化学生态学课件

重要的领域，并逐步凸显出了其学科框架、理论体系和实际
意义。在国际上，昆虫性信息素的研究日趋成熟，昆虫与植 物的关系研究也渐趋深入和拓宽。化学生态学的一些研究成 果如昆虫性信息素已经进入开发应用阶段。
我国化学生态的发展现状
我国的化学生态学发展历史较短，起步较晚，研究水平
较低。但目前，政府部门已经认识到化学生态学的重要性，
蚂蚁是群居生活的，靠一种“化学语言”保持联系。这种
“化学语言”称为激素，它是由蚂蚁某一器官或组织分泌出的一
类化学物质。蚂蚁在觅食时，把激素信息散布在道路上，同伴便
可以顺着激素的气味跟着去觅食，而帮助蚂蚁分辨气味的重要 “工具”，就是那对灵敏的触角。
蚂蚁们总是一边行进，一边从身体内释放外激素，同时 用触角嗅着外激素气味进行活动。 同个巢穴里的蚂蚁，都有着与其它巢穴蚂蚁不一样的外 激素那样的气味物质。同一种类的蚂蚁在路上相遇时，要区
(d)
(e)
(f)
a：柑橘长卷蛾信息素 c：棉铃虫信息素
昆虫分泌信息素器官：
分泌昆虫信息素的器官称为信息分泌腺体。 这些腺体的着生部位、结构与功能随昆虫种类不同而异， 如亚洲玉米螟、棉红铃虫等其信息素腺体均位于第八和第九腹节
的节间夹膜上。野蚕的部位也是如此，但一般情况下收缩在第七
腹节内，到交尾期则显著涨大，腺体的腹面观为一长方形囊状物。
图：雌性鳞翅目昆虫腹末的信息素腺体 （a）家蚕 （b）紫罗兰螺钿蛱蝶（c）具条冬夜蛾
植物间的化学联系
植物可以通过化学物质影响周围的其它植物，这种现象称 为植物他感作用。如胡桃树之所以可以毒害其树冠下的植物， 是由于胡桃醌的缘故。
胡桃树
胡桃树会分泌出一种化学物质——羟基胡桃苷，并附着在胡桃
树的叶子上，这种物质不稳定，可水解和氧化成胡桃醌。胡桃 醌对禾本科植物、西红柿、苹果树等植物有毒性，也可抑制真 菌和细菌的生长。但对产生这种化合物的植物则没有毒性。
《化学生态学》 课件
南京林业大学 化学工程学院
1、化学生态学概述
化学生态学的定义： 化学生态学（chemical ecology）是化学和生态学的交叉学
科，是研究生物间的化学联系及其机制，并在实际中加以应
用的一门学科。
化学生态学的研究内容：
化学生态学是生态学的一个分支。 研究内容： 1）主要是以农药污染、病虫害抗药性和其它生态环境问题的反 思，开展生物间相互关系的根本原因的探讨； 2）同时在探索病虫害治理、生物多样性保护和生物资源合理利 用的指导作用和实际贡献。
2）对信息素化学结构、比例、浓度、抑制剂和促进剂与活性之
间关系研究，对了解昆虫化学信息联系的奥秘、揭示种间生殖
隔离的机制、指导田间应用等具有重要的意义。
昆虫信息素的组成：主要成分，次要成分，辅助成分等。
昆虫信息素化合物的类型：主要有醇类、酯类、醛类
常见昆虫信息素的化学结构
OH (a) OH (b) OH (c) OH OH O
化学生态学早期的研究，大多关于昆虫性信息素的分离、鉴 定、合成和应用。从20世纪80年代开始，昆虫性信息素的研究技 术已经趋于成熟，并开始进行商业化阶段。在农业、林业和果园 昆虫的预测预报、交配干扰和大量诱捕方面度已经开始应用，而 且效果非常明显。
雌性棉籽象鼻虫用鼻子穿透棉花花蕾，然后在里面产卵，孵出幼虫。 幼虫靠食用花蕾的内部为生，最终导致花蕾枯萎、脱落。等幼虫发 育成甲壳虫后仍然以花蕾和棉核为生。之后，象鼻虫将卵产在棉核 内部，致使其幼虫吞噬掉整个内部，使棉花枯萎死掉。
化学生态学与其他学科的关系：
化学生态学涉及到：进化论、生态学、行为学、毒理学、
分析化学、电生理学、细胞生物学、生物物理学、神经生物
学、生物化学、分子生物学等学科的原理和技术手段，是学 科交叉与优势互补的典范，是不同领域科学家通力合作的大 舞台。
化学生态学在国外的发展现状
经过40多年的发展，化学生态学已经成为生态学中非常
4.1 昆虫信息素的概念 昆虫信息素是由昆虫特殊腺体分泌的极微量的化学物质，是昆虫 种内只有同种个体或同种异性个体才能破译的信号物质，是昆虫 内部联系的主要手段。 昆虫种内联系的方式可分为：物理方式（如声、光、波等） 化学方式（化学信息素）
化学方式是主要的手段。
昆虫信息素的分类：性信息素（sex pheromone） 聚集信息素（aggregation pheromone） 报警信息素（alarm pheromone） 示踪信息素（trace pheromone）
指路的。它死后，同伴看到它身上留着“搬回家去”的纸条，
就不加思索地把它搬回去了。
蚂蚁图片
黄蜂蛰人时为什么会成群结队？——黄蜂告警信息素
黄蜂告警信息素(bee alarm pheromone)——是黄蜂受侵扰时
所释放的起传递信息作用的化学物质。
现已知工蜂能释放两种告警信息素。一种是工蜂行螫时，从
其螫针腺中释放出来的，成分比较复杂，已鉴定出来的，有乙酸
特殊的挥发性化学物质，吸引害虫的天敌。
植物是如何感知伤害的？植物如何区分不同类型的伤害而做出 不同的反应？受害信息是如何从一个部位传递到另一个部位的？这 些信息物质是什么？
5）转基因植物化学生态学的研究 转基因作物进入大规模种植阶段，转基因植物的生态学和安全 性评价研究就显得非常迫切。生物技术将远源植物的性状转到另一 个生物体内，对受体的生命活动和其它生物会造成什么影响等问题 值得研究和探索。
黄蜂窝
植物与动物间的化学联系
植物与动物和昆虫间也有化学联系。 如：i）蒿草的气味可以驱蚊； ii）除虫菊中提取得到的有杀虫活性的化学物质可作为
生物农药；
iii）从尾叶鱼藤根中提取的黄酮类化合物——鱼藤酮， 对害虫有触杀和胃毒作用； 这些都说明植物与动物或昆虫间也有化学联系。
CH2 H H O H MeO OMe O O CH3
息（互相触碰触角），于是它带有信息素的尸体就会被同伴当成
食物搬运回去。 通常情况下，那样的尸体不会被当成食物吃掉，因为除了信息素 以外，每一窝的蚂蚁都有自己特定的识别气味，有相同气味的东 西不会受到攻击，这就是同窝的蚂蚁可以很好协作的基础。
蚂蚁在行进的过程中，会分泌一种信息素，这种信息素会引导后 面的蚂蚁走相同的路线。如果我们用手划过蚂蚁的行进队伍，干
异戊酯、乙酸正丁酯、正丁醇、苯甲酸等20多种化合物，能迅速 传递告警信息，并激起其他工蜂的螫刺反应。不过，这些物质在 蜂群里存在的时间不长，它们一旦消失，“警报”也随之解除。
马蜂图片
另一种是由工蜂上颚腺分泌出来的。当工蜂利用螫针进攻
时，常用上颚咬住敌体，并将一些化学物质留在敌体上，以引 导其他蜜蜂前去攻击。这种化学物质的主要成分是2-庚酮。这 种告警信息素除了标志攻击目标外，还有驱避企图入侵的其他 昆虫等作用。
6）植物他感作用的研究
植物之间通过化学物质相互影响，这种现象叫植物他感作用。
植物的他感作用化合物是如何进入环境并运转到临近植物的？植物
是如何感知其他植物的化学物质的？
Chapter 4 昆虫信息素
概述：
昆虫信息素的发现过程：
雌性昆虫能够吸引雄性昆虫，即使雌虫被移走后，雄虫依然被 吸引到雌虫呆过的地方。
卷叶蛾亚科和小卷叶蛾亚科的雌蛾产生性信息素的器官是一 种具有伸缩性的柱状腺体； 印度谷螟性信息素的腺体则呈折叠状，均位于第八和第九腹 节的节间膜处。 甘蔗黄螟雌蛾性信息素腺体位于第八和第九腹节的节间膜的 背面，为一折叠状物，通常连同第八腹节嵌入第七腹节内，在显 微镜下观察，其腺体细胞排列紧密。
但在鳞翅目昆虫中也有一些例外情况，如大袋蛾雌蛾的性信
别对方是不是自己昆虫，彼此通过身体发出的信息素来进行
交流沟通，当蚂蚁找到食物时，会在食物上撒布信息素，别的 蚂蚁就会本能地把有信息素的东西拖回洞里去。
当蚂蚁死掉后，它身上的信息素依然存在，当有别的蚂蚁路过时， 会被信息素吸引，但是死蚂蚁不会像活的蚂蚁那样跟对方交流信
由此推测：雌性昆虫呆过的地方可能残留有雌虫释放出的某些
气味，被雄虫的触角感觉到。在当时无法鉴定出其中的化学成 分，直到20世纪中叶GC、GC-MS、HPLC等仪器的相继发明 后，才检测和鉴定出蛾子用于性别间通讯的微量化合物，从而 开始了信息素研究的时代。
化学生态学的发展与信息素的研究紧密相连，昆虫信息素的研 究极大地推动了化学生态学的发展。
息素腺体主要位于胸部背板处。
4.2 昆虫信息素的化学：
昆虫性息素的研究历史：
始于20世纪30年代——没有进展；
1959年——第一个昆虫信息素的鉴定，家蚕醇，50万头家蚕雌 蛾； 目前——300多种昆虫信息素。
昆虫信息素的化学结构特征：
1）有着很大的特异性：活性与结构之间、活性与比例之间、活
性与浓度之间都有很强的相关性。
诱捕器架设
飞蛾诱捕器
棉铃虫诱捕器
柑橘害虫诱捕器
诱捕器图片
3）植物与昆虫关系的研究 植物和昆虫的关系研究已成为化学生态学中的热点之一，因为 农林和园艺作物存在诸多昆虫危害，对这些昆虫的治理，单纯依靠
化学防治会造成许多环境和社会问题，必须考虑利用自然控制的因
素，包括利用植物本身的抗性，也就是植物和昆虫的协同进化问题。 4）植物诱导抗性的研究 植物受害后会增强“免疫力”，表现为受害部位合成防御化学 物质，或从别的部位转运现有的化学物质到受害部位，有时还释放
化学生态学研究的热点和发展趋势：
1）化学感受机制的研究
生物间的化学通讯联系，离不开对化学信息的接受、传递、 加工和行为输出，这些过程，就是生物的化学感受机制。 人们一方面研究感受器官（如昆虫的触角）的形态和功能， 另一方面研究信号的传递过程及其机制。但这些研究多是关于神 经生物学的内容。
2）昆虫信息素的研究与应用
国家自然基金委明确支持化学生态学的研究，中国生态学会 专门成立了化学生态学委员会，在一些大专院校和科研部门 也纷纷开展了化学生态学的研究，也培养了一大批高层次人 才。