《Arthropod-Plant Interactions》：Electrophysiological responses of bumble bee pollinators to floral scents of oil pumpkin
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熊蜂是野生植物和作物的重要传粉者，其中包括施蒂利亚油南瓜（Styrian oil pumpkin, *Cucurbita pepo* subsp. *pepo* var. *styriaca* Greb.）。这一具有重要经济价值的作物物种的花朵释放强烈的气
熊蜂是野生植物和作物的重要传粉者，其中包括施蒂利亚油南瓜（Styrian oil pumpkin, *Cucurbita pepo* subsp. *pepo* var. *styriaca* Greb.）。这一具有重要经济价值的作物物种的花朵释放强烈的气味，以1,4-二甲氧基苯（1,4-dimethoxybenzene）为主，据信这些气味参与了将熊蜂吸引至花朵的过程。为确定哪些挥发物能引发欧洲施蒂利亚油南瓜最重要的熊蜂传粉者——欧洲熊蜂（*Bombus terrestris*）触角的生理响应，研究人员利用自然花香气味样本和合成混合物进行了气相色谱-触角电位检测（Gas Chromatography-Electroantennographic Detection, GC-EAD）分析。合成混合物包含21种挥发性化合物的等量混合物，而不论这些化合物在自然样本中为主要成分还是微量成分。通过自然样本的测定，研究人员发现1,4-二甲氧基苯、(R)-芳樟醇（(R)-linalool）、4-乙烯基苯甲醚（4-vinylanisole）和4-氧代异佛尔酮（4-oxoisophorone）等化合物引发了触角响应。然而，在合成混合物的测定中，21种化合物中的大多数，包括萜类化合物（terpenoids）和芳香族化合物（aromatic compounds），均引发了熊蜂触角的响应。本研究表明，熊蜂的触角对南瓜的大量花香气味化合物产生响应，所有这些化合物均具有吸引传粉者的潜力，从而有助于这一具有重要商业价值的作物的坐果（fruit set）。本研究中鉴定出的具有触角电位检测活性（EAD-active）的化合物可用于未来研究，以确定这些化合物作为混合物和单个化合物在吸引熊蜂传粉者造访南瓜花朵方面的效果。
**论文解读**
**一、研究背景与问题**
昆虫传粉者通过视觉信号（如花色）和嗅觉信号（气味）被吸引至花朵，在确保大多数野生开花植物以及许多重要经济作物的坐果方面发挥着关键作用。典型的例子包括商业化的葫芦科（Cucurbitaceae）物种，它们着生单性花，依赖昆虫传粉者——在欧洲主要为欧洲熊蜂（*Bombus terrestris*）——完成花粉从雄花到雌花的传递。本研究聚焦于施蒂利亚油南瓜（*Cucurbita pepo* subsp. *pepo* var. *styriaca* Greb.），这是一种雌雄同株异花植物，在同一植株上着生单性的雄花和雌花。该品种在中欧东南部的施蒂利亚地区已有超过百年的广泛栽培历史，并已扩展至欧洲和亚洲多个地区，用于获取优质籽油。在中欧，该南瓜品种的主要传粉者为蜜蜂（honey bees），而在蜜蜂或其他野生蜜蜂种群数量有限的地区，熊蜂被视为合适的替代传粉者。
已有研究表明，施蒂利亚油南瓜和其他商业南瓜品种的雄花和雌花均释放强烈的气味，通常具有一种或少数几种强烈占优势的化合物（如1,4-二甲氧基苯），同时还释放多种其他芳香族化合物、萜类化合物以及含氮化合物（nitrogen-containing compounds），其中大多数以微量或痕量水平存在。其中一些化合物（如1,2,4-三甲氧基苯和(E)-肉桂醛）已被报道能吸引葫芦科植物的专性蜂类传粉者。此外，基于对非葫芦科植物的研究，4-茴香醛（4-anisaldehyde）和1,4-二甲氧基苯等化合物已被报道能引发广食性熊蜂触角的生理响应。然而，对于南瓜花朵释放的大多数挥发物——如(E)-4-甲氧基肉桂醛（(E)-4-methoxycinnamaldehyde）和3,4-二甲氧基苯乙烯（3,4-dimethoxystyrene）——目前既不清楚专性或广食性葫芦科传粉者能否检测到它们，也不清楚哪些挥发物参与了吸引广食性传粉者。这一知识空白限制了研究人员对传粉者依赖型作物与其主要传粉者之间化学通讯机制的理解，也阻碍了利用花香气味改良坐果率的潜在应用。
**二、研究内容与意义**
本研究首次测定了葫芦科植物传粉者——广食性的欧洲熊蜂（*B. terrestris*）——对高价值油南瓜花香气味的触角响应。研究人员利用气相色谱-触角电位检测技术（GC-EAD，一种将气相色谱分离与昆虫触角电生理记录相结合的分析方法），将*B. terrestris*的触角分别暴露于施蒂利亚油南瓜的自然花香气味样本和合成混合物（含21种已知的花香气味化合物）进行测试。该研究为理解这一传粉者依赖型作物与其主要传粉者之间的化学通讯奠定了重要基础，未来有望通过调控花香气味来改善其坐果。
**三、关键技术方法**
研究采用的主要技术方法包括：（1）动态顶空吸附法（dynamic headspace adsorption）采集自然花香气味样本——将新鲜开放的南瓜花朵（来自5个不同植株个体的10朵花，雄花或雄雌花混合）置于烘烤袋中，利用含Tenax TA和Carbotrap B吸附剂的玻璃管收集挥发物4小时，而后用丙酮洗脱；（2）基于研究人员此前已发表的油南瓜花香气味谱数据，配制3组含21种合成标准化合物的混合物（各化合物浓度约为100 ng），以避免气相色谱运行中化合物的重叠；（3）气相色谱-触角电位检测（GC-EAD）——使用手性MEGA-DEX DMT Beta SE色谱柱，色谱柱末端经μFlow分流器分别连接火焰离子化检测器（FID）和触角电位检测（EAD）装置，将*B. terrestris*工蜂的离体触角置于充满昆虫林格氏液的玻璃微电极中进行测定。熊蜂群体获自Biobest
? Belgium NV。自然样本共进行15次EAD运行（使用3只蜂的触角，每触角2-3次测定），合成混合物中混合物1进行5次运行（2只蜂），混合物2和3各进行3-4次运行（各2只蜂）。化合物在至少半数运行中引发响应即被判定为具有EAD活性。
**四、研究结果**
在自然顶空花香气味样本的GC-EAD测定中（各化合物含量为0.2–125 ng不等），芳香族化合物1,4-二甲氧基苯（1,4-DMB）——如预期强烈主导该样本——以及(R)-芳樟醇、(4-乙烯基苯甲醚)和4-氧代异佛尔酮引发了欧洲熊蜂触角的响应。而样本中以微量或痕量存在的苯甲醇（benzyl alcohol）、苯乙腈（phenylacetonitrile）、3-苯基-1-丙醇（3-phenyl-1-propanol）、1,2,4-三甲氧基苯（1,2,4-trimethoxybenzene）、1-硝基-2-苯基乙烷（1-nitro-2-phenylethane）、4-茴香醛、茴香醇（anisyl alcohol）、(E)-肉桂醇（(E)-cinnamyl alcohol）和(E)-4-甲氧基肉桂醛等化合物则未引发触角响应。
在合成混合物的测定中，共包含21种已知的施蒂利亚油南瓜花香气味化合物，各化合物含量相近（约100 ng），所有化合物均引发了*B. terrestris*触角的响应。其中包括芳香族化合物1,4-DMB、4-茴香醛、茴香醇、3-苯基-1-丙醇、苯甲醇、苯甲酸苄酯（benzyl benzoate）、(E)-肉桂醛（(E)-cinnamaldehyde）、(E)-肉桂醇、(E)-4-甲氧基肉桂醛和3,4-二甲氧基苯乙烯，以及萜类化合物芳樟醇的(S)-和(R)-两种异构体和氧代异佛尔酮环氧化物（oxoisophorone epoxide）异构体。
对比分析表明，若干EAD活性化合物（如1,4-DMB、4-茴香醛、2-苯基乙醇、苯甲醇、4-氧代异佛尔酮和芳樟醇）此前已被报道能引发熊蜂触角响应。另一些化合物（如(E)-肉桂醇和4-甲基苯甲醚）已知能在其他蜂类中激发触角响应。在本研究中引发触角响应的1,2,4-三甲氧基苯和(E)-肉桂醛，此前曾被报道为专性 squash bee（*Peponapis pruinosa*）的引诱物质。值得注意的是，氧代异佛尔酮环氧化物此前被报道为蝴蝶的有效引诱剂，而本研究中首次报道了熊蜂对若干化合物的触角响应，包括氧代异佛尔酮环氧化物、1,2,4-三甲氧基苯、(E)-4-甲氧基肉桂醛、4-羟基-3-甲氧基肉桂醛（4-hydroxy-3-methoxycinnamaldehyde）、苯甲酸苄酯和3,4-二甲氧基苯乙烯，提示这些化合物可能也在行为层面对熊蜂具有活性。
**五、讨论与结论**
本研究揭示，施蒂利亚油南瓜花朵释放的许多化合物在欧洲熊蜂（该作物在中欧的重要传粉者之一）的触角中具有生理活性，并可能参与将该蜂种吸引至花朵的过程。其中许多化合物在本研究之前尚不知晓其对熊蜂触角具有生理活性。自然花香气味样本仅含一种主要化合物，其余气味化合物大多以微量或痕量存在，在该样本的测定中仅有少数化合物表现为EAD活性，原因是这些微量化合物的含量显然低于引发触角响应所需的检测阈值——因为它们在化合物含量相近（较高）的合成样本中均引发了响应。因此，若仅使用自然气味样本进行EAD测定，尤其是在样本仅含痕量化合物的情形下，可能会忽略植物与其蜂类传粉者之间潜在参与化学通讯的化合物。
尽管如此，仍需开展行为学实验以检验众多EAD活性化合物中哪些真正参与了吸引*B. terrestris*及其他可能的蜂类传粉者造访油南瓜花朵。这些化合物未来可应用于南瓜田间，以增强传粉者访花频率和坐果率，因为施蒂利亚油南瓜的果实和种子结实率在很大程度上受限于传粉者数量。
