建柏Fokienia hodginsii Henry 幼樹樹皮形態及內含物與黑翅土白蟻Odontotermes formosanus Shiraki 危害的關系

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

(1.福建農林大學林學院，福建 福州 350002；2.福建省林業勘察設計院，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土樹種和優勢樹種之一，其樹形優美、生態性能優越、材質優良，符合生態林和速生豐產用材林造林要求，具有重要應用前景[1-2]。然而，隨著建柏人工純林面積不斷增長且經營水平滯后，導致黑翅土白蟻（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.）等林業有害生物頻繁發生，嚴重制約建柏人工林的發展[3]。其中，黑翅土白蟻是典型的社會性昆蟲，具有種群基數高、繁殖速度快、危害隱蔽和傳播快速等特點，是建柏林分中的關鍵害蟲，常通過搭建蟻道從蟻穴接近建柏幼樹根莖部位取食，繼而構建泥被拓展取食面積，形成環割狀傷口甚至新植幼苗死亡，對建柏幼林危害率高達70%，導致林分缺苗甚至無法郁閉，危害性極大[3-4]。前期調查還發現，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結構及內部生理特性如代謝產物中的次生物質有關。前人研究發現寄主植物遭受植食性昆蟲侵害時，常通過代謝途徑，使寄主植物體內可溶性糖、多糖與可溶性蛋白等營養物質含量下調，并分泌黃酮、單寧和總酚等次生代謝產物來影響昆蟲對寄主的選擇、取食和產卵等行為[5-8]。因而，以上6種植物內含物常被廣泛用作植物抗蟲性指標，評價寄主植物的抗蟲性能及與植食性昆蟲互作的生理機制[9-11]。目前，國內外學者對于危害建柏的病蟲害種類關注和研究很少[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構，探討不同樹齡建柏樹皮微觀結構與黑翅土白蟻危害程度的關系；測定不同樹齡受害部位樹皮的內含物含量，探析其含量變化與黑翅土白蟻危害程度的關系，為建柏林分中黑翅土白蟻的生態治理及建柏速生豐產提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料概況

試驗地位于福建省安溪縣豐田國有林場下鎮工區，是我國建柏優質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。

該工區內主要栽植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構觀測

（1）地徑部位樹皮厚度測定

在下鎮工區選擇建柏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，用游標卡尺測量樹皮厚度，每塊樹皮重復測定3 次，記錄平均值；每個齡級重復取樣和測量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構觀測

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驗室，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構，各重復3 組。樣品經純水清洗后，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%環氧丙烷置換2 次；再將樣品放入臨界點干燥器（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）、蠟質層密度（顆粒個數·μm?2）、粗糙程度和周皮組織致密度（周皮細胞個數·μm?2）。

1.2.2 不同樹齡建柏樹皮部分內含物的測定

（1）制樣方法

將上述樹皮樣品保鮮帶回實驗室后，用純水清洗后置于鋁盒內，再置于電熱恒溫鼓風干燥箱（DHG-9240A）中，在105℃下烘干，隨后調至80℃令其烘至恒質量后，取出樹皮組織置于粉碎機（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）營養物質測定

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，采用考馬斯亮藍法測定可溶性蛋白含量[16]。

（3）次生物質測定

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 數據處理

采用Excel 2007 繪制標準曲線和圖表，用SPSS 軟件（IBM SPSS Statistics 20.0）及LSD 法對數據進行統計分析及差異顯著性檢驗。

計算公式：樣品內含物含量（%）=（C×V×D）/（W×v×106）×100%，其中，C為標準曲線測得內含物含量（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，W為樣品質量（g）[15-17]。

2 結果與分析

2.1 建柏樹皮厚度與危害程度的關系

建柏樹皮厚度表現為：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 樹皮表面結構與危害程度的關系

掃描電鏡觀察發現，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，說明角質化程度越高，黑翅土白蟻的危害程度越輕，反之則越嚴重，因此建柏外表皮的高度角質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，蠟質層顆粒密度越高，黑翅土白蟻的危害程度則越重；蠟質層的粗糙程度為1 a生（75%） >2 a生（40%） >4 a生（20%），蠟質層表面越粗糙，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 樹皮橫截面形態與危害程度的關系

樹皮橫截面的電鏡觀察顯示，建柏樹皮結構由外至內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物質含量與危害程度的關系

在建柏地徑部位樹皮的3種營養物質中，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聯。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聯很小。因此，不同樹齡建柏樹皮內的3種營養物質不影響黑翅土白蟻的危害程度。

表1 各樹齡建柏樹皮營養物質含量與危害程度的關系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含量與危害程度的關系

一般地，黃酮和單寧等植物次生物質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育。測定結果發現，建柏地徑樹皮內單寧含量較高（均大于10%），在3種植物次生物質中相對比例最大（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。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鍵因素之一。

表2 各樹齡建柏樹皮植物次生物質含量與危害程度的關系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質性影響；而1 a 生建柏樹皮內黃酮含量顯著高于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質性影響。

3 討論

林木的莖部各組織中，樹皮因其輸送營養的導管眾多且韌皮部內富含營養物質，更容易遭受蛀干害蟲的危害。研究發現，光肩星天牛（Anoplophora glabripennisMotschulsky）幼蟲數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。但本研究發現樹皮越厚，危害程度越輕，可能與二者獨特的習性有關，即天牛害蟲危害樹皮前先由成蟲交配后將卵產入樹皮內部，幼蟲孵化后便開始持續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筑白蟻菌圃作為“食品加工廠”，可在菌圃上培養優勢菌蟻巢傘（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，逐步加劇巢內食物短缺，迫使工蟻搭建泥線或泥被啃食建柏樹皮，或搬運回巢作為菌圃原料，更加劇了對建柏幼樹造成危害，可能是幼林嚴重被害的另一重要原因。

研究發現，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對該蟲更具吸引力，但我們的測定結果與此不同，受害程度最輕的4 a 生建柏樹皮內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鍵性作用的寄主植物內含因子。進一步觀察發現，受害極為嚴重的1 a 生植株樹勢衰弱，可能與單寧等樹體自身化學抗性較低有關，也可能是蟲傷誘導次生物質含量增加導致自愈能力退化，加之養分和水分輸導能力銳減，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，可能繼續生長為多年生植株。也有研究證實，單寧能夠阻礙植食性昆蟲對于糖類等營養物質的取食和消化，是一種有效的化學防御物質，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）的生長發育[26]；抗蟲桉樹單寧等酚類物質也與桉樹抗枝癭姬小蜂（Leptocybe invasaFisher et LaSalle）的表現緊密相關[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域進一步深入研究并加以利用。

4 結論

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構發現，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；內含物測定發現，樹皮可溶性糖、單寧含量隨建柏樹齡增長而增加，認為營養物質與其危害程度關系不密切，但植物次生物質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，可能是影響危害程度的化學因素之一；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境和方式，可能是建柏幼林嚴重被害的人為因素。