信息化學(xué)物質(zhì)

信息化學(xué)物質(zhì)第一頁，共二十五頁，2022年，8月28日1信息化合物網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)中，生物之間通過食物聯(lián)系，形成了復(fù)雜的食物網(wǎng)（foodchainweb），而生物之間通過化學(xué)信息形成的關(guān)系，則更加復(fù)雜和廣泛，因為信息化學(xué)物質(zhì)所形成的信息化學(xué)網(wǎng)（infochemicalweb），將所有群落的各級營養(yǎng)水平聯(lián)系起來，甚至將沒有營養(yǎng)關(guān)系的生物結(jié)合起來。第二頁，共二十五頁，2022年，8月28日注：圖中直線表示食物網(wǎng)；曲線表示信息化合物網(wǎng)，條形曲線表示蟲害誘導(dǎo)的植物揮發(fā)物傳遞信息，點形曲線表示由其它信息化合物傳遞信息。圖1聯(lián)系群落中各個層次的信息化合物網(wǎng)(仿Vet，1999)第三頁，共二十五頁，2022年，8月28日2化學(xué)通訊的特點化學(xué)通訊物質(zhì)可以在黑暗中傳播，不受白天黑夜的限制。化學(xué)信號在物體上不被反射，能保持一定的隱蔽性。不揮發(fā)性化學(xué)物質(zhì)可用來較長時間地標(biāo)記食物資源、路徑、領(lǐng)地和巢穴范圍。第四頁，共二十五頁，2022年，8月28日揮發(fā)性（或揮發(fā)性不強(qiáng)的）化學(xué)物質(zhì)可以通過風(fēng)力（可溶性物質(zhì)可通過水流）傳播，信號的傳遞不需要發(fā)送者的能量。就是特異性?；瘜W(xué)信息可以通過組分、配比、濃度的組合，形成復(fù)雜的信號密碼，因此，加上接受者高度靈敏性和高度選擇性的感覺器官，極微量的化學(xué)物質(zhì)就可以達(dá)到信息交流的目的（Howseetal．1998）。第五頁，共二十五頁，2022年，8月28日3信息化學(xué)物質(zhì)的分類和概念

信息化學(xué)物質(zhì)（semiochemical或infochemical），一般分為用于種內(nèi)個體間通訊的信息素和用于種間通訊的他感化學(xué)物質(zhì)或異種他感物。信息化學(xué)物質(zhì)的分類如圖2.2所示。信息素（pheromone）

Karlson和Lüscher（1959）給出的信息素的定義為：信息素是生物個體分泌到外界，被同種的另一個體接受后，能引起特定行為或發(fā)育反應(yīng)的微量化學(xué)物質(zhì)。第六頁，共二十五頁，2022年，8月28日同抗素antimone信息化學(xué)物質(zhì)（semiochemical）種內(nèi)作用Intraspecificaction種間作用Interspecificaction信息素phromone植物他感物質(zhì)/次生物質(zhì)（allelochemical）圖2信息化學(xué)物質(zhì)的分類利已素allomone利它素kairomone互利素synomone第七頁，共二十五頁，2022年，8月28日種間（interspecific）作用的信息化學(xué)物質(zhì)的定義種間（interspecific）作用的信息化學(xué)物質(zhì)，稱為他感化合物（allelochemical），又稱為次生（代謝）物質(zhì)（secondarysubstance／metabolite）。第八頁，共二十五頁，2022年，8月28日由于多數(shù)情況下次生物質(zhì)是由植物產(chǎn)生的，而植物的次生物質(zhì)又主要起種間作用，因此，現(xiàn)在人們將“次生物質(zhì)”的概念主要用于植物的次生物質(zhì)（參見第6章）。他感化合物可以定義為：他感化合物是一種生物所產(chǎn)生的對另一種生物的生長、健康、行為或種群生物學(xué)有影響的非營養(yǎng)的化學(xué)物質(zhì)。第九頁，共二十五頁，2022年，8月28日種間（interspecific）作用的信息化學(xué)物質(zhì)的分類有利于釋放者接受者利已素+-互利素++同抗素--利他素-+圖3信息化學(xué)物質(zhì)根據(jù)生物受益與否的分類第十頁，共二十五頁，2022年，8月28日利己素（allomone）——對釋放者有利，對接受者不利。大多數(shù)植物的次生物質(zhì)的原始功能就是阻止植食者的取食，一般有毒。利他素（kairomone）——對釋放者不利，對接受者有利。例如，植物產(chǎn)生的可以吸引和刺激植食者取食和產(chǎn)卵的物質(zhì)?；ダ兀╯ynomone）——對釋放者和接受者都有利。例如，植物吸引昆蟲來授粉的揮發(fā)性化學(xué)物質(zhì)，植物得到了傳粉，昆蟲得到了營養(yǎng)。同抗素（antimone）——一種生物（釋放者）產(chǎn)生或獲得的化學(xué)物質(zhì)，當(dāng)另一種生物（接受者）的個體接觸到后，產(chǎn)生對釋放或接受者都不利的行為或生理反應(yīng)。這在寄主一病原菌的關(guān)系中最為普遍，微生物產(chǎn)生的成分使寄主受害，對微生物本身也不利。第十一頁，共二十五頁，2022年，8月28日值得注意的是，這些名詞或概念的定義有時是為了方便或遵從約定俗成的原則，從嚴(yán)格的意義上來說并不都是合適的。例如，信息素一般是多成分的化合物，所引起的行為反應(yīng)也是多方面的。比如，蟻類的“告警信息素”（alarmpheromone）（如蟻酸formic

acid）不僅具有聚集巢伴（nestmate）的功能（聚集信息素），而且對其他無脊椎動物有毒性（利己素allomone）。第十二頁，共二十五頁，2022年，8月28日4信息化學(xué)物質(zhì)的來源生物的信息化學(xué)物質(zhì)的不同點：在相對分子質(zhì)量：相對分子質(zhì)量從幾十到幾百、幾千；化學(xué)性質(zhì)：有的揮發(fā)性強(qiáng)，有的沒有揮發(fā)性；功能和化學(xué)結(jié)構(gòu)更是千差萬別。4.1信息化學(xué)物質(zhì)的異同點第十三頁，共二十五頁，2022年，8月28日那就是它們多是生物體內(nèi)復(fù)雜分支代謝途徑的最后產(chǎn)物，即所謂的次生代謝物質(zhì)。信息化學(xué)物質(zhì)的共同點：第十四頁，共二十五頁，2022年，8月28日4.2生物的生化反應(yīng)過程基礎(chǔ)代謝（primarymetabolism）：生物的基礎(chǔ)代謝，進(jìn)行核酸、蛋白質(zhì)及其前體等化學(xué)物質(zhì)的合成和分解，與生長、發(fā)育、繁殖等生命活動密切相關(guān)。第十五頁，共二十五頁，2022年，8月28日次生代謝（secondarymetabolism）：次生代謝則不參與維持生命活動的生化過程。植物在基礎(chǔ)代謝的基礎(chǔ)上，進(jìn)化出了次生物質(zhì)的代謝途徑，形成了形形色色的次生代謝產(chǎn)物。實際上只通過3條生物代謝途徑，即乙酸輔酶A（acetyl－CoA）途徑、氨基酸途徑和莽草酸類（shikimates）途徑，形成一個或少數(shù)幾個主要中間產(chǎn)物，通過簡單的酶解，就形成了無數(shù)的次生產(chǎn)物。第十六頁，共二十五頁，2022年，8月28日4.3動物信息化學(xué)物質(zhì)的生物合成途徑人們對動物信息化學(xué)物質(zhì)的生物合成途徑多數(shù)都沒有搞清楚，只了解了一些昆蟲信息素的生物合成途徑（如圖2.5）。雌蛾釋放的信息素多是屬于脂肪類的直鏈化合物，功能團(tuán)為醇、乙酸酯和醛，并且有幾何和光學(xué)異構(gòu)體，而雄蛾和其他目昆蟲的信息素結(jié)構(gòu)就比較復(fù)雜，有分支、環(huán)狀等。第十七頁，共二十五頁，2022年，8月28日所有信息素都是相對分子質(zhì)量不大、揮發(fā)性很強(qiáng)的化學(xué)物質(zhì)，這樣它們才能很容易釋放和傳播，而他感化學(xué)物質(zhì)既包括揮發(fā)性物質(zhì)，也包括許多非揮發(fā)性的成分。第十八頁，共二十五頁，2022年，8月28日5氣味擴(kuò)散規(guī)律信息化學(xué)物質(zhì)可以通過接觸化學(xué)感受或通過傳播介質(zhì)擴(kuò)散。介質(zhì)可以是空氣、土壤或水流。這里主要介紹氣味在空氣中的擴(kuò)散情況，化學(xué)物質(zhì)在土壤和水流中的擴(kuò)散規(guī)律將分別在第10章和第13章中介紹。第十九頁，共二十五頁，2022年，8月28日5.1氣味在靜息空氣中的擴(kuò)散在完全靜息的空氣中，氣味以分子彌散（diffusion）的形式傳播。氣味在一定方向上通過一個平面的速率，是化合物的性質(zhì)、彌散系數(shù)和氣味濃度梯度的函數(shù)，而彌散系數(shù)與空氣的溫度、化合物的相對分子質(zhì)量和分子間力有關(guān)。信息素的彌散系數(shù)為0.03—0.07cm2／s。第二十頁，共二十五頁，2022年，8月28日5.2氣味在風(fēng)中的傳播在自然情況下，氣味分子會隨風(fēng)擴(kuò)散。氣味從氣味源出發(fā)，沿氣味“走廊”（corridor）順風(fēng)擴(kuò)散，氣味濃度不斷降低，形成一個氣味濃度梯度。對逆風(fēng)尋找氣味源的動物來說，高于一定閾值的濃度范圍，就是活性空間（activespace）?；钚钥臻g的邊緣是可以估算出來的。第二十一頁，共二十五頁，2022年，8月28日風(fēng)速對氣味活性空間的影響氣味活性空間的大小和最大通訊距離隨風(fēng)速而遞減。在風(fēng)速高時，灰翅夜蛾（Spodopteralitura）的活性空間（以雄蛾振翅反應(yīng)為標(biāo)準(zhǔn)）減小，即使在風(fēng)速最低時也是如此。風(fēng)速也可能通過影響氣味的釋放速率而影響活性空間，有的實驗表明，棉芯釋放的信息素的速率隨著風(fēng)速的增加而增加，然而，也有人認(rèn)為，氣味的釋放速率決定于氣味分子到達(dá)釋放基質(zhì)表面的速度，因而釋放速率不會受風(fēng)速的影響。擴(kuò)散模型中，都用一定空間內(nèi)氣味的濃度來表示活性空間。第二十二頁，共二十五頁，2022年，8月28日風(fēng)速還可能影響動物的信息素釋放行為和對氣味的反應(yīng)。在中風(fēng)速條件下，鱗翅目昆蟲的求偶行為表現(xiàn)最佳，高風(fēng)速影響雄性昆蟲的飛行行為。由于一天內(nèi)風(fēng)速變化不定，因而可能會影響到一天內(nèi)不同時段的誘捕量。第二十三頁，共二十五頁，2022年，8月28日5.3空氣溫度對氣味擴(kuò)散的影響首先，空氣溫度的垂直梯度決定了大氣的穩(wěn)定性，因而決定了氣味的擴(kuò)散；第二，空氣溫度影響氣味的釋放速率；第三，許多昆蟲的求偶或信息素釋放行為和雄性昆蟲的反應(yīng)閾值受溫度的影響（Card