论文部分内容阅读
苦瓜(Momordica charantia L.)是我国广泛种植的一种蔬菜作物，在其生长过程中表现出较强的抗虫性。本文以美洲斑潜蝇、小菜蛾、斜纹夜蛾和黄曲条跳甲等为供试昆虫，研究了苦瓜对植食性昆虫的主要防御机制，并采用活性跟踪与化学分离相结合的策略，对苦瓜叶片中的化学防御物质进行了系统的分离和生物活性测定，评价了它们的作用方式及其相互间的协同作用。这些研究结果不仅对理解植物与昆虫之间的相互关系以及化学生态学机理有重要作用，而且对创新药物研究和有害生物的可持续控制都有重要的实践意义。
1、苦瓜对几种植食性害虫的防御机制
通过测定美洲斑潜蝇在苦瓜和寄主植物丝瓜上的趋性、取食、产卵的反应，证明苦瓜对美洲斑潜蝇具有比丝瓜强的防御机制，且其机制主要为化学防御。通过比较苦瓜和丝瓜上的美洲斑潜蝇刺痕和虫道，表明苦瓜上的刺痕和虫道明显少于丝瓜，说明苦瓜中可能存在着不同于丝瓜的化学防御物质。GC-MS测定结果表明苦瓜茎叶中的挥发物组成与丝瓜极为相似，生物测定显示苦瓜茎叶挥发物对美洲斑潜蝇成虫并没有明显的驱避作用，从而排除了挥发物作为苦瓜叶片主要化学防御物质的可能性。非选择性试验结果显示，小菜蛾幼虫并不取食苦瓜叶片，而斜纹夜蛾幼虫也对苦瓜叶片有明显的拒食反应，且其生长发育明显慢于取食丝瓜的幼虫。表明苦瓜中存在有导致小菜蛾和斜纹夜蛾幼虫拒食的化学物质，并对斜纹夜蛾幼虫的生长发育有一定的抑制作用。
2、苦瓜叶化学防御物质的提取分离及活性测定
综合运用传统提取分离手段和多种现代分离技术，从苦瓜叶片乙酸乙酯萃取物中分离纯化获得9个化合物。通过核磁共振谱、质谱、红外光谱等方法鉴定得到这9个化合物的化学结构，它们分别是化合物1：α-菠甾醇(α-spinastero1)、化合物2：大豆脑苷I (soya-cerebroside I)、化合物3：(19S，23E)-5β，19-epoxy-19-methoxy-cucurbita-6，23-diene-3β，25-diol、化合物4：(19R，23E)-5β，19-epoxy-19-methoxycucurbita-6，23-diene-3β，25-diol、化合物5：3β，7β，25-三羟基-5，23-二烯-19-醛(3β，7β，25-trihydroxy-cucurbita-5，23-dien-19-al)、化合物6：Momordicine I、化合物7：3 β，7β，25-trihydroxycucurbita-5，23-dien-19-al-3-O-β-D-glucopyranoside、化合物8：Momordicine Ⅱ和化合物9：α-香树素乙酸酯(α-amvrinacetate)，进而对这9个化合物进行生物活性测定。
3、化学防御物质的生物活性及协同作用
测定了苦瓜叶片中分离鉴定的9种化合物对供试昆虫的生物活性，结果表明，单个化合物在不同发育期的供试昆虫中显示出不同的生物活性效果，其中Momordicine Ⅱ和Momordicine I对所有供试昆虫的不同发育期的抑制效果都高于其他化合物，而且化合物的混合使用有增强生物活性的作用。
对成虫取食和产卵的抑制作用：Momordicine Ⅱ、Momordicine I、化合物3、化合物4和化合物7对美洲斑潜蝇成虫的取食和产卵抑制活性显著高于其他供试化合物。
对幼虫取食的抑制作用：Momordicine Ⅱ和Momordicine I对小菜蛾和斜纹夜蛾幼虫、黄曲条跳甲成虫取食的抑制作用最显著，化合物3和化合物4的抑制作用次之。在非选择性试验中，当浓度为500μg/ml时，小菜蛾3龄幼虫对Momordicine Ⅱ和Momordicine I的拒食率分别为76.16％和56.13％；当浓度为1000μg/ml时，斜纹夜蛾2龄幼虫对：Momordicine I和Momordicine II的拒食率分别为57.46％和52.65％，黄曲条跳甲成虫对Momordicine I和Momordicine II的拒食率分别为49.95％和48.56％。当浓度为500μg/ml时，小菜蛾3龄幼虫对化合物4和化合物3的拒食率分别为46.92％和46.68％；当浓度为1000μg/ml时，斜纹夜蛾2龄幼虫对化合物3的拒食率为41.58％。另外，Momordicine II、Momordicine I、化合物9、化合物3和化合物4对小菜蛾幼虫生长发育有明显的抑制作用，伴随着取食量的显著减少有明显的死亡。
对卵和蛹发育的抑制作用：分别用Momordicine II、Momordicine I、化合物3和化合物4处理小菜蛾卵，5天后孵化率明显低于对照，表明这4种化合物对小菜蛾卵有明显的触杀作用。Momordicine II、Momordicine I和化合物3对美洲斑潜蝇蛹羽化的影响与处理的蛹龄关系密切，对美洲斑潜蝇2日龄蛹羽化的抑制作用明显强于5日龄蛹。
化合物混合的生物活性：将Momordicine I、Momordicine II、化合物3和葫芦素B在有活性的浓度下(200μg/ml)两两混合、三三混合和四种混合后对美洲斑潜蝇成虫取食和产卵的抑制效果与等浓度的Momordicine II或Momordicine I相似，表现出明显的协同作用。当化合物3与化合物4和9的混合物处理甘蓝叶碟(浓度为1000μg/ml)，对小菜蛾幼虫拒食效果没有明显的协同作用。而Momordicine II与化合物3、4和9的混合物(浓度为1000μg/ml)对小菜蛾幼虫的拒食效果虽然与活性最高的Momordicine II(浓度为500ug/ml)差异不显著，但明显高于Momordieine II(浓度为250μg/ml)以及化合物3、4和9(浓度为1000μg/ml)单独使用的效果。表现出明显的协同作用。 4、Momordicine Ⅱ在苦瓜及嫁接丝瓜中的含量及分布苦瓜叶片中的Momordicin Ⅱ含量比根高。通过对12种不同植物叶片中Momordicin II的HPLC分析，表明只有苦瓜中含有较高浓度的Momordicin II，而供试昆虫的寄主植物豇豆、甘蓝、黄瓜和8个品种的丝瓜都检测不到Momordicin II。说明Momordicin II是苦瓜抗虫的主要防御物质之一。通过把苦瓜与丝瓜进行相互嫁接，检测嫁接后植株叶片的Momordicin II含量变化，结果表明：以丝瓜为砧木的植株，30天后苦瓜叶片的Momordicin II含量高于苦瓜自根苗叶片同期的Momordicin II含量，表明嫁接到丝瓜砧木上的苦瓜叶片不仅具有合成Momordicin II的能力，而且嫁接的处理还有促进Momordicin II的趋势。以苦瓜为砧木嫁接丝瓜，30天后丝瓜的叶片也能在HPLC上检测到微量的Momordicin II，表明丝瓜接穗叶片中的Momordicin II可能通过苦瓜砧木转运而来。通过比较自根苗苦瓜、自根苗丝瓜、苦瓜砧木嫁接丝瓜和丝瓜砧木嫁接苦瓜的叶片的HPLC色谱图，发现嫁接植株的叶片比自根苗叶片多出两个化合物，化合物A(保留时间为6.37min)和化合物B(保留时间为7.90min)，结合苦瓜砧木嫁接丝瓜叶片植株对美洲斑潜蝇成虫的抗性高于自根苗丝瓜的生物活性结果，推测这两种化合物由嫁接诱导产生，并可能与抗性相关。
本论文的研究成果不仅阐明了苦瓜中对植食性昆虫有抑制的主要化学成分，而且嫁接实验的结果，可以提出一种用于寄主植物抗虫的嫁接技术，这不仅对理解作物抗虫机制和化学防御物质产生的部位和转移途径有重要意义，而且对指导作物育种、培育新的抗虫品种以及有害生物的综合治理都有重要的实践意义。