理代謝機能較雄株更為旺盛，儲備的能量源也更為豐富［21］。在防御外界危害時，植物儲備的能量源，將一部分分配于其防御系統(tǒng)，以抵御危害，其代價往往是生長速率［22］的降低。相對雄株而言，雌株在遭遇害蟲危害時可用于防御的能量源相對較多，因此表現(xiàn)其防御物質的可誘導性也相對較強。

由此可見，黃檗酚酸的種類和含量在不同性別、樹齡以及不同健康狀況的植株上的表現(xiàn)有所不同，說明其抗性強弱與這3 個因素非常密切，因此可以根據這一變化規(guī)律對抗性較弱的黃檗，采取適當?shù)墓芾泶胧┚S護林木的正常生長，達到防蟲抗蟲的目的。

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