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1、化学生态学化学生态学课件课件南京林业大学南京林业大学化学工程学院化学工程学院1 1、化学生态学概述、化学生态学概述化学生态学的定义：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生物间的化学联系及其机制，并在实际中加以应并在实际中加以应用用的一门学科。化学生态学的研究内容：化学生态学的研究内容：化学生态学是生态学的一个分支。化学生态学是生态学的一个分支。研究内容：研究内容：1 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，）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
2、的探讨；开展生物间相互关系的根本原因的探讨；2 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）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。的指导作用和实际贡献。化学生态学与其他学科的关系：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、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
3、领域科学家通力合作的大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。舞台。化学生态学在国外的发展现状化学生态学在国外的发展现状 经过经过4040多年的发展，化学生态学已经成为生态学中非常多年的发展，化学生态学已经成为生态学中非常重要的领域，并逐步凸显出了其学科框架、理论体系和实际重要的领域，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，意义。在国际上，昆虫性信息素昆虫性信息素的研究日趋成熟，昆虫与植的研究日趋成熟，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。果如昆虫性
4、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，较低。但目前，政府部门已经认识到化学生态学的重要性，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。才。1.1
5、 生物间的化学联系生物间的化学联系 生物间的化学联系是一种普遍规律。如蚂蚁和蜜蜂形成社会生物间的化学联系是一种普遍规律。如蚂蚁和蜜蜂形成社会性群体，其识别路径的本领令人惊异；雄蚕蛾能从数公里外准确性群体，其识别路径的本领令人惊异；雄蚕蛾能从数公里外准确找到同种雌蛾并与之交配等等，这些现象的背后均存在生物之间找到同种雌蛾并与之交配等等，这些现象的背后均存在生物之间的化学联系。的化学联系。蚂蚁是群居生活的，靠一种蚂蚁是群居生活的，靠一种“化学语言化学语言”保持联系。这种保持联系。这种“化学语言化学语言”称为激素，它是由蚂蚁某一器官或组织分泌出的一类称为激素，它是由蚂蚁某一器官或组织分泌出的一类化学
6、物质。蚂蚁在觅食时，把激素信息散布在道路上，同伴便可化学物质。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“工工具具”，就是那对灵敏的触角。，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。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，要区激素那样的气味物质。同一种类
7、的蚂蚁在路上相遇时，要区别对方是不是自己巢穴里的同伴，就是靠这种气味物质。别对方是不是自己巢穴里的同伴，就是靠这种气味物质。蚂蚁是社会性很强的昆虫，彼此通过身体发出的信息素来进行蚂蚁是社会性很强的昆虫，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。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，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会被
8、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。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。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蚂蚁在行进的过程中，会分
9、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，干扰了蚂蚁的信息素，蚂蚁就会失去方向感，到处乱爬。扰了蚂蚁的信息素，蚂蚁就会失去方向感，到处乱爬。蚂蚁的信息素是一种多种成份混杂的物质，其中包括了蚂蚁的信息素是一种多种成份混杂的物质，其中包括了:1)1)蚂蚁自身群体的气味蚂蚁自身群体的气味;2)2)可以涂布在猎物身上的气味可以涂布在猎物身上的气味;3)3)用来和同伴进行沟通的气味。用来和同伴进行沟通的气味。蚂蚁信息素的解析：蚂蚁信息素的解析：就好比身份证既有照片，还有文字和数字编码一样，是多就好比身份证
10、既有照片，还有文字和数字编码一样，是多种信息的集合体。种信息的集合体。例如，蚂蚁的信息素就好比身上的一沓纸条，上面分别写例如，蚂蚁的信息素就好比身上的一沓纸条，上面分别写着：着：“搬回家去搬回家去”的纸条是用来贴在猎物身上的；的纸条是用来贴在猎物身上的；“我是我是XXXXXX”的纸条是给同伴看的；的纸条是给同伴看的；“那边有好东西那边有好东西”的纸条是用来的纸条是用来指路的。它死后，同伴看到它身上留着指路的。它死后，同伴看到它身上留着“搬回家去搬回家去”的纸条，的纸条，就不加思索地把它搬回去了。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？黄蜂蛰人时为什么会成群结队？黄蜂告警信
11、息素黄蜂告警信息素 黄蜂告警信息素黄蜂告警信息素(bee alarm pheromone)是黄蜂受侵扰时是黄蜂受侵扰时所释放的起传递信息作用的化学物质。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。一种是现已知工蜂能释放两种告警信息素。一种是工蜂行螫时，从工蜂行螫时，从其螫针腺中释放出来的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，成分比较复杂，已鉴定出来的，有乙酸异戊酯、乙酸正丁酯、正丁醇、苯甲酸等异戊酯、乙酸正丁酯、正丁醇、苯甲酸等20多种化合物，多种化合物，能迅速能迅速传递告警信息，并激起其他工蜂的螫刺反应传递告警信息，并激起其他工蜂的螫刺反应。不过，这
12、些物质在。不过，这些物质在蜂群里存在的时间不长，它们一旦消失，蜂群里存在的时间不长，它们一旦消失，“警报警报”也随之解除。也随之解除。马蜂图片马蜂图片 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导其他蜜蜂前去攻击。这种化学物质的主要成分是2-2-庚酮庚酮。这。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。昆虫等作
13、用。黄蜂窝黄蜂窝植物与动物间的化学联系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。植物与动物和昆虫间也有化学联系。如：如：i）蒿草的气味可以驱蚊；）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）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；生物农药；iii）从尾叶鱼藤根中提取的黄酮类化合物）从尾叶鱼藤根中提取的黄酮类化合物鱼藤酮，鱼藤酮，对害虫有触杀和胃毒作用；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。这些都说明植物与动物或昆虫间也有化学联系。鱼藤酮鱼藤酮 Rotenone短轴蒿草短轴蒿草蒿草蒿草毒鱼藤毒鱼藤植物在花期会合成
14、植物在花期会合成 己烯醇己烯醇hexenol 一种昆虫吸引剂，吸引一种昆虫吸引剂，吸引昆虫来产卵；其他时期则释放出一种昆虫排斥剂昆虫来产卵；其他时期则释放出一种昆虫排斥剂己烯醛己烯醛hexenal，而排斥昆虫。，而排斥昆虫。有些植物在遭到昆虫危害后，会增加防御物质的浓度，这种现有些植物在遭到昆虫危害后，会增加防御物质的浓度，这种现象叫做象叫做诱导抗性。诱导抗性。有些植物也可释放出特有的挥发性气体，用有些植物也可释放出特有的挥发性气体，用以吸引害虫的天敌。以吸引害虫的天敌。植物间的化学联系植物间的化学联系 植物可以通过化学物质影响周围的其它植物，这种现象称植物可以通过化学物质影响周围的其它植物，
15、这种现象称为为植物他感作用植物他感作用。如胡桃树之所以可以毒害其树冠下的植物，。如胡桃树之所以可以毒害其树冠下的植物，是由于是由于胡桃醌胡桃醌的缘故。的缘故。胡桃树胡桃树胡桃树会分泌出一种化学物质胡桃树会分泌出一种化学物质羟基胡桃苷，并附着在胡桃羟基胡桃苷，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。菌和细菌的生长。但对产生这种化合物的植物则没有毒性。羟基胡桃苷
16、羟基胡桃苷胡桃醌胡桃醌1.2 化学生态学的研究内容和发展趋势化学生态学的研究内容和发展趋势化学生态学重点研究内容：化学生态学重点研究内容：1）化学信息及其感受机制；）化学信息及其感受机制；2）昆虫信息素；）昆虫信息素；3）动物和植物的关系；）动物和植物的关系；4）寄主）寄主-寄生物寄生物-天敌三级营养关系；天敌三级营养关系；5）植物之间的他感作用。）植物之间的他感作用。概念：概念：寄生寄生即两种生物在一起生活，一方受益，另一方受害，后者给前即两种生物在一起生活，一方受益，另一方受害，后者给前者提供营养物质和居住场所，这种生物的关系称为寄生。者提供营养物质和居住场所，这种生物的关系称为寄生。其中
17、受害的一方就叫其中受害的一方就叫寄主寄主，也称为，也称为宿主宿主。天敌：天敌：自然界中某种动物专门捕食或危害另一种动物，前者即为自然界中某种动物专门捕食或危害另一种动物，前者即为后者的天敌。后者的天敌。他感作用：他感作用：植物、微生物释放的化学物质对其他生物生长发育产植物、微生物释放的化学物质对其他生物生长发育产生的影响。生的影响。他感作用（他感作用（alleloparthy）是德国学者）是德国学者HMolisch于于1937年提年提出的概念。他认为植物的他感作用就是一种植物通过向体外分泌出的概念。他认为植物的他感作用就是一种植物通过向体外分泌代谢过程中的化学物质，对其他植物产生代谢过程中的化
18、学物质，对其他植物产生直接或间接的影响直接或间接的影响。诱导抗性：诱导抗性：植物受到侵害后，它们不仅不受到削弱，反而使原来植物受到侵害后，它们不仅不受到削弱，反而使原来隐蔽的保护能力得到活化，从而抵抗原来不能抵抗的病菌或者植隐蔽的保护能力得到活化，从而抵抗原来不能抵抗的病菌或者植食者。人们对植物的诱抗机制的了解主要集中在以下几个方面：食者。人们对植物的诱抗机制的了解主要集中在以下几个方面：物理机制、生理生化、分子机制等。物理机制、生理生化、分子机制等。化学生态学研究的热点和发展趋势：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）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
19、息的接受、传递、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，就是生物的加工和行为输出，这些过程，就是生物的化学感受机制化学感受机制。人们一方面研究感受器官（如昆虫的触角）的形态和功能，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。经生物学的内容。2）昆虫信息素的研究与应用）昆虫信息素的研究与应用 化学生态学早期的研究，大多关于昆虫性信息素的分离、鉴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。从定、合成和应
20、用。从20世纪世纪80年代开始，昆虫性信息素的研究技年代开始，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、林业和果园昆虫的昆虫的预测预报预测预报、交配干扰交配干扰和和大量诱捕大量诱捕方面度已经开始应用，而方面度已经开始应用，而且效果非常明显且效果非常明显。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。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
21、生。之后，象鼻虫将卵产在棉核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。内部，致使其幼虫吞噬掉整个内部，使棉花枯萎死掉。棉铃虫诱捕器棉铃虫诱捕器飞蛾诱捕器飞蛾诱捕器柑橘害虫诱捕器柑橘害虫诱捕器诱捕器架设诱捕器架设诱捕器图片诱捕器图片3）植物与昆虫关系的研究）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，
22、必须考虑利用自然控制的因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。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）植物诱导抗性的研究 植物受害后会增强植物受害后会增强“免疫力免疫力”，表现为受害部位合成防御化学，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，有时还释放特殊的挥发性化学物质，吸引害虫的天敌。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植物
23、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？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
24、题值得研究和探索。值得研究和探索。6）植物他感作用的研究）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？是如何感知其他植物的化学物质的？Chapter 4 昆虫信息素概述：概述：昆虫信息素的发现过程：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。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由此推测：雌性昆虫
25、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，直到分，直到20世纪中叶世纪中叶GC、GC-MS、HPLC等仪器的相继发明后，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。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。究极大地推动了化学生态学的发展。4.1 4.1 昆虫信息素的概念昆
26、虫信息素的概念昆虫信息素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。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）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（化学信息素）化学方式是主要的手段。化学方式是主要的手段。昆虫信息素的分类：性信息素（昆虫信息素的分类：性信息素（sex pheromonesex pheromone）聚集信息素（聚集信息
27、素（aggregation pheromoneaggregation pheromone）报警信息素（报警信息素（alarm pheromonealarm pheromone）示踪信息素（示踪信息素（trace pheromonetrace pheromone）昆虫分泌信息素器官：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昆虫信息素的器官称为信息分泌腺体。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，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
28、上。野蚕的部位也是如此，但一般情况下收缩在第七的节间夹膜上。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。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 卷叶蛾亚科和小卷叶蛾亚科的雌蛾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产生性信息素的器官是一种种具有伸缩性的柱状腺体具有伸缩性的柱状腺体；印度谷螟印度谷螟性信息素的腺体则性信息素的腺体则呈折叠状呈折叠状，均位于，均位于第八和第九第八和第九腹腹节的节间膜处
29、。节的节间膜处。甘蔗黄螟甘蔗黄螟雌蛾性信息素腺体位于雌蛾性信息素腺体位于第八和第九第八和第九腹节的节间膜的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。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，如但在鳞翅目昆虫中也有一些例外情况，如大袋蛾雌蛾大袋蛾雌蛾的性信的性信息素腺体主要位于息素腺体主要位于胸部背板处胸部背板处。4.2 昆虫信息素的化学：昆虫信息素的化学：昆虫性息素的研究历史：昆虫性息素的研究历史：始于始于20世纪世纪30年代年代没有进展；没有进展；195
30、9年年第一个昆虫信息素的鉴定，家蚕醇，第一个昆虫信息素的鉴定，家蚕醇，50万头家蚕雌万头家蚕雌蛾；蛾；目前目前300多种昆虫信息素。多种昆虫信息素。昆虫信息素的化学结构特征：昆虫信息素的化学结构特征：1）有着很大的）有着很大的特异性特异性：活性与结构之间、活性与：活性与结构之间、活性与比例之间、活比例之间、活性与浓度之间性与浓度之间都有很强的相关性。都有很强的相关性。2）对信息素化学结构、比例、浓度、抑制剂和促进剂与活性之）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、
31、指导田间应用等具有重要的意义。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：昆虫信息素的组成：主要成分，次要成分，辅助成分等。主要成分，次要成分，辅助成分等。昆虫信息素化合物的类型：昆虫信息素化合物的类型：主要有醇类、酯类、醛类主要有醇类、酯类、醛类常见昆虫信息素的化学结构常见昆虫信息素的化学结构a：柑橘长卷蛾信息素：柑橘长卷蛾信息素 b：向日葵同斑蛾信息素：向日葵同斑蛾信息素c：棉铃虫信息素：棉铃虫信息素 d：灰色蛾属信息素：灰色蛾属信息素e和和f：鳞翅目雄虫的信息素：鳞翅目雄虫的信息素4.3 昆虫对信息素的行为反应及影响因素昆虫对信息素的行为反应及影响因素1、行为反应：、行为
32、反应：以蛾类昆虫为例，雄性蛾子对性信息素的行为反应如下：以蛾类昆虫为例，雄性蛾子对性信息素的行为反应如下：1）兴奋、起飞、定向飞行、降落、搜索、预交尾、交尾等）兴奋、起飞、定向飞行、降落、搜索、预交尾、交尾等2）昆虫在向气味源逆风飞行，因为性信息素是随风而行的，逆）昆虫在向气味源逆风飞行，因为性信息素是随风而行的，逆风而行的浓度较大。昆虫逆风而行时采用风而行的浓度较大。昆虫逆风而行时采用Z字型路线。字型路线。2、影响信息素释放和反应的因素、影响信息素释放和反应的因素昆虫对化学信号的感受和反应，受外界条件和内部因素的影响。昆虫对化学信号的感受和反应，受外界条件和内部因素的影响。1）对信息素释放的
33、影响）对信息素释放的影响昆虫信息素的释放速率受昆虫姿势的影响昆虫信息素的释放速率受昆虫姿势的影响如：白灯蛾如果将翅膀离开腹末，抬起腹部，信息素的释放速如：白灯蛾如果将翅膀离开腹末，抬起腹部，信息素的释放速率可增加率可增加22%（昆虫信息素的释放在数量上是极其微量的，一般都在纳克级，（昆虫信息素的释放在数量上是极其微量的，一般都在纳克级，如灯蛾信息素的释放速率为如灯蛾信息素的释放速率为35 ng/min）2）反应阈值的周期性变化）反应阈值的周期性变化 昆虫对信息素的敏感性呈现周期性变化。昆虫对信息素的敏感性呈现周期性变化。对信息素反应和敏感性的周期性变化，直接影响昆虫生理和对信息素反应和敏感性的
34、周期性变化，直接影响昆虫生理和行为的各个方面。表现在反应期以外给予刺激，昆虫很少或根本行为的各个方面。表现在反应期以外给予刺激，昆虫很少或根本没有行为反应。没有行为反应。反应的周期性变化提示：反应的周期性变化提示：必须充分了解昆虫的反应敏感期，在敏必须充分了解昆虫的反应敏感期，在敏感期外进行试验是没有任何结果的，在室内实验时，必须在每天感期外进行试验是没有任何结果的，在室内实验时，必须在每天的同一时间进行生物测定，否则试验的结果是不可比较的。的同一时间进行生物测定，否则试验的结果是不可比较的。3）昆虫性成熟度）昆虫性成熟度昆虫信息素的合成与卵母细胞的发育相联系。昆虫信息素的合成与卵母细胞的发育
35、相联系。a)昆虫信息素的合成可能在蛹期就开始了昆虫信息素的合成可能在蛹期就开始了;b)大多数昆虫的性成熟是在羽化后大多数昆虫的性成熟是在羽化后7天左右天左右;c)性成熟的早晚受到环境条件的影响。性成熟的早晚受到环境条件的影响。4 4）与信息素接触的经历有关）与信息素接触的经历有关 如果昆虫不断地短期接触信息素，它们对信息素反应的阈值如果昆虫不断地短期接触信息素，它们对信息素反应的阈值就会不断提高，也就是说信息素的感应值要相应提高。就会不断提高，也就是说信息素的感应值要相应提高。（阈值又叫临界值，是指一个效应能够产生的最低值或最高值阈值又叫临界值，是指一个效应能够产生的最低值或最高值）5 5）种
36、群间和种群内个体间的差异）种群间和种群内个体间的差异 除了种间的信息素变化外，同种的不同地理种群间的信息素除了种间的信息素变化外，同种的不同地理种群间的信息素也可能存在差异。也可能存在差异。一方面是组成信息素的化合物在配比方面的差异，另一方面一方面是组成信息素的化合物在配比方面的差异，另一方面可能是组成信息素的化合物完全不同。可能是组成信息素的化合物完全不同。如：北美和欧洲的玉米螟的信息素为如：北美和欧洲的玉米螟的信息素为Z11-14Ac:E11-14AcZ11-14Ac:E11-14Ac的比例的比例为为97:397:3，而意大利的玉米螟信息素为，而意大利的玉米螟信息素为Z11-14Ac:E1
37、1-14AcZ11-14Ac:E11-14Ac的比例的比例为为4:964:964.4 昆虫信息素的应用昆虫信息素的应用信息素通常与其它方法结合应用在害虫的综合治理中，一信息素通常与其它方法结合应用在害虫的综合治理中，一方面可克服化学防治对害虫天敌的杀灭，可充分保护天敌，方面可克服化学防治对害虫天敌的杀灭，可充分保护天敌，同时，可充分利用信息素的低浓度、选择性强等特点，对同时，可充分利用信息素的低浓度、选择性强等特点，对害虫起到预报作用。具体有如下几个方面的作用：害虫起到预报作用。具体有如下几个方面的作用：1）昆虫种群的预测预报）昆虫种群的预测预报 利用昆虫性信息素可有效监测和预测昆虫种群。因为
38、昆虫利用昆虫性信息素可有效监测和预测昆虫种群。因为昆虫羽化往往就要寻找配偶交配。羽化往往就要寻找配偶交配。2）干扰昆虫交配）干扰昆虫交配 利用信息素来干扰雌虫和雄虫间的交配可有效控制昆虫的利用信息素来干扰雌虫和雄虫间的交配可有效控制昆虫的繁殖。繁殖。其原理是：在充满性信息素气味的环境中，雄性昆虫丧失寻找其原理是：在充满性信息素气味的环境中，雄性昆虫丧失寻找雌性昆虫的定向能力。在昆虫寻找配偶和交配期间，在田间释雌性昆虫的定向能力。在昆虫寻找配偶和交配期间，在田间释放大量的人工合成的性信息素，使得昆虫无法找到异性进行交放大量的人工合成的性信息素，使得昆虫无法找到异性进行交配，从而干扰了昆虫的繁殖活
39、动。配，从而干扰了昆虫的繁殖活动。3）大量诱捕）大量诱捕 在田间设置大量的信息素诱捕器，捕杀田间雄虫，导致田在田间设置大量的信息素诱捕器，捕杀田间雄虫，导致田间雌雄比例严重失调，减少昆虫繁衍后代的能力，这也是进行间雌雄比例严重失调，减少昆虫繁衍后代的能力，这也是进行综合治理的有效方法之一。综合治理的有效方法之一。（1）采用昆虫信息素进行大量诱捕的前提条件：）采用昆虫信息素进行大量诱捕的前提条件：a）对于）对于雌雄比例接近雌雄比例接近1:1并且并且雄昆虫为单次交配的害虫雄昆虫为单次交配的害虫最有效。最有效。b）害虫密度低时才有效；）害虫密度低时才有效；c）如果密度高时，先用农药压低害虫密度，后用
40、信息素大量诱）如果密度高时，先用农药压低害虫密度，后用信息素大量诱捕；或采用聚集信息素与农药混合喷洒于寄主（即植物）上，捕；或采用聚集信息素与农药混合喷洒于寄主（即植物）上，就可达到大量诱歼的目的。就可达到大量诱歼的目的。（2）利用信息素大量诱捕的优点：）利用信息素大量诱捕的优点：对环境安全、使用方便。对环境安全、使用方便。常见诱捕器的类型常见诱捕器的类型（3）利用昆虫性信息素诱捕所存在的问题：）利用昆虫性信息素诱捕所存在的问题：a）当种群密度太高时不适用。因为种群密度太高时，雄虫之间根）当种群密度太高时不适用。因为种群密度太高时，雄虫之间根本不需要依靠嗅觉寻找雌虫，它们之间有足够的机会通过视
41、觉、触本不需要依靠嗅觉寻找雌虫，它们之间有足够的机会通过视觉、触觉或随机相互接触和交配。觉或随机相互接触和交配。b）对于能够多次交配的昆虫，效果往往比较差。因为即使将大量）对于能够多次交配的昆虫，效果往往比较差。因为即使将大量的雄虫诱捕，但对雌虫没有受到影响，残存的少量雄虫仍可以与大的雄虫诱捕，但对雌虫没有受到影响，残存的少量雄虫仍可以与大量的雌虫交配。量的雌虫交配。c）昆虫的性信息素成分和配比非常复杂，人工合成的成分与自然）昆虫的性信息素成分和配比非常复杂，人工合成的成分与自然的成分或配比的微小差异，都会影响使用的效果。的成分或配比的微小差异，都会影响使用的效果。4）信息素和其他农药或生物农
42、药的结合使用）信息素和其他农药或生物农药的结合使用（1）利用信息素诱捕器引诱雄性昆虫，然后用农药杀死雄虫，）利用信息素诱捕器引诱雄性昆虫，然后用农药杀死雄虫，达到诱杀效果；达到诱杀效果；（2）让诱捕的雄虫感染病毒、病菌后返回田间，使雄虫与雌）让诱捕的雄虫感染病毒、病菌后返回田间，使雄虫与雌虫交配导致整个种群感染流行病；虫交配导致整个种群感染流行病；（3）让雄虫接触化学不育剂后返回田间，交配后使子代不育。）让雄虫接触化学不育剂后返回田间，交配后使子代不育。4）影响信息素使用效果的可能原因）影响信息素使用效果的可能原因到目前为止，（4）其他信息素的应用）其他信息素的应用（1）产卵抑制信息素）产卵抑
43、制信息素雌虫产卵时在卵上分泌抗产卵信息雌虫产卵时在卵上分泌抗产卵信息素，以阻止其他同种昆虫的产卵；素，以阻止其他同种昆虫的产卵；（2）告警信息素）告警信息素许多植物会分泌一种对蚜虫取食的告警许多植物会分泌一种对蚜虫取食的告警信息素，可以阻止蚜虫取食并使之迅速逃离。信息素，可以阻止蚜虫取食并使之迅速逃离。第五章：昆虫与植物的关系第五章：昆虫与植物的关系1、为什么要研究昆虫与植物关系、为什么要研究昆虫与植物关系a)从数量看：植物和昆虫在种类和生物量上代表了两个非常广从数量看：植物和昆虫在种类和生物量上代表了两个非常广泛的类群。植物占地球生物量的绝大部分，而昆虫在种类和泛的类群。植物占地球生物量的绝
44、大部分，而昆虫在种类和数量上最多。如巴西亚马孙河流域昆虫生物量是脊椎动物生数量上最多。如巴西亚马孙河流域昆虫生物量是脊椎动物生物量的物量的9倍。倍。b)植物是一切异养生物的基本能量来源。昆虫形态的多样性是植物是一切异养生物的基本能量来源。昆虫形态的多样性是形成当今植物世界的动力之一。形成当今植物世界的动力之一。c）从应用的观点看：研究昆虫与植物的关系，可以帮助人们）从应用的观点看：研究昆虫与植物的关系，可以帮助人们了解昆虫危害的原因，从而有助于制定安全有效的防治策略。了解昆虫危害的原因，从而有助于制定安全有效的防治策略。d）研究植物与昆虫的关系是农业研究的核心。）研究植物与昆虫的关系是农业研究
45、的核心。2、昆虫对植物的危害程度、昆虫对植物的危害程度1、昆虫每年消耗的生物量达、昆虫每年消耗的生物量达10%。如：热带森林中的切叶蚁：可消耗林木叶年生物量的如：热带森林中的切叶蚁：可消耗林木叶年生物量的17%。2、农业生态中，昆虫的危害比在自然环境中要严重得多。、农业生态中，昆虫的危害比在自然环境中要严重得多。如：美国每年由于昆虫所造成的粮食损失达如：美国每年由于昆虫所造成的粮食损失达13%，全世界由于，全世界由于昆虫所造成的粮食损失达昆虫所造成的粮食损失达15%。3、昆虫种群数量巨大，全世界有、昆虫种群数量巨大，全世界有9千多种，在美国有千多种，在美国有1千多种。千多种。如：如：美国美国2
46、 0 0 2年年 由于害虫由于害虫所引起棉花减产率达所引起棉花减产率达 4.61%，造，造成直接经济损失成直接经济损失 3.52亿美元亿美元；加上用于防治的各种费用共花费；加上用于防治的各种费用共花费 11.4亿美元亿美元，相当于当年棉花生产总值的，相当于当年棉花生产总值的 4.6%。美国粮食作物损害：昆虫引起的损失美国粮食作物损害：昆虫引起的损失13%；病害和杂草引；病害和杂草引起的损失起的损失24%3、植食性昆虫的情况、植食性昆虫的情况1）昆虫数量大：昆虫的总数比人们预想的要多得多，有超过）昆虫数量大：昆虫的总数比人们预想的要多得多，有超过1000万种，已定名的约有万种，已定名的约有100
47、万种万种2）植食性昆虫数量多：已知的）植食性昆虫数量多：已知的100万种昆虫中约有万种昆虫中约有40多万种昆多万种昆虫是植食性的虫是植食性的3）重要的植食性昆虫类型：鳞翅目昆虫）重要的植食性昆虫类型：鳞翅目昆虫如蛾、蝶如蛾、蝶 半翅目昆虫半翅目昆虫如蝽，如蝽，同翅目昆虫同翅目昆虫如蚜虫如蚜虫 直翅目昆虫直翅目昆虫如蝗虫如蝗虫 鞘翅目昆虫鞘翅目昆虫 膜翅目昆虫膜翅目昆虫 双翅目昆虫双翅目昆虫如蠅、虻、蚊如蠅、虻、蚊 蝽的图片蝽的图片蚜蚜虫虫图图片片蝗虫图片蝗虫图片直翅目昆虫直翅目昆虫象鼻虫象鼻虫天牛天牛金龟子金龟子水龟子水龟子直翅目昆虫直翅目昆虫象鼻虫象鼻虫天牛天牛金龟子金龟子水龟子水龟子膜翅目
48、昆虫膜翅目昆虫双翅目昆虫双翅目昆虫昆虫目昆虫目种类总数种类总数（种）（种）植食性种类植食性种类昆虫目昆虫目种类总数种类总数（种）（种）植食性种类植食性种类种数种数（种）（种）所占比所占比例（例（%）种数种数（种）（种）所占比例所占比例（%）鞘翅目鞘翅目34900012200035半翅目半翅目590005300091鳞翅目鳞翅目119000119000100直翅目直翅目2000019900100双翅目双翅目1190003570030缨翅目缨翅目5000450090膜翅目膜翅目950001050011表：不同昆虫目中植食型昆虫的种类和数量表：不同昆虫目中植食型昆虫的种类和数量昆虫与植物关系的重要特
49、点昆虫与植物关系的重要特点 大多数昆虫都是专食者。大多数昆虫都是专食者。根据昆虫取食的情况，将昆虫分为如下几类：根据昆虫取食的情况，将昆虫分为如下几类：单食性昆虫：单食性昆虫：只取食几种关系相近的植物种类，如许多鳞只取食几种关系相近的植物种类，如许多鳞翅目幼虫、半翅目和鞘翅目昆虫。翅目幼虫、半翅目和鞘翅目昆虫。寡食性昆虫：寡食性昆虫：取食于同一科的许多植物，如马铃薯甲虫。取食于同一科的许多植物，如马铃薯甲虫。多食性昆虫：多食性昆虫：可以在许多科植物上取食，如桃蚜，可取食可以在许多科植物上取食，如桃蚜，可取食50多科植物。多科植物。植食性昆虫的取食范围植食性昆虫的取食范围昆虫种群昆虫种群取食下列
50、范围植物的昆虫种数比例取食下列范围植物的昆虫种数比例(%)只只1个植物属个植物属只只1个植物科个植物科多于一个植物科多于一个植物科木虱木虱(shi)科科9430蚜亚科蚜亚科9172小蠹小蠹(du)科科59383盾蚧科盾蚧科58834缨翅目缨翅目561529蛱蝶科蛱蝶科561133灰蝶科灰蝶科551431粉蝶科粉蝶科335314凤蝶科凤蝶科252154其他其他172360分类学：界、门、纲、目、科、属、种分类学：界、门、纲、目、科、属、种据统计：在据统计：在3 3个以上不同植物科上取食的昆虫种类个以上不同植物科上取食的昆虫种类10%1010万种。已知的次生物质万种。已知的次生物质80%80%以上