第二章信息化学物质.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第二章 信息化学物质,信息化合物网,化学通讯的特点,信息化学物质的分类和概念,信息化学物质的来源,气味扩散规律,1 信息化合物网,生态系统中，生物之间通过食物联系，形成了复杂的,食物网,（food chain web），而生物之间通过化学信息形成的关系，则更加复杂和广泛，因为信息化学物质所形成的信息化学网（infochemical web），将所有群落的各级营养水平联系起来，甚至将没有营养关系的生物结合起来。,注：图中直线表示食物网；曲线表示信息化合物网，条形曲线表示虫害诱导的植物挥发物传递信息，点形曲线表示由其它信息化合物传递信息。,图1 联系群落中各个层次的信息化合物网(仿Vet，1999),2 化学通讯的特点,化学通讯物质可以在黑暗中传播，不受白天黑夜的限制。,化学信号在物体上不被反射，能保持一定的隐蔽性。,不挥发性化学物质可用来较长时间地标记食物资源、路径、领地和巢穴范围。,挥发性（或挥发性不强的）化学物质可以通过风力（可溶性物质可通过水流）传播，信号的传递不需要发送者的能量。,就是特异性。化学信息可以通过组分、配比、浓度的组合，形成复杂的信号密码，因此，加上接受者高度灵敏性和高度选择性的感觉器官，极微量的化学物质就可以达到信息交流的目的（Howse et al1998）。,3 信息化学物质的分类和概念,信息化学物质（,semiochemical或infochemical,），一般分为用于种内个体间通讯的信息素和用于种间通讯的他感化学物质或异种他感物。信息化学物质的分类如图2.2所示。,信息素（pheromone）,Karlson和 Lscher（1959）给出的信息素的定义为：信息素是生物个体分泌到外界，被同种的另一个体接受后，能引起特定行为或发育反应的微量化学物质。,由于多数情况下次生物质是由植物产生的，而植物的次生物质又主要起种间作用，因此，现在人们将“次生物质”的概念主要用于植物的次生物质（参见第6章）。,他感化合物可以定义为：他感化合物是一种生物所产生的对另一种生物的生长、健康、行为或种群生物学有影响的非营养的化学物质。,种间（,interspecific,）,作用的信息化学物质的分类,有利于,释放者 接受者,利已素,+-,互利素,+,同抗素,-,利他素,-+,图3 信息化学物质根据生物受益与否的分类,利己素（,allomone,）,对释放者有利，对接受者不利。大多数植物的次生物质的原始功能就是阻止植食者的取食，一般有毒。,利他素（,kairomone,）,对释放者不利，对接受者有利。例如，植物产生的可以吸引和刺激植食者取食和产卵的物质。,互利素（,synomone,）,对释放者和接受者都有利。例如，植物吸引昆虫来授粉的挥发性化学物质，植物得到了传粉，昆虫得到了营养。,同抗素（,antimone,）,一种生物（释放者）产生或获得的化学物质，当另一种生物（接受者）的个体接触到后，产生对释放或接受者都不利的行为或生理反应。这在寄主一病原菌的关系中最为普遍，微生物产生的成分使寄主受害，对微生物本身也不利。,值得注意的是，这些名词或概念的定义有时是为了方便或遵从约定俗成的原则，从严格的意义上来说并不都是合适的。,例如，信息素一般是多成分的化合物，所引起的行为反应也是多方面的。,比如，,蚁类的“告警信息素”（alarm pheromone）,（如蚁酸 formicacid）不仅具有聚集巢伴（nest mate）的功能（聚集信息素），而且对其他无脊椎动物有毒性（利己素allomone）。,4 信息化学物质的来源,生物的信息化学物质的不同点：,在相对分子质量：相对分子质量从几十到几百、几千；,化学性质：有的挥发性强，有的没有挥发性；,功能和化学结构更是千差万别。,4.1 信息化学物质的异同点,那就是它们多是生物体内复杂分支代谢途径的最后产物，即所谓的次生代谢物质。,信息化学物质的共同点：,4.2 生物的生化反应过程,基础代谢（,primary metabolism,）,：,生物的基础代谢，进行核酸、蛋白质及其前体等化学物质的合成和分解，与生长、发育、繁殖等生命活动密切相关。,次生代谢（,secondary metabolism,）,：次生代谢则不参与维持生命活动的生化过程。植物在基础代谢的基础上，进化出了次生物质的代谢途径，形成了形形色色的次生代谢产物。实际上只通过,3,条生物代谢途径，即,乙酸辅酶,A,（,acetyl,CoA,）途径、氨基酸途径和莽草酸类（,shikimates,）途径，,形成一个或少数几个主要中间产物，通过简单的酶解，就形成了无数的次生产物。,4.3 动物信息化学物质的生物合成途径,人们对动物信息化学物质的生物合成途径多数都没有搞清楚，只了解了一些昆虫信息素的生物合成途径（如图2.5）。,雌蛾释放的信息素多是属于脂肪类的直链化合物，功能团为醇、乙酸酯和醛，并且有几何和光学异构体，而雄蛾和其他目昆虫的信息素结构就比较复杂，有分支、环状等。,所有信息素都是相对分子质量不大、挥发性很强的化学物质，这样它们才能很容易释放和传播，而他感化学物质既包括挥发性物质，也包括许多非挥发性的成分。,5 气味扩散规律,信息化学物质可以通过接触化学感受或通过传播介质扩散。介质可以是空气、土壤或水流。这里主要介绍气味在空气中的扩散情况，化学物质在土壤和水流中的扩散规律将分别在第 10章和第 13章中介绍。,5.1 气味在静息空气中的扩散,在完全静息的空气中，气味以分子弥散（diffusion）的形式传播。气味在一定方向上通过一个平面的速率，是,化合物的性质,、,弥散系数,和,气味浓度梯度,的函数，而弥散系数与,空气的温度、化合物的相对分子质量和分子间力有关,。信息素的弥散系数为0.030.07 cm,2,s。,5.2 气味在风中的传播,在自然情况下，气味分子会随风扩散。气味从气味源出发，沿气味“走廊”（corridor）顺风扩散，气味浓度不断降低，形成一个气味浓度梯度。对逆风寻找气味源的动物来说，高于一定阈值的浓度范围，就是,活性空间,（active space）。活性空间的边缘是可以估算出来的。,风速对气味活性空间的影响,气味活性空间的大小和最大通讯距离随风速而递减。在风速高时，灰翅夜蛾（,Spodoptera litura,）的活性空间（以雄蛾振翅反应为标准）减小，即使在风速最低时也是如此。,风速也可能通过影响气味的释放速率而影响活性空间，有的实验表明，棉芯释放的信息素的速率随着风速的增加而增加，然而，也有人认为，气味的释放速率决定于气味分子到达释放基质表面的速度，因而释放速率不会受风速的影响。扩散模型中，都用一定空间内气味的浓度来 表示活性空间。,风速还可能影响动物的信息素释放行为和对气味的反应。,在中风速条件下，鳞翅目昆虫的求偶行为表现最佳，高风速影响雄性昆虫的飞行行为。由于一天内风速变化不定，因而可能会影响到一天内不同时段的诱捕量。,5.3 空气温度对气味扩散的影响,首先，空气温度的垂直梯度决定了大气的稳定性，因而决定了气味的扩散；,第二，空气温度影响气味的释放速率；,第三，许多昆虫的求偶或信息素释放行为和雄性昆虫的反应阈值受温度的影响（Card，Baker 1984），活性空间的大小是空气温度的函数（Baker，Roelofs 1981）。,本 章 摘 要,生物利用化学通讯方式有许多优越之处。,信息化学物质主要分为用于种内个体间通讯的信息素和用于种间通讯的他感化学物质。,信息化学物质可以通过空气或水流传播，在空气中的气体活性空间的大小主要受风速和温度的影响。,