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建柏(Fokienia hodginsii Henry)是福建省极具特色的乡土树种和优势树种之一,其树形优美、生态性能优越、材质优良,符合生态林和速生丰产用材林造林要求,具有重要应用前景[1-2]。然而,随着建柏人工纯林面积不断增长且经营水平滞后,导致黑翅土白蚁(Odontotermes formosanus Shiraki)、黄胸散白蚁(Reticulitermes flaviceps Oshina)、秩毒蛾(Olene sp.)、鞭角华扁叶蜂(Chinolyda flagellicornis F.Smith)、蜀柏毒蛾(Parocneria orienta Chao)及建柏赤枯病(Pestolotia sp.)等林业有害生物频繁发生,严重制约建柏人工林的发展[3]。其中,黑翅土白蚁是典型的社会性昆虫,具有种群基数高、繁殖速度快、危害隐蔽和传播快速等特点,是建柏林分中的关键害虫,常通过搭建蚁道从蚁穴接近建柏幼树根茎部位取食,继而构建泥被拓展取食面积,形成环割状伤口甚至新植幼苗死亡,对建柏幼林危害率高达70%,导致林分缺苗甚至无法郁闭,危害性极大[3-4]。前期调查还发现,黑翅土白蚁对建柏的危害随着树龄增长而减弱,推测与建柏树皮的形态结构及内部生理特性如代谢产物中的次生物质有关。前人研究发现寄主植物遭受植食性昆虫侵害时,常通过代谢途径,使寄主植物体内可溶性糖、多糖与可溶性蛋白等营养物质含量下调,并分泌黄酮、单宁和总酚等次生代谢产物来影响昆虫对寄主的选择、取食和产卵等行为[5-8]。因而,以上6种植物内含物常被广泛用作植物抗虫性指标,评价寄主植物的抗虫性能及与植食性昆虫互作的生理机制[9-11]。目前,国内外学者对于危害建柏的病虫害种类关注和研究很少[4],但日趋加重的危害显著削弱了建柏幼苗长势,延迟幼林郁闭,并大大增加了建柏人工林抚育成本。为此,以不同树龄建柏受害部位树皮为研究材料,采用扫描电镜观测受害部位树皮表面及截面微观结构,探讨不同树龄建柏树皮微观结构与黑翅土白蚁危害程度的关系;测定不同树龄受害部位树皮的内含物含量,探析其含量变化与黑翅土白蚁危害程度的关系,为建柏林分中黑翅土白蚁的生态治理及建柏速生丰产提供参考。
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建柏树皮厚度表现为:4 a生 > 2 a生 > 1 a生,方差分析表明,树皮厚度随着树龄增加呈显著增加趋势(图2,p < 0.05);从黑翅土白蚁危害程度来看,则表现为4 a生 < 2 a生 < 1 a生,与树皮厚度趋势相反(图2,p < 0.05),树龄越大,树皮越厚,建柏受害越轻,推测较厚的树皮可能具有较强的耐害能力或自愈能力。
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扫描电镜观察发现,不同树龄建柏的树皮组织均具不同程度裂痕密度(图3-1)与蜡质层颗粒密度和平整度(图3-2)。其中,不同树龄建柏的表皮裂痕密度为:4 a生(84 条·μm−2) > 2 a生(64 条·μm−2) > 1 a生(38 条·μm−2),建柏外表皮裂痕密度越高,说明角质化程度越高,黑翅土白蚁的危害程度越轻,反之则越严重,因此建柏外表皮的高度角质化则有利于抵御害虫侵害。
不同树龄建柏周皮上的表皮蜡质层颗粒密度为1 a生(56个·μm−2) > 2 a生(42个·μm−2) > 4 a生(28个·μm−2),表明树龄越低,蜡质层颗粒密度越高,黑翅土白蚁的危害程度则越重;蜡质层的粗糙程度为1 a生(75%) > 2 a生(40%) > 4 a生(20%),蜡质层表面越粗糙,黑翅土白蚁危害越重,因此表皮相对光滑则不利于黑翅土白蚁取食与危害。
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树皮横截面的电镜观察显示,建柏树皮结构由外至内依次可分为两大部分:即周皮组织(P)及次生韧皮部组织(SP)(图4)。其中受害程度较高的1、2 a生建柏树皮外表皮及木栓层部分(属于周皮)所占比例明显多于受害程度较轻的4 a生建柏,表明外表皮及木栓层所占比例越多时,则不利于黑翅土白蚁危害建柏,被害程度越轻;1 a生福建柏周皮组织的致密度最低(130条·μm−2),细胞排列较为疏松,有利于黑翅土白蚁的啃食;周皮组织的致密度随树龄增长逐渐增加,细胞排列趋为致密,被害程度也逐渐降低。次生韧皮部总体约占树皮组织的37%~48%,但三者形态并无明显差异。
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在建柏地径部位树皮的3种营养物质中,可溶性糖含量所占比重(66%~81%)显著高于其它2类化合物,且表现为:1 a生 < 2 a生 < 4 a生,表明可溶性糖含量随树龄增大呈显著增加趋(p < 0.05),其中4 a生树皮内可溶性糖含量分别是1 a生、2 a生建柏可溶性糖含量的1.54、1.20倍(表1),与其被害程度呈相反趋势,显然,可溶性糖含量与黑翅土白蚁危害并无关联。多糖含量相对较低,且不同树龄之间无显著差异(表1);可溶性蛋白含量极低(约0.2%),不同树龄之间也无显著差异(表1),推测它们与黑翅土白蚁对不同树龄的选择关联很小。因此,不同树龄建柏树皮内的3种营养物质不影响黑翅土白蚁的危害程度。
表 1 各树龄建柏树皮营养物质含量与危害程度的关系
Table 1. Contents of nutrient substances in the barks of F. hodginsii at different ages
林分树龄
Tree age危害程度/%
Infestation degree可溶性糖含量/%
Soluble sugar多糖含量/%
Polysaccharide可溶性蛋白含量/%
Soluble protein1 a生 61.4 ± 15.7 a 19.92 ± 6.25 c 5.64 ± 1.21 a 0.19 ± 0.03 a 2 a生 16.7 ± 9.6 b 25.45 ± 1.12 b 8.68 ± 1.75 a 0.16 ± 0.01 a 4 a生 5.2 ± 4.2 c 30.64 ± 1.81 a 6.96 ± 0.32 a 0.19 ± 0.01 a -
一般地,黄酮和单宁等植物次生物质会阻碍昆虫对寄主植物组织的消化和吸收,故不利于植食性昆虫的生长发育。测定结果发现,建柏地径树皮内单宁含量较高(均大于10%),在3种植物次生物质中相对比例最大(约占72%);鉴于1 a生建柏被害程度最重,而单宁含量则显著低于2 a生、4 a生树皮样品(p < 0.05),推测1 a生建柏单宁含量与其树皮的可食性密切有关。与之相比,4 a生树皮样品中单宁含量最高(35.35%),分别是1 a生、2 a生树皮中单宁含量的3.3、2.1倍(表2),与其被害程度差异吻合,故树皮单宁含量可能是影响建柏树皮被害程度的关键因素之一。
表 2 各树龄建柏树皮植物次生物质含量与危害程度的关系
Table 2. Contents of secondary substances in the barks of F. hodginsii at different ages
林分树龄
Tree age危害程度/%
Infestation degree黄酮含量/%
Flavone单宁含量/%
Tannin总酚含量/%
Total phenols1 a生 61.4 ± 15.7 a 0.90 ± 0.07 a 10.64 ± 2.74 c 2.91 ± 0.14 a 2 a生 16.7 ± 9.6 b 0.67 ± 0.07 b 16.84 ± 4.46 b 2.87 ± 0.5 a 4 a生 5.2 ± 4.2 b 0.79 ± 0.04 b 35.35 ± 4.22 a 3.00 ± 0.28 a 此外,1 a、2 a生建柏树皮内总酚含量低于4 a生树皮(表2),与不同树龄被害程度基本吻合,但三者不存在显著差异(p > 0.05),未对黑翅土白蚁的取食与危害造成实质性影响;而1 a生建柏树皮内黄酮含量显著高于2 a生、4 a生树皮(p < 0.05),但总含量相对很低(不足1%)(表2),也未对黑翅土白蚁的取食选择造成实质性影响。
建柏Fokienia hodginsii Henry幼树树皮形态及内含物与黑翅土白蚁Odontotermes formosanus Shiraki危害的关系
Relationship between Odontotermes formosanus Shiraki Infestation and Host Bark Micro-morphology and Contents of Fokienia hodginsii Henry
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摘要:
目的 为明确黑翅土白蚁对不同树龄建柏危害差异及机制,以提出科学有效的防治对策。 方法 本试验以1、2、4 a生建柏植株为研究对象,分别观测其地径处树皮组织的形态结构,测定和分析其部分营养物质及植物次生物质的含量差异。 结果 在不同林龄的建柏林分中,1 a生建柏树皮厚度最薄且蜡质层平整度最低,树皮裂痕数最少,但黑翅土白蚁被害率与被害程度最高,表明2 a生及以上建柏具有一定的物理抗性;各龄树皮中的多糖、可溶性蛋白、黄酮、总酚含量均无显著性差异(p > 0.05),但可溶性糖与单宁含量则具有显著差异(p < 0.05),其中1 a生植株可溶性糖含量最高且单宁含量最低;4 a生植株可溶性糖含量最低且单宁含量最高,表明单宁含量可能是影响建柏抗虫性的化学因素之一。 结论 黑翅土白蚁的危害程度与建柏树龄密切相关,而不同树龄的建柏的树皮结构、蜡质层分布状态、可溶性糖和单宁含量则显著不同,共同决定了黑翅土白蚁对建柏危害程度的差异。 Abstract:Objective To clarify the mechanism of Odontotermes formosanus Shiraki infestation to Fokienia hodginsii Henry et Thomas with different ages in order to develop effective control measures. Method Based on the damaged degree of F. hodginsii, the micro-morphological structure of infested bark tissue from 1-, 2- and 4-year-old F. hodginsii was observed by using scanning electron microscope. Then the difference of some nutrient contents and plant secondary substances were measured and analyzed to determine the relationship between infestation degree and variation of these substances. Result One-year-old F. hodginsii had the highest infestation degree by O. formosanus, while it had the thinnest bark thickness, the lowest smoothness of waxy layer, and the lowest density of bark cracks, indicating that older host (> 1-year-old) individuals had certain physical resistance to O. formosanus. The polysaccharides, soluble protein, flavonoids and total phenols within bark of all trees showed no significant difference (p > 0.05), but the contents of soluble sugar and tannin were significantly different among the trees with different age (p < 0.05). The soluble sugar content was the highest and tannin content was the lowest in the bark of the 1-year-old F. hodginsii, while the soluble sugar content was the lowest and tannin content was the highest in the bark of the 4-year-old host, indicating the content of tannin was probably one of the key chemical factors to influence the resistance of F. hodginsii. Conclusion The damaged degree by O. formosanus is closely related to the ages of F. hodginsii, while the bark microstructure, waxy layer distribution, content of soluble sugar and tannin from different samples are significantly different, which determine conjointly their resistance to F. hodginsii. -
表 1 各树龄建柏树皮营养物质含量与危害程度的关系
Table 1. Contents of nutrient substances in the barks of F. hodginsii at different ages
林分树龄
Tree age危害程度/%
Infestation degree可溶性糖含量/%
Soluble sugar多糖含量/%
Polysaccharide可溶性蛋白含量/%
Soluble protein1 a生 61.4 ± 15.7 a 19.92 ± 6.25 c 5.64 ± 1.21 a 0.19 ± 0.03 a 2 a生 16.7 ± 9.6 b 25.45 ± 1.12 b 8.68 ± 1.75 a 0.16 ± 0.01 a 4 a生 5.2 ± 4.2 c 30.64 ± 1.81 a 6.96 ± 0.32 a 0.19 ± 0.01 a 表 2 各树龄建柏树皮植物次生物质含量与危害程度的关系
Table 2. Contents of secondary substances in the barks of F. hodginsii at different ages
林分树龄
Tree age危害程度/%
Infestation degree黄酮含量/%
Flavone单宁含量/%
Tannin总酚含量/%
Total phenols1 a生 61.4 ± 15.7 a 0.90 ± 0.07 a 10.64 ± 2.74 c 2.91 ± 0.14 a 2 a生 16.7 ± 9.6 b 0.67 ± 0.07 b 16.84 ± 4.46 b 2.87 ± 0.5 a 4 a生 5.2 ± 4.2 b 0.79 ± 0.04 b 35.35 ± 4.22 a 3.00 ± 0.28 a -
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