煙草甲植物源驅(qū)避劑的篩選

李為爭(zhēng)，范蔭蔭，安靖靖，王瓊，郭線茹，羅梅浩，原國(guó)輝

河南農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院，鄭州 450002

煙草甲植物源驅(qū)避劑的篩選

李為爭(zhēng)，范蔭蔭，安靖靖，王瓊，郭線茹，羅梅浩，原國(guó)輝

河南農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院，鄭州 450002

為篩選煙草甲植物源高效驅(qū)避劑，對(duì)12種芳香植物材料進(jìn)行了篩選，比較了肉桂醛及其2種結(jié)構(gòu)類似物（肉桂酸甲酯和肉桂酸乙酯）的驅(qū)避活性，測(cè)定了肉桂醛瓊脂膠包結(jié)物的驅(qū)避效果。Y形嗅覺儀測(cè)定結(jié)果表明，肉桂皮粉和丁香粉對(duì)煙草甲具有極顯著的驅(qū)避活性，3種化合物的驅(qū)避活性次序?yàn)椋喝夤鹑救夤鹚峒柞ィ救夤鹚嵋阴?。盆形嗅覺儀測(cè)定結(jié)果表明，肉桂醛瓊脂膠包結(jié)物在4 d內(nèi)對(duì)煙草甲的驅(qū)避反應(yīng)指數(shù)可達(dá)100%。肉桂醛是煙用香精的成分，可制作瓊脂膠包結(jié)驅(qū)避劑用于煙倉(cāng)中煙草甲的防治。

煙草甲；肉桂醛；驅(qū)避劑；瓊脂膠

煙草甲Lasioderma serricorne（Fabricius）屬鞘翅目竊蠹科，為世界性儲(chǔ)藏物害蟲，對(duì)儲(chǔ)藏期的烤煙及其制品為害尤甚[1]。目前，防治煙草甲等儲(chǔ)藏物害蟲的主要方法是藥劑熏蒸，其中以磷化鋁的應(yīng)用最為普遍，但由于長(zhǎng)期使用單一熏蒸劑，已誘導(dǎo)煙草甲、谷蠹、赤擬谷盜等多種害蟲對(duì)磷化氫產(chǎn)生了較強(qiáng)的抗藥性，而增加用藥量則會(huì)帶來嚴(yán)重的農(nóng)藥殘留污染和對(duì)人類健康的威脅[2-4]。因此，探尋無公害的儲(chǔ)藏物害蟲防治新途徑、新產(chǎn)品受到廣泛重視。

利用植物精油防治儲(chǔ)藏物害蟲是近年來的研究熱點(diǎn)[5-6]。由于植物精油來源于自然界，大部分對(duì)人體無毒，且許多精油已經(jīng)在醫(yī)療、化妝品、食品添加劑等方面大量使用，具有較好的環(huán)境相容性，用于儲(chǔ)藏物害蟲防治展現(xiàn)出良好的開發(fā)應(yīng)用前景[6]。已有的研究表明，植物精油不僅對(duì)害蟲具有毒殺、熏殺、觸殺、拒食等生物活性，而且有些精油或其活性成分對(duì)害蟲還表現(xiàn)出較強(qiáng)驅(qū)避作用[7]，如青蒿油、艾葉油、丁香油和(-)-紫蘇醛[(-)-perillaldehyde]、扁柏醇（hinokitiol）對(duì)煙草甲表現(xiàn)出明顯的驅(qū)避作用[8-10]，八角粉等芳香植物材料及其精油對(duì)煙草甲也有一定的驅(qū)避效果[11]。然而，相關(guān)研究多停留在粗提物測(cè)試階段，還未見到煙草甲植物源驅(qū)避劑產(chǎn)品投放市場(chǎng)。在篩選活性植物材料及其精油的基礎(chǔ)上，選用高驅(qū)避活性成分組配驅(qū)避劑，對(duì)于實(shí)現(xiàn)煙草甲等儲(chǔ)藏物害蟲的無公害防治具有重要的實(shí)踐意義。為此，本文選擇12種嗅感濃重的芳香植物材料，測(cè)定了這些植物材料對(duì)煙草甲的驅(qū)避活性，比較了活性較強(qiáng)的肉桂皮主要揮發(fā)物成分肉桂醛及其化學(xué)結(jié)構(gòu)類似物的驅(qū)避活性，評(píng)價(jià)了肉桂醛瓊脂膠包結(jié)物的驅(qū)避效果，期望為研制煙草甲驅(qū)避劑定型產(chǎn)品提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試?yán)ハx

供試煙草甲為河南農(nóng)業(yè)大學(xué)省級(jí)重點(diǎn)學(xué)科實(shí)驗(yàn)室飼養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)種群，飼養(yǎng)于人工氣候箱內(nèi)。飼養(yǎng)條件如下：光周期為15 L :9 D（暗期在23 :00～次日08 :00）；二級(jí)變溫，光期溫度為（30±2）℃，暗期溫度為（28±2）℃；相對(duì)濕度為（70±5）%。

1.2 材料和試劑

供試植物材料共12種，均購(gòu)買于鄭州黃河小商品市場(chǎng)。分別為肉桂皮（樟科）、丁香（木犀科）、八角（八角科）、川姜（姜科）、紅花椒（蕓香科）、良姜（姜科）、茴香（傘形科）、辛夷（木蘭科）、辣椒（茄科）、芥子（十字花科）、一口盅（桃金娘科）、千里香（蕓香科）。將各種材料自然干燥后，用 FW-100型高速萬能粉碎機(jī)在1200 r·min-1的轉(zhuǎn)速下粉碎10 s，過40目篩。肉桂醛購(gòu)買于上海雙喜香料助劑廠，肉桂酸甲酯和肉桂酸乙酯購(gòu)于Fluka Co Ltd.，均為分析純。

1.3 生物測(cè)定

共分3組測(cè)定內(nèi)容。第1組為植物材料驅(qū)避活性的初步篩選，第2組為肉桂皮主要揮發(fā)物成分肉桂醛及其2種結(jié)構(gòu)類似物肉桂酸甲酯和肉桂酸乙酯的驅(qū)避活性比較，第3組為肉桂醛瓊脂凝膠包結(jié)物的驅(qū)避效果評(píng)價(jià)。

植物材料驅(qū)避活性的測(cè)定在Y形嗅覺儀中進(jìn)行。嗅覺儀Y形管的內(nèi)徑為2.5 cm，主臂長(zhǎng)16 cm，支臂長(zhǎng)17 cm，兩支臂之間的夾角為45°。主臂與抽氣真空泵相連，兩支臂通過硅膠管分別與兩個(gè)相同的樣品容器相連，樣品容器的進(jìn)氣口用活性碳凈化進(jìn)入的空氣。測(cè)定時(shí)間在21 :00～23:00成蟲活動(dòng)高峰期進(jìn)行，測(cè)定時(shí)稱取2 g待測(cè)植物材料粉末樣品，置于8 mL青霉素瓶中放入與Y形管處理支臂相連的樣品容器內(nèi)，對(duì)照支臂的樣品容器內(nèi)只放置空的青霉素瓶。然后將饑餓24 h、健康活潑的煙草甲成蟲15～20頭一次性接入Y形嗅覺儀的主臂末端，并將嗅覺儀置于暗箱中開始抽氣（兩支臂的空氣流速均為1.0 L/min）。接蟲后20 min觀察煙草甲在嗅覺儀中的分布情況，分別記錄處理支臂和對(duì)照支臂中的蟲數(shù)，試蟲爬行至離Y形管進(jìn)氣口10 cm以內(nèi)視為作出了選擇反應(yīng)，停留在主臂中或進(jìn)入支臂但不到距離進(jìn)氣口5 cm的個(gè)體視為無反應(yīng)。每組試驗(yàn)結(jié)束后，用蒸餾水清洗嗅覺儀并熱風(fēng)吹干，調(diào)換兩支臂的位置后再進(jìn)行下一次測(cè)定。共12個(gè)處理，每處理重復(fù)測(cè)定16次。

肉桂醛等化合物的比較仍在上述Y形嗅覺儀中進(jìn)行。由于化合物的揮發(fā)性強(qiáng)于植物材料，故在測(cè)定開始后5 min、10 min、15 min和20 min各觀察1次煙草甲在處理和對(duì)照支臂中的分布情況。每種化合物分為2 μL和5 μL兩個(gè)劑量水平，滴加在0.5 cm×6 cm的濾紙條上并放入青霉素小瓶中，對(duì)照則放入不滴加化合物的濾紙條，每種化合物的每個(gè)劑量水平重復(fù)測(cè)定5次。

肉桂醛瓊脂膠包結(jié)物驅(qū)避效果的評(píng)價(jià)在作者設(shè)計(jì)制作的盆形嗅覺儀中進(jìn)行[12]。首先制備肉桂醛瓊脂膠包結(jié)物處理樣品，取肉桂醛500 μL置于8 mL青霉素瓶中，接著注入5 mL 1%的瓊脂熔膠，搖勻后置于室溫下備用；對(duì)照樣品則僅注入5 mL 1%的瓊脂熔膠。然后取烤煙葉片20 g揉碎后放入紗布包內(nèi)，并在處理紗布包中放入肉桂醛處理樣品，對(duì)照紗布包中則放入不包結(jié)肉桂醛的瓊脂膠對(duì)照樣品。測(cè)定時(shí)取處理和對(duì)照紗布包各1個(gè)，分別放置在盆形嗅覺儀底部一條直徑的兩端，然后在盆形嗅覺儀底部中央釋放煙草甲成蟲25頭，在盆口上部加蓋遮光紙，開啟蠕動(dòng)泵營(yíng)造微氣流環(huán)境，并開始計(jì)時(shí)。24 h、48 h、72 h和96 h后觀察記載兩個(gè)紗布包內(nèi)的煙草甲數(shù)量，停留在紗布包外的試蟲不做記錄，共重復(fù)9次。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

對(duì)于植物材料的測(cè)定數(shù)據(jù)，首先采用配對(duì)t測(cè)驗(yàn)的方法判斷每個(gè)樣品處理支臂與對(duì)照支臂試蟲數(shù)量的差異顯著性，然后采用下式計(jì)算驅(qū)避反應(yīng)指數(shù)（Repellent index，Ri）：

式中，Ri為驅(qū)避反應(yīng)指數(shù)，CK為對(duì)照支臂中的煙草甲數(shù)量平均值，Tr為處理支臂中的煙草甲數(shù)量平均值?；炯僭O(shè)是如果樣品沒有活性，則煙草甲進(jìn)入Y形管的兩個(gè)支臂的數(shù)量應(yīng)當(dāng)沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義上的差異，如果Ri顯著大于0則樣品具有驅(qū)避作用，顯著小于0則說明有引誘作用，與0差異不顯著則說明所測(cè)試的樣品沒有任何行為活性。

對(duì)于肉桂醛等3種化合物的測(cè)定數(shù)據(jù)，驅(qū)避反應(yīng)指數(shù)的計(jì)算方法同上。差異顯著性分析采用三因素方差分析，判斷化合物種類、劑量、觀察時(shí)間及其交互作用對(duì)煙草甲行為反應(yīng)影響的顯著性。對(duì)于影響顯著的因素或交互作用，則采用Duncan’s新復(fù)極差法進(jìn)行多重比較。

對(duì)于肉桂醛瓊脂膠包結(jié)物驅(qū)避效果測(cè)定數(shù)據(jù)，驅(qū)避反應(yīng)指數(shù)的計(jì)算方法同上。由于不同時(shí)間段的驅(qū)避反應(yīng)指數(shù)均接近于100%，故不再進(jìn)行差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同植物材料的驅(qū)避反應(yīng)指數(shù)比較

在Y形嗅覺儀中測(cè)定煙草甲對(duì)12種芳香植物材料的驅(qū)避反應(yīng)，得到表1結(jié)果。從表1可以看出，肉桂皮粉的驅(qū)避效果最好，對(duì)照支臂中的蟲數(shù)極顯著多于處理支臂中的蟲數(shù)，驅(qū)避反應(yīng)指數(shù)達(dá)78.46%；丁香粉的驅(qū)避效果次之，對(duì)照與處理支臂中的蟲數(shù)差異仍達(dá)極顯著水平，驅(qū)避反應(yīng)指數(shù)為67.46%。其他供試材料對(duì)煙草甲的生物活性變化較大，其中千里香粉、一口盅粉、芥子粉、辣椒粉和辛夷粉處理與對(duì)照支臂中的蟲數(shù)差異極顯著，不僅沒有驅(qū)避活性，反而表現(xiàn)出極顯著的引誘活性；茴香粉也表現(xiàn)出顯著的引誘活性；而八角粉、川姜粉、紅花椒粉和良姜粉4種材料則既沒有顯著的引誘活性，也沒有顯著的驅(qū)避活性。

表1 不同植物材料對(duì)煙草甲的驅(qū)避反應(yīng)指數(shù)Tab.1 Repellent indices of different plant materials against Lasioderma serricorne

2.2 肉桂醛及其結(jié)構(gòu)類似物的驅(qū)避活性

在Y形嗅覺儀中測(cè)定煙草甲對(duì)肉桂皮主要揮發(fā)物成分肉桂醛及其2種結(jié)構(gòu)類似物肉桂酸甲酯、肉桂酸乙酯驅(qū)避反應(yīng)，得到圖1和圖2結(jié)果。從圖1可以看出，3種供試化合物均表現(xiàn)出明顯的驅(qū)避活性，其中肉桂醛的驅(qū)避活性最強(qiáng)，驅(qū)避反應(yīng)指數(shù)達(dá)99.62%；其次為肉桂酸甲酯，驅(qū)避反應(yīng)指數(shù)為77.93%；肉桂酸乙酯的驅(qū)避活性相對(duì)較弱，驅(qū)避反應(yīng)指數(shù)為62.02%。從圖2可以看出，3種供試化合物不同觀察時(shí)間的整體驅(qū)避反應(yīng)指數(shù)之間沒有明顯差異。三因素方差分析結(jié)果表明（表2），不同化合物的驅(qū)避反應(yīng)指數(shù)之間有高度統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（F= 27.9159，F(xiàn)0.05= 3.0912）；不同劑量的驅(qū)避反應(yīng)指數(shù)差異也達(dá)到極顯著水平（F= 20.3859，F(xiàn)0.05= 3.9402），其中劑量為5 μL時(shí)的平均驅(qū)避反應(yīng)指數(shù)為89.17%，劑量為2 μL時(shí)的平均驅(qū)避反應(yīng)指數(shù)為70.55%，且化合物與劑量?jī)蓚€(gè)因素之間也存在極顯著的交互作用（F= 7.1072，F(xiàn)0.05= 3.0912）；不同觀察時(shí)間的驅(qū)避反應(yīng)指數(shù)不存在顯著性差異，而且所有與觀察時(shí)間有二階交互作用或三階交互作用的驅(qū)避反應(yīng)指數(shù)之間也沒有顯著性差異。說明化合物的種類及其使用劑量是影響驅(qū)避活性的關(guān)鍵因素。

圖1 3種化合物的驅(qū)避反應(yīng)指數(shù)比較Fig.1 Comparison of repellent indices among 3 compounds

圖2 不同觀察時(shí)間驅(qū)避反應(yīng)指數(shù)的變化Fig.2 Changes of repellent index at different obervation timing

2.3 肉桂醛瓊脂凝膠物的驅(qū)避效果測(cè)定

由于在2 h內(nèi)分段觀察時(shí)，5 min、10 min、15 min和20 min 4個(gè)時(shí)間點(diǎn)的觀察結(jié)果沒有顯著差異。為此采用瓊脂膠包結(jié)肉桂醛，測(cè)定了不同時(shí)間段的驅(qū)避作用，結(jié)果見表3。從表3可以看出，第1 d的平均驅(qū)避反應(yīng)指數(shù)達(dá)90.48%，此后隨著時(shí)間的延長(zhǎng)逐步增加，至第4 d時(shí)驅(qū)避反應(yīng)指數(shù)達(dá)100%。說明在實(shí)驗(yàn)室條件下評(píng)價(jià)揮發(fā)性化合物的驅(qū)避效果時(shí)，控制揮發(fā)物緩慢釋放可以更好地評(píng)價(jià)其驅(qū)避效果。

表2 不同化合物、不同劑量和觀察時(shí)間對(duì)煙草甲驅(qū)避效果影響的方差分析Tab.2 Analysis of variance of repellent effect on Lasioderma serricorne for different compounds,different doses and observation timing

3 討論

研究結(jié)果表明，不同芳香植物材料對(duì)煙草甲表現(xiàn)出不同的生物活性。其中肉桂皮和丁香表現(xiàn)出較強(qiáng)的驅(qū)避活性，而千里香、一口盅、芥子、辣椒和辛夷則表現(xiàn)出引誘活性，估計(jì)與煙草甲食性較雜，可取食煙草、谷物、植物香味料等多種動(dòng)植物干制品有關(guān)[1]。因此，在選擇驅(qū)避植物材料時(shí)，應(yīng)盡可能選取煙草甲不喜歡取食的植物材料。驅(qū)避植物材料肉桂皮的主要揮發(fā)物成分為肉桂醛（39.49%）和古巴烯（26.79%），其他成分則含量甚微[14]。生物測(cè)定結(jié)果表明，肉桂醛對(duì)煙草甲具有極強(qiáng)的驅(qū)避活性，而肉桂醛也是煙用香精之一，若作為煙草甲驅(qū)避劑可能對(duì)烤煙品質(zhì)的影響較小，有待進(jìn)一步的品質(zhì)影響評(píng)價(jià)予以確定。

利用植物源驅(qū)避劑控制衛(wèi)生害蟲已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，而用于其他害蟲的成功事例不多[15]。與大田作物害蟲防治不同，倉(cāng)庫是一個(gè)相對(duì)封閉的環(huán)境，加上儲(chǔ)藏物害蟲多隱蔽取食為害，若使用植物源驅(qū)避劑直接避免害蟲侵染煙草和其他儲(chǔ)藏物，可能是最經(jīng)濟(jì)有效的預(yù)防措施。當(dāng)然，從實(shí)際應(yīng)用的角度看，還需要進(jìn)一步明確驅(qū)避劑的最佳劑量，評(píng)價(jià)在倉(cāng)庫環(huán)境中瓊脂膠包結(jié)物的控制釋放效果，研究適于不同倉(cāng)庫和包裝物的應(yīng)用劑型和使用方法等。

表3 肉桂醛瓊脂膠包結(jié)物對(duì)煙草甲的驅(qū)避效果Tab.3 Repellent effect of cinnamaldehyde formulated in agaro-pectin on Lasioderma serricorne

4 結(jié)論

從12種芳香植物材料中篩選出了對(duì)煙草甲驅(qū)避效果最好的肉桂皮，測(cè)定了肉桂皮主要揮發(fā)物成分肉桂醛的驅(qū)避活性，制備出了驅(qū)避劑瓊脂膠包結(jié)物樣品，有希望成為一種新型的煙草甲高效驅(qū)避劑。

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Screening of plant-derived repellents against tobacco beetle,Lasioderma serricorne(Fabricius)

LI Weizheng,FAN Yinyin,AN Jingjing,WANG Qiong,GUO Xianru,LUO Meihao,YUAN Guohui
College of Plant Protection,Henan Agricultural University,Zhengzhou 450002,China

Twelve aroma plant species were chosen to screen effective plant repellent to tobacco beetle,Lasioderma serricorne.Repellent activity of cinnamaldehyde was compared against its two structural analogs(methyl cinnamate and ethyl cinnamate),and repellent effect of cinnamaldehyde formulated in agaro-pectin was also determined.Results in Y-typed olfactometer showed that the Cinnamomun cassia bark powder and Syringa oblata bud powder had extremely significant repellent effect,and repellent activity of three tested compounds was expressed in a declining order of cinnamaldehyde,methyl cinnamate and ethyl cinnamate.Results in basin-shaped olfactometer showed that repellent index of cinnamaldehyde formulated in agaro-pectin almost reached 100% againstLasioderma serricorneduring a four-day test period.Thus cinnamaldehyde as component of tobacco flavor could be used to make agaro-pectin repellent againstLasioderma serricornein tobacco warehouse.

Lasioderma serricorne; cinnamaldehyde; repellent; agaro-pectin

10.3969/j.issn.1004-5708.2014.05.015

Q968.1；S433.5；S572 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1004-5708（2014）05-0093-05

國(guó)家公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）專項(xiàng)資助項(xiàng)目（201203036）；河南省煙草公司科技項(xiàng)目（HYKJ2011M04）

李為爭(zhēng)（1978—），副教授，博士，主要從事昆蟲化學(xué)生態(tài)學(xué)研究，Email：wei-zhengli@163.com

原國(guó)輝（1959—），教授，博士生導(dǎo)師，Email：hnndygh@126.com

2013-07-21