化学生态学的主要研究方向
化学生态学重点研究:化学信息及其感受机制,昆虫信息素,动物(主要是昆虫)和植物的关系,多级营养关系,植物化感作用,植物诱导抗性,高等动物及人的化学感受,化学生态学应用,以及化学生态学的试验技术等。
1.化学感受机制(Chemoperception mechanisms)
生物间的化学通信联系,离不开对于化学信息的接受、传递、加工和行为输出。这些过程,就是化学感受机制研究的内容。一方面研究感受器官(如昆虫触角)的形态和功能,另一方面研究化学信号的传递过程及其机制(包括化学物质类型和信号类型的联系,神经信号的传递方式和物质基础)。
2.昆虫信息素的研究和应用(Researches and applications of insect pheromones)
化学生态学早期的研究,差不多都是关于昆虫性信息素的分离、鉴定、合成和应用的。我们对很多昆虫目的信息素都进行了研究,但涉及最多、目前应用最广的是鳞翅目昆虫。从20世纪80年代开始,昆虫信息素的研究技术已经成熟,开始进行商业化阶段,目前在农业、林业和果园昆虫的预测预报、交配干扰和大量诱捕方面都已经开始应用,效果也是非常明显的。
3.植物诱导反应和诱导抗性(Induced response/resistance of plants)
植物受害后会增强“免疫力”,表现为受害部位合成防御化学物质,或从别的部位将现有的化学物质转运到受害部位,有时还释放特殊的挥发性化学物质,吸引害虫天敌。植物是如何感知伤害的?植物如何区分不同类型的伤害而做出不同的反应?受害信息是如何从一个部位传递到别的部位的?这些信息物质是什么?对植物诱导抗性机制的研究,可以为人们利用自然规律增强作物抗性开辟一条新的途径。
4.生物多级营养关系(Tritrophic interactions)
植物与昆虫的关系的研究始终是化学生态学的热点之一,因为农林和园艺作物上有许多昆虫为害,对这些昆虫的治理,单纯依靠化学防治会造成许多环境和社会问题,必须考虑利用自然控制的因素,包括利用植物本身的抗性,这就涉及植物如何利用物理的和化学的手段防御昆虫,昆虫如何克服这些屏障的机制问题,也就是植物和昆虫的协同进化问题。还有植物和昆虫“双赢”的特例,也是自然界中和谐关系的典范,这就是“美的两极”的集合——昆虫与花的关系的研究,将为传粉昆虫保护与利用提供理论基础。这些问题的研究,不仅可以为作物抗性育种提供理论依据,而且可以直接开发利用植物或昆虫的化学物质,作为生物源农药。(https://www.daowen.com)
植物-植食性昆虫-天敌的关系、植物-微生物-昆虫的关系为人类认识生物群落规律和病虫害综合治理提供了新的视点。地上生物与地下生物通过植物所建立的互作关系、内共生菌在调控昆虫生理、生态和行为中的作用等,是近年来发展起来的新研究热点。
5.植物化感作用(Plant allelopathy)
植物之间通过化学物质相互影响,这种现象叫植物化感作用。在农林生产中,化感作用的例子很多,对这方面规律的研究有助于提高作物产量,避免杂草生长,关系到作物布局和间作、轮作。植物化感作用化合物是如何进入环境并运转到邻近植物的?植物是如何感知其他植物的化学物质的?植物化感作用的机制、应用和研究方法,均是本方向的研究内容。
6.海洋生态系统化学生态学(Chemical ecology in marine ecosystems)
海洋水生动植物的化学通信联系方式及其机制的研究属于化学生态学中的薄弱环节。了解海洋环境的化学信号性质、化学防御的机制以及化学物质调节海洋生物生活史的机制,有助于我们深入了解推动海洋生态系统演化的动力。要解释化学信号会引起机体特殊的生物学反应,就必须明确化学物质产生和扩散的机制。海洋生物用于通信或防御的化学物质是进行医药和生物农药开发的极好材料。海洋中所蕴藏的巨大生物资源有待人们去探索和开发。
7.脊椎动物和人的化学生态学(Chemical ecology of vertebrates and mankind)
脊椎动物在农林有害生物防治、畜牧繁育和野生动物管理方面有着极大的研究价值,但这方面的化学生态研究相对薄弱,也比较分散。对人本身的化学联系规律的研究,有助于改善人们之间的关系和辅助进行某些医学治疗。近年来,医学昆虫如蚊虫、蜱虫等与脊椎动物和人的化学信息联系及其在传播病原中的机制研究,正受到越来越多的关注,其研究结果对于虫媒病的预防和控制发挥了越来越大的作用。
8.化学生态学技术研发(Technological development for researches and applications)
技术的应用曾经而且还将继续改变着化学生态学的面貌。化学色谱和质谱技术帮助人们检测到极微量的信息化学物质,而生物测定技术(包括EAG、SSR、气相色谱与昆虫触角电位联用系统GC-EAD等电生理技术和风洞、嗅觉仪等行为技术)和田间试验技术(如缓释技术、诱捕装置等)为信息化学物质的应用提供了技术基础。目前,分子生物学、生物技术及组学技术促进了化学生态学机制研究和应用,如“反向化学生态学(Reverse Chemical Ecology)”技术可从受体蛋白筛选出活性信息化学物质。化学生态学的持续发展,离不开技术的不断改进和研发,如信息化合物的高通量快速筛选技术和配方设计技术、高效测定生物行为反应的技术、与不同取食行为相配套的生物技术等。