应用昆虫作为指示性生物监测与评估森林健康状况的生物学与生态学研究表明,昆虫种类及种群波动可用于对森林生态系统健康作出快速评估,但如何将这一理论应用到森林保护的实践中,准确评估森林生态系统的健康水平,需要对昆虫危害树木的机制作更加深入细致的研究。林木树势衰弱后常伴有蛀干害虫的出现,林木的健康状况与其生理代谢有着直接联系,本论文主要从光合生理指标、保护酶活力、相关活性物质含量及挥发物变化等方面研究了云南松受云南切梢小蠹和松墨天牛等蛀干害虫危害胁迫后的生理生化响应,分析蛀干害虫危害与云南松健康状况关系,以期为利用蛀干害虫作为指示生物诊断森林健康指标体系的研建提供科学依据。研究结果主要包括以下几个方面。1、受害后云南松光合生理指标的响应。(1)受小蠹蛀梢胁迫后,净光合速率、蒸腾速率、气孔导度等光合指标和针叶叶绿素含量均出现极显著下降(P<0.01)。云南松光合日进程发生了明显的变化,小蠹蛀梢云南松净光合速率的日变化呈“单峰”曲线,最高峰出现时间(12:00)较未受害云南松提前2h,且峰值下降了45%。小蠹蛀梢云南松光合作用主要集中在上午,与未受害云南松相比,净光合速率日均值极显著下降(P<0.01),1d中CO2同化量比未受害云南松下降了55.9%。相关分析表明,未受害云南松净光合速率主要受光合有效辐射的影响,蒸腾速率与环境因子相关性不显著,小蠹蛀梢危害后,云南松净光合速率、蒸腾速率的影响因子增加,对环境因子中的水分变化表现较为敏感,说明小蠹蛀梢后云南松抗性下降,环境因子的变化较易影响其正常生长,最终导致树势衰弱。(2)松墨天牛补充营养取食胁迫对云南松光合生理指标动态变化研究结果表明,松墨天牛取食后云南松净光合速率、蒸腾速率、气孔导度及胞间CO2浓度均出现下降趋势,且随着取食时间的延长和取食强度的增加,各项指标较取食前下降幅度更大。水分利用效率则相反,在实验测定过程中,取食初期稍有下降,之后呈逐渐上升,说明在一定时间里,云南松能通过提高水分利用效率来适应松墨天牛取食胁迫。2、受害后保护酶活力及相关活性物质含量的变化:超氧化物歧化酶、过氧化氢酶、过氧化物酶等3种酶活力和丙二醛、脯氨酸、总蛋白质等活性物质含量在小蠹虫蛀害和松墨天牛取食云南松时表现各异,但也呈现了一些相同的规律性变化。(1)与未受害云南松相比,小蠹蛀害和松墨天牛取食诱导的云南松叶片和韧皮的各种酶活力及各活性物质的含量都发生了变化,但韧皮中各种酶活力及各活性物质含量的变化不如叶片中明显,由于叶片对小蠹虫和天牛危害胁迫较为敏感,更容易发现规律,且反应更迅速,在研究云南松酶活力及活性物质的含量对小蠹蛀害和松墨天牛取食响应时,选择叶片作为测定材料。(2)同未受害云南松相比,除蛋白质含量外,被小蠹蛀害和松墨天牛取食后叶片中酶的活力及相关活性物质含量都出现了不同程度的升高。不同的是有些酶的活力及相关活性物质含量在观测时段内出现了迅速下降,有些则一直处于较高水平。酶的活力及相关活性物质含量的升高显然是植物体对外界刺激应答反映的结果,不同酶的活力及活性物质的含量下降的时间和速率不同可能是由酶及活性物质本身的性质决定的,那些在观测时段内仍处于较高水平的酶及活性物质可能在一定的时间内也会下降,只是没有观测到而已。蛋白质含量之所以出现下降,可能是因为云南松受害后改变了叶内水势、电势等细胞内环境,使大部分与应答反应无关的蛋白质变性、消失。总之,被小蠹蛀害和松墨天牛取食后,云南松叶片中各种酶的活性及相关活性物质含量都出现了规律性的变化,它们都可以作为指示小蠹虫和松墨天牛损害程度的指标,但SOD、POD及MDA对小蠹蛀害和松墨天牛取食的反应更为敏感,是用来指示小蠹蛀害和松墨天牛损害程度的比较理想的指标,其中SOD也是衡量植物健康水平的重要指标,用SOD就可以将松墨天牛损害程度与植物健康水平联系起来。3、受害后云南松释放挥发物成分及相对含量的变化。(1)虽然小蠹虫蛀梢与未受害云南松挥发物种类日变化表现出了相似的规律,且数量差异很小,但挥发物的构成却差别很大,这些差异物质,尤其是小蠹虫蛀梢的云南松特有的挥发物,可能与其防御反应或信息传递有关。(2)与未受害云南松相比,小蠹虫蛀梢、蛀干和松墨天牛取食危害后,云南松挥发物种类构成和数量都出现一定的变化,在这一过程中,种类和数量与虫害程度相关的成分可能是关键成分,例如:α-蒎烯、β-蒎烯、α-水芹烯相对含量的变化,由于这些物质在挥发物中相对含量较高,一方面引起云南松释放挥发物组成相的改变,另一方面较易被害虫接收识别,对其行为产生影响。(3)云南松受不同蛀干害虫(松墨天牛、小蠹虫)危害,不同取食部位(树梢、树干、韧皮),其释放的挥发物中α-蒎烯和β-蒎烯相对含量变化较大,且α-蒎烯/β-蒎烯比值均小于未受害云南松的比值。研究证明,植物释放挥发物中α-蒎烯/β-蒎烯的比值越小表明树势越衰弱。说明蛀干害虫危害导致云南松健康状况的下降,可以用蛀干害虫作为指示昆虫诊断云南松的健康状况。