德国小蠊聚集信息素的组分及含量测定

摘要:德国小蠊的聚集行为是由个体分泌的聚集信息素引起的，德国小蠊若虫的体表和粪便中均含有聚集信息素。用气相色谱(GC)和气-质谱(GC-MS)联用技术测定了德国小蠊体表的二氯甲烷提取物和粪便的正己烷提取物，结果表明体表提取物中的活性组分全部是外表皮分泌的一类碳氢化合物，而雌成虫和若虫的粪便提取物的GC-MS谱图完全一致，与体表提取物相比，多了棕榈酸、亚油酸、油酸、十八碳酸、二十烷醇和二十二烷醇6种组分，其余25种组分则完全相同。这些结果表明德国小蠊聚集信息素的主要组分是表皮碳氢化合物。在体表提取物中含量最高的是3，7-／3，9-／3，11-二甲基二十九碳烷(占总量的22.2％)。其次是9-／11-／13-／15-甲基二十九碳烷、3-甲基二十九碳烷、5-甲基二十九碳烷、正二十九碳烷、11，15-／13，17-甲基二十九碳烷和5，9-／5，11-二甲基二十九碳烷，含量依次是13.55％、1O.46％、7.93％、6.48％、6.14％和5.52％。粪便提取物中也是3，7-／3，9-／3，11二甲基二十九碳烷的含量最高(占总量的12.86％)其次是9-11-／13-／15-甲基二十九碳烷、油酸、3-甲基二十九碳烷、正二十九碳烷、11-／13-／15-甲基三十一碳烷和11，15-／13，17-二甲基二十九碳烷，含量依次是7.57％、7.20％、5.84％、5.46％、5.42％和5.04％。
关键词：德国小蠊；聚集信息素；组分；含量；测定
Ledoux(1945)最先发现德国小蠊(Blattella germanica)具有聚集习性是由于个体间能分泌一种能被同种个体识别的化学物质，称为聚集信息素(Aggregation pheromone)。德国小蠊的若虫能被同种个体的排泄物所吸引，而且各发育阶段的若虫均能产生这种引诱物质。对德国小蠊聚集信息索的组分及分泌部位久有争议。Ishii和Kuwahara(1967，1968)认为德国小蠊的聚集信息素大多由直肠垫细胞产生，当粪便经过直肠垫时就吸附在粪便中，随粪便排出体外而释放。而且还能转运到体表及身体各个部分。Ritter和Persoons(1975)发现德国小蠊聚集信息素的化学成分比较复杂，可能是多种物质按一定比例混合后共同发生作用，其中游离脂肪酸的含量较高。甲酚、安息香酸和乳酸(MacFarlane and Alli，1986)等都曾被认为是聚集信息素的主要成分。Sakuma和Fukami(1990，1993)的研究表明德国小蠊的聚集信息素包括引诱剂和滞留剂两部分，引诱剂是一种混合气体，由烷胺和具有高度挥发性的1-二甲氨基．2-甲基．2-丙醇组成，氨、甲胺、二甲胺和三甲胺等为主要成分；而滞留剂的主要成分则是Blattellastanoside-A (C35H59ClO7)和BlatteUastanoside-B (C3HClO7)。最近Rivault等(1998)则发现德国小蠊的聚集行为是由外表皮分泌的一类碳氢化合物引起的。我们最近的生测结果也表明德国小蠊的粪便及体表提取物对同种个体均具有明显的诱集作用。
德国小蠊是我国大部分地区室内蜚蠊的优势种，分布广、密度高，是重要的卫生害虫之一。由于聚集信息素有聚集作用，可通过一定的途径与杀虫剂配合使用，将德国小蠊聚而杀之，或用于蜚蠊毒饵中以降低毒饵的驱避性，因而具有广阔的应用前景，故有必要进行进一步研究，以期为防制德国小蠊开辟一条新的途径。
1 材料和方法
1．1 德国小蠊
本室养虫室常规养殖多年的实验室种群。
1．2 仪器
气-质谱联用仪(GC-MS)：GC 型号为TraceTM200OGC (CE Intrauments公司)；MS型号为Voyager MS(Finnigan公司，Thermo Quest)；气相色谱仪：型号为Varian CP-3800 GC。
1．3 德国小蠊聚集信息素的提取
1．3．1 体表聚集信息素的提取：取30头5龄若虫，冷冻麻醉后在4ml二氯甲烷中浸泡30min，弃去虫体，在氮流下吹干，用二氯甲烷定容至100μl。
1．3．2 粪便中聚集信息素的提取：将德国小蠊若虫和成虫分缸饲养，几个月后分别收集粪便，去除杂质后各称取5g，加入50ml正己烷，置于65℃水浴锅中加热1h。取4ml黄色上清液，在氮流下吹干，用正己烷定容至100μl。
1．4 德国小 聚集信息素的组分分析通过GC-MS检测德国小蠊聚集信息素提取物的主要组分。
工作条件：GC色谱柱：DB-1(30m ×0.25mm×0．25μm)；MS：EI源，70ev；质量范围：29～ 560amu； 接口温度：250℃ 。源温：200℃。灯丝发射电流150t~A。程序升温条件：50℃～20℃／min升温到200℃～6℃／min升温到290℃，保留8min。进样量：0.3μl。定性分析方法：检索谱库NIST98与保留时间结合定性。
1．5 德国小蠊聚集信息素各组分含量分析
通过气相色谱仪对提取物定量。
工作条件： 色谱柱类型：CP．Sil 5 CB L(30m×0.25mm×0.25μm)；检测器温度：300℃；
进样口温度：250℃。各气流速：载气为氮气，2ml／min；氢气30ml／min；空气30Oml／min。程序升温条件：50℃～20℃／min升温到200℃～6℃／min升温到290℃，保留8min。分流进样，分流比20：1，进样量：0.4μl。定量分析方法：根据峰面积采用面积归一化法计算各组分的相对百分含量。
2 结果
2．1 体表和粪便提取物的GC-MS检测结果
德国小蠊30头5龄若虫的体表二氯甲烷提取物经GC-MS分析，所有组分均为表皮分泌的碳氢化合物，这些组分与以前报道的德国小蠊体表碳氢化合物相同(Augustynowicz et al．， 1987；Carlson and Brenner， 1988；Jurenka et al． ， 1989；Rivauh et a1．，1998)， 主要包括直链碳烷、甲基支链和二甲基支链的27～31碳烷，甲基位于奇数位的碳原子上。德国小蠊雌成虫和若虫粪便的正己烷提取物的GC-MS图谱完全相同。与粪便提取物的组分相比，体表提取物的组分中有6种组分：棕榈酸、亚油酸、油酸、十八碳酸、二十烷醇和二十二烷醇几乎完全消失，其余25个组分的图谱则完全相同，表明德国小蠊的聚集信息素是由多种烷烃按一定的比例组成的混合物。
2．2 德国小蠊聚集信息素各组分的GC含量分析
德国小蠊聚集信息素的主要成分为长链直链和支链烷烃，它们大多是在奇数位上甲基化的一甲基或二甲基的27～31碳烷。在体表二氯甲烷提取物中含量最高的组分是3，7-/3，9-和3，11-二甲基二十九碳烷，占提取物总量的22.2％。其次是9-／11-／13-／15-甲基二十九碳烷、3-甲基29碳烷、5-甲基二十九碳烷、正二十九碳烷、11，15-／13，17-二甲基二十九碳烷和5，9．／5，11-二甲基二十九碳烷，含量依次是13.55％、10.46％、7.93％、6.48％、6.14％和5.52％。而粪便提取物中也是3，7-／3，9-／3，11-二甲基二十九碳烷的含量最高， 占总量的12.86％ 。其次是9-／11-／13-／15-甲基二十九碳烷、油酸、3-甲基二十九碳烷、正二十九碳烷、11-／13-／15-甲基三十一碳烷和11，15-／13，17-二甲基二十九碳烷，含量依次是7.57％、7.20％、5.84％、5.46％、5.42％ 和5.04％。其余组分的含量均不超过5.0％。
3 讨论
通过GC和GC-MS对提取物的化学组分分析结果表明，德国小蠊的体表提取物仅仅是体表分泌的一类碳氢化合物，这与前人对德国小蠊体表提取物的研究结果是一致的。从其他种类蜚蠊的聚集信息素中也曾分离到烷烃的成分，比如具颅折翅壕(B／aberus craniifer) 的引诱剂由十一碳烷、十四碳烷和乙基己酸盐组成(Brossut et a1．，
1974)，而狄氏真折翅蠊(Eublaberus distartti)的引诱剂主要是十一烷、4-庚酮、2，6-二甲基．4-庚酮和辛醇(Brossut，1979)。Rivauh等(1998)的研究也认为德国小蠊的聚集行为是由外表皮分泌的一类碳氢化合物引起的，这些碳氢化合物与本研究中分离到的组分完全相同。但本研究首次证实德国小蠊来源于粪便和体表的引诱活性物质，其主要成分完全相同，是由多种烷烃按一定的比例混合而成。我们以前对德国小蠊若虫的行为测试结果表明粪便对个体的引诱力大于体表提取物(结果另文报道)，在本研究中，粪便提取物的组分中比体表提取物多了棕榈酸、亚油酸、油酸、十八碳酸、二十烷醇和二十二烷醇6种组分，这可能正是粪便提取物引诱力较强的原因。
本研究中对粪便提取物的研究结果与前人的研究结果完全不同。Sakutma(1990，1993)等从德国小蠊粪便污染过的滤纸上分离发现德国小蠊的聚集信息素由引诱剂(Attractant)和滞留剂。
(Arreatant)两部分组成，引诱剂主要由嗅觉感受器感知，能够把同种的个体吸引到某一特定区域；而滞留剂主要靠触角感受器感知，能使已经聚集在一起的个体滞留在这一特定区域而不离开。用正丁醇-水萃取法将溶解在水中的引诱剂分离出来，鉴定为烷胺和1-二甲氨基．2-甲基．2-丙醇。溶解在正丁醇中的滞留剂则为Blattellastanoside-A(C35H59C107)和Blattellastanoside．B(C35H61C107)两种主要活性组分，两者均含有类固醇骨架和氯原子，这在昆虫信息素中是很少见的。而在本实验中并没有分离到这些组分，可能是由于提取方法不同造成的。
在鉴定的德国小蠊表皮所有碳氢化合物中，含甲基支链的组分有22种，其中3，7-／3，9-和3，11-二甲基二十九碳烷的含量最高，占总量的22.2％ 。Nishida和Fukami(1983)从德国小蠊雌成虫的正己烷提取物中分离到的性信息素包含3种重要组分：3，11-二甲基．2-二十九酮、29-羟基．3，11-二甲基．2-二十九酮、29-氧-3，11-二甲基．2-二十九酮。它们都含有3，11-二甲基二十九碳烷骨架，由3，11-二甲基二十九碳烷的第二位碳原子经羰基化和氧化而来(Chase et a1．，1990；1992)，因而3，11-二甲基二十九碳烷可能是德国小蠊性信息素的前体物。Schal等(1990)发现了德国小蠊性信息素的第四个组分3，11-二甲基．2-二十七酮，则是来自3，11-二甲基二十七碳烷的羟基化和氧化。这些结果表明德国小蠊表皮组织中的甲基支链族脂肪酸可能是聚集信息素和性信息素共同的前体物，我们下一步拟就聚集信息素生物合成的影响因子进行研究。