植物抗虫性次生物质的研究概况

存在于菊科及其他被子植物 中 In Compositae 有的 有 苦味 并 有 毒 Some
and other angiosperms
are bitter and toxic
分布广泛, 特别 植物乳 汁中 和树脂 中 Wide ly, especially in milky fluid and resin of plants
Abstract The present paper summarized the major types of plant secondary substances with resis tance to insect pests in China and abroad, and the advancement of studies on effects of plant sec ondary substances on orientat ion to host plants, feeding and oviposition responses of insects. The roles of plant secondary substances in eco_system were introduced and the prospect of utilization of plant secondary substances in host plant resistance was also discussed. Key words Secondary substance, Plant resistance, Insect
Scrophular iace ae
普遍存在于叶, 也常在花、果实中 Normally leaves, but also in flowers and fruits
in
有色 Colored
单酚 Phenol
200
普遍存在于叶, 也常 在其 他组 织中 Normally 抗微生物 Resistance t o mi
一些酚类是昆虫忌避剂或蛋白酶抑制剂( 张瑛和严顺福, 1998) 。而且在植物遭受损 伤后, 次生化合物一个最明显的变化就是酚类化合物含量的增加, 并且其含量的高低与一 些植食性昆虫的数量呈负相关, 不同的植物受损伤后会产生一些特异的次生物质( 娄永根
娄永根, 1999. 信息化合物在稻虱缨小蜂寄主选择行为中的作用. 浙江大学( 原浙江农业大学) 博士学位论文.
研究发现自然界中约有 15% ~ 20% 维管束植物含有生物碱, 而许多生物碱对昆虫具 有毒性。象茄科植物的茄碱、番茄素对马铃薯甲虫( Leptinotarsa decemlineata ) 的成虫和幼 虫有阻止取食、抑制生长的作用, 而烟草属植物中至少有 80 个种含有真生物碱烟碱, 在 0. 1% ~ 1. 0% 浓度对豆象( Callosobruchus chinensis) 幼虫可产生致死效应。仙人掌、胡椒所 含的生物碱也是强杀虫素( 轩静渊和王辅, 1991) 。生物碱的作用方式多种多样, 诸如毒 杀、忌避、拒食、抑制生长发育等。对于草本植物, 王琛柱等( 1997) 认为由于其生长过程中 能作为昆虫食物的时间较短, 一般依赖少量有毒的含氮次生性物质如生物碱和非蛋白氨 基酸, 以对付广食性昆虫的侵害。对于虫害诱导的含氮化合物, 主要是腈类和肟类, 尽管 在虫害诱导后有少量存在, 但其在健康植物中却几乎检测不到, 也应值得重视 。 1. 3 酚类
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植物学通报
20 卷
表 1 与昆虫有关的主要植物次生物质 的类别 Table 1 Categories of major plant secondary substances related to insect activities
类别 Category 生物碱 Alkaloid
种数( 化学 结构已知) Number of chemicals with known structure
5 500
分布 Distribut ion
生理作用 Physiological effects
广泛分布于被子植物的根, 叶及果实
很多 有毒 性 和 苦 味 Many
Widely in root s, leaves and fruits of angiosperm are toxic and bitter
胺 Amine
100
含氮化
合物 非蛋 白 氨 基 酸
Nit ro_ Non_prot ein
400
genous amino acid
chemi_
cals 生氰苷 Cyanophoric glucoside
30
广泛分布于被子植物的花 Widely in flowers of angiosperms
分布较广泛, 特别在豆类种子中 Widely, especialwenku.baidu.comy in seeds of beans
A Review on Plant Secondary Substances in Plant Resistance to Insect Pests
ZHANG Wen_Hui LIU Guang_Jie
( N ational Center f or Rice Improvement , China N ati onal Rice Research Insti tute , Hangzhou 310006)
倍半萜 内酯 Sesquit erpenoid
二萜 D it erpenoid
皂角 苷 ( 三 萜 ) 萜类 Saponin ( triper Terpen_ penoid) oids 苎 烯 ( 三 萜 )
Limonene ( triper penoid) 葫芦 素 ( 三 萜 ) Cucurbit acin ( triperpenoid)
植物学通报 2003, 20 ( 5) : 522~ 530 Chinese Bulletin of Botany
植物抗虫性次生物质的研究概况
张文辉 刘光杰
( 中国水稻研究所, 国家水稻改良中心 杭州 310006)
摘要 综述了国内外与植物抗虫性有关的次生物质的 主要类型 和植物 次生物质 对昆虫 的寄主 选择、取 食和产卵等作用的研究进展, 对次生物质在生态系统中 的作用也作了介绍, 并展望了植物 次生物质 的应 用前景。 关键词 次生物质, 抗虫性, 昆虫
农业部水稻生物学重点实验室开放课题( 020402) 。 通讯作者。Author for correspondence. E mail: liug@ mail . hz. zj. cn. 作者简介: 张文辉, 男, 1974 年生, 1998 年毕业于河北大学生命科学学院。1998~ 2001 年在中国农业科学院 研究 生院攻读昆虫学硕士学位, 研究水稻品种对白背飞虱的抗性机理。现就职于北 京市柳沈律师事 务所。刘 光杰, 男, 1961 年生, 1983 年毕业于西南农业大学植保系, 1990 年 获得英国 Newcastle 大学 博士学位。研 究员, 博 士生 导师。从事以水稻抗性品种为基础的害虫可持续治理技术的研究与开发。 收稿日期: 2002 03 11 接受日期: 2003 03 27 责任编辑: 崔郁英
人们利用化学农药来治理病虫害, 在获得科技进步带来效益的同时, 也品尝了由此带 来的一系列苦果, 如环境污染、农药残留、害虫的抗药性、杀伤害虫天敌等。近年来, 随着 人们生活质量和环保意识的逐步提高, 大力建设和推广无公害农业, 防止环境的进一步恶 化, 已成为全社会普遍关注的热点问题, 而在实施病虫综合防治过程中, 有关抗虫品种的 培育与研究日益受到人们的重视。
有的有毒 Some are toxic
分布 于 70 种 以 上 的 植 物 中 Distribut ed in 有溶血作 用 Haemolyt ic ef
plants of over 70 species
fect
主要 分布于 芸香 科, 楝 科, 苦 樗科 Mainly Rutaceae, Meliaceae and Simaroubaceae
Turlings 和 Tumlinson( 1991) 报道了玉米苗在受到甜菜叶蛾取食后会释放大量的萜类 化合物, 而人工损伤和未损伤的叶都不释放, 并且受害的叶对寄生蜂具有更强的引诱作 用。Dicke( 1994) 也发现被害虫取食侵害后的金甲豆( Pea lunatus) 、黄瓜、玉米和棉花等作 物都会释放出( E) _4, 8_二甲基_1, 3, 7_壬三烯和 4, 8, 12_三甲基_1, 3( E) , 7( E) , 11_十三烯这 两种单萜。 1. 2 含氮化合物
in
苦味 Bitter
主要分布于葫芦科 Mainly in Cucurbit aceae 苦味, 有毒 Bitter and toxic
在夹 竹 桃 科, 萝 摩 科, 玄 参科 中 普 遍 存 在 Widely in Apocynaceae, Asclepiadaceae and 苦味, 有毒 Bitter and toxic
在果实和叶中偶尔存在 Occasionally in fruits and leaves
很多有臭味 Many are toxic
很多有嗅味 Many are toxic
释出的氰酸有毒 Released cyanic acid toxi c
芥 子 油 苷 Glu cosinolat e
单萜 Monoterpene
张瑛和严福顺( 1998) 认为萜烯类是植食性昆虫诱导被害植物产生次生物质的主要成 分。例如, 柠烯、蒎烯、香叶烯等许多成分能直接作用于致害昆虫, 对有些昆虫可以引起忌 避或抗生作用。法尼烯有保幼激素活性, 能影响昆虫的生长发育。娄永根( 1999) 认为萜 类化合物可作为同种或异种植食性昆虫的指示信号, 使植食性昆虫产生逃避或趋向行 为 。经棉田甜菜夜蛾( Laphygma exigua ( H bner) ) 口腔分泌物处理后的玉米, 会产生( E) _ 法尼烯, 它是粟缢管蚜( Phopalosiphum padi ) 报警信息素的主要组分, 从而导致粟缢管蚜的 逃避行为( Bernasconi et al , 1998) 。挥发性的萜类化合 物还能抑制一些植食性昆虫的取 食。
强 心 苷 Heart glucoside
类胡萝 卜素 Carotenoid
75 1 000 600 1 000 500 100
50 150 350
分布于十字花科 In Cruciferae
辣味 ( 释 出 硫代 氰 酸 盐 ) Spicy ( Rel eased rhodanate)
广泛存在于精油中 Widely in essential oils 香味 Bitter
植物抗虫性是植物与昆虫协同进化过程中形成的一种可以遗传的特性, 能使植物不 受虫害或受害较轻。它具有经济、有效、不杀伤天敌、不污染环境、能保持农业优良生态系 统等特点, 是利用自然因子达到生态平衡的理想措施, 是害虫综合治理战略中重要的一 环。在构成植物抗虫性的众多因素中, 次生物质作为植物抗虫性的主要化学基础, 已成为 抗虫性研究的 一项 重要 内容 ( Kostal, 1993; 刘 光 杰和 胡国 文, 1993; 娄永 根和 程 家安, 1996a; 孔垂华, 1998; Thomas and Erich, 1998) 。中国在植物源杀虫剂的研制和开发上也有 了长足的发展( 郝乃斌和戈巧英, 1999) 。本文综述了近年来国内外有关植物抗虫性次生
5期
张文辉等: 植物抗虫性次生物质的 研究概况
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物质的研究进展。
1 植物次生物质的主要类型
植物次生代谢物质是植物在长期的进化中对生态环境适应产生的结果。由于植物本 身缺乏移动能力, 在进化过程中, 不得不依赖次生物质来减少昆虫或疾病的危害, 这也就 是次生物质最原始、最主要的生态功能。目前已知的植物次生物质约有 3 万多种, 与昆虫 有关的主要植物次生物质列于表 1, 其中主要的是生物碱、萜类和酚类, 分别达到 6 500、 5 900和 5 000 种( 轩静渊和王辅, 1991) 。 1. 1 萜烯类