建柏Fokienia hodginsii Henry 幼樹樹皮形態(tài)及內(nèi)含物與黑翅土白蟻Odontotermes formosanus Shiraki 危害的關(guān)系

是雨霏，盧賜鼎，陳禎鴻，梁運(yùn)，林建輝，李淵順，葉秀素，吳木花，林清蘭，梁光紅＊

(1.福建農(nóng)林大學(xué)林學(xué)院，福建 福州 350002；2.福建省林業(yè)勘察設(shè)計(jì)院，福建 福州 350001；3.福建省安溪豐田國有林場，福建 泉州 362400；4.泉州市森林公園，福建 泉州 362400)

建柏（Fokienia hodginsiiHenry）是福建省極具特色的鄉(xiāng)土樹種和優(yōu)勢樹種之一，其樹形優(yōu)美、生態(tài)性能優(yōu)越、材質(zhì)優(yōu)良，符合生態(tài)林和速生豐產(chǎn)用材林造林要求，具有重要應(yīng)用前景[1-2]。然而，隨著建柏人工純林面積不斷增長且經(jīng)營水平滯后，導(dǎo)致黑翅土白蟻（Odontotermes formosanusShiraki）、黃胸散白蟻（Reticulitermes flavicepsOshina）、秩毒蛾（Olenesp.）、鞭角華扁葉蜂（Chinolyda flagellicornisF.Smith）、蜀柏毒蛾（Parocneria orientaChao）及建柏赤枯病（Pestolotiasp.）等林業(yè)有害生物頻繁發(fā)生，嚴(yán)重制約建柏人工林的發(fā)展[3]。其中，黑翅土白蟻是典型的社會性昆蟲，具有種群基數(shù)高、繁殖速度快、危害隱蔽和傳播快速等特點(diǎn)，是建柏林分中的關(guān)鍵害蟲，常通過搭建蟻道從蟻穴接近建柏幼樹根莖部位取食，繼而構(gòu)建泥被拓展取食面積，形成環(huán)割狀傷口甚至新植幼苗死亡，對建柏幼林危害率高達(dá)70%，導(dǎo)致林分缺苗甚至無法郁閉，危害性極大[3-4]。前期調(diào)查還發(fā)現(xiàn)，黑翅土白蟻對建柏的危害隨著樹齡增長而減弱，推測與建柏樹皮的形態(tài)結(jié)構(gòu)及內(nèi)部生理特性如代謝產(chǎn)物中的次生物質(zhì)有關(guān)。前人研究發(fā)現(xiàn)寄主植物遭受植食性昆蟲侵害時，常通過代謝途徑，使寄主植物體內(nèi)可溶性糖、多糖與可溶性蛋白等營養(yǎng)物質(zhì)含量下調(diào)，并分泌黃酮、單寧和總酚等次生代謝產(chǎn)物來影響昆蟲對寄主的選擇、取食和產(chǎn)卵等行為[5-8]。因而，以上6種植物內(nèi)含物常被廣泛用作植物抗蟲性指標(biāo)，評價寄主植物的抗蟲性能及與植食性昆蟲互作的生理機(jī)制[9-11]。目前，國內(nèi)外學(xué)者對于危害建柏的病蟲害種類關(guān)注和研究很少[4]，但日趨加重的危害顯著削弱了建柏幼苗長勢，延遲幼林郁閉，并大大增加了建柏人工林撫育成本。為此，以不同樹齡建柏受害部位樹皮為研究材料，采用掃描電鏡觀測受害部位樹皮表面及截面微觀結(jié)構(gòu)，探討不同樹齡建柏樹皮微觀結(jié)構(gòu)與黑翅土白蟻危害程度的關(guān)系；測定不同樹齡受害部位樹皮的內(nèi)含物含量，探析其含量變化與黑翅土白蟻危害程度的關(guān)系，為建柏林分中黑翅土白蟻的生態(tài)治理及建柏速生豐產(chǎn)提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料概況

試驗(yàn)地位于福建省安溪縣豐田國有林場下鎮(zhèn)工區(qū)，是我國建柏優(yōu)質(zhì)種子資源基因庫和福建柏種植示范基地[12-13]，位于118°0′5.24″～118°2′14.38″ E、25°16′25.45″～25°20′53.41″ N，屬典型的亞熱帶季風(fēng)氣候，年平均溫度19.5℃，最高溫37℃，年降水量約1800 mm，無霜期330 d，以丘陵地形為主，海拔434～576 m。

該工區(qū)內(nèi)主要栽植1、2、4、8 a 生建柏純林，其中低齡林（<4 a 生）受黑翅土白蟻危害較重，缺苗率超過30%；4 a 生建柏受害較輕，不足10%植株地徑處可見少量泥線分布，基本不影響建柏長勢；8 a 生林分接近郁閉，未見黑翅土白蟻危害，長勢良好。

1.2 研究材料與方法

1.2.1 不同樹齡建柏地徑部位樹皮結(jié)構(gòu)觀測

（1）地徑部位樹皮厚度測定

在下鎮(zhèn)工區(qū)選擇建柏1、2、4 a 生健康植株，分別用電工刀割取地徑處（離地1～10 cm）樹皮(圖1)，再從下往上取1 cm×1 cm 小方塊，用游標(biāo)卡尺測量樹皮厚度，每塊樹皮重復(fù)測定3 次，記錄平均值；每個齡級重復(fù)取樣和測量5株。

圖1 建柏地徑部位受害癥狀及樹皮取樣部位（白圈）Fig.1 Infested bark by O.formosanus and sampled bark of F.hodginsii

（2）地徑部位樹皮表面與橫截面結(jié)構(gòu)觀測

按上述方法割取地徑及以上（離地1～10 cm）樹皮，采用冰袋保鮮帶回實(shí)驗(yàn)室，取地徑處（離地2 cm）樹皮的小方塊樣品（2 mm×2 mm）2 塊，分別用于觀測樹皮表面和橫截面結(jié)構(gòu)，各重復(fù)3 組。樣品經(jīng)純水清洗后，用5%戊二醛固定液浸泡24 h，取出后間歇用磷酸緩沖液清洗樣品3 次，每次清洗間隔10～15 min，再用1%鋨酸固定4 h；使用不同濃度（50%、70%、80%、90%、100%）酒精逐級脫水，每次脫水間隔15 min；最后用100%環(huán)氧丙烷置換2 次；再將樣品放入臨界點(diǎn)干燥器（日立HITACHI HCP-2）處理至充分干燥；將樣品固定在觀察臺后用離子鍍膜儀（EIKO IB-5）噴金[14]，在掃描電鏡（JEOL JSM-6380LV）下觀測建柏樹皮表面裂痕密度（條·μm?2）、蠟質(zhì)層密度（顆粒個數(shù)·μm?2）、粗糙程度和周皮組織致密度（周皮細(xì)胞個數(shù)·μm?2）。

1.2.2 不同樹齡建柏樹皮部分內(nèi)含物的測定

（1）制樣方法

將上述樹皮樣品保鮮帶回實(shí)驗(yàn)室后，用純水清洗后置于鋁盒內(nèi)，再置于電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱（DHG-9240A）中，在105℃下烘干，隨后調(diào)至80℃令其烘至恒質(zhì)量后，取出樹皮組織置于粉碎機(jī)（DFY-500）中粉碎5 min，過40 目篩后收集粉末樣品，密封置于干燥器中待測。

（2）營養(yǎng)物質(zhì)測定

各稱取樹皮樣品0.05 g，分別采用蒽酮試劑法和苯酚-硫酸法法測定可溶性糖和多糖含量[15]；稱取樹皮樣品0.2 g，采用考馬斯亮藍(lán)法測定可溶性蛋白含量[16]。

（3）次生物質(zhì)測定

各稱取樹皮樣品0.25 g，采用分光光度法、鎢酸鹽磷鉬酸法、福林試劑法分別測定黃酮、單寧、總酚含量[15-17]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2007 繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線和圖表，用SPSS 軟件（IBM SPSS Statistics 20.0）及LSD 法對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析及差異顯著性檢驗(yàn)。

計(jì)算公式：樣品內(nèi)含物含量（%）=（C×V×D）/（W×v×106）×100%，其中，C為標(biāo)準(zhǔn)曲線測得內(nèi)含物含量（μg），V為提取液總體積（mL），v為測定時取用體積（mL），D為稀釋倍數(shù)，W為樣品質(zhì)量（g）[15-17]。

2 結(jié)果與分析

2.1 建柏樹皮厚度與危害程度的關(guān)系

建柏樹皮厚度表現(xiàn)為：4 a生 >2 a生 >1 a 生，方差分析表明，樹皮厚度隨著樹齡增加呈顯著增加趨勢（圖2，p<0.05）；從黑翅土白蟻危害程度來看，則表現(xiàn)為4 a 生 <2 a 生 <1 a 生，與樹皮厚度趨勢相反（圖2，p<0.05），樹齡越大，樹皮越厚，建柏受害越輕，推測較厚的樹皮可能具有較強(qiáng)的耐害能力或自愈能力。

圖2 不同樹齡建柏的樹皮厚度Fig.2 Bark thickness of F.hodginsii with different ages

2.2 樹皮表面結(jié)構(gòu)與危害程度的關(guān)系

掃描電鏡觀察發(fā)現(xiàn)，不同樹齡建柏的樹皮組織均具不同程度裂痕密度（圖3-1）與蠟質(zhì)層顆粒密度和平整度（圖3-2）。其中，不同樹齡建柏的表皮裂痕密度為：4 a生（84 條·μm?2） >2 a生（64條·μm?2） >1 a生（38 條·μm?2），建柏外表皮裂痕密度越高，說明角質(zhì)化程度越高，黑翅土白蟻的危害程度越輕，反之則越嚴(yán)重，因此建柏外表皮的高度角質(zhì)化則有利于抵御害蟲侵害。

不同樹齡建柏周皮上的表皮蠟質(zhì)層顆粒密度為1 a生（56個·μm?2） >2 a生（42個·μm?2） >4 a生（28個·μm?2），表明樹齡越低，蠟質(zhì)層顆粒密度越高，黑翅土白蟻的危害程度則越重；蠟質(zhì)層的粗糙程度為1 a生（75%） >2 a生（40%） >4 a生（20%），蠟質(zhì)層表面越粗糙，黑翅土白蟻危害越重，因此表皮相對光滑則不利于黑翅土白蟻取食與危害。

2.3 樹皮橫截面形態(tài)與危害程度的關(guān)系

樹皮橫截面的電鏡觀察顯示，建柏樹皮結(jié)構(gòu)由外至內(nèi)依次可分為兩大部分：即周皮組織（P）及次生韌皮部組織（SP）（圖4）。其中受害程度較高的1、2 a 生建柏樹皮外表皮及木栓層部分（屬于周皮）所占比例明顯多于受害程度較輕的4 a 生建柏，表明外表皮及木栓層所占比例越多時，則不利于黑翅土白蟻危害建柏，被害程度越輕；1 a 生福建柏周皮組織的致密度最低（130 條·μm?2），細(xì)胞排列較為疏松，有利于黑翅土白蟻的啃食；周皮組織的致密度隨樹齡增長逐漸增加，細(xì)胞排列趨為致密，被害程度也逐漸降低。次生韌皮部總體約占樹皮組織的37%～48%，但三者形態(tài)并無明顯差異。

圖4 不同年齡建柏樹皮橫截面次生韌皮部（SP）與周皮（P）的形態(tài)及分布Fig.4 Morphology and distribution of secondary phloem(SP) and periderm (P) from intersecting surface of barks at different ages of F.hodginsii。

2.4 不同樹齡建柏樹皮營養(yǎng)物質(zhì)含量與危害程度的關(guān)系

在建柏地徑部位樹皮的3種營養(yǎng)物質(zhì)中，可溶性糖含量所占比重（66%～81%）顯著高于其它2 類化合物，且表現(xiàn)為：1 a 生 <2 a 生 <4 a 生，表明可溶性糖含量隨樹齡增大呈顯著增加趨（p<0.05），其中4 a 生樹皮內(nèi)可溶性糖含量分別是1 a 生、2 a生建柏可溶性糖含量的1.54、1.20倍（表1），與其被害程度呈相反趨勢，顯然，可溶性糖含量與黑翅土白蟻危害并無關(guān)聯(lián)。多糖含量相對較低，且不同樹齡之間無顯著差異（表1）；可溶性蛋白含量極低（約0.2%），不同樹齡之間也無顯著差異（表1），推測它們與黑翅土白蟻對不同樹齡的選擇關(guān)聯(lián)很小。因此，不同樹齡建柏樹皮內(nèi)的3種營養(yǎng)物質(zhì)不影響黑翅土白蟻的危害程度。

表1 各樹齡建柏樹皮營養(yǎng)物質(zhì)含量與危害程度的關(guān)系Table 1 Contents of nutrient substances in the barks of F.hodginsii at different ages

2.5 不同樹齡建柏樹皮植物次生物質(zhì)含量與危害程度的關(guān)系

一般地，黃酮和單寧等植物次生物質(zhì)會阻礙昆蟲對寄主植物組織的消化和吸收，故不利于植食性昆蟲的生長發(fā)育。測定結(jié)果發(fā)現(xiàn)，建柏地徑樹皮內(nèi)單寧含量較高（均大于10%），在3種植物次生物質(zhì)中相對比例最大（約占72%）；鑒于1 a 生建柏被害程度最重，而單寧含量則顯著低于2 a 生、4 a生樹皮樣品（p<0.05），推測1 a 生建柏單寧含量與其樹皮的可食性密切有關(guān)。與之相比，4 a 生樹皮樣品中單寧含量最高（35.35%），分別是1 a 生、2 a 生樹皮中單寧含量的3.3、2.1倍（表2），與其被害程度差異吻合，故樹皮單寧含量可能是影響建柏樹皮被害程度的關(guān)鍵因素之一。

表2 各樹齡建柏樹皮植物次生物質(zhì)含量與危害程度的關(guān)系Table 2 Contents of secondary substances in the barks of F.hodginsii at different ages

此外，1 a、2 a 生建柏樹皮內(nèi)總酚含量低于4 a 生樹皮（表2），與不同樹齡被害程度基本吻合，但三者不存在顯著差異（p>0.05），未對黑翅土白蟻的取食與危害造成實(shí)質(zhì)性影響；而1 a 生建柏樹皮內(nèi)黃酮含量顯著高于2 a 生、4 a 生樹皮（p<0.05），但總含量相對很低（不足1%）（表2），也未對黑翅土白蟻的取食選擇造成實(shí)質(zhì)性影響。

3 討論

林木的莖部各組織中，樹皮因其輸送營養(yǎng)的導(dǎo)管眾多且韌皮部內(nèi)富含營養(yǎng)物質(zhì)，更容易遭受蛀干害蟲的危害。研究發(fā)現(xiàn)，光肩星天牛（Anoplophora glabripennisMotschulsky）幼蟲數(shù)量隨著楊樹樹皮厚度的增加而不斷增多[18-19]；新疆野蘋果（Malus sieversiiRoem）樹皮平均每增大1 mm，則蘋小吉丁蟲（Agrilus maliMats）的蟲口數(shù)量平均增加2頭[20]，表明樹皮厚度在一定程度上決定了蛀干害蟲危害程度的差異。但本研究發(fā)現(xiàn)樹皮越厚，危害程度越輕，可能與二者獨(dú)特的習(xí)性有關(guān)，即天牛害蟲危害樹皮前先由成蟲交配后將卵產(chǎn)入樹皮內(nèi)部，幼蟲孵化后便開始持續(xù)蛀食韌皮部等造成危害；而黑翅土白蟻是群居性昆蟲，能利用排泄物與部分消化的植物碎屑構(gòu)筑白蟻菌圃作為“食品加工廠”，可在菌圃上培養(yǎng)優(yōu)勢菌蟻巢傘（Termitomycesspp.）作為食物，解決短期食物短缺矛盾，故在短期內(nèi)對寄主的依賴性相對較低[21-23]。但由于建柏常通過煉山造林，不僅直接破壞地表植被導(dǎo)致食物資源短缺，而且地表高溫迫使黑翅土白蟻退回蟻巢生活并消耗菌圃中的食物，不斷增長的種群和有限食物資源的消耗矛盾日積月累，逐步加劇巢內(nèi)食物短缺，迫使工蟻搭建泥線或泥被啃食建柏樹皮，或搬運(yùn)回巢作為菌圃原料，更加劇了對建柏幼樹造成危害，可能是幼林嚴(yán)重被害的另一重要原因。

研究發(fā)現(xiàn)，糖類作為黑翅土白蟻誘料添加劑的有效成分之一[24]，含糖量越高的植株理應(yīng)對該蟲更具吸引力，但我們的測定結(jié)果與此不同，受害程度最輕的4 a 生建柏樹皮內(nèi)的可溶性糖顯著高于1 a 生建柏（p<0.05），而1 a 生植株樹皮內(nèi)單寧含量顯著低于4 a生（p<0.05），推測單寧含量才是在黑翅土白蟻食物選擇中具有關(guān)鍵性作用的寄主植物內(nèi)含因子。進(jìn)一步觀察發(fā)現(xiàn)，受害極為嚴(yán)重的1 a 生植株樹勢衰弱，可能與單寧等樹體自身化學(xué)抗性較低有關(guān)，也可能是蟲傷誘導(dǎo)次生物質(zhì)含量增加導(dǎo)致自愈能力退化，加之養(yǎng)分和水分輸導(dǎo)能力銳減，最終迅速死亡；輕、中度受傷植株還具有一定自愈能力，在未進(jìn)一步受害的情況下會在傷口處迅速形成愈傷組織，可能繼續(xù)生長為多年生植株。也有研究證實(shí)，單寧能夠阻礙植食性昆蟲對于糖類等營養(yǎng)物質(zhì)的取食和消化，是一種有效的化學(xué)防御物質(zhì)，對于篩選林木抗蟲性品種具有指示作用[25]。比如2種土沉香（Aquilaria sinensis(Lour.) Spreng）抗蟲品種的受害組織中單寧含量均顯著高于感蟲品種，抑制了黃野螟（Heortia vitessoidesMoore）的生長發(fā)育[26]；抗蟲桉樹單寧等酚類物質(zhì)也與桉樹抗枝癭姬小蜂（Leptocybe invasaFisher et LaSalle）的表現(xiàn)緊密相關(guān)[27]；表明單寧在抵御害蟲危害中確有積極作用，值得在抗蟲品種選育領(lǐng)域進(jìn)一步深入研究并加以利用。

4 結(jié)論

建柏遭受黑翅土白蟻的危害程度隨樹齡增長而呈顯著下降趨勢，觀察受害部位樹皮結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)，樹皮厚度隨樹齡增加而增厚，裂痕密度隨樹齡增加呈增加趨勢，表面蠟質(zhì)層也更為光滑、周皮組織更加致密，可能是高齡建柏阻止黑翅土白蟻的取食和危害的物理因素；內(nèi)含物測定發(fā)現(xiàn)，樹皮可溶性糖、單寧含量隨建柏樹齡增長而增加，認(rèn)為營養(yǎng)物質(zhì)與其危害程度關(guān)系不密切，但植物次生物質(zhì)單寧含量具有阻礙植食性昆蟲消化寄主的重要作用[11]，與黑翅土白蟻對不同樹齡建柏的危害程度密切相關(guān)，可能是影響危害程度的化學(xué)因素之一；此外，煉山造林方式直接破壞地表植被，改變了黑翅土白蟻的生活環(huán)境和方式，可能是建柏幼林嚴(yán)重被害的人為因素。