Crematogaster rogenhoferi 工蚁与后蚁杜氏腺化学组成的种姓特异性差异及其防御功能研究

《The Journal of Basic and Applied Zoology》：Chemical analysis of Dufour’s gland of workers and gynes of Crematogaster rogenhoferi Mayr (Hymenoptera: Formicidae)

本研究针对Crematogaster rogenhoferi蚂蚁不同种姓（工蚁与后蚁）杜氏腺化学组成差异这一科学问题，通过GC-MS技术首次系统分析了二者的腺体分泌物。研究发现工蚁杜氏腺以(Z)-3-(Heptadec-10-en-1-yl)phenol为代表的长链酚类衍生物为主（含量达83.421μg），而后蚁则富含十六烷等长链烷烃衍生物（含量20.567μg）。研究揭示了种姓间化学防御策略的分化，为社会性昆虫化学生态学提供了重要理论依据。

　　

在蚂蚁王国的化学防御体系中，杜氏腺（Dufour's gland）堪称一个精妙的生物化学工厂。这种特殊的腺体在社会性昆虫尤其是蚂蚁群体中扮演着多重角色，从警报信息传递到巢穴标记，从抵御天敌到抑制病原微生物，其分泌的化学物质构成了蚂蚁生存策略的重要一环。然而，不同种姓的蚂蚁因分工不同，其杜氏腺的化学组成是否存在适应性差异，一直是昆虫化学生态学领域备受关注的问题。

Crematogaster rogenhoferi作为中国南方地区的优势蚁种，以其独特的抬腹行为施加毒液而著称。前人研究表明，该蚁种整体提取物中含有多种活性成分，但针对其杜氏腺化学组成的种姓特异性研究尚属空白。特别是在后蚁（gyne）这一特殊种姓中，它们在新巢建立初期需要独立应对病原微生物侵袭和竞争者威胁，其杜氏腺化学组成可能蕴含着独特的适应性特征。

为解决这一科学问题，华南农业大学植物保护学院的研究团队开展了系统性研究。他们采用气相色谱-质谱联用（GC-MS）技术，结合标准品验证和NIST23质谱库比对，对工蚁和后蚁杜氏腺提取物进行了定性与定量分析。实验样本来自深圳红花山公园采集的三个蚁群，通过冰上解剖法获取100个工蚁杜氏腺或20个后蚁杜氏腺作为混合样本，经正己烷提取后进行分析。特别值得一提的是，研究人员建立了2,2'-甲基双[6-(1,1-二甲基乙基)-4-甲基-苯酚]的标准曲线，为该化合物的准确定量提供了方法学基础。

化学组成分析结果

研究结果显示，工蚁杜氏腺中鉴定出7种主要化合物，其中(Z)-3-(Heptadec-10-en-1-yl)phenol和3-((4Z,7Z)-Heptadeca-4,7-dien-1-yl)phenol占总含量的80%以上。值得注意的是，2,2'-methylenebis[6-(1,1-dimethylethyl)-4-methyl-phenol]、3-pentadecyl-phenol等4种化合物为首次在蚂蚁杜氏腺中报道。而后蚁杜氏腺则呈现出完全不同的化学图谱，检测到的15种化合物以十六烷（hexadecane）、2-己基-1-癸醇（2-hexyl-1-decanol）等长链烷烃衍生物和酯类化合物为主。

定量比较结果

定量分析揭示出显著的种姓差异：工蚁杜氏腺总含量（83.421μg）显著高于后蚁（20.567μg）。两种姓共有的化合物2,2'-methylenebis[6-(1,1-dimethylethyl)-4-methyl-phenol]在工蚁中的含量（0.233μg）也显著高于后蚁（0.128μg）。这种定量差异反映了工蚁作为主要防御者的生物学角色，其需要更大量的化学物质来应对频繁的防御任务。

讨论与意义

本研究首次揭示了C. rogenhoferi杜氏腺化学组成的种姓特异性分化现象。工蚁腺体中富含的长链酚类化合物，如(Z)-3-(pentadec-8-en-1-yl)phenol（腰果酚），已被文献报道具有抗氧化、抗乙酰胆碱酯酶和幼虫毒杀活性，这些特性恰好满足工蚁日常防御的需求。而后蚁腺体中的长链烷烃和酯类化合物，如2-己基-1-癸醇在以往研究中被证实可作为引诱天敌的挥发性物质，这可能有助于后蚁在建立新巢时调节微生态环境。

特别值得关注的是两种姓共有的2,2'-methylenebis[6-(1,1-dimethylethyl)-4-methyl-phenol]，该化合物不仅具有抗氧化和抗菌特性，还能抑制蚁巢中常见病原真菌的生长。其在两种姓中的共存表明了一种基础的集体防御策略，而含量的差异则体现了种姓功能的特化。

这项研究不仅丰富了我们对社会性昆虫化学防御机制的理解，也为昆虫种姓分化的化学生态学基础提供了新的证据。研究结果提示，蚂蚁杜氏腺的化学组成可能与其生态位和行为特化密切相关，这种化学多样性或许是蚂蚁成功适应不同环境的重要进化策略。未来研究可进一步探讨这些化合物在种内通信和种间相互作用中的具体功能，以及它们在不同生态环境下的适应性意义。