殺蟲(chóng)植物非洲山毛豆的研究

黃繼光　周利娟　徐漢虹　安玉興

摘要非洲山毛豆原產(chǎn)于熱帶非洲，是一種優(yōu)異的殺蟲(chóng)植物。本文對(duì)其生物活性、殺蟲(chóng)有效成分、作用機(jī)理、加工使用等方面進(jìn)行了概述。

關(guān)鍵詞農(nóng)藥學(xué)；非洲山毛豆；殺蟲(chóng)植物；活性

中圖分類(lèi)號(hào)S482．1

非洲山毛豆(Tephrosia vogelii Hook f.)又稱(chēng)

福氏灰毛豆、窩氏灰葉，屬豆科灰葉屬，多年生灌木或小喬木，具有優(yōu)異的殺蟲(chóng)活性，原產(chǎn)于熱帶非洲，主要分布于北緯15℃至南緯20℃的廣大地區(qū)。關(guān)于其生物活性和有效成分等都有較多的研究報(bào)道。華南農(nóng)業(yè)大學(xué)昆蟲(chóng)毒理研究室在20世紀(jì)80年代從菲律賓和坦桑尼亞成功引進(jìn)了非洲山毛豆紫花品種和白花品種，在國(guó)內(nèi)率先對(duì)其進(jìn)行了系統(tǒng)研究。目前，國(guó)內(nèi)多家企業(yè)正在或準(zhǔn)備發(fā)展非洲山毛豆類(lèi)植物性農(nóng)藥產(chǎn)品，其種植面積也迅速擴(kuò)大。根據(jù)目前的發(fā)展情況，結(jié)合非洲山毛豆的研究，本文對(duì)其作一概述。

1引種和種植

20世紀(jì)80年代，華南農(nóng)業(yè)大學(xué)昆蟲(chóng)毒理研究室從菲律賓和坦桑尼亞分別引進(jìn)了非洲山毛豆紫花品種和白花品種，并種植于華南農(nóng)業(yè)大學(xué)殺蟲(chóng)植物標(biāo)本園內(nèi)。該植物生長(zhǎng)迅速，枝葉茂盛，可正常開(kāi)花結(jié)莢。種子于4月份成熟，并能正常發(fā)芽，發(fā)芽率80％左右，180d即可長(zhǎng)至2．0m左右，枝葉產(chǎn)量大，全株均含有活性成分，但不同季節(jié)，其含量各不相同。

非洲山毛豆在華南地區(qū)種植時(shí)，因?yàn)槿A南地區(qū)l、2月氣溫相對(duì)較低，光線不足，植株生長(zhǎng)緩慢，葉片枯黃，新葉生長(zhǎng)很少。從3月起，氣溫回升，植株生長(zhǎng)加快，但從3月到6月，華南地區(qū)雨水過(guò)多，光照不很充分，非洲山毛豆植株長(zhǎng)勢(shì)不旺，葉片中魚(yú)藤酮的含量也不高。從7月到12月，天氣干燥，光線充足，氣溫也非常適合植株生長(zhǎng)。因而植株在這段時(shí)間生長(zhǎng)最快，長(zhǎng)出大量新鮮葉片，魚(yú)藤酮的含量也較高。10、11月開(kāi)始現(xiàn)蕾開(kāi)花時(shí)，葉片中魚(yú)藤酮的含量達(dá)到最高，紫花品種魚(yú)藤酮含量比白花品種高。

非洲山毛豆根部含有固氮菌，為解決土壤退化問(wèn)題，廣東省湛江市遂溪縣雷洲林業(yè)局將其當(dāng)作綠肥，與桉樹(shù)間種，為桉樹(shù)提供營(yíng)養(yǎng)。另外，廣東省深圳市華農(nóng)生物工程有限公司準(zhǔn)備開(kāi)發(fā)非洲山毛豆植物性殺蟲(chóng)劑，與當(dāng)?shù)卣灱s，在廣東省的河源、汕尾等地種植大量非洲山毛豆，長(zhǎng)勢(shì)良好。在云南、廣西境內(nèi)也種植有非洲山毛豆。

2生物活性

非洲山毛豆生長(zhǎng)迅速，枝葉產(chǎn)量大，葉片有強(qiáng)烈的殺蟲(chóng)活性。Tattersfield等發(fā)現(xiàn)非洲山毛豆葉的乙醇提取物對(duì)酸模蚜(AphisrumicisL.)高效，噴霧處理與煙堿有相同的效果，對(duì)鱗翅目幼蟲(chóng)也有很強(qiáng)的忌避作用。Norris報(bào)道該植物葉的提取物對(duì)茶樹(shù)上一種刺蛾幼蟲(chóng)有效；其種子亦有殺蟲(chóng)活性，種子丙酮提取物(1：2 000)對(duì)Planorbiscorneus有顯著效果。對(duì)根結(jié)線蟲(chóng)(Meloidogyne spp．)敏感；葉片石油醚提取物可用作滅殺軟體動(dòng)物，藥劑含量400g/ml。對(duì)蝸牛(Biomphalariaglabra-ta)有很高的防效，但甲醇提取物卻對(duì)軟體動(dòng)物沒(méi)有活性。

非洲山毛豆葉丙酮提取物對(duì)菜粉蝶[Pierisrd-pae(Linnaeus)]幼蟲(chóng)具有明顯的拒食、抑制生長(zhǎng)發(fā)育和殺卵作用，以及一定的急性胃毒作用。室內(nèi)非選擇性葉碟法試驗(yàn)測(cè)定，該植物的復(fù)葉、莖皮、小枝、豆莢和莖木丙酮提取物對(duì)5齡菜粉蝶幼蟲(chóng)的拒食中濃度(AFC)分別為：0．03％、0．08％、0．22％、0．4l％和1．64％。其中復(fù)葉和莖皮丙酮提取物95％拒食率濃度(AFC)分別為0．36％和0．52％。該提取物對(duì)小菜蛾(Plutellaxylostella L)、粘蟲(chóng)[Mythimnaseparata(Walker)]和斜紋夜蛾[Spo-dopteralitura(F．)]幼蟲(chóng)亦有顯著的拒食作用。點(diǎn)滴處理能強(qiáng)烈抑制菜粉蝶幼蟲(chóng)的生長(zhǎng)發(fā)育，使該蟲(chóng)在蛻皮變態(tài)過(guò)程中變?yōu)榛?，最后死去。其中非洲山毛豆葉和莖皮丙酮提取物的生物活性較強(qiáng)，對(duì)5齡幼蟲(chóng)半數(shù)畸形死亡的有效中濃度(EC)分別為0．12％和0．24％(按植物干材料計(jì)，ED分別為2．42、4．84g／頭)。0．05％～0．5％葉提取物點(diǎn)滴3～4齡幼蟲(chóng)均有顯著效果，4齡小菜蛾接觸取食葉和莖皮丙酮提取物(10％)涂布處理的甘藍(lán)葉后，畸形死亡率分別為88％和75．5%。葉丙酮提取物(0．05％)對(duì)菜粉蝶卵具有很明顯的殺卵效果，0．2％濃度的殺卵率高達(dá)90％以上。5齡菜粉蝶幼蟲(chóng)對(duì)不同濃度的飼喂反應(yīng)差異較大，10～20倍高濃度有急性胃毒作用，致死中量(LD)為291．7 g／g；100～200倍則使90％以上的幼蟲(chóng)因拒食、生長(zhǎng)發(fā)育受抑制而緩慢死去。室外盆栽和田間小區(qū)防治試驗(yàn)結(jié)果表明，0．5％～1．0％非洲山毛豆葉丙酮提取物和400g／mL氯仿提取物的常量噴霧可有效防治盛發(fā)期危害的菜粉蝶幼蟲(chóng)，每10天噴藥一次可達(dá)到良好的防治效果。并經(jīng)研究證實(shí)，魚(yú)藤酮兼具強(qiáng)烈的拒食和抑制生長(zhǎng)發(fā)育活性，AFC和EC分別為6．22g／mL和57．09g／mL。另外，黃繼光的研究表明，非洲山毛豆粗分物對(duì)致倦庫(kù)蚊和德國(guó)小蠊的具有較高的擊倒活性，對(duì)小菜蛾和蘿卜蚜具有明顯的觸殺活性。

3有效成分

非洲山毛豆的主要有效成分為魚(yú)藤酮類(lèi)化合物，最高含量可達(dá)4．25％。Hanriot從非洲山毛豆葉中分離出2種物質(zhì)，一種為黃色針狀結(jié)晶，具有很強(qiáng)芳香味，稱(chēng)為tephrosal(C H O)；另一種為白色結(jié)晶，當(dāng)時(shí)鑒定分子式為C H O。(熔點(diǎn)187℃)，稱(chēng)之為灰毛豆素(tephrosin)。1915年和1926年兩位科學(xué)家先后重復(fù)Hanroit的實(shí)驗(yàn)，同樣獲得該化合物，并發(fā)現(xiàn)它有殺蟲(chóng)活性。Clark研究發(fā)現(xiàn)該物質(zhì)是兩種化合物的混合結(jié)晶，分離鑒定出其中一種化合物是魚(yú)藤素(deguelin，C H O，熔點(diǎn)171℃)，另一種化合物為五色結(jié)晶，分子式C H O ，熔點(diǎn)198℃。隨后Worsley和Rangaswami等先后從該植物種子中分離出灰毛豆素、魚(yú)藤素、去氫魚(yú)藤素(C H O，熔點(diǎn)233℃)以及一種淺黃綠色針狀結(jié)晶(C H O，熔點(diǎn)284～286℃)。Marston等將非洲山毛豆葉片的石油醚提取物通過(guò)硅膠G快速柱層析和低壓色譜，分離出灰葉素和魚(yú)藤素，冷凍干燥后，由于兩者都不溶于水，對(duì)軟體動(dòng)物不表現(xiàn)出活性。其中，葉片干粉中魚(yú)藤素的含量為0．29％，灰葉素更低，只有0．02％。他們還從葉片的甲醇提取物中首次分離出3種黃酮類(lèi)化合物，蘆丁、isoquercltrln和quercetm 3-O-arabinopy-ranoside。

Pradhan和Basu用石油醚提取非洲山毛豆豆莢，A1 O作填充劑，柱層析分離得到谷甾醇、豆甾醇、羊毛甾醇、灰葉素和魚(yú)藤酮。這是首次從非洲

山毛豆中分離出甾醇類(lèi)化合物，并且魚(yú)藤酮類(lèi)化合物的含量占豆莢干重的1．4％。張業(yè)光從非洲山毛豆葉中分離出了魚(yú)藤酮、魚(yú)藤醇酮(rotenolone)、去氫魚(yú)藤酮和魚(yú)藤酚酮。去氫魚(yú)藤酮的活性比魚(yú)藤酮低10余倍，并且用氣相色譜法測(cè)得引自菲律賓的紫花品種所含活性成分以魚(yú)藤酮為主，其次為魚(yú)藤醇酮；引自非洲坦桑尼亞的白花品種主要含有魚(yú)藤醇酮，而魚(yú)藤酮的含量很低。兩品種中去氫魚(yú)藤酮和魚(yú)藤酚酮的含量均甚微。在整個(gè)植株體中，復(fù)葉和莖皮中活性成分含量較豐富。紫花品種分別為1.45％和0．934％，白花品種分別為1．42％和2．68％。莖木和根活性成分含量較低。有的根、種子、莖甚至全株都含有殺蟲(chóng)活性物質(zhì)，不過(guò)，魚(yú)藤酮不如灰毛豆素在該屬植物中普遍存在，幾乎所有具有殺蟲(chóng)活性的灰葉屬植物都含有灰毛豆素，而有的非洲山毛豆品種中不含魚(yú)藤酮。

植株的葉片、莖桿、豆莢、根、種子等部位都含有活性成分，其含量變化差異較大。黃繼光等用索氏、冷浸和振蕩抽提3種方法和6種不同的溶劑對(duì)非洲山毛豆葉片進(jìn)行提取研究，并用HPLC測(cè)定了提取物和植物葉片干粉中魚(yú)藤酮的含量。結(jié)果表明，用氯仿振蕩抽提紫花品種葉片得到的粗提物中魚(yú)藤酮的含量最高，為9．70％；丙酮索氏抽提紫花品種葉片所求得的植物干粉中魚(yú)藤酮的含量最高，為0．72％。中等極性溶劑如氯仿、苯、乙酸乙酯、丙酮等對(duì)魚(yú)藤酮的提取率較高，建議實(shí)驗(yàn)室內(nèi)提取溶劑用氯仿或丙酮、工廠化生產(chǎn)時(shí)用苯較好”。

4作用機(jī)理

非洲山毛豆中有效成分含有魚(yú)藤酮及其類(lèi)似物，除了切斷害蟲(chóng)的呼吸鏈等傳統(tǒng)的作用機(jī)理外，研究還發(fā)現(xiàn)可以抑制害蟲(chóng)表皮的形成，具有生長(zhǎng)發(fā)育抑制作用。徐漢虹等研究了非洲山毛豆對(duì)菜粉蝶幼蟲(chóng)化蛹以及體壁的影響，結(jié)果表明，非洲山毛豆能影響菜粉蝶的發(fā)育，50倍丙酮提取物點(diǎn)滴菜粉蝶5齡前期(蛻皮后1～8h)幼蟲(chóng)后，74．4％出現(xiàn)死亡，25．6％未死幼蟲(chóng)均變?yōu)榛斡?；處?齡中后期幼蟲(chóng)時(shí)，絕大多數(shù)幼蟲(chóng)均在化蛹時(shí)出現(xiàn)畸形。對(duì)畸形幼蟲(chóng)和畸形蛹的真皮細(xì)胞和內(nèi)外表皮分別進(jìn)行廠超顯微結(jié)構(gòu)觀察，發(fā)現(xiàn)魚(yú)藤酮及其類(lèi)似物影響昆蟲(chóng)舊表皮的分解和新表皮的合成是導(dǎo)致蟲(chóng)體畸形的主要原因，并對(duì)畸形蛹體壁的幾丁質(zhì)、粗脂肪、粗蛋白的含量進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果表明處理組與對(duì)照組存在明顯的差異。

5加工與應(yīng)用

將含魚(yú)藤酮較多的非洲山毛豆品種枝葉加上成粉劑防治禽畜體外的虱子、跳蚤，配成液體洗殺牲口的蜱螨等寄生蟲(chóng)，也可用于滅蚊、蟑螂和家蠅等衛(wèi)生害蟲(chóng)。Reyes報(bào)道了非洲山毛豆提取物的制備和測(cè)定、制劑加工、穩(wěn)定性試驗(yàn)和毒力測(cè)定。制劑加工部分報(bào)道了助劑的選擇、乳油的加工和可濕性粉劑的加工過(guò)程，并確定了將非洲山毛豆提取物加工成乳油和可濕性粉劑的加工方法及各組分的百分比例。并且，還對(duì)加工成的乳汕和可濕性粉劑進(jìn)行了乳化穩(wěn)定性試驗(yàn)、懸浮性試驗(yàn)、溶解試驗(yàn)和加速儲(chǔ)存試驗(yàn)。黃繼光在非洲山毛豆葉提取物中加入甲苯、丙酮、0214(乳化劑)等，將其配制成含魚(yú)藤酮1％乳油制劑，各方面的性能都能達(dá)到指標(biāo)要求；將凡士林與200目的非洲山毛豆葉片干粉混合，加工成油膏，可防治家畜和寵物體外的寄生蟲(chóng)；魚(yú)藤酮晶體與丙酮、煤油、內(nèi)丁烷混合，加工成氣霧劑，對(duì)致倦庫(kù)蚊有較高的防治效果。

6結(jié)語(yǔ)

經(jīng)在華南農(nóng)業(yè)大學(xué)殺蟲(chóng)植物標(biāo)本園種植結(jié)果表明，非洲山毛豆在我國(guó)能夠成活，其生長(zhǎng)迅速，180 d就可長(zhǎng)至1．5～2m；枝葉產(chǎn)量大，可以常年采摘；結(jié)莢率高，種子產(chǎn)量大，并可種子繁殖。非洲山毛豆的根部含有根瘤菌，可以固定空氣中的游離氮，當(dāng)作綠肥使用；對(duì)環(huán)境要求不嚴(yán)，可在坡地、荒地種植，是開(kāi)荒改良土壤的先鋒作物；還可作隔離植物，籬笆屏障植物。該植物分枝很多，羽狀復(fù)葉茂密，生長(zhǎng)迅速，有紫花、白花、藍(lán)花、紅花等多個(gè)品種。

在雷州半島，將非洲山毛豆與桉樹(shù)種植，為桉樹(shù)提供營(yíng)養(yǎng)，防止土壤退化，目前已經(jīng)種植了近萬(wàn)公頃。另外，在云南、廣東、廣西等地，都種植有大量的非洲山毛豆。非洲山毛豆的推廣種植和新品種的引進(jìn)以及相關(guān)系列產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)，一方面可以為魚(yú)藤酮的資源提供保障，另一方面可改善土壤，改良我國(guó)的生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)山區(qū)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，具有廣闊的發(fā)展前景。