昆虫化学生态学资料

1、第一章第一章 绪论绪论l 蚂蚁是群居生活的，靠一种蚂蚁是群居生活的，靠一种“化学语言化学语言”保持联系，这种化学语言称保持联系，这种化学语言称“激素激素”，它是由，它是由蚂蚁某一器官或组织分泌的一类化学物质。触蚂蚁某一器官或组织分泌的一类化学物质。触角辨别激素的气味来进行取食或其它活动。蚂角辨别激素的气味来进行取食或其它活动。蚂蚁死掉后，它身上的信息素会让其他蚂蚁把它蚁死掉后，它身上的信息素会让其他蚂蚁把它搬回去。搬回去。l 化学生态学是近化学生态学是近20年来才出现的一门新兴年来才出现的一门新兴学科。它是由化学家启动，与生物学家协同发学科。它是由化学家启动，与生物学家协同发展起来的。对化学生

2、态学的规范化定义或研究展起来的。对化学生态学的规范化定义或研究则由法国有机化学家则由法国有机化学家Darbier(1976)的的化学生化学生态学导论态学导论一书中形成，他认为化学生态学是一书中形成，他认为化学生态学是 “研究活着的生物间，或生物世界与矿物世界研究活着的生物间，或生物世界与矿物世界之间化学联系的科学之间化学联系的科学。 l1.1966年，法国化学家年，法国化学家Florkin在在分子在适应分子在适应性与系统发生中的作用性与系统发生中的作用中指出：中指出：“在生物化在生物化学过程中，分子或大分子流，携带着一定的信学过程中，分子或大分子流，携带着一定的信息息”。 l2 .1970年，

3、美国的年，美国的Sondheimer和和Simeome出版出版了第了第1部部化学生态学化学生态学。 l3. 1976年，法国化学家年，法国化学家Barbier在在化学生态化学生态学导论学导论 （Introduction to Chemical Ecology）一书中，给化学生态学一个规范的定义：它是一书中，给化学生态学一个规范的定义：它是研究生物间化学联系的科学。研究生物间化学联系的科学。l 41975年，国际化学生态学会主办的年，国际化学生态学会主办的化学化学生态学杂志生态学杂志 （Journal of Chemical Ecology）创刊，标志着化学生态学已经独立成为创刊，标志着化学生态

4、学已经独立成为1个学个学科。科。 l51998年，年，Mille和和Haynes从内容和方法的角从内容和方法的角度，给出化学生态学的定义：化学生态学是研度，给出化学生态学的定义：化学生态学是研究在生物种内和种间关系中发挥作用的天然化究在生物种内和种间关系中发挥作用的天然化学物质的结构、功能、来源和重要性的科学。学物质的结构、功能、来源和重要性的科学。l62003年，阎凤鸣认为：化学生态学属于生年，阎凤鸣认为：化学生态学属于生态学的分支，是化学和生态学的交叉学科，研态学的分支，是化学和生态学的交叉学科，研究生物间的化学联系规律及其机制，并学科原究生物间的化学联系规律及其机制，并学科原理加以应用的

5、学科。理加以应用的学科。l 国际上化学生态学研究异常活跃，其中国际上化学生态学研究异常活跃，其中昆昆虫化学生态虫化学生态及及昆虫与植物信息物质研究昆虫与植物信息物质研究占到化占到化学生态学研究的学生态学研究的80%以上，主要涉及：以上，主要涉及：l1. 昆虫信息素的研究和应用，商业化应用阶段；昆虫信息素的研究和应用，商业化应用阶段；l2. 昆虫与植物关系研究，特别虫害诱导抗性机昆虫与植物关系研究，特别虫害诱导抗性机制研究；制研究；l3. 昆虫对化学物质的感受机制研究昆虫对化学物质的感受机制研究；l4植物虫害诱导抗性机理研究植物虫害诱导抗性机理研究l5植物、昆虫和天敌三级营养关系的研究植物、昆虫

6、和天敌三级营养关系的研究l6转基因植物化学生态学研究转基因植物化学生态学研究 特别是转基因特别是转基因植物安全性生态评价研究。植物安全性生态评价研究。l 昆虫化学生态学主要以现代分析手段研究昆虫化学生态学主要以现代分析手段研究昆虫种内、种间以及与其它生物之间的化学信昆虫种内、种间以及与其它生物之间的化学信息联系、作用规律以及昆虫对各种化学因素的息联系、作用规律以及昆虫对各种化学因素的适应性等，是昆虫的神经生理和感觉生理、生适应性等，是昆虫的神经生理和感觉生理、生物化学及生态学的交叉学科，也是当前国际昆物化学及生态学的交叉学科，也是当前国际昆虫学界最活跃的研究领域之一。虫学界最活跃的研究领域之一

7、。 研究昆虫化学生态学的意义在于：将化学与研究昆虫化学生态学的意义在于：将化学与生生态学有机地结合起来，通过化学特性找出植态学有机地结合起来，通过化学特性找出植物与植物之间、植物与动物之间、植物和物与植物之间、植物与动物之间、植物和动物与环境之间的相互内在的联系，恢复和建立动物与环境之间的相互内在的联系，恢复和建立适合人类需求的持续性生态平衡系统，探索提供适合人类需求的持续性生态平衡系统，探索提供顺适环境和较安全的各种管理和防治病虫害的技顺适环境和较安全的各种管理和防治病虫害的技术和策略，使农林业得到持续稳定的发展。术和策略，使农林业得到持续稳定的发展。l1著名的实验室著名的实验室l 昆虫化学

8、生态学是化学生态学研究的重点，昆虫化学生态学是化学生态学研究的重点，国际上著名的国际上著名的11个化学生态学实验室，以昆虫个化学生态学实验室，以昆虫化学生态学为主要研究对象的实验室就有化学生态学为主要研究对象的实验室就有8个，个，如：如：l. 美国农业部昆虫化学生态实验室：益虫引美国农业部昆虫化学生态实验室：益虫引诱剂、害虫拒避剂和信息化合物等；诱剂、害虫拒避剂和信息化合物等；l.伦伦.T.卡代昆虫化学生态和行为实验室：卡代昆虫化学生态和行为实验室：l. 瑞典农业大学化学生态学实验室：昆瑞典农业大学化学生态学实验室：昆虫性信息素，以及植物和昆虫关系、电虫性信息素，以及植物和昆虫关系、电生理研究

9、等。生理研究等。l我国该领域的研究也非常活跃，著名的实验室我国该领域的研究也非常活跃，著名的实验室研究有：研究有：l. 浙江大学应用昆虫研究所浙江大学应用昆虫研究所 刘树森和娄永根刘树森和娄永根 虫害诱虫害诱导抗性研究；导抗性研究； l. 中科院动物所中科院动物所 钦俊德院士和王琛柱研究员钦俊德院士和王琛柱研究员 植物和植物和昆虫关系研究；昆虫关系研究；l. 中国农科院植保所中国农科院植保所 郭予远院士郭予远院士 棉铃虫对信息化合棉铃虫对信息化合物感受机制研究；物感受机制研究；l. 北京大学生命学院北京大学生命学院 吴才宏吴才宏 昆虫对信息化合物的单昆虫对信息化合物的单细胞感受机理研究。细胞感

10、受机理研究。l2研究论著研究论著l 昆虫化学生态学研究论著很多，涉及昆虫昆虫化学生态学研究论著很多，涉及昆虫与植物关系，植物、昆虫、天敌三级营养，昆与植物关系，植物、昆虫、天敌三级营养，昆虫嗅觉机理，昆虫信息素，虫害诱导抗性，昆虫嗅觉机理，昆虫信息素，虫害诱导抗性，昆虫与植物的协同进化，昆虫化学生态学方法等。虫与植物的协同进化，昆虫化学生态学方法等。代表性的著作有：代表性的著作有：lBell W J，Carde R T 1984 Chemical Ecology of Insects. Chapman and Hall.lCarde R T，Bell W J 1994 Chemical Eco

11、logy of Insects. Chapman and Hall.l我国该领域的研究论著也比较多，有代表性的我国该领域的研究论著也比较多，有代表性的有：有：l钦俊德钦俊德 1988 昆虫与植物关系昆虫与植物关系论昆虫与植物论昆虫与植物的相互关系及其演化的相互关系及其演化 科学出版社科学出版社l杜家纬杜家纬 1988 昆虫信息素及其应用昆虫信息素及其应用 中国林业出中国林业出版社。版社。l阎凤鸣阎凤鸣 2003 化学生态学化学生态学 科学出版社。科学出版社。l涉及昆虫化学生态学的杂志也比较多，涉及昆虫化学生态学的杂志也比较多，有代表性的有：有代表性的有：l（1）Journal of Chemi

12、cal Ecology 化化学生态学杂志学生态学杂志，国际化学生态学会主，国际化学生态学会主办，美国出版，办，美国出版，SCI刊源，影响因子约刊源，影响因子约2.5；l（2）Chemoecology 化学生态学化学生态学，比利时出版。比利时出版。1.田间或野外观察田间或野外观察2.实验室培养观察实验室培养观察3.生物测定方法的设计生物测定方法的设计4.信息化学物质的提取信息化学物质的提取5.提取物的化学分析（成分、结构、比例和量）提取物的化学分析（成分、结构、比例和量）6.实验室人工合成实验室人工合成7.生测（田间、实验室）生测（田间、实验室）榆木蠹蛾危害根颈部榆木蠹蛾危害根颈部1ISM2性信

13、息素分泌腺位于腹部末端第性信息素分泌腺位于腹部末端第89节之间的节之间的节间膜，求偶时外伸露出，释放性信息素。节间膜，求偶时外伸露出，释放性信息素。腺体表面分布着饱满的腺体表面分布着饱满的锥状突出体，腺体细胞锥状突出体，腺体细胞存在于锥状突出体中存在于锥状突出体中 腺体细胞之腺体细胞之间有胞连接间有胞连接 FiCh内表皮含有多层状的几内表皮含有多层状的几丁质，几丁质中置埋着丁质，几丁质中置埋着细丝，细丝形成几层与细丝，细丝形成几层与表面相平行的板层表面相平行的板层 (横横)Pc表皮层有众多表皮层有众多细小孔道分布细小孔道分布 Ca表皮层的凹陷中表皮层的凹陷中有一细长输送管有一细长输送管 Epi

14、En第第89节节间膜背面中节节间膜背面中央区域的腺体细胞央区域的腺体细胞(纵纵) 表皮层分为上表皮表皮层分为上表皮(深深) 和内表皮和内表皮(浅浅)腺体细胞质中有脂腺体细胞质中有脂质粒、大量空泡质粒、大量空泡 光面内质网和光面内质网和粗面内质网粗面内质网 NRerSer线粒体线粒体细胞的基底膜基细胞的基底膜基褶较多质膜上分褶较多质膜上分布着微绒毛布着微绒毛腺体提取腺体提取图图5 1. 榆木蠹蛾性信息素提取物榆木蠹蛾性信息素提取物GCMS分析的总离子气相色谱图分析的总离子气相色谱图I: Z314:OH, II:E314:OH, III Z714: Ac, IV:E314: Ac,: Z3E514

15、: Ac, （RT,碎片）碎片）表51 合成化合物和榆木蠹蛾性信息素提取物质谱数据Tab. 51 Mass data of components of sex pheromone-gland extract and standard compound. 组分组分标准物标准物碎片特征离子峰（相对丰度）碎片特征离子峰（相对丰度）碎片结构碎片结构m/zZ3 14:OH194(42) M+H2O, 166 (11) M+C2H5OH, 138(12), 110 (19), 96 (50), 82 (57), 68 (65), 31 (12)CH2OH+E3 14:OH194(10) M+H2O, 16

16、6 (6) M+C2H5OH, 138(11), 110 (22), 96 (56), 82 (87), 68 (66), 55 (94), 54 (34), 31 (14)CH2OH+Z7 14: Ac194(15)M+CH3COOH, 166(8) M+ CH3COOC2H5, 138(20), 109(35)，96 (67), 82 (84), 67 (85), 61 (8) CH3COOH+, 43 (100)O=CCH3+E3 14:Ac194(45) M+CH3COOH, 166(12) M+ CH3COOC2H5, 138(20), 110 (18), 97 (20), 96 (

17、54),82 (57), 68 (63), 61 (11) CH3COOH+, 43(100) O=CCH3+Z3E5 14: Ac192(15) M+CH3COOH, 164(11), 149(17), 135(13), 123 (11) ,109 (28) , 95 (24), 81 (32), 80 (41) , 68 (24), 67 (100),54 (23)Stearic acid284(27) M+, 255(8) M+ C2H5, 224(16) M+ CH3COOH, 84(24), 83(27), 73(82), 60(64) CH3COOH, 43(100) O=CCH3+表表51 合成化合物和榆木蠹蛾性信息素提取物质谱数据合成化合物和榆木蠹蛾性信息素提取物质谱数据峰峰I IV具有相似的碳骨架结构具有相似的碳骨架结构 保留时间保留时间 (min)单腺体含量单腺体含量(ng) (n= 10), 标准物标准物提取物提取物Z314:OH22.8622.845.22 2.34E314:OH23.0523.025.85 2.61Z714: Ac26.5426.5558.32 4.72E314: Ac26.9726.9823.22 1.96Z3