13種植物精油和茴香腦對赤擬谷盜成蟲熏蒸活性研究

陸馳宇 史家浩 李紹勤

(湖北省昆蟲資源利用與害蟲可持續(xù)治理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 華中農(nóng)業(yè)大學(xué)植物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，武漢 430070)

赤擬谷盜[Triboliumcastaneum(Herbst)]屬鞘翅目擬步甲科，是危害嚴(yán)重的儲糧害蟲，分布遍及世界各地。赤擬谷盜食性廣，可危害谷物、油料、食用菌、中藥材、動(dòng)物性產(chǎn)品及加工品等，除直接取食危害外，其成蟲體表的臭腺可分泌含苯醌等致癌物質(zhì)的臭液，使被害物結(jié)塊、變色、發(fā)臭而不能食用，從而造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失[1]。

長期以來，對赤擬谷盜等儲糧害蟲的防治一般采用化學(xué)熏蒸劑和防護(hù)劑，但由于長時(shí)間大量使用，不僅造成害蟲抗藥性增強(qiáng)，而且產(chǎn)生了糧食品質(zhì)下降、食品安全風(fēng)險(xiǎn)增加等諸多問題[2-5]。因此，尋求開發(fā)新型綠色環(huán)保的儲糧害蟲防治劑是擺在我們面前的重要研究課題。

植物精油是植物的不同組織部位如根莖、葉、花、果實(shí)等產(chǎn)生的一類植物源次生代謝物質(zhì)，其對害蟲的作用方式多樣，包括熏蒸、驅(qū)避、拒食、引誘、觸殺、抑制生長發(fā)育等[6]，并且取材廣泛，具有不影響糧食品質(zhì)、不污染環(huán)境、對人畜安全、害蟲不易產(chǎn)生抗藥性等特點(diǎn)，為儲糧害蟲的防治打開了新思路。近年來，國內(nèi)外有關(guān)植物精油作為綠色環(huán)保殺蟲劑應(yīng)用于儲糧害蟲的防治研究，取得了較大的進(jìn)展[7-12]。

本研究測試了13 種植物精油對赤擬谷盜成蟲的熏蒸活性，從中篩選出熏蒸效果好的高效精油，應(yīng)用GC-MS技術(shù)分析了高效精油的主要成分，并對其主要成分的熏蒸活性進(jìn)行深入研究，旨在為利用植物精油控制儲糧害蟲赤擬谷盜提供理論依據(jù)，也為進(jìn)一步開發(fā)利用植物源熏蒸劑奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 供試?yán)ハx

試驗(yàn)用赤擬谷盜為華中農(nóng)業(yè)大學(xué)城市有害生物防治研究所養(yǎng)蟲室內(nèi)人工飼養(yǎng)繁殖的后代。飼養(yǎng)條件：溫度(27±1) ℃，相對濕度(75±5)%，24 h黑暗。飼料配制：小麥?zhǔn)褂们胺湃虢湍阜?，混勻后分裝于罐頭瓶中。接入赤擬谷盜成蟲后，置于養(yǎng)蟲室飼養(yǎng)，7 d后篩去成蟲，待下一代成蟲大量出現(xiàn)后約5～7 d，篩出成蟲供試。

1.2 供試植物精油

試驗(yàn)所用13 種植物精油分別為留蘭香油Menthaspicataoil、藍(lán)桉葉油Eucalyptusglobulesoil、香茅油Cymbopogoncitratesoil、檸檬油Citruslimonoil、松節(jié)油Pinusspicataoil、薄荷油Menthahaplocalyxoil、冬青油Methylsalicylateoil、丁香油EugeniaCaryophyllusoil、茶樹油Tea tree oil、艾葉油Artemisiaargyioil、八角茴香油Illiciumverumoil、艾蒿油Artemisiprincepsoil、肉桂油Cinnamomumcassiaoil：江西省吉安市振興香料油提煉廠。

試驗(yàn)用茴香腦cis-Anethol為Sigma公司產(chǎn)品，純度為99%。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 13種植物精油的熏蒸效果比較

參照鄧永學(xué)等[13]采用的三角瓶密閉熏蒸法。向250 mL的三角瓶中接入30頭供試赤擬谷盜成蟲，把剪成(5 cm×1 cm)的濾紙條穿上線后懸于瓶中(不要與瓶壁接觸)，然后用微量移液器移取相當(dāng)于20 μL/L劑量的供試植物精油滴在濾紙條上，立即用橡膠塞塞住瓶口，并用封口膜及透明膠帶封好瓶口。將三角瓶放入(27±1) ℃，RH (75±5)%的全黑暗的智能人工氣候箱中進(jìn)行熏蒸，分別于熏蒸24、48、72 h后，打開瓶口散氣，檢查熏蒸情況，記錄死亡蟲數(shù)。以不滴加精油處理為對照，每個(gè)處理重復(fù)3次。

1.3.2 高效精油的熏蒸毒力測定

根據(jù)1.3.1的試驗(yàn)結(jié)果，選取對赤擬谷盜熏蒸效果好的高效精油，進(jìn)行熏蒸毒力測定。熏蒸時(shí)間設(shè)定為12、24、36、48、60、72 h，每一熏蒸時(shí)間設(shè)置5個(gè)濃度梯度，使其平均校正死亡率在16%～84%之間。并設(shè)空白對照，每處理重復(fù)3 次，每重復(fù)試蟲30頭。試驗(yàn)方法同1.3.1。

1.3.3 高效精油的化學(xué)組分分析

氣相色譜條件：HP-5MS Aglient(0.25 mm×30 m×0.25 μm)彈性石英毛細(xì)管柱；載氣為氦氣；進(jìn)樣口溫度260 ℃；流速1 mL/min；進(jìn)樣量0.1 μL；分流比為20∶1；氣化室溫度280 ℃；升溫程序：起始溫度為50 ℃，以5 ℃/min升溫至150 ℃，再以20 ℃/min升溫至260 ℃；無溶劑延遲。

質(zhì)譜條件：離子源為EI；離子源溫度230 ℃；四極桿溫度150 ℃；氣質(zhì)接口溫度280 ℃；電子能量70 eV。

按上述GC-MS條件對八角茴香油進(jìn)行組分分析，得總離子流色譜圖。采用色譜數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，以峰面積歸一化法測得各組分的相對含量。總離子流圖中的各峰經(jīng)質(zhì)譜掃描后得到質(zhì)譜圖，經(jīng)過計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)系統(tǒng)檢索，人工譜圖解析，并查對有關(guān)質(zhì)譜資料對基峰、質(zhì)荷比和相對豐度等方面進(jìn)行比較，從而確定八角茴香油的組成成分。

1.3.4 高效精油主要成分的熏蒸毒力測定

根據(jù)GC-MS分析結(jié)果，選取八角茴香油的主要組成成分，測試其對赤擬谷盜的熏蒸毒力。熏蒸時(shí)間設(shè)定為12、24、36、48 、60、72 h，每一處理時(shí)間設(shè)置5個(gè)濃度梯度，并設(shè)空白對照。試驗(yàn)方法同1.3.2。

1.4 數(shù)據(jù)處理

死亡率=死亡蟲數(shù) / 供試蟲數(shù)×100%

校正死亡率 =(處理死亡率-對照死亡率)/ (1-對照死亡率)×100%

利用SPSS 統(tǒng)計(jì)軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，將13種植物精油對赤擬谷盜的熏蒸校正死亡率進(jìn)行方差分析，多重比較采用Duncan新復(fù)極差法。將處理濃度經(jīng)過對數(shù)轉(zhuǎn)換，試蟲死亡率經(jīng)幾率值轉(zhuǎn)換，通過線性相關(guān)性得出毒力回歸方程和LC50值。

2 結(jié)果與分析

2.1 13種植物精油對赤擬谷盜成蟲的熏蒸效果

在20 μL/L的熏蒸濃度下，藍(lán)桉葉油、八角茴香油等13 種植物精油對赤擬谷盜成蟲的熏蒸效果見表1。從表1可知，植物精油對赤擬谷盜成蟲的熏蒸效果隨精油的種類和熏蒸時(shí)間的不同而變化。在13 種植物精油中，以八角茴香油對赤擬谷盜成蟲的熏殺作用最強(qiáng)，熏蒸24 h的校正死亡率達(dá)到100.00%，顯著高于其他12種植物精油；其次為冬青油，熏蒸24、48、72 h的校正死亡率分別為32.22%、76.77%、88.88%，顯著高于其他11種植物精油(P<0.05)，且隨著熏蒸時(shí)間的延長，校正死亡率增加，熏蒸效果增強(qiáng)；藍(lán)桉葉油、肉桂油、檸檬油和薄荷油對赤擬谷盜成蟲有一定的熏蒸作用，24 h的校正死亡率分別為17.78%、12.22%、8.89%、8.89%，熏蒸72 h的校正死亡率分別為66.66%、57.78%、57.77%、58.89%，可見，隨著熏蒸時(shí)間的延長，4種精油的熏蒸效果明顯增強(qiáng)；而艾蒿油、香茅油和丁香油對赤擬谷盜成蟲則無明顯熏蒸作用。

表1 13種植物精油對赤擬谷盜成蟲的熏蒸效果

注：同一列數(shù)值后標(biāo)有不同字母者表示不同精油間在P0.05水平上有顯著性差異

2.2八角茴香油對赤擬谷盜成蟲的熏蒸毒力

在不同熏蒸時(shí)間段設(shè)置不同濃度梯度，測定了八角茴香油對赤擬谷盜成蟲的熏殺效果，并采用直線回歸方程擬合死亡機(jī)率值(y)與濃度對數(shù)值(x)之間的關(guān)系，得到毒力回歸方程和LC50值，結(jié)果見表2。從表2可知，八角茴香油對赤擬谷盜的熏蒸作用隨著熏蒸處理時(shí)間的延長而增強(qiáng)，LC50值在逐漸降低。熏蒸12 h時(shí)，達(dá)到50%的死亡率需要的精油濃度為13.88 μL/L，而熏蒸72 h時(shí)則僅需5.08 μL/L，為熏蒸處理12 h的0.36倍。由此可見，在利用八角茴香油防治赤擬谷盜時(shí)，影響熏蒸效果的關(guān)鍵因素除濃度外，熏蒸時(shí)間也很重要。

表2 八角茴香油對赤擬谷盜成蟲的熏蒸毒力

2.3 八角茴香油的化學(xué)組分分析

植物精油是多種成分組成的復(fù)雜混合物，為明確八角茴香油的化學(xué)組成，采用GC-MS技術(shù)對八角茴香油的主要組分進(jìn)行分離鑒定，并確定其相對含量，結(jié)果見表3?？梢姡瑥陌私擒钕阌椭泄卜治鲨b定出21種組分，其中茴香腦的相對質(zhì)量分?jǐn)?shù)為79.81%，遠(yuǎn)高于其他成分，可以認(rèn)為是為八角茴香油的主要成分。

表3 八角茴香油的化學(xué)組分分析

2.4 茴香腦對赤擬谷盜成蟲的熏蒸毒力

在(27±1) ℃、RH(75±5)%的全黑暗條件下，研究了八角茴香油的主要成分茴香腦對赤擬谷盜成蟲的熏蒸毒力，不同熏蒸處理時(shí)間的毒力回歸方程和LC50值見表4。由表4可知，用茴香腦熏蒸處理赤擬谷盜12、36、72 h的LC50值分別是7.76、4.84、3.36 μL/L，熏蒸36 h、72 h的 LC50值分別是處理12 h的0.62倍、0.43倍，可見隨著熏蒸時(shí)間的延長，茴香腦對赤擬谷盜的熏蒸作用增強(qiáng)，LC50值逐漸降低。與八角茴香油的熏蒸毒力(表2)相比，茴香腦不同熏蒸時(shí)段的LC50值均低于相應(yīng)時(shí)段八角茴香油的LC50值，兩者隨時(shí)間變化趨勢相一致，表明茴香腦對赤擬谷盜成蟲具有更強(qiáng)的熏蒸作用，是八角茴香精油的活性成分。

表4 茴香腦對赤擬谷盜成蟲的熏蒸毒力

3 討論

植物精油的開發(fā)和應(yīng)用為解決害蟲抗藥性，環(huán)境污染，食品安全風(fēng)險(xiǎn)等問題提供了新的思路，在儲糧害蟲的防治研究中也必將會(huì)有廣闊的應(yīng)用前景。在本研究選用的13種植物精油中，以八角茴香油對赤擬谷盜成蟲的熏殺效果最好且具有較好的速效性，在20 μL/L的熏蒸濃度下，處理24 h赤擬谷盜成蟲的校正死亡率達(dá)到了100%，顯著高于其他植物精油。熏蒸時(shí)間和精油濃度會(huì)對熏蒸效果產(chǎn)生影響：在相同熏蒸時(shí)間下，隨著八角茴香油濃度的增加，赤擬谷盜成蟲的校正死亡率增加；在相同熏蒸濃度下，赤擬谷盜的校正死亡率隨著熏蒸時(shí)間的延長而增加，八角茴香油對赤擬谷盜的LC50值隨著熏蒸時(shí)間的延長而逐漸降低?？梢?，在應(yīng)用八角茴香油熏蒸防治赤擬谷盜時(shí)，適當(dāng)增大精油濃度，延長熏蒸時(shí)間可以帶來較為理想的防治效果。

由于植物精油是多種成分組成的復(fù)雜混合物，為明確八角茴香油的化學(xué)組成，本研究采用GC-MS技術(shù)對八角茴香油的主要組分進(jìn)行分離鑒定，共鑒定出21種組分，其中茴香腦是八角茴香油的主要成分，相對質(zhì)量分?jǐn)?shù)為79.81%，遠(yuǎn)高于其他組分。精油的主要成分對其殺蟲活性的貢獻(xiàn)如何？為探明這一問題，本文進(jìn)一步研究了茴香腦對赤擬谷盜的熏蒸毒力，結(jié)果表明茴香腦對赤擬谷盜具有較好的熏蒸活性，且隨著熏蒸時(shí)間的延長和熏蒸濃度的增加，熏蒸效果逐漸增強(qiáng)，變化趨勢與八角茴香油相一致。熏蒸處理24、48、72 h的LC50值分別是6.52、4.12、3.36 μL/L，均低于八角茴香油熏蒸相應(yīng)時(shí)間段的LC50值，由此可見，茴香腦不但是八角茴香油的主要成分，而且是對赤擬谷盜起熏蒸作用的主要活性成分，與八角茴香精油相比，茴香腦對赤擬谷盜成蟲具有更強(qiáng)的熏蒸作用。

植物精油的組成復(fù)雜，一般主要成分對活性貢獻(xiàn)較大，因此通常分離并單獨(dú)研究。Obeng等[14]報(bào)道了圣羅勒精油中的主要組分丁香酚對玉米象、赤擬谷盜、谷象和大谷蠢等4種儲糧害蟲均具有較好的觸殺、熏蒸和拒食活性。姚英娟等[15]研究表明水菖蒲主要活性物質(zhì)β-細(xì)辛醚對玉米象、谷蠹、赤擬谷盜和四紋豆象等4種儲糧害蟲具有明顯的熏蒸活性。本研究也發(fā)現(xiàn)，在所選的13種供試植物精油中，以八角茴香油對赤擬谷盜的熏蒸活性最強(qiáng)，而其主要成分茴香腦對赤擬谷盜的熏蒸效果又強(qiáng)于八角茴香油，熏蒸24、48、72 h八角茴香油的LC50值分別是茴香腦的1.48、1.62、1.51倍?？梢姡趹?yīng)用植物精油防治儲糧害蟲的過程中，一方面應(yīng)根據(jù)主要防治對象篩選出防效好的精油種類，另一方面，尋找并分離精油中高效活性成分也成為有效防治儲糧害蟲的新思路和新方法，此外，人工合成植物精油中的活性成分并改造其化學(xué)結(jié)構(gòu)有可能得到活性更強(qiáng)的藥劑。目前對植物精油應(yīng)用于害蟲防治領(lǐng)域的研究多以直接利用為主，今后還應(yīng)以生物活性測定為依據(jù)，找出其中的有效成分，鑒定其結(jié)構(gòu)，然后對結(jié)構(gòu)進(jìn)行修飾、合成，以期能找到活性更高的新型植物源熏蒸劑。

4 結(jié)論

在八角茴香油、留蘭香油、藍(lán)桉葉油、香茅油、檸檬油、艾蒿油等13種供試的植物精油中，以八角茴香油對赤擬谷盜成蟲的熏蒸效果最好，并且其LC50值隨著熏蒸時(shí)間的延長而逐漸降低，熏蒸72 h時(shí)LC50值為熏蒸12 h的0.36倍。從八角茴香油中共分離鑒定出21種組分，其中茴香腦的相對質(zhì)量分?jǐn)?shù)為79.81%，為八角茴香油的主要成分。茴香腦對赤擬谷盜成蟲具有熏蒸活性，其LC50值隨熏蒸時(shí)間的變化趨勢與八角茴香油相同，且均低于相應(yīng)熏蒸時(shí)段八角茴香油對赤擬谷盜成蟲的LC50值，與八角茴香油相比，其主要成分茴香腦對赤擬谷盜具有更好的熏蒸作用。

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