挥发性物质介导的植物与昆虫互作关系演化研究- - - - 以乌桕为例

Volatile organic compounds (VOC) are signals for herbivores to select host plant and play important roles in maintain interactions between species and community structures. From native range to invasive range, because the insect communities of invasive plants are very different, the defense strategies of invasive plants will evolve adaptively in new habitat. When we research about the adaptive evolution of invasive plant defense, most studies focus on chemicals in the plant but VOC is more sensitive to biotic and abiotic stress. In this study, we will examine adaptive evolution of VOC mediate defense strategies using invasive plant species Chinese tallow (Triadica sebifera). We will use gas chromatography (GC-EAD) and gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS) to compare the VOC of invasive population and its source native population and integrate EAG, olfactermeter and ovipostion preference experiments to investigate the impacts of VOC on herbivores' feeding and oviposition behavior. The results will elucidate the difference between VOC from different tallow populations and the impacts to herbivores and also provide new insights into understanding the VOC mediate interactions between plant and herbivore. Our results will also provide practical information for understanding the plant invasive mechanism and have significant implications for pest management.

挥发性物质是植食性昆虫选择寄主的重要信号物质，对于维持物种间关系和群落组成发挥重要作用。从原产地到入侵地，入侵植物上的昆虫群落结构发生很大改变，导致入侵植物在新环境中防御策略发生适应性进化。但是目前关于入侵植物防御策略的研究主要集中在植物体内的抗性化学物质变化上，而植物挥发性物质，比植物体内化学物质更易受到环境、昆虫选择压力的影响。本项目以原产于中国，现在北美成功入侵的大戟科植物乌桕为研究对象，选用亲缘关系密切的入侵地种群和原产地种群，采用气相色谱-触角电位联用和气相色谱-质谱联用全面分析乌桕的挥发性物质，同时结合触角电位、嗅觉仪实验和产卵选择实验，研究这些挥发性物质对专食性和广食性昆虫取食和产卵行为的影响，研究结果将阐明不同种群挥发性物质差异及其对昆虫的影响，揭示植物挥发性物质介导的植物与昆虫关系及演化，并对阐明入侵植物的入侵机制以及对通过行为调控来控制重大农业害虫都具有重要意义。

挥发性物质是植食性昆虫选择寄主的重要信号物质，对于维持物种间关系和群落组成发挥重要作用。从原产地到入侵地，入侵植物上的昆虫群落结构发生很大改变，导致入侵植物在新环境中防御策略发生适应性进化。但是目前关于入侵植物防御策略的研究主要集中在植物体内的抗性化学物质变化上，而植物挥发性物质，比植物体内化学物质更易受到环境、昆虫选择压力的影响。本项目以原产于中国，现在北美成功入侵的大戟科植物乌桕为研究对象，选用亲缘关系密切的入侵地种群和原产地种群，采用气相谱-触角电位联用和气相色谱-质谱联用全面分析乌桕的挥发性物质，同时结合触角电位、嗅觉仪实验和产卵选择实验，研究这些挥发性物质对专食性和广食性昆虫取食和产卵行为的影响，研究结果将阐明不同种群挥发性物质差异及其对昆虫的影响，揭示植物挥发性物质介导的植物与昆虫关系及演化，并对阐明入侵植物的入侵机制以及对通过行为调控来控制重大农业害虫都具有重要意义。.本研究通过采集了中国和美国乌桕种群的挥发性物质进行分析，在原产地中国用一种广食性昆虫和一种专食性昆虫测试了其在不同乌桕种群上的产卵偏好性，在入侵地美国用三种广食性昆虫也测试了其对不同乌桕种群的产卵偏好。并用Y型嗅觉仪测试了这5种昆虫对不同乌桕挥发性物质的行为偏好，通过GC/MS对不同乌桕种群挥发性物质进行了定性和定量分析。研究结果表明，与原产地种群相比，入侵地种群具有更多的挥发性物质，尤其是3-己烯醇。广食性昆虫偏好在入侵地乌桕种群上产卵而转食性昆虫偏好在原产地乌桕种群上产卵，嗅觉仪实验的结果也表明，广食性昆虫偏好入侵地乌桕的挥发性物质而转食性昆虫偏好原产地乌桕的挥发性物质。结果发现入侵植物可以通过产生更多的挥发性物质来驱避入侵地的广食性昆虫从而能够减少入侵地的昆虫危害而入侵成功。