Dynamic analysis of venomous alkaloids in workers of the red imported fire ant, Solenopsis invicta (Hymenoptera: Formicidae) maintained in the laboratory

2015·2.2 MB·

by  Xian-Fu, Liu

昆虫学报!"#$%&#’(’)’*+"$,+&+"$!!"#$"%&’()*!*+")#$’’,’@ ./0$)(1)23+(45167891’()*1()1((3
室内饲养的红火蚁工蚁毒腺生物碱含量动态分析
刘先福)!’!陈\立’!李俊凯)!!
")K长江大学农学院!湖北荆州-3-(’*%’K中国科学院动物研究所!农业虫害鼠害综合治理研究国家重点实验室!北京)(()()#
摘要" &目的’分析红火蚁 ,’)0&’:2+2+&F+"#$ 工蚁在室内长时间饲养时!体内生物碱主要成分的含量变化( &方法’
每)( .取(K* H红火蚁工蚁用正己烷溶剂浸提-+ G!浸提液通过硅胶柱分离!经气相色谱"V:#和气相色谱>质谱联
用仪"V:>T=#鉴定其生物碱的主要成分!并用外标法测其生物碱各个主要成分的含量( &结果’红火蚁工蚁体内生
物碱主要成分为B种顺式生物碱和*种反式生物碱!并测出B( .内这)-种化合物在红火蚁工蚁体内的含量变化(
其中!反式生物碱’>甲基>2>"-l>十三烯#哌啶的含量最高!第)天为3 3B)K*@ #H4H!B( .后为**2K@( #H4H%顺式生
物碱’>甲基>2>十五烷基哌啶的含量最低!第)天为)(K’@ #H4H!B( .后为’KB3 #H4H( &结论’红火蚁工蚁在室内长
时间饲养时!体内生物碱的含量开始时持续下降!当生物碱含量下降到一个极低的水平后!基本不再变化!处于平
衡状态( 结合室内饲养时红火蚁工蚁死亡情况!可推测出当红火蚁蚁巢中生物碱含量很低时!蚁巢中体型较大的
工蚁数量会比较少(
关键词" 红火蚁% 生物碱% 哌啶% 动态分析% 气相色谱>质谱分析
中图分类号" [B2+\\文献标识码" ;\\文章编号"(-*->2’B2"’()*#()>((’’>(2
"7’02(!0’0%7.(.&/Y*’&2&3.0%Z0%&(1.(’8&-Z*-.&/56*-*1(2,&-5*1
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56*%0:&-05&-7
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3 3B)K*@ #H4H/# NGI)LN."&! "#. NGI# .I7%I"LI. N/**2K@( #H4H/# NGIB(NG ."&KQGI7/#NI#N/b"+2>’>
DING&E>2>MI#N".I7&EM0MI%0.0#Ic"LNGIE/cILN! cG07G c"L)(K’@ #H4H/# NGI)LN."&! "#. ’KB3 #H4H/#
NGIB(NG ."&K&:/#7E$L0/#’ ^GI# NGIb0%I"#Nc/%6I%L"%ID"0#N"0#I. 0# NGIE"9/%"N/%&! NGI7/#NI#NL/b
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7/#NI#N0# NGIb0%I"#N#ILN0LW$0NIE/c! NGI#$D9I%/bNGIE"%HIL0FIc/%6I%L0# NGI#ILNc0EE9IOI%&bIcK
;*7 8&-1.$ ,’)0&’:2+2+&F+"#$% "E6"E/0.L% M0MI%0.0#I% .&#"D07"#"E&L0L% V:>T= "#"E&L0L
\\红火蚁,’)0&’:2+2+&F+"#$ ?$%I#体内毒液的主要 啶生物碱有两个手性中心!存在立体异构现象( 其
成分是’>甲基>2 烷基哌啶类生物碱混合物!这些哌 中顺式生物碱构型为"’N!2,#!反式构型为"’N!
基金项目$国家自然科学基金项目"3(B@(-(’#
作者简介$刘先福!男!)B+B年生!湖北红安县人!硕士研究生!研究方向为化学生态学!C>D"0E$22-B-B(@BJWWK7/D
!通讯作者:/%%ILM/#.0#H"$NG/%!C>D"0E$5$#6"0E0JL0#"K7/D
收稿日期<I7I0OI.$’()->)(>))%接受日期;77IMNI.$’()->()>(’
)期 刘先福等$ 室内饲养的红火蚁工蚁毒腺生物碱含量动态分析 \\\’3
2N#"UI7EI%7W 0#$)K! )BB-#( 近些年来顺式和反式 ]P>*T=毛细管柱"3( Dk(K’* DDk(K’* #Db0ED
的’>甲基>2>烷基哌啶类混合物和一些哌啶环上含 NG076#ILL! ;H0EI#NQI7G#/E/H0IL#!进样量’ #U!无分
双键的%)!2>和%)!’>’>甲基>2>烷基哌啶类混合物从 流进样( 进样口温度 ’@(e!柱温箱温度为程序升
红火蚁工蚁和有翅蚁后的毒液生物碱中被鉴定出来 温!起始温度为 B(e!以 )*e4D0# 的速率升至
":GI# "#. X"."D0%/! ’((B"! ’((B9% :GI# !0#$)K! ’@(e!然后保持)2 D0#( 检测器为火焰离子化检测
’((B! ’()(% :GI# U0#$)K!’()(!’()’#( 前人的研 器"XaR#( 根据出峰时间和峰形得到3 个不同的流
究主要集中在鉴定红火蚁体内生物碱化学结构!很 分( 通过V:>T=分析!对比已发表的文献和质谱库
少有人定量分析红火蚁体内生物碱成分的含量( 余 离子碎片!可以知道第) 个流分是表皮碳氢化合物!
玉婷等"’()-#用 V:>XaR技术定量分析了红火蚁) 第’ 个流分是顺式生物碱!第3 个流分是反式生物
黑火蚁和杂合体3 种红火蚁体内顺式)反式和哌啶 碱( V:>T=的为色谱柱为 ]P>*T=!柱温箱程序升
环上含双键的生物碱的含量( 然而在室内长时间饲 温为起始温度 B(e!保持 ) D0#!然后以 )(e4D0#
养红火蚁时!随着时间的延长!红火蚁会出现大量的 的速率升至 )2(e!再由 )2(e以 3e4D0# 升至
死亡!这种现象与其体内生物碱含量多少是否有关 ’*(e!最后再保持’ D0#( 进样口温度’*(e!进样
有待证明( 本实验将从野外采回来的红火蚁在室内 量) #U!无分流进样( 电离方式为 Ca!电离能量为
长时间饲养!并定时提取红火蚁工蚁生物碱来分析 @( Ij!离子源温度为’3(e!质量扫描范围*( n*((
其主要成分含量的变化!为进一步研究解释红火蚁 "D$( 载气为氦气!流速为) DU4D0#( 因为红火蚁
在室内长时间饲养时会大量死亡这一现象提供 生物碱成分以反式生物碱为主!因此将分离鉴定好
参考( 的生物碱用氮气浓缩!顺式生物碱浓缩至’ DU!反
式生物碱浓缩至- DU!置于-e冰箱备用(
<=材料与方法 <>@=红火蚁生物碱的定量分析
<K@K< \ 标 准 曲 线 的 建 立$ 选 择 正 十 九 烷
<><=材料 "#/#".I7"DI#为标准化合物!以 )( #H4#U的标准
供试虫源$实验所用3 巢红火蚁种群均于’()’ 样品为母液!用色谱级正己烷把十九烷标准样品按
年* 月)3 日采自广东省增城市华南农业大学科研 等比法稀释成一系列浓度!从(K3B n-(( #H4#U共
教学基地( 在基地中找到3 个大小相近发育完善的 )) 个浓度( 所有浓度的样品都用 V:>T= 分析!进
蚁巢!取出长k宽k高为(K* Dk(K* Dk(K* D的 样量为) #U( 根据样品浓度与峰面积呈正相关!做
蚁巢土壤装在适量 XE$/# "a:a! ^0ED0#HN/#! RC#的 出标准曲线(
储存盒") Dk(K* Dk(K3 D#中!在室内搁置’ . <K@K?\生物碱的定量分析$ 对照已发表文献!根据
后!用-滴水法.将蚁群从土壤中逼出转移至较小的 V:>T=定性分析结果确定顺式生物碱和反式生物
储存盒"(K* Dk(K3 Dk(K’ D#中( 然后加少量蚁 碱的主要成分及其化学结构( V:>T= 定量分析时
巢中土壤于较小的储存盒中!令其建造人工蚁巢( 进样量是) #U!根据化合物的峰面积和标准曲线计
以-水试管.提供清水和)(f蜂蜜水!每天每巢投放 算生物碱的浓度(
3 n* 头黄粉虫 D0&0=.+’(’)+#’."吕利华等!’((2#( 每)( .取同一巢(K* H红火蚁提取生物碱来分
在室内饲养时!只要保持室内温度在 ’3e以上即 析红火蚁顺式和反式生物碱的含量( 实验从 ’()’
可!光照和湿度都没有特意控制( 年* 月)@ 日,+ 月)* 日!总共取了)( 次样品来分
主要仪器$ 美国 ;HIEI#NQI7G#/E/H0IL公 司 析( 实验时挑选3 巢同一时间同一地点采集的红火
@+B(;气相色谱仪"V:#和@+B(;>*B@*:气相色谱 蚁为研究对象!作为 3 次重复!每重复取样量为
质谱联用仪"V:>T=#( (K* H(
<>?=红火蚁生物碱的分离!鉴定及样品的制备 <>B=数据分析
红火蚁生物碱样品的制备)分离与鉴定采用如 标准样品的浓度与峰面积通过线性回归分析建
下方法":GI# "#. X"."D0%/! ’((B"! ’((B9% 官迪 立标准曲线( 利用所得标准曲线计算红火蚁样品中
等! ’()3#$每次取(K* H红火蚁工蚁!用’ DU色谱 的生物碱浓度( 采用 C87IE’()( 软件进行数据分
纯级正己烷浸提-+ G!浸提液用正己烷和丙酮组成 析( 不同时间段提取的红火蚁生物碱含量差异采用
的流动相过硅胶柱!经过 V:>XaR分析!色谱柱为 Q$6I&]=R多重比较检测差异显著性"4q(K(*#!
\\\’- 昆虫学报!"#$ %&#’(’)’*+"$ ,+&+"$ *+卷
采用统计软件 =P== 进行分析"=P== )@K(! =P== 品流出时间的先后顺序得到保留时间和峰形不同的
a#7K! _=;#( 3 个流分!即表皮碳氢化合物)顺式生物碱和反式生
物碱( 从顺式生物碱 V:图谱和反式生物碱 V:图
?=结果与分析 谱"图)#可以看出!顺式生物碱的主要成分有B 种
化合物!其中哌啶环上不含双键的有* 种!哌啶环上
?><=红火蚁工蚁生物碱的提取!鉴定 含双键的有- 种%反式生物碱的主要成分有* 种化
(K* H红火蚁工蚁浸提液过硅胶柱最终根据样 合物( 这)- 种化合物的名称及结构式见表)(
表<=红火蚁毒腺生物碱成分的化学结构
90:%*<=L6*2(!0%(1*’5(57 &/0%Z0%&(1./-&256*-*1(2,&-5*1/(-*0’5% /)&($)3-’-’$2’*,#
样品峰编号 化合物名称 结构 构型
="DMEIMI"6#/K :/DM/$#.#"DI =N%$7N$%I :/#b0H$%"N0/#
顺式生物碱"+2;E6"E/0.L
’>甲基>2>十一烷基哌啶
) ’N!2,
’>TING&E>2>$#.I7&EM0MI%0.0#I
’>甲基>2>"-l>十三烯#哌啶
’ ’N!2,
’>TING&E>2>"-l>N%0.I7I#&E#M0MI%0.0#I
’>甲基>2>十三烷基哌啶
- ’N!2,
’>TING&E>2>N%0.I7&EM0MI%0.0#I
’>甲基>2>"2l>十五烯#哌啶
2 ’N!2,
’>TING&E>2>"2l>MI#N".I7I#&E#M0MI%0.0#I
’>甲基>2>十五烷基哌啶
+ ’N!2,
’>TING&E>2>MI#N".I7&EM0MI%0.0#I
四氢吡啶生物碱P0MI%0.I0#I"E6"E/0.L
’>甲基>2>"-l>十三烯#>%)!2>哌啶
3 ’N
’>TING&E>2>"-l>N%0.I7I#&E#>%)!2>M0MI%0.0#I
’>甲基>2>十三烷基>%)!2>哌啶
* ’N
’>TING&E>2>N%0.I7&E>%)!2>M0MI%0.0#I
’>甲基>2>"2l>十五烯#>%)!2>哌啶
@ ’N
’>TING&E>2>"2l>MI#N".I7I#&E#>%)!2>M0MI%0.0#I
’>甲基>2>十五烷基>%)!2>哌啶
B ’N
’>TING&E>2>MI#N".I7&E>%)!2>M0MI%0.0#I
反式生物碱#.$&2;E6"E/0.L
’>甲基>2>十一烷基哌啶
)l ’N!2N
’>TING&E>2>$#.I7&EM0MI%0.0#I
’>甲基>2>"-l>十三烯#哌啶
’l ’N!2N
’>TING&E>2>"-l>N%0.I7I#&E#M0MI%0.0#I
’>甲基>2>十三烷基哌啶
-l ’N!2N
’>TING&E>2>N%0.I7&EM0MI%0.0#I
’>甲基>2>"2l>十五烯#哌啶
2l ’N!2N
’>TING&E>2>"2l>MI#N".I7I#&E#M0MI%0.0#I
’>甲基>2>十五烷基哌啶
+l ’N!2N
’>TING&E>2>MI#N".I7&EM0MI%0.0#I
)期 刘先福等$ 室内饲养的红火蚁工蚁毒腺生物碱含量动态分析 \\\’*
图)\红火蚁工蚁顺式和反式生物碱流分总离子色谱图
X0HK)\Q/N"E0/# 7G%/D"N/H%"DL/bNGI"+2"#. #.$&2"E6"E/0.
b%"7N0/#L/bNGI9/.&I8N%"7Nb%/Dc/%6I%L/bNGI%I.
0DM/%NI. b0%I"#N! ,’)0&’:2+2+&F+"#$
样品峰编号及其对应的化合物同表)( QGIL"DMEIMI"6 #$D9I%L"#.
NGI0%7/%%ILM/#.0#H7/DM/$#.LL"DI"LE0LNI.0#Q"9EI)K
?>?=红火蚁生物碱的定量分析
V:>T=分析的峰面积与浓度呈正相关!十九烷
的标准曲线是Br)+- -’)Sh-( +)@ "N’ r(KBB+@!
4r(8(((#!说明(K3B n-(( #H4#U的浓度范围内
线性关系非常好(
根据V:>T=分析结果可知每)( . (K* H红火
蚁工蚁体内顺式生物碱各化合物的峰面积!再由标
准曲线可计算出样品中顺式生物碱各组分的含量(
因此每)( .红火蚁工蚁体内顺式生物碱的含量如
图’(
图’";! ?和 :#为哌啶环上不含双键化合物
的顺式生物碱含量动态变化图( 可知在* 月)@ 日
时!红火蚁体内化合物含量相对较高!在室内饲养
)( 天后化合物含量急剧下降!下降到一个比较低的
水平后趋于平缓( 图’"R和 C#为哌啶环上含双键
化合物的顺式生物碱含量动态变化图( 可知哌啶环
上含双键化合物的变化趋势与哌啶环上不含双键化
合物的相同!这- 种化合物田间新采集的红火蚁体
内含量比较高!在室内饲养的B( . 里!含量逐渐下
降!最后趋于平缓状态(
将反式生物碱样品进V:>T=分析!再由标准曲
线计算出* 种反式生物碱化合物的含量( * 种反式
生物碱含量变化如图3(
图’\红火蚁工蚁浸提液中顺式生物碱含量的动态变化
由图3 可知!刚从田间采集回来时!红火蚁工蚁
X0HK’\R&#"D077G"#HIL/bNGI"+2"E6"E/0. 7/#NI#N/bNGI9/.&
体内的反式生物碱化合物的含量都非常大!在室内
I8N%"7Nb%/Dc/%6I%L/b,’)0&’:2+2+&F+"#$
饲养B( .后!* 种化合物含量都出现急剧下降!并逐 同一化合物上不同字母表示该化合物在不同日期里含量差异达到
显著水平"4q(K(*!Q$6I&]=R检验#( R0bbI%I#NEINNI%Lb/%NGIL"DI
渐趋于平缓状态( 比如化合物’>甲基>2>十一烷基
7/DM/$#.0#.07"NIL0H#0b07"#N.0bbI%I#7I"D/#H.0bbI%I#N."&L"4q(K(*!
哌啶的含量由’*3K)2 #H4H下降到33K3B #H4H( Q$6I&/L]=RNILN#K
\\\’2 昆虫学报!"#$ %&#’(’)’*+"$ ,+&+"$ *+卷
的工蚁因为环境的不适应开始死亡!所以蚁巢中生
物碱的含量出现明显下降( 当蚁巢中大部分个体大
的工蚁死亡后!剩下的都是个体比较小的工蚁!故蚁
巢中生物碱含量下降到一定水平后趋于平缓状态(
工蚁体内生物碱的含量还与工蚁的龄期有关!中龄
工蚁体内生物碱含量最高!老龄工蚁和低龄工蚁体
内生物碱含量较低( 老龄工蚁体内的生物碱含量比
中龄工蚁体内含量低"RILE0MMI"#. V$/! ’(((#!主
要是因为工蚁只在低龄期合成生物碱!随着日龄的
增加!老龄工蚁会利用相对更多的生物碱!如工蚁需
要利用生物碱来抵抗细菌的侵染"Z90# "#. j"#.I%
TII%! )B+*#!捕获食物";EEI# 0#$)K! ’((-% j0#L/#!
’()3#等( 老龄工蚁因为利用大量生物碱而不合成
生物碱!所以体内只剩下少量生物碱!这就造成了红
火蚁工蚁体内一生中生物碱的含量中间高两头低的
分布"]"0HGN"#. QL7G0#6IE! ’((3% ]"0HGN! ’((+#(
据此推测!当红火蚁蚁巢中生物碱含量很低时!蚁巢
中体型较大的工蚁数量会比较少(
本实验通过在室内长时间饲养!定量分析了红
火蚁生物碱主要成分含量的动态变化!揭示了工蚁
在室内长时间饲养时!体内生物碱含量变化的一些
规律!为以后进一步定性和定量分析红火蚁工蚁怎
样合理利用体内毒液中的生物碱提供参考(
参考文献 #A*/*-*’!*.$
图3\红火蚁工蚁浸提液中反式生物碱含量动态变化
X0HK3\R&#"D077G"#HIL/bNGI#.$&2"E6"E/0. 7/DM/#I#NL
;EEI#:<!CMMI%L/#RT!V"%DILN"#0;=!’((-K<I. 0DM/%NI. b0%I"#N
/bNGI9/.&I8N%"7Nb%/Dc/%6I%L/b,’)0&’:2+2+&F+"#$
0DM"7NL/# c0E.E0bI$ ".I7".I/b%ILI"%7GK!(8<+1)8G$#K! )*’
同一化合物上不同字母表示该化合物在不同日期里含量差异达到
")#$++,)(3K
显著水平"4q(K(*!Q$6I&]=R检验#( R0bbI%I#NEINNI%Lb/%NGIL"DI
:GI# !! :"#N%IEE:U! =G"#H]^! </5"LTV! ’((BKP0MI%0.I0#I
7/DM/$#.0#.07"NIL0H#0b07"#N.0bbI%I#7I"D/#H.0bbI%I#N."&L"4q(K(*!
"E6"E/0.Lb%/D NGIM/0L/# HE"#. /bNGI%I. 0DM/%NI. b0%I"#N
Q$6I&/L]=RNILN#K
"]&DI#/MNI%"$ X/%D070."I#KL8!*.+"8-’’1 3;0(K! *@"+#$
3)’+,3)33K
@=讨论 :GI# !! =G"#H]! !0# i! ’()(Ka#NI%LMI70b07O"%0"N0/# /b%)!2>
M0MI%0.I0#IL0#0DM/%NI.b0%I"#NLKD’H+"’&!**"2#$))+),))+@K
红火蚁工蚁在室内饲养B( .!每)( . 取(K* H :GI# U! X"."D0%/]‘! ’((BK<I>0#OILN0H"N0/# /bOI#/D7GID0LN%&/b
,’)0&’:2+2b0%I"#NLKaKa.I#N0b07"N0/# /b#/OIE"E6"E/0.L0# ,8
工蚁定量分析生物碱的含量!发现红火蚁工蚁刚从
.+";#0.+KD’H+"’&!*3"*#$-2B,-@+K
野外采集回来时顺式和反式生物碱的含量相对来说
:GI# U! X"."D0%/]‘! ’((BK<I>0#OILN0H"N0/# /bOI#/D7GID0LN%&/b
都比较高!随着在室内饲养时间的延长!生物碱的含
,’)0&’:2+2b0%I"#NLKaaKa.I#N0b07"N0/# /b#/OIE"E6"E/0.L0# ,8
量急剧下降!到最后下降到一个比较低的水平才处 +&F+"#$8D’H+"’&!*3"*#$-@B,-+2K
于平衡状态( 红火蚁在室内饲养时!随着时间的延 :GI#U!]$[?!X"."D0%/]‘!’()(K<I.$7N0/#/bOI#/D"E6"E/0.L0#
长会出现大量死亡!尤其是体型比较大的工蚁死亡 ,’)0&’:2+2.+";#0.+k,’)0&’:2+2+&F+"#$G&9%0.$"#"NNIDMNN/0.I#N0b&
#Ic"E6"E/0."E7/DM/#I#NLKL8!*.+"8-’’1 3;0(K! *+"’’#$
率更高!这也许是导致红火蚁蚁巢中生物碱含量大
))*3-,))*-’K
量减少的原因( 因为红火蚁体内毒液中生物碱的含
:GI#U! U$ ‘‘! ]$ [?! X"."D0%/]‘! ’()’K=0D0E"%0N&0# OI#/D
量与工蚁个体大小呈正相关"j"#.I%TII%! )B++%
"E6"E/0.7GID0LN%&/b"E"NIW$II#L/b0DM/%NI. b0%I"#NL$ 0DME07"N0/#
RILE0MMI"#. V$/! ’(((#!随着时间的延长!个体大 b/%G&9%0.0F"N0/# 9INcII# ,’)0&’:2+2.+";#0.+"#. ,8+&F+"#$ 0# NGI
)期 刘先福等$ 室内饲养的红火蚁工蚁毒腺生物碱含量动态分析 \\\’@
L/$NGI%#_#0NI.=N"NILK3;0(K@+’1+F0.2K!B"-#$@(’,@)3K b/%b0IE. 7/EEI7N0#H"#. E"9/%"N/%&%I"%0#H/b%I. 0DM/%NI. b0%I"#NL!
RILE0MMI<!!V$/‘!!’(((KjI#/D"E6"E/0.L/bb0%I"#NL0# %IE"N0/# N/ ,’)0&’:2+2+&F+"#$K3;+&020@6))0#+& ’>%&#’(’)’*E!-3"’#$’2*,
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