4种水稻病虫害诱导挥发物的分析及显色检测

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预测预报是农作物病虫害综合治理的重要组成部分,病虫害的早期监测与预警是有效防控农作物病虫害发生发展的重要依据。在长期的协同进化中,植物为应对外在的生物或非生物的侵害与胁迫,逐渐形成了复杂的防御机制,其中有害生物诱导产生的挥发性化合物在植物与周围生物的交流中扮演着重要角色。目前已有研究表明,有害生物诱导的挥发性化合物可以作为病虫害监测的可靠信号。水稻Oryza sativa L.是重要的粮食作物之一,水稻病虫害的发生影响着水稻的产量和品质,准确识别和监测水稻病虫害的发生,对水稻病虫害的综合治理具有重要意义。随着现代农业技术和信息技术的不断进步,水稻病虫害信息的采集及监测技术得到了长足发展,但对于如何更好地监测病虫害的发生信息并应用于水稻病虫害的早期监测预警还在不断地探索中。为此,本课题以水稻-水稻4种重要病虫害(纹枯病Rhizoctonia solani Kühn,白叶枯病Xanthomonas oryzaepv.Oryzae,褐飞虱Nilaparvata lugens(St(?)l),二化螟Chilo suppressalis(Walker))为研究系统,分离鉴定了4种病虫害为害后诱导的水稻植株挥发物,探究了利用诱导挥发物监测水稻有害生物的实现途径,以期为通过有害生物诱导的植物挥发性化合物来实现病虫害监测奠定基础。主要研究结果如下:(1)分离鉴定了重要病虫害为害诱导的水稻植株挥发物采用动态顶空吸附法及GC-MS技术,对水稻植株挥发物进行了分离鉴定。在本实验条件下,从水稻植株中共分离鉴定出43种挥发物,其中烷烃类挥发物有23种;烯烃类挥发物有13种;酮类挥发物和醇类挥发物各有3种;醛类挥发物有1种。病虫害为害后,水稻植株挥发物的种类与健康水稻植株相比没有差异,但部分挥发物的相对含量发生了显著变化。与健康水稻植株相比,水稻植株接种纹枯病后,醇类挥发物和醛类挥发物的相对含量上升;水稻植株接种白叶枯病后,烷烃类挥发物的相对含量上升;水稻植株被褐飞虱取食后,烷烃类挥发物的相对含量下降,酮类挥发物的相对含量上升;水稻植株被二化螟取食后,烯烃类挥发物的相对含量上升。(2)病害侵染时长对水稻植株挥发物产生显著影响采用动态顶空吸附法及GC-MS技术,对病害侵染水稻不同时间(1d、2d、3d、4d、5d)后水稻植株的挥发物进行了分离鉴定。结果表明,有10种挥发物的相对含量在纹枯病侵染不同时间的水稻植株之间存在显著差异,其中α-蒎烯、癸烷、2-乙基-1-己醇、柏木烯和2-甲基-十五烷等5种水稻挥发物的相对含量在纹枯病侵染1d后逐渐下降,侵染3d后显著上升。有6种挥发物的相对含量在白叶枯病侵染不同时间的水稻植株之间存在显著差异,其中2-庚酮和壬烷2种水稻挥发物的相对含量随着白叶枯病侵染时间的增加而下降。(3)虫害取食时长对水稻植株挥发物产生显著影响采用动态顶空吸附法及GC-MS技术,对害虫取食水稻不同时间(12h、24h、36h、48h)后水稻植株的挥发物进行了分离鉴定。结果表明,有3种挥发物的相对含量在褐飞虱取食不同时间的水稻植株之间存在显著差异,其中癸醛和(E)-5-十四烯2种水稻挥发物的相对含量在褐飞虱取食24h的水稻植株中上升,在褐飞虱取食36h的水稻植株中下降。有6种挥发物的相对含量在二化螟取食不同时间的水稻植株之间存在显著差异,其中1-癸醇的相对含量随着二化螟取食时间的增加而上升。(4)病虫害为害诱导水稻挥发物的显色检测运用2,4-二硝基苯肼和希夫试剂2种化学显色剂对4种病虫害诱导的水稻差异挥发物中的8种挥发物进行可视化检测,结果显示,2种化学显色剂可以对癸醛、2-壬酮和2-庚酮进行区分,但不能对各种烷烃类物质进行区分。本研究分离鉴定了4种水稻病虫害诱导产生的挥发物,明确了单一病虫害为害不同时间水稻挥发物的变化特征,发现2种化学显色剂对醛类和酮类挥发物显色具有一定的效果。研究结果为通过基于嗅觉可视化技术来实现水稻病虫害的早期监测与预警提供了基础。
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