臭氧浓度升高对梨树挥发性物质释放及梨木虱嗅觉感知的影响机制研究

本研究针对气候变化背景下臭氧浓度升高对生态系统的影响，探讨了中等臭氧浓度（164±6 μg/m3）如何改变梨树（Pyrus communis）挥发性有机物（VOCs）的释放模式，并影响梨木虱（Cacopsylla pyri和C. pyrisuga）的嗅觉感知。通过气相色谱-质谱联用（GC-MS）和触角电位图（EAG）技术，发现臭氧显著降低梨树萜烯类物质（如α-蒎烯）含量，同时增加醛类（如己醛）和酮类排放，而梨木虱对特定挥发性物质的感知阈值和趋避行为发生改变。该研究首次揭示臭氧通过"干扰挥发物释放者（植物）而非接收者（昆虫）"的独特作用模式，为气候变化下农业害虫防控策略的优化提供理论依据。

　　

随着全球气候变化加剧，地面臭氧浓度持续升高已成为威胁农业生态系统的重要因素。这种强氧化性气体不仅直接影响植物生理，更会干扰植物与昆虫之间依赖化学信号的微妙交流。梨木虱（Cacopsylla spp.）作为梨树主要害虫，其危害不仅体现在直接吸食汁液，更会传播导致"梨衰退病"的植原体（'Candidatus Phytoplasma pyri'）。传统研究多关注臭氧对植物的直接影响，而Alicia Ko?mann团队首次系统揭示了臭氧如何通过改变梨树挥发性"气味指纹"，进而重塑害虫-寄主植物的化学对话。

研究人员采用多学科交叉方法：通过动态顶空采样结合热脱附-GC-MS技术分析臭氧暴露前后梨树挥发物变化；利用触角电位图（EAG）量化两种梨木虱对关键挥发物的感知阈值变化；采用Y型嗅觉仪测定行为选择差异。实验样本包括11株嫁接梨树及实验室饲养的两种梨木虱（C. pyri和C. pyrisuga），臭氧暴露浓度模拟自然环境峰值（植物164±6 μg/m³，昆虫462-473 μg/m³）。

挥发性分析

GC-MS检测到61种挥发物，臭氧暴露使梨树挥发物组成发生显著改变（PERMANOVA，p<0.001）。未处理梨树以萜烯（36%）和酯类（30%）为主，其中顺-3-己烯乙酸酯占比26.6%；臭氧处理后醛类跃升至54%（己醛和苯甲醛各占16%），而萜烯骤降至2%。绝对定量显示α-石竹烯、β-石竹烯等萜烯显著减少，同时己醛、苯乙醛等醛酮类物质增加3-5倍（p<0.01）。这种"萜烯减少-醛酮增加"的转化模式，源于臭氧对碳碳双键（C=C）的特异性氧化作用。

触角电位图

C. pyri经臭氧暴露后，对己醛的感知阈值从1 μg升至10 μg（p<0.05），但对庚醛的敏感性不变。值得注意的是，C. pyrisuga表现出相反趋势：暴露个体对10 μg己醛的反应强度反而增强（p<0.05）。合成挥发物混合物的EAG响应模式在两物种间也存在差异，提示臭氧可能选择性损伤特定嗅觉受体蛋白。

嗅觉行为实验

未暴露的C. pyri仅对壬醛表现趋避性（p<0.001）；而臭氧暴露后，其对己醛和合成挥发物混合物的趋避性显著增强（p<0.05）。特别在己醛测试中，46.9%的个体出现"逃避行为"，表明中等臭氧浓度可能通过改变关键挥发物的比例，干扰昆虫的正常寄主定位。

这项研究揭示了臭氧影响植物-昆虫互作的双重机制：既通过氧化应激改变梨树挥发物组成，又以化合物特异性方式调节昆虫嗅觉感知。尤其重要的是，臭氧对"化学信号发射者（植物）"的影响远大于"接收者（昆虫）"，这种不对称效应可能解释田间观察到的害虫定位紊乱现象。研究为预测气候变化下害虫种群动态提供了新视角，强调未来害虫综合治理（IPM）策略需考虑大气氧化还原状态的变化。论文发表在《Journal of Chemical Ecology》，为农业可持续发展与生态保护提供了重要理论支撑。