全 文 ：第 36卷 第 7期 东　北　林　业　大　学　学　报 Vol.36 No.7
2008年 7月 JOURNALOFNORTHEASTFORESTRYUNIVERSITY Jul.2008
杨树游离氨基酸组成和含量与青杨天牛危害的相关分析1)
　　　　　　　　　郭树平　　　　　 孙　萍　　　　李海霞
(黑龙江省林业科学研究所 ,哈尔滨 , 150081)　　　(东北林业大学)　　　(黑龙江省林业科学研究所)
　　摘　要　为了研究不同品系杨树上青杨天牛(Saperdapopulnea)的危害与树木自然状态下树木体内营养性物
质影响昆虫生长发育的游离氨基酸组成和含量之间的相关性 , 利用 HPLC柱前 AccQ· Tag衍生法 ,分析了迎春 5
号 、1344、银中杨 、小黑 14和施 ×斯的韧皮部和木质部中游离氨基酸的组成及含量。在各杨树品系韧皮部中共检
测出 14种游离氨基酸:丙氨酸 、精氨酸 、天门冬氨酸 、甘氨酸 、组氨酸 、异亮氨酸 、亮氨酸 、赖氨酸 、蛋氨酸 、苯丙氨
酸 、脯氨酸 、苏氨酸 、色氨酸 、缬氨酸;木质部与韧皮部的游离氨基酸种类相近 ,但木质部缺少苏氨酸。各种杨树品
系韧皮部中精氨酸 、赖氨酸与被害率相关性较强;杨树木质部中精氨酸 、组氨酸与被害率相关性较强。不同杨树品
系的健康与被害的韧皮部和木质部在不同种游离氨基酸之间的差异性都很显著。
关键词　游离氨基酸;青杨天牛;杨树;高效液相色谱;相关分析
分类号　Q966:S763.38:S792.11
RelationshipbetweenCompositionandContentofFreeAminoAcidsinPoplarandDamageofSaperdapopulnea/
GuoShuping(HeilongjiangForestryResearchInstitute, Harbin150081, P.R.China);SunPing(NortheastForestryUni-versity);LiHaixia(HeilongjiangForestryResearchInstitute)//JournalofNortheastForestryUniversity.-2008, 36(7).
-69 ～ 71
Thefreeaminoacidcompositionsandrelativecontentsinphloemandxylemofdifferentpoplarstrains, includingPop-
ulusnigra×P.simonicv.`ZhonglinSanbei-1 , P.deltoidis×P.catyanaCL.` 1344 , P.alba×P.berolinensis, P.
xiaoheiCL.` 14 , andP.stalinetz×P.vernirniubens, weredeterminedbythemethodofhighperformanceliquidchroma-tographywithAccQ· Tagprecolumnderivatization.Therelationshipbetweencontentsoffreeaminoacidsandthedamage
ofSaperdapopulneatopoplarswasalsoevaluated.Resultsshowedthatfourteenfreeaminoacids, namelyALA, ARG,
ASP, GLY, HIS, ILE, LEU, LYS, MET, PHE, PRO, THR, TRYandVAL, weredetectedinthestemphloemofthe
testedpoplarstrain.Thefreeaminoacidsinthexylemweresimilartothoseinthephloem, exceptthatTHRwasdevoidinthexylem.Inthephloem, thereweresignificantcorrelationsbetweenrelativecontentsofARGorLYSandthedamage
rate, whilethereweresignificantcorrelationsbetweenrelativecontentsofARGorHISandthedamagerateinthexylem.
Inthehealthyordamagedphloemandxylem, therelativecontentsofdiferentfreeaminoacidsindiferentpoplarstrains
werealsoremarkablydiferent.
Keywords　Freeaminoacids;Saperdapopulnea;Poplar;Highperformanceliquidchromatography;Correlationanalysis
　　杨树是我国三北防护林的重要造林树种 , 但近年来受天
牛等蛀干害虫的危害情况越来越严重 [ 1-2] 。青杨天牛(Saper-
dapopulnea)又名山杨天牛 、青杨楔天牛 , 是我国北方地区杨
树枝梢的主要害虫之一 , 近年在东北地区扩散迅速 , 危害严
重 , 而且这种态势还在不断蔓延 [ 3] 。据调查 , 青杨天牛在大
庆市的发生面积 57 333.3 hm2 , 齐齐哈尔市南部及西部的泰
来 、龙江 、甘南 、富拉尔基等县区的发生面积约 6 666.7
hm2[ 4]。由于危害发生的面积较大 , 传统防治方法不够理想 ,
遂一些学者通过研究寄主植物体内营养性物质的种类及含
量 , 以选育出抗虫品种。研究表明 ,寄主植物体内的氨基酸是
昆虫生长发育不可缺少的生物活性物质 , 其含量过低或各种
氨基酸的相对比例不均衡 , 都会影响生物的正常生长发育和
繁衍 [ 5-6] 。阎晔辉 、黄大庄 [ 7]研究了树木氨基酸组成 , 将其研
究的树种分成了 3类:抗虫树种 、敏感树种 、较敏感树种。严
善春等 [ 8]的研究结果表明 , 杨树木质部氨基酸相对含量越
高 , 越有利于天牛幼虫的生长发育。王蕤等 [ 9]的研究结果认
为 , 寄主体内的氨基酸为昆虫的生长和发育提供了必需的营
养。由于植物体内氨基酸种类和含量对不同的昆虫生长发育
1)国家林业局林业科学技术研究项目(2006-27)。
第一作者简介:郭树平 ,男 , 1957年 7月生 ,黑龙江省林业科学研
究所 ,研究员。
收稿日期:2007年 12月 12日。
责任编辑:张建华。
的影响差异很大 , 这些学者都是通过研究氨基酸的种类及含
量变化对昆虫的影响。但还有资料表明 [ 10] ,游离氨基酸具有
供给细胞合成自身蛋白质的需要的特点。在水中 ,游离氨基
酸由于羧基及氨基的解离 , 形成离子化合物 ,对偶极水分子有
相当的亲和性 ,即羧基和氨基在水中都表现出一定程度的溶
解性 [ 11] 。由此考虑到 , 游离氨基酸可能是在自然状态下影响
昆虫生长发育作用的营养性物质之一 , 遂此次研究对原有氨
基酸水解检测法进行了改进 , 选定测量游离氨基酸含量的方
法 ,进而测定植物干中游离氨基酸含量。通过测定不同品系
杨树的木质部和韧皮部中游离氨基酸组成及含量 , 揭示青杨
天牛的危害与杨树中游离氨基酸组成及其含量的关系 , 探索
杨树的抗虫机理 , 以期为选育 、营造抗虫品系提供理论依据。
1　材料与方法
青杨天牛的危害调查与样品采集　于 2007年 5月在黑
龙江省苇河林业局青山种子园进行采样。每个杨树品种设计
3个样方 ,每个样方面积 20m×20m, 大约 200棵 3年生幼苗 ,
品种或无性系为 1344、银中杨 、小黑 14、迎春 5号和施 ×斯。
对每木用标杆测定树高 , 用游标卡尺测其胸径 , 并调查被害
率。在样地中分别随机成段采集健康木和青杨天牛被害木枝
干 ,每个树种健康与被害木各采集 9棵 , 每 3棵为 1组 , 样枝
长 20cm。
游离氨基酸的提取　在实验室将采集到的样枝木质部和
DOI :10.13759/j.cnki.dlxb.2008.07.029
韧皮部分开 , 放入鼓风烘干箱中以 80℃烘干 10 ～ 12h后剪
段 , 经浙江奥力中药粉碎机 AK400B粉碎 , 再在 80℃下烘 4 ～
5h至恒定质量 ,过 60目分样筛后 ,存放在干燥器中备用。取
粉末 1.5g样品 , 加 25mL甲醇;5mL0.1mol/LHCl, 超声波
萃取 90min, 4 ℃条件下 12 000r/min离心 12min, 提取上清
液。加无水硫酸钠 , 脱水。旋转蒸发至无 HCl为止 , 加 1.5
mL去离子水 HCl(0.02mol/L)(SHB-2000型循环水真空
泵 , 旋转蒸发器 RE-52A)。
样品衍生　取 0.45μm滤膜过滤的样液 20μL, 加入衍生
管中 , 再加入 60μLACCQ· FLUOR硼酸缓冲液 , 涡旋混合。
向混合好的衍生试管中加入 20μLACCQ· FLUOR(2B· 2A)
衍生试剂 , 立即涡旋 ,放置 1min,封好 , 放在烘箱中 55℃加热
10min后 ,将衍生样品放入微量进样瓶中 , 盖好瓶盖即可上机
检测。
上机条件　利用 Waters2695高效液相色谱仪与 Wa-
ters2996型二极管矩阵检测器(美国 Waters公司制造)测定游
离氨基酸 HPLC。流动相 A为 ACCQ· TagA(1∶10过滤;WA-
TER2890);B∶乙腈 -水(3∶2过滤);C∶超纯水(过滤);柱温
37℃;紫外波长 248nm;流速 1mL/min;进样量 10μL;单次运
行时间 45min。
标样衍生　精密量取氨基酸标样 200 μL, 加水至 400
μL, 涡旋混和。精密量取氨基酸混和液 5、10、 20、 30、 40 μL,
加水稀释至 100μL,涡旋混和。精密量取 10μL, 精密加入硼
酸盐缓冲液 70μL, 涡旋后精密加入衍生化试剂 ACCQ· FLU-
OR20μL(2A· 2B),涡旋混均。 55℃反应 5min, 按照上机条
件操作 , 准确进样 10μL,记录色谱图。根据色谱图的数据报
告 ,所有数据采用 SPSS11.5、ForStat2.0统计软件进行分析。
2　结果与分析
2.1　青杨天牛对不同杨树品系的危害
青杨天牛对杨树不同品系之间的危害情况差异较大 ,施 ×
斯受害程度最严重 , 被害率高达 9.70%;迎春 5号受害也比
较重 ,被害率达到 8.10%;1344受害较轻 ,被害率为 3.90%;
小黑 14受害最轻 , 被害率为 1.80%, 说明不同品系的杨树对
青杨天牛的感虫程度不同。
2.2　不同杨树韧皮部游离氨基酸组成及含量
在 5个杨树品系的韧皮部中 , 共测出 14种游离氨基酸 ,
即:丙氨酸 ALA、精氨酸 ARG、天门冬氨酸 ASP、甘氨酸 GLY、
组氨酸 HIS、异亮氨酸 ILE、亮氨酸 LEU、赖氨酸 LYS、蛋氨酸
MET、苯丙氨酸 PHE、脯氨酸 PRO、苏氨酸 THR、色氨酸 TRY、
缬氨酸 VAL。各杨树品系韧皮部同种游离氨基酸含量有一
定的差异(表 1)。 受害最重的施 ×斯除了没有检测出丙氨
酸 、异亮氨酸外 , 其他 12种游离氨基酸都有不同程度的检出。
其中 ,精氨酸 、天门冬氨酸 、组氨酸 、甘氨酸 、赖氨酸 、苯丙氨
酸 、苏氨酸 、缬氨酸 8种氨基酸在被害后含量都呈上升趋势 ,
且增长的幅度为最大。因氨基酸是昆虫生长发育的营养性物
质 ,说明施 ×斯韧皮部被害后抵制虫害的能力降低 ,昆虫虫卵
能够继续在韧皮部孵化成幼虫 ,进蛀到木质部。而受害最轻
的小黑 14也有 7种氨基酸是受害后含量增加了 , 但与施 ×斯
比 ,小黑 14增加的比例相对较小。
表 1　不同杨树品系韧皮部和木质部中各种游离氨基酸的浓度 mmol· L-1　
部　位 游离氨基酸 1344健康 被害
迎春 5号
健康 被害
银中杨
健康 被害
施 ×斯
健康 被害
小黑 14
健康 被害
韧皮部 丙氨酸 ALA 2.820 2.993 5.119 3.237 2.146 0.055
精氨酸 ARG 0.072 0.060 1.335 0.839 0.541 0.343 　0.080 　 0.489 　 0.308 0.177
天门冬氨酸 ASP 0.723 0.729 0.727 0.732 0.685 0.672 0.736 0.732
甘氨酸 GLY 0.150 0.871 0.206 0.159 0.100 0.097
组氨酸 HIS 0.256 0.281 0.322 0.287 0.262 0.287 0.304 0.330 0.291 0.336
异亮氨酸 ILE 0.641 0.425
亮氨酸 LEU 0.157 0.413 0.431 0.156 0.161 0.163 0.163 0.154 0.159 0.153
赖氨酸 LYS 4.743 36.973 66.949 26.458 23.436 15.457 144.440 446.250 259.820 18.430
蛋氨酸 MET 0.295 2.256 0 0.666
苯丙氨酸 PHE 1.385 0.109 6.838 3.174 0.129 1.891 0.478 3.706 0.219 3.664
脯氨酸 PRO 0.716 4.452 4.291 4.981 5.641 4.712 5.312 4.474
苏氨酸 THR 0.257 1.166 0.045 0.010 0.241
色氨酸 TRY 0.001 0.001 0.003 0.002 0.003 0.002 0.002 0 0 0.006
缬氨酸 VAL 0.096 0.077 0.502 0.111 0.131 0.149 0.003 0.017 0.012 0.014
木质部 丙氨酸 ALA 1.190 0.738 1.201 0.974 1.315 0.535
精氨酸 ARG 0.092 0.088 0.197 0.135 0.246 0.085 0.055 0.224 0.061 0.083
天门冬氨酸 ASP 0.738 0.736 0.712 0.731 0.717
甘氨酸 GLY 0.219 0.239 0.290 0.136 0.213 0.103 0.204
组氨酸 HIS 0.267 0.265 0.257 0.245 0.261 0.263 0.267 0.304 0.266 0.244
异亮氨酸 ILE 0.187 0.036 0.379 0.417
亮氨酸 LEU 0.160 0.152 0.159 0.160 0.235 0.181 0.159 0.152 0.442 0.163
赖氨酸 LYS 6.526 10.982 6.365 3.443 3.829 0.508 35.643 250.56 64.716 58.14
蛋氨酸 MET 2.836 2.614 1.579 2.220 2.326
苯丙氨酸 PHE 0.071 0.069 0.072 0.635 0.055 0.322 0.108 0.782 0.106 0.822
脯氨酸 PRO 5.403 5.608 5.577 5.553 5.246 5.160 5.637 5.355 2.331 5.319
色氨酸 TRY 0.001 0.001 0.001 0.003 0.001
缬氨酸 VAL 0.046 0.002 0.008 0.013 0.010 0.129 0.003 0.021 0.011 0.003
　　通过杨树各品系的韧皮部氨基酸含量与被害率的相关性
分析得知 , 精氨酸 、赖氨酸的相关性较高 , 分别为 0.72、0.65,
符合王荫长 [ 6]得出的结论 , 精氨酸和赖氨酸是昆虫的必需氨
基酸。施 ×斯韧皮部中精氨酸含量被害后较健康的增加较
高 ,而其它 4种杨树被害后含量都呈减少趋势。由于精氨酸
与被害率有较高的相关性 , 所以 ,可以认为施 ×斯中的精氨酸
70 　　　　　　　　　　　东　北　林　业　大　学　学　报　　　　　　　　　　　　　　　第 36卷
给昆虫提供了较好的生长条件 。关于对昆虫生长有重要影响
的营养物质赖氨酸 , 施 ×斯被害后其含量急剧增加 , 增加两倍
多 , 而小黑 14中赖氨酸的含量却急剧降低 , 减少 93.77%, 其
它 3个品系树种赖氨酸的含量减少得相对较少。
各种杨树品系韧皮部中都含有的游离氨基酸品种为精氨
酸 、组氨酸 、亮氨酸 、赖氨酸 、苯丙氨酸 、色氨酸 、缬氨酸 ,统计
树种间这 7种氨基酸的差异性 ,结果见表 2。结果表明 , 1344
杨 、银中杨 、小黑 14、迎春 5号 、施 ×斯各杨树品种的健康与
被害韧皮部中同一氨基酸含量差异极其显著 , 精氨酸 、组氨
酸 、亮氨酸 、赖氨酸 、苯丙氨酸 、色氨酸 、缬氨酸不同氨基酸之
间含量差异性也极其显著。不同杨树品系健康与被害韧皮部
在不同种类游离氨基酸之间的差异性都很显著。
表 2　不同杨树品系健康韧皮部与游离氨基酸方差分析
因子组
自由
度
韧　　皮 　　部
平方和
健康 被害
均方
健康 被害
F值
健康 被害
显著
水平
木　　质　　部
平方和
健康 被害
均方
健康 被害
F值
健康 被害
显著
水平
杨树各品系(A) 4 15 781.16 41 046.97 3 945.29 10261.74 163 124 808.20 70 375 421.08 0 　808.21 13017.48 202.05 3 254.37 795 217.09 11693143.04 0
7种氨基酸(B) 6 97 413.18 100 305.75 16 235.53 16717.63 671 286 009.80 114 650 118.32 0 4 649.82 35701.93 774.97 5 950.32 3 050 032.57 21379867.18 0
A×B 24 96 479.43 244 327.76 4 019.98 10180.32 166 212 853.58 69 817 048.44 0 4 824.88 77686.71 201.04 3 236.95 791 215.61 11630543.45 0
残差 35 0 0.01 0 0 0.01 0.01 0 0
模型 34 209 673.76 385 680.48 6 166.88 11343.54 254 980 111.10 77 794 457.56 0 10 282.91 126406.12 302.44 3 717.83 1 190 301.13 13358377.00 0
校正计 69 209 673.76 385 680.48 10 282.92 126406.13
截距 1 17 289.45 17 987.74 831.40 6190.69
合计 70 226 963.22 403 668.23 11 114.31 132596.82
2.3　不同杨树木质部游离氨基酸组成及含量
在 5个品系杨树的木质部检测出游离氨基酸的种类与韧皮
部相近 ,只是比韧皮部少了苏氨酸, 包括丙氨酸、精氨酸、天门冬
氨酸、甘氨酸 、组氨酸、异亮氨酸 、亮氨酸、赖氨酸 、蛋氨酸 、苯丙氨
酸 、脯氨酸、色氨酸 、缬氨酸 13种氨基酸(表 1)。
从杨树各品系的木质部氨基酸含量与被害率的相关性分
析得知 ,精氨酸 、组氨酸与被害率的相关值分别为 0.75、0.67。
施 ×斯被害前后精氨酸增加的量为 0.169mmol· L-1 , 是小黑
14被害前后增加的量 0.022mmol· L-1的近 8倍。小黑 14被
害后精氨酸增加的量在 5个树种间还是最少的 ,这一结果表
明 ,精氨酸起到阻碍昆虫生长发育的作用。组氨酸在不同杨树
品种被害前后的变化较大, 施 ×斯的被害木质部中组氨酸含量
比被害前增加 0.037mmol·L-1 ,而被害最轻的小黑 14,被害后
组氨酸减少了 0.022mmol· L-1 ,其它树种被害前后组氨酸含
量变化相对这两种树种小。表明 , 组氨酸是促进昆虫生长发
育的营养性物质。小黑 14在被害后组氨酸含量减少得最多 ,
抑制了昆虫的生长发育 , 起到了减小受害程度的作用。相比
之下 , 施 ×斯树种受害组氨酸含量增加 , 抗虫性能相对减小。
各种杨树品系木质部中都含有的游离氨基酸品种为精氨
酸 、组氨酸 、亮氨酸 、赖氨酸 、苯丙氨酸 、色氨酸 、缬氨酸 ,统计
树种间这 7种氨基酸差异性(表 2)的结果表明:1344、银中
杨 、小黑 14、迎春 5号 、施 ×斯各杨树品种的健康与被害木质
部中同一氨基酸含量差异极其显著 ,精氨酸 、组氨酸 、亮氨酸 、
赖氨酸 、苯丙氨酸 、色氨酸 、缬氨酸等不同氨基酸之间含量差
异性也极其显著。不同杨树品系健康与被害木质部在不同种
类游离氨基酸之间的差异性都很显著。
3　结论与讨论
对杨树树干中的游离氨基酸进行检测 ,得出 14种游离氨
基酸。其中 , 韧皮部检测出 14种 , 木质部比韧皮部少了苏氨
酸。在各个树种中都检测到的 7种氨基酸分别是:精氨酸 、组
氨酸 、亮氨酸 、赖氨酸 、苯丙氨酸 、色氨酸 、缬氨酸 ,其它 7种氨
基酸只在某些树种中能检测到。从表 1得知 , 杨树韧皮部中
精氨酸 、赖氨酸与被害率相关性较强;杨树木质部中精氨酸 、
组氨酸与被害率相关性较强。相对于同一氨基酸来说 , 5个
杨树新品种之间含量差异极其显著。而对于同一杨树品种来
说 ,检测到的 7种氨基酸之间含量差异性也极其显著。不同
杨树品系健康与被害的韧皮部和木质部在不同种类游离氨基
酸之间的差异性都很显著。但从检测到的游离氨基酸成分和
含量的数据中发现:杨树韧皮部中色氨酸与被害率有较强的
负相关性 , 相关系数为 -0.97。杨树木质部中甘氨酸与被害
率也有较强的负相关性 ,相关系数为 -0.79。 其它相关性统
计中发现有一部分是负相关性的 ,只是都没有色氨酸和甘氨
酸的相关性强 , 可能有的氨基酸种类不是昆虫生长发育的营
养性物质 , 也可能这类氨基酸影响其它昆虫体内蛋白质的合成
代谢过程 ,这一推断还有待研究。同种氨基酸在不同树种中被
害前后含量的变化趋势不定 ,有的树种氨基酸含量是增加 , 有
的则是减少。如果某些氨基酸种类不是昆虫生长发育的营养
性物质, 那么这些氨基酸含量的增加则是抑制虫害进一步蔓延
的有效防御机制 ,其原因及其假设性有待进一步研究。
参　考　文　献
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71第 7期　　　　　　　　　　郭树平等:杨树游离氨基酸组成和含量与青杨天牛危害的相关分析