全 文 ：豇豆与菜豆挥发物中美洲斑潜蝇引诱成分
的分析与鉴定 3
魏　明　邓晓军　杜家纬 3 3
(中国科学院上海生命科学研究院植物生理生态研究所 ,上海 200032)
【摘要】　应用固相微萃取技术 (SPME)和自行设计的挥发物收集装置以及 GC2MS 系统 ,对美洲斑潜蝇主
要寄主植物豇豆与菜豆的挥发物进行收集和分析. 鉴定出两种寄主植物的挥发物主要成分均为 22己烯
醛、32己烯醇、22己烯醇、12辛烯醇、32己烯醇醋酸酯、α2紫罗酮、β2紫罗酮. 通过与标准品的对照 ,测定了 7 种
主要挥发性化合物之间的相对比例 ,并据此配制成人工引诱剂 ,进行了美洲斑潜蝇成虫的田间诱捕试验.
结果证实所配制的引诱剂对成虫具有一定的引诱效果 ,其中α2紫罗酮和β2紫罗酮很可能在美洲斑潜蝇成
虫寻找寄主植物的定向机制中起着重要作用.
关键词 　固相微萃取 　美洲斑潜蝇 　挥发性有机物 　田间诱捕试验
文章编号 　1001 - 9332 (2005) 05 - 0907 - 04 　中图分类号 　Q96811 　文献标识码 　A
Analysis and identif ication of L iriomyza sativae2attractants from cowpea and kidney bean volatiles. WEI
Ming ,DEN G Xiaojun ,DU Jiawei ( Institute of Plant Physiology and Ecology , S hanghai Institutes f or Biological
Sciences , Chinese Academy of Sciences , S hanghai 200032 , China) . 2Chin. J . A ppl . Ecol . ,2005 ,16 (5) :907～
910.
In this paper ,the volatiles from cowpea and kidney bean ,the main host plants of American leafminer L iriomyz a
sativae ,were collected and extracted by a self2designed device and solid phase microextraction ( SPME) tech2
nique ,and analyzed by GC2MS. The results showed that the volatiles from the two beans had the same compo2
nents mainly consisted of 22hexenal ,32Hexen212ol ,22Hexen212ol ,12Octen232ol ,32Hexenol acetate ,α2Ionone and
β2Ionone. The lure made of the seven components was attractive to L . sativae in field trapping trials. Detailed
analyses indicated thatα2Ionone andβ2Ionone might play important roles in the searching behavior of L . sativae
for host plants.
Key words 　Solid phase microextraction , L iriomyz a sativae ,Volatile organic compounds ,Field trapping trials.
3 上海市科学技术委员会项目 (023912004 ,023112016) 和中国科学
院知识创新工程资助项目 ( KSCX222202) .3 3 通讯联系人.
2004 - 04 - 13 收稿 ,2004 - 08 - 30 接受.
1 　引 　　言
美洲斑潜蝇 ( L i riom yz a sativae) 隶属于双翅目
潜蝇科[8 ] ,其食性杂 ,取食寄主范围广 ,几乎能为害
农林生产中的所有主要作物[18 ] ,造成其减产或贬
值[24 ] ,是国内外重要的检疫害虫. 自 1993 年首次在
我国海南岛发现后[26 ] ,美洲斑潜蝇在短短几年内迅
速蔓延至全国大部分地区 ,严重影响我国农业生产.
由于美洲斑潜蝇幼虫潜食于寄主植物叶下组织 ,破
坏叶绿素及叶肉细胞 ,直接影响寄主作物的光合作
用能力 ,因而导致作物产量的大幅下降[19 ] . 同时 ,因
其幼虫潜藏于叶片内 ,农药防治效果欠佳.
目前对美洲斑潜蝇寄主选择性的研究大多集中
于其嗜食植物品种、寄主视觉刺激、寄主营养水平、
空 间 分 布、水 溶 性 次 生 代 谢 物 等 方
面[1 ,5 ,6 ,15 ,21 ,27 ,28 ,30 ] ,而对远距离寄主定向过程中起
着重要作用的挥发性化学通讯信号缺乏深入的研
究[11 ,13 ] . 本研究利用固相微萃取 ( Solid Phase Mi2
croextraction , SPME) 装置[14 ] 及气2质谱联用技术 ( GC2MS) ,检测到美洲斑潜蝇嗜食寄主植物豇豆和菜豆的主要挥发性气味物质 ,并试验了这些气味物质配制的诱芯的田间引诱成虫效果[22 ] .2 　材料与方法211 　试验材料21111 取样方法 　供试植物豇豆 ( V igna unguiculata)品种为“沪长豇豆”,供试菜豆 ( Phaseolus vulgaris)品种为“美国供给者”[10 ] . 植株均在温度为 18～26 ℃、相对湿度为 80 %～90 %、人工光照 16 h 的温室中种植 ,至株高达到 1 m ,长出10 片以上真叶后 ,选取健康无虫害植株的健壮叶片作为试验材料.21112 试验仪器、装置与试剂 　1 ) 质谱 : HP6890MSD/HP5973 GC ,30 m ×0125 mm HP25 石英毛细管柱 ( Hewlett2Packard 公司 ,美国) . 色谱条件 : 991999 %氦气作为载气 ,流速为 1 ml·min - 1 ,进样口温度为 220 ℃,无分流进样 ,升温程序为 50 ℃(2 min) →2 ℃·min - 1 →90 ℃→10 ℃·min - 1 →
应 用 生 态 学 报 　2005 年 5 月 　第 16 卷 　第 5 期 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
CHIN ESE JOURNAL OF APPL IED ECOLO GY ,May 2005 ,16 (5)∶907～910
160 ℃→20 ℃·min - 1 →220 ℃(2 min) [3 ,17 ] . 质谱采用 CI 电
离方式 ,70 ev 轰击电压 ,扫描范围 40～300 m·z - 1 ,扫描频率
5 次·s - 1 ,检索谱库为 Wiley7n Library[20 ] .
2)固相微萃取 (SPME) :DVB/ CAR/ PDMS (50/ 30μm)
高度交联萃取头[2 ] (Supelco 公司 ,美国) .
3)萃取瓶 :由带磨口的玻璃瓶盖 (直径 8 cm、高 5 cm) 和
玻璃瓶身 (直径 8 cm、高 10 cm) 所组成 ,在瓶盖中央嵌有密
封橡胶垫 (直径 1 cm) [16 ] .
4) 试 剂 : 反222己 烯 醛 ( trans222Hexenal ) 纯 度 99 %
(ACROS ORGAN ICS公司 ,美国) ,顺232己烯醇 (cis232Hexen2
12ol)纯度 98 % (ACROS ORGAN ICS 公司 ,美国) ,反222己烯
醇 (trans222Hexen212ol)纯度 98 %(ACROS ORGAN ICS 公司 ,
美国) ,12辛烯醇 (12Octen232ol) 纯度 98 % (ACROS ORGAN2
ICS公司 ,美国) ,顺232己烯醇醋酸酯 (cis232Hexen212ol , ac2
etate)纯度 98 % (由本实验室合成) ,α2紫罗酮 (α2Ionone)纯度
98 %(ACROS ORGAN ICS 公司 ,美国) ,β2紫罗酮 (β2Ionone)
纯度 98 %(ACROS ORGAN ICS公司 ,美国) ,重蒸正己烷 (杭
州炼油厂) ,重蒸二氯甲烷 (上海试剂有限公司) .
5)诱捕器 :纸质三角形诱捕器 (长 20 cm、宽 8 cm) ,内底
部涂有昆虫粘胶 ,本实验室自制 [12 ] .
212 　研究方法
21211 豇豆与菜豆植株挥发性物质的收集与鉴定 　取豇豆
与菜豆健康叶片各 2 g ,以 5 号昆虫针模拟雌虫刺孔后放入
萃取瓶中. 密闭平衡 5 min[7 ]后 ,将 SPME 刺过密封橡胶垫
插入萃取瓶内 ,随后推出萃取头 ,在室温下顶空萃取 015
h[31 ] (图 1) ,萃取结束 ,迅速将 SPME 萃取头插入 GC2MS 进
样口内 ,热解吸 5 min 后进行 GC2MS 分析鉴定. 采用质谱库
检索及比较标准样品的 GC 保留时间对 2 种寄主植物的挥
发物成分进行结构鉴定. 重复进行 3 次萃取及 GC2MS 分析 ,
计算这些成分的质量相对比例的平均值.
21212 豇豆与菜豆挥发物主要成分相对比例确定 　根据
SPME装置的原理 ,当被分析的有机物在萃取头与萃取体系
之间达到平衡时 ,分析物在萃取体系中的量与吸附在萃取头
上的量为 :
图 1 　寄主植物挥发物 SPME 萃取装置示意图
Fig. 1 Schematic illustration of the host plant volatiles collecting device
with solid phase microextraction.
1)固相微萃取 SPME ;2)密封橡胶垫 Sealing rubber septum ;3)玻璃瓶
盖 Glass tube lid ;4)玻璃瓶身 Glass tube ; 5) 植株刺孔叶片 Pieces of
plant leaves sticked.
　　 N = K·V f ·C 　K = N/ ( V f ·C) 　C = N/ ( K·V f )
其中 , N 为吸附于萃取头上分析物的量 , K 为分析物在萃取
头和样品间的分配系数 , V f 为萃取头的体积 , C 为萃取前分
析物在萃取体系中的浓度. 对于某一选定的 S PM E 萃取头
而言 ,不同的挥发物质有着不同的 K 值. 因而在寄主植物挥
发物色谱图中所显示的各成分的相对峰面积比值 ,并不是寄
主作物所释放的各组分真实的比例 ,需要进行校正.
各组分间实际比例的校正方法 :将鉴定出的 2 种寄主植
物挥发物成分的标准样品各取 2 ml 混合后溶解于重蒸正己
烷中 ,配制成浓度均约为 1μg·μl - 1的溶液. 取 2μl 该溶液滴
加在滤纸上 ,放入萃取瓶中 ,经 SPME 萃取及 GC2MS 分析 ,
并重复试验 3 次. 依据各成分的色谱峰面积相对比例及已知
标准样品的质量来校正寄主植物挥发物中各成分间的相对
质量比例[23 ] .
21213 美洲斑潜蝇田间诱捕试验 　美洲斑潜蝇田间诱捕试
验在上海市九亭蔬菜园艺场豇豆大棚内进行 [25 ] . 采用 L 8
(27)正交表设计田间试验方案 ,将在寄主植物挥发物中相对
比例较大的 22己烯醛、32己烯醇及 32己烯醇醋酸酯作为影响
因素 A ,将相对比例较小的烯醇类物质 22己烯醇和 12辛烯醇
作为因素B ,酮类物质α2紫罗酮和β2紫罗酮作为因素 C ,并选
取以 32己烯醇为标准的 2 种浓度水平 (表 1) .
　　各处理的挥发物组合按已确定的各自相应质量比例溶解
于重蒸二氯甲烷溶剂内 ,随后滴加到硅橡胶小杯 [9 ]中 ,待二氯
甲烷完全挥发后 ,即制成诱芯.将诱芯置于三角形诱捕器粘胶
板的中央.诱捕器悬挂于豇豆大棚内 ,与植株顶端等高 ,且每
两只诱捕器之间相距为 10 m.每种处理设置 3 个重复 ,从诱捕
器放置后次日起 ,每天中午检查和记录各诱捕器捕获的斑潜
蝇成虫数量 ,并对这些数据进行方差及交互作用分析.
表 1 　正交试验因素水平表
Table 1 Factors and levels of the f ield tests
水平
Level
(mg)
因 　素 Factors
A
22己
烯醛
22hex2enal 32己烯醇32Hexen212ol 32己烯醇醋酸酯32Hexen212ol ,
acetate
B
22己烯醇
22Hexen212ol 12辛烯醇12Octen232ol Cα2紫罗酮α2Ionone β2紫罗酮β2
Ionone
1 10152 2100 6148 0110 0110 0110 0158
2 0 0 0 0 0 0 0
3 　结果与讨论
311 　寄主植物挥发物的成分鉴定
经 SPME 萃取寄主植物豇豆与菜豆的刺孔叶
片及 GC/ MS 测定分析 ,从豇豆挥发性物质中得到 7
个重复的色谱峰 ,分别鉴定为 22己烯醛 (22hexenal) 、
32己烯醇 (32Hexen212ol) 、22己烯醇 (22Hexen212ol) 、
12辛烯醇 (12Octen232ol) 、32己烯醇醋酸酯 (32Hexenol
acetate) 、α2紫 罗 酮 (α2Ionone ) 及 β2紫 罗 酮 (β2
Ionone) ;从菜豆中也鉴定出相同的 7 种主要成分 ,
仅在相对比例上存在一定的差异 (图 2) . 这 7 种挥
809 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　16 卷
发性组分分别占豇豆和菜豆总挥发性成分的 90 %
以上和 85 %以上 ,基本上代表了豇豆和菜豆的主要
挥发性气味成分.
图 2 　两种寄主植物挥发物经 SPME 萃取的 GC 图
Fig. 2 Gas chromatograms of the volatile compounds from two host
plants extracted by solid phase microextraction.
A :豇豆叶片挥发物 Volatile compounds from V igna unguiculata ;B :
菜豆叶片挥发物 Volatile compounds from P. v ulgaris ;C :标准样品混
合溶液挥发物 Standard volatile compounds mixed solution. 1) 22己烯醛
22hexenal ;2) 32己烯醇 32Hexen212ol ;3) 22己烯醇 22Hexen212ol) ; 4) 12
辛烯醇 12Octen232ol ;5) 32己烯醇醋酸酯 32Hexen212ol ,acetate ;6) α2紫
罗酮α2Ionone ;7)β2紫罗酮β2Ionone.
312 　挥发物主要成分相对比例的确定
通过对上述 7 种挥发物成分标准样品混合溶液
的 SPME 顶空萃取和 GC2MS 分析结果 ,分别计算
出 22己烯醛、22己烯醇、12辛烯醇、32己烯醇醋酸酯、
α2紫罗酮、β2紫罗酮相对于 32己烯醇的 Kn/ K0 平均
比值分别为 01027、11116、21442、01429、01651 和
01612.同时 ,以此进一步计算出 22己烯醛、22己烯
醇、12辛烯醇、32己烯醇醋酸酯、α2紫罗酮、β2紫罗酮
相对于 32己烯醇在寄主植物挥发物中的近似比例
分别为 5126、0105、0105、3124、0105 和 0129 (表 2) .
313 　田间诱捕试验
人工配制的含有上述寄主植物挥发性物质的诱
表 2 　豇豆与菜豆挥发物中 7 种主要成分的质量比例关系
Table 2 Ratio relationship among the seven main components of the host
plants
Nm/ N0
豇 豆
V . unguiculata
(mean)
菜 豆
P. vulgaris
(mean)
平均值
Mean
Nm′/
N0′
(dn/ d0)·
(Pn/ P0)
Kn/
K0
Cn/
C0
32己烯醇
32Hexen212ol 10010 10010 10010 10010 10010 10010 10010
22己烯醛
22hexenal 1410 1413 1412 217 10010 217 52610
22己烯醇
22Hexen212ol 717 4 518 114 9715 11116 510
12辛烯醇
12Octen232ol 1210 1410 1310 24110 9817 24412 510
32己烯醇醋酸酯
32Hexen212ol ,acetate 15917 11817 13912 4517 10615 4219 324
α2紫罗酮
α2Ionone 410 215 313 6813 10314 6511 510
β2紫罗酮
β2Ionone 2510 1110 1810 6417 10819 6112 2910
Nm/ N0 :各成分经 SPME萃取后相对于 32己烯醇醋酸酯的含量 The relative ratio of each com2
ponent in the host plants compared with the 32Hexenol acetate ;N m′/ N0′:各成分相对于 32己烯醇
醋酸酯在标准样品混合溶液中的含量 The relative ratio of each component in the standard
mixed solution compared with the 32Hexenol acetate ; (dn/ d0)·(Pn/ P0) :各成分标准样品相对于
32己烯醇醋酸酯的相对密度比及相对纯度比的乘积 The product of each component relative
density and relative purity in the standard mixed solution compared with the 32Hexenol acetate ; Kn/
K0 :各成分相对于 32己烯醇醋酸酯的 K 值比 The relative ratio of each component K value
compared with the 32Hexenol acetate ; Cn/ C0 :各成分在寄主植物挥发物中相对于 32己烯醇醋
酸酯的相对含量之比 The relative ratio of each component in the host plants compared with the 32
Hexenol acetate.
芯在田间试验中诱捕到了一定数量的美洲斑潜蝇成
虫 ,显著高于未加入挥发物的诱芯 (表 3) ,表明寄主
植物挥发物中确实存在诱导美洲斑潜蝇成虫产生寄
主定向的化学暗示. 对 3 日内每种处理诱捕美洲斑
潜蝇的日平均数量进行了方差分析及各因素的交互
作用分析[29 ] ,结果表明 ,因素 C 对诱捕的影响在α
= 0105 水平上显著 ,因素 A 与因素 C 的组合对诱捕
的影响在α= 011 的水平上显著. 说明α2紫罗酮和β2
紫罗酮可能是诱导美洲斑潜蝇成虫产生定向行为的
主要植物挥发性物质 ,而 22己烯醛、32己烯醇及 32己
烯醇醋酸酯可能是美洲斑潜蝇寄主定向的次要组
分.
　　在本研究中 ,田间诱捕试验中成虫日诱捕量较
少的原因 :一是从豇豆和菜豆中鉴定出的这些气味
表 3 　美洲斑潜蝇寄主植物挥发物成分田间诱捕试验( 2003 年 9 月 ,
上海九亭)
Table 3 Field trapping tests of host plants volatile compounds of Liri2
omyza sativae in Jiuting Town ,Shanghai City in October ,2003
处理
Treatment
因素水平
Levels of the factors
A B C
日平均诱捕量
Mean captured
adults(trap)
1 1 1 1 12413 ±012bc
2 1 1 2 2117 ±011c
3 1 2 1 2917 ±016b
4 1 2 2 1413 ±012d
5 2 1 1 2617 ±015bc
6 2 1 2 2016 ±013c
7 2 2 1 4017 ±011a
8 3 2 2 2 1117 ±012d3 空白对照 Blank control. 同列相同字母表示经 DMRT 检验差异不
显著 ( P = 0105) Value in the same column followed with same letter was
not significantly different by Duncan’s new multiple range test ( P =
0105) .
9095 期 　　　　　　　　　　　魏 　明等 :豆与菜豆挥发物中美洲斑潜蝇引诱成分的分析与鉴定 　　　　　　　　　　　
物质的挥发性较高 ,采用硅橡胶作为诱芯的载体很
难延长这类高挥发性物质的半衰期 ,同时也可能是
本试验中所采用的剂量偏低所致 ;二是美洲斑潜蝇
的寄主定向化学暗示除本研究中己鉴定出的 7 种成
份外 ,可能还有一些微量而在寄主定向中起重要作
用的组分尚未被发现. 因此 ,进一步的研究将集中于
改进引诱剂的配方及适用高挥发性物质的缓释剂型
方面.
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作者简介 　魏 　明 ,男 ,1979 年生 ,硕士. 主要从事化学生态
与植物基因工程交叉学科的研究工作 ,发论文数篇. Tel :
021254920149 ,54924042 ; E2mail :mwei @sibs. ac. cn
019 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　16 卷