爵床的甲醇提取物對小菜蛾的生物活性作用

郭明程, 李保同,*, 湯麗梅, 李曉花, 梁同軍

1 江西農業(yè)大學農學院, 南昌 330045 2 江西廬山植物園, 廬山 332900

爵床的甲醇提取物對小菜蛾的生物活性作用

郭明程1, 李保同1,*, 湯麗梅1, 李曉花2, 梁同軍2

1 江西農業(yè)大學農學院, 南昌 330045 2 江西廬山植物園, 廬山 332900

為探明爵床(Justiciaprocumbens)甲醇提取物對小菜蛾的生物活性，采用室內生測法測定了爵床甲醇提取物對小菜蛾的觸殺、拒食、胃毒、生長發(fā)育抑制和產卵忌避作用。結果表明，爵床甲醇提取物對小菜蛾幼蟲具有較強的觸殺、拒食、胃毒和生長發(fā)育抑制活性，對小菜蛾成蟲具有較強的產卵忌避活性。在觸殺試驗中，藥后1、2 d和3 d爵床甲醇提取物對小菜蛾3齡幼蟲的致死中濃度(LC50)分別為5.17、4.05和3.06 mg/mL；在拒食試驗中，藥后1 d和2 d提取物對3齡幼蟲的選擇性拒食中濃度(AFC50)分別為2.64和3.13 mg/mL，藥后1 d和2 d提取物對3齡幼蟲的非選擇性拒食中濃度(AFC50)分別為3.70、4.54 mg/mL；在胃毒試驗中，藥后4、5、6 d和7 d提取物對3齡幼蟲的致死中濃度(LC50)分別為8.13、3.65、2.88、2.23 mg/mL；在生長發(fā)育抑制試驗中，藥后1 d和2 d提取物對3齡幼蟲的抑制中濃度(IC50)分別為2.02、1.40 mg/mL；在產卵忌避試驗中，藥后1、2 d和3 d提取物對小菜蛾成蟲的選擇性產卵忌避中濃度(AOC50)分別為2.61、3.66、4.58 mg/mL，藥后1、2和3 d提取物對小菜蛾成蟲的非選擇性產卵忌避中濃度(AOC50)分別為3.19、4.52、5.65 mg/mL。由此證實，爵床提取物對小菜蛾具有顯著的毒殺活性，具有開發(fā)為新型高效、低毒植物源農藥的潛在價值。

爵床; 甲醇提取物; 小菜蛾; 生物活性

爵床Justiciaprocumbens為爵床科爵床屬植物，別名小青草、六角英、赤眼老母草、節(jié)節(jié)寒等，在我國江西、廣東、福建、臺灣等南方各省均有分布，資源十分豐富[1- 2]。在醫(yī)學上具有清熱解毒、利尿消腫的功效，用于治療感冒發(fā)熱、咽痛、咳嗽、瘧疾、腎盂腎炎等癥，外用治療癰瘡癤腫、跌打損傷[3]，是一種傳統(tǒng)的中藥材。張愛蓮等[2- 3]報道爵床乙醇提取物主要成分為黃酮、木脂素和三萜類化合物，具有抗腫瘤、抗病毒及抗血小板凝集的生物活性[4- 6]。因此，爵床提取物作為一種潛在的生物源殺蟲殺菌劑，具有重要的研究價值。Grainge等[7]研究發(fā)現(xiàn)爵床可用于防治南方根結線蟲和爪哇根結線蟲，曾志紅等[8]報道爵床提取物對金黃色葡萄球菌、大腸埃希氏菌和沙門氏菌有良好的抑制效果。關于爵床的殺蟲活性雖有一些報道，如平新亮等[9- 11]報道爵床提取物對白紋伊蚊、菜青蟲和家蠅具有較強的殺蟲活性，但不夠深入和系統(tǒng)。為深入了解爵床提取物的殺蟲活性，本研究以小菜蛾Plutellaxylostella為試蟲，在室內系統(tǒng)地測定了爵床甲醇提取物對昆蟲取食、存活、生長發(fā)育和產卵忌避的影響，以期為爵床的進一步開發(fā)利用提供依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 供試蟲源

試驗所用小菜蛾為敏感品系，由江西農業(yè)大學昆蟲化學生態(tài)實驗室提供。該敏感品系在溫度(25±1) ℃，相對濕度60%—70%，光照16∶8(L∶D)的人工氣候箱內，連續(xù)飼養(yǎng)多年未接觸任何藥劑。

1.1.2 爵床提取物的制備

爵床(J.procumbens)2011年10月采自江西廬山植物園，全株經清洗、晾干、40 ℃干燥后，小型粉碎機粉碎，過80目篩。稱取50.0 g爵床粉碎物，用400 mL甲醇超聲波提取30 min后，過濾，將濾渣再用200 mL甲醇提取2次，合并濾液，45 ℃濃縮至干，得到提取率為4.0%的膏狀提取物。加入少量甲醇將膏狀提取物溶解后，用0.1%吐溫- 80水溶液配制成32、16、8、4、2、1 mg/mL濃度的藥液。

1.2 生物活性測定

1.2.1 觸殺作用

采用浸蟲法[12]。選取小菜蛾3齡幼蟲放入圓桶狀濾網中，置于藥液內浸漬5 s 后取出，用濾紙吸取試蟲體表多余藥液，轉入裝有新鮮甘藍葉片并墊有保濕濾紙的培養(yǎng)皿(φ=9 cm)中，置于上述培養(yǎng)箱內飼養(yǎng)，每處理20頭，以含少許甲醇的0.1%吐溫- 80水溶液作對照，重復3次。藥后1、2、3 d分別調查試蟲死亡情況，計算死亡率和校正死亡率。

死亡率(%)=死亡蟲數(shù)/供試總蟲數(shù)×100校正死亡率(%)=(處理組死亡率-對照組死亡率)/(1-對照組死亡率) ×100

1.2.2 拒食作用

采用載毒葉片法[13]。將新鮮甘藍葉片用圓形打孔器(φ=1.4 cm)打成葉碟，分別放入處理藥液和對照溶液內浸漬3 s后，晾干，放入墊有濕潤濾紙的培養(yǎng)皿中。選擇性試驗每皿等距離放入4個葉碟，即對照、處理葉碟各2個，十字交叉型排列；非選擇性試驗每皿放入4個處理葉碟或對照葉碟。每皿內接入已饑餓3 h的3齡幼蟲1頭，每處理重復20次，即總蟲數(shù)20頭(n=20)。試驗中根據幼蟲取食情況及時添加經相同處理的葉碟。藥后1、2 d分別測量被取食的葉面積，按下式計算拒食率。

拒食率(%)=(對照取食葉面積-處理取食葉面積)/對照取食葉面積×100

1.2.3 胃毒作用

采用葉碟添加法[14]。將甘藍葉片在供試藥液內浸漬5 s后，晾干，放入墊有濕潤濾紙的培養(yǎng)皿中，每皿接入小菜蛾3齡幼蟲20頭，以含少許甲醇的0.1%吐溫- 80水溶液處理作對照，重復3次。連續(xù)飼喂7 d，每日觀察試蟲中毒死亡情況，計算死亡率和校正死亡率。

1.2.4 生長發(fā)育抑制作用

對于750 kV架空輸電線路的重合閘間歇時間約為33個周期，即 0.5 s（60Hz系統(tǒng)）。然而公式（1）只能適用于三相重合閘方法，即所有三個相同時跳閘。在單相重合閘模式的情況下，只有故障相被中斷而其他相仍然正常。盡管單相重合閘間歇時間根據線路長度和電路配置而變化，在后者的情況下的重合閘間歇時間大約是前者的兩倍，即66個周期（約為1 s）。在電弧滅弧之后，盡可能快地減少間歇時間并進行重合閘可以改善電力系統(tǒng)的可靠性。因此，準確地計算滅弧時間是至關重要。

采用飼喂稱重法[15]。葉片處理同拒食作用，每皿2片葉碟，接入1頭已饑餓3 h的3齡小菜蛾幼蟲，每處理20頭試蟲，以含少許甲醇的0.1%吐溫- 80水溶液處理作對照，重復3次。藥前和藥后1、2 d分別稱量試蟲體重，按下式計算生長抑制率:

生長抑制率(%)=(對照組體重增加量-處理組體重增加量)/對照組體重增加量×100

1.2.5 產卵忌避作用

參照周瓊[16]的方法，將新鮮甘藍葉片用圓形打孔器(φ=1.0 cm)打成葉碟，分別放入處理藥液和對照溶液內浸漬3 s后，晾干。選擇性產卵忌避試驗將2個藥液處理葉碟和2個對照葉碟交叉排列放入墊有濕潤濾紙的500 mL廣口瓶中，藥液處理葉碟和對照葉碟均為1個正面朝上，1個背面朝上；非選擇性產卵忌避試驗廣口瓶內放置4個處理葉碟或對照葉碟，處理葉碟和對照葉碟均為2個正面朝上，2個背面朝上。然后接入2對羽化1 d并于實驗當天配對的小菜蛾成蟲，用紗布封住瓶口，紗布上放置蘸有10%蜜糖水的脫脂棉球。以含少許甲醇的0.1%吐溫- 80水溶液作對照，重復3次。藥后1、2、3 d檢查各葉片上的產卵量，按下式計算忌避率:

忌避率(%)=(對照卵量-處理卵量)/對照卵量×100

1.3 統(tǒng)計方法

試驗結果采用Microsoft Excel軟件進行數(shù)據整理，經DPS統(tǒng)計軟件鄧肯氏新復極差法進行多元統(tǒng)計分析，采用提取物濃度的對數(shù)-校正死亡率(或拒食率、生長抑制率、忌避率)幾率值法計算求得致死中濃度(LC50)或拒食中濃度(AFC50)、抑制中濃度(IC50)、忌避中濃度(AOC50)及毒力回歸方程。

2 結果與分析

2.1 對小菜蛾的觸殺作用

表1 爵床提取物對小菜蛾的觸殺作用

2.2 對小菜蛾的拒食作用

爵床提取物對小菜蛾具有顯著的拒食作用，其拒食率與提取物的濃度呈正相關。選擇性拒食作用大于非選擇性拒食作用，藥后1 d的拒食活性明顯高于藥后2 d。在選擇性條件下，藥后1、2 d拒食中濃度(AFC50)分別為2.64、3.13 mg/mL(表2)。在非選擇性條件下，藥后1、2 d的拒食中濃度(AFC50)分別為3.70、4.54 mg/mL(表3)。

表2 爵床提取物對小菜蛾的選擇性拒食作用

2.3 對小菜蛾的胃毒作用

爵床提取物對小菜蛾具有較強的胃毒作用，死亡率隨提取物濃度的增加而升高。各處理藥后1 d均未出現(xiàn)試蟲死亡，32 mg/mL處理藥后2 d 死亡率僅為16.67%，藥后3 d死亡率為46.67%，藥后4、5、6、7 d致死中濃度 (LC50)分別為8.13、3.65、2.88、2.23 mg/mL(表4)。

表3 爵床提取物對小菜蛾的非選擇性拒食作用

表4 爵床提取物對小菜蛾的胃毒作用

2.4 對小菜蛾生長發(fā)育的抑制作用

爵床提取物對小菜蛾生長發(fā)育具有顯著的抑制作用，其抑制率與提取物的濃度呈正相關。幼蟲的體重隨提取物濃度的增加而減小，藥液處理組與對照組間幼蟲體重的差異顯著。藥后1、2 d的抑制中濃度(IC50)分別為2.02、1.40 mg/mL(表5)。

表5 爵床提取物對小菜蛾生長發(fā)育的抑制作用

2.5 對小菜蛾的產卵忌避作用

爵床提取物對小菜蛾成蟲產卵具有顯著的忌避作用，其產卵忌避率與提取物的濃度呈正相關。成蟲在處理葉碟上的產卵量隨提取物濃度的增加而減小，且各處理間差異顯著。同時，各藥液處理產卵忌避率隨處理時間的延長而降低。選擇性產卵忌避作用大于非選擇性產卵忌避作用，在選擇性條件下藥后1、2、3 d忌避中濃度(AOC50)分別為2.61、3.66、4.58 mg/mL(表6)，在非選擇性條件下藥后1、2、3 d的忌避中濃度(AOC50)分別為3.19、4.52、5.65 mg/mL(表7)。

表6 爵床提取物對小菜蛾的選擇性產卵忌避作用

表7 爵床提取物對小菜蛾的非選擇性產卵忌避作用

3 討論

Kamaraj等[17]報道爵床甲醇、乙酸乙酯和正己烷提取物對白雪庫蚊和致倦庫蚊的成蟲、幼蟲均有較強的觸殺活性，且對兩種庫蚊的成蟲還有明顯的驅避作用；平新亮等[9- 11,18]研究發(fā)現(xiàn)爵床甲醇提取物對白紋伊蚊、家蠅、菜青蟲和亞洲玉米螟具有較強的觸殺活性。本研究結果發(fā)現(xiàn)，爵床甲醇提取物對小菜蛾3齡幼蟲具有觸殺、拒食、抑制生長和胃毒作用。試蟲在溶液中浸漬后，其死亡率隨爵床提取物濃度的增加而上升，藥后1、2 d觸殺LC50分別為5.17和3.06 mg/mL，可見爵床提取物對小菜蟲幼蟲具有較強的觸殺活性。在非選擇性取食條件下，試蟲的取食量隨爵床提取物濃度的增加而逐漸減少；在選擇性取食條件下，試蟲在處理葉碟上的取食量隨濃度的增加而逐漸減少，拒食率逐漸增加，總取食量隨之減少。其原因可能是由于試蟲在取食了少量的爵床提取物后，引起食欲減退所致。由此表明提取物中存在某種或幾種化學物質，使試蟲對食物的食欲降低，或消化食物的速度減緩，或引起生理上的不適，但具體原因還需通過行為學的直接觀察和生理學的實驗才能進一步確定。非選擇性取食試驗中的AFC50大于選擇性取食試驗中AFC50(表2，表3)，這一結果與蔡霞等測定水葫蘆乙醇提取物、雷公藤乙醇提取物、銀杏葉粗提物對小菜蛾幼蟲的拒食作用結果相似[19- 21]。其原因可能是由于小菜蛾因極度饑餓而取食提取物處理過葉碟的緣故，也有可能是由于小菜蛾幼蟲持續(xù)地暴露于提取物的環(huán)境后，感受器對提取物的敏感性下降所致。昆蟲能很快地適應拒食劑，表現(xiàn)對拒食劑不敏感，這也是拒食劑應用中所存在的問題之一。

爵床提取物對小菜蛾幼蟲有生長抑制和胃毒作用。用提取物處理的葉碟飼喂后，幼蟲的體重增加緩慢；在較高濃度下，提取物還可使小菜蛾的幼蟲死亡；小菜蛾取食提取物后，即使喂以新鮮未處理的葉碟，幼蟲死亡率仍比對照明顯增加，且隨著時間延長而升高，導致最終完成幼蟲期發(fā)育的百分率下降。其原因可能是試蟲取食后引起體內代謝失調而使生長發(fā)育受到抑制所致。爵床提取物對小菜蛾成蟲產卵有忌避作用。成蟲在處理葉碟上的產卵量隨提取物濃度的增加而減小，各藥液處理產卵忌避率隨處理時間的延長而降低，其中選擇性產卵忌避作用大于非選擇性產卵忌避作用，這一結果與Kamaraj等[17]報道相一致。其原因可能是由于提取物活性成分的揮發(fā)作用，致使葉碟上的濃度隨著時間的延長而不斷下降有關；也有可能是由于小菜蛾成蟲持續(xù)地暴露于提取物的環(huán)境后，觸角等感受器對提取物的敏感性下降所致。

植物中具有殺蟲活性的化合物主要有萜類化合物及其衍生物、生物堿及蛋白質等含氮含硫化合物、脂肪類化合物和芳香族化合物等四大類，其中香精油是植物中常見的殺蟲有效成分[22- 23]。劉文坤等[24]報道爵床屬植物的主要成分為三萜、黃酮、木脂素、香豆素、生物堿和脂肪酸等類型化合物。以往研究發(fā)現(xiàn)爵床不同極性溶劑提取物對鱗翅目昆蟲均有一定程度的殺蟲作用，其中以甲醇提取物的活性最高[11]。由此可以初步推斷爵床殺蟲活性成分以中極性化合物較多，親脂性化合物相對較少，其單體的殺蟲活性和作用機理有待進一步研究。

剡根姣等[25]報道牛心樸子Cynanchumkomarovii乙醇提取物藥后1、2 d對小菜蛾3齡幼蟲的觸殺LC50分別為4.90和4.3 mg/mL；在選擇性和非選擇性的條件下，蔡霞等[19]研究發(fā)現(xiàn)水葫蘆Eichhorniacrassipes乙醇提取物藥后2 d對小菜蛾3齡幼蟲的AFC50分別為66.09和293.35 mg/mL，李進步等[26]證實半夏Pinelliaternat乙醇提取物藥后2 d對小菜蛾3齡幼蟲AFC50分別為39.16和21.32 mg/mL；徐向榮等[13]研究發(fā)現(xiàn)在非選擇性的條件下牽牛子Pharbitispurpure甲醇提取物藥后2 d對小菜蛾3齡幼蟲的AFC50為34.60 mg/mL。本研究中，爵床甲醇提取物藥后2、3 d對小菜蛾3齡幼蟲的觸殺LC50分別為4.05和3.06 mg/mL，在選擇性和非選擇性的條件下爵床甲醇提取物藥后2 d對小菜蛾3齡幼蟲AFC50分別為3.13和4.54 mg/mL，可見其活性明顯高于牛心樸子、水葫蘆、半夏和牽牛子提取物。因此，爵床具有開發(fā)為新型高效、低毒植物源農藥的潛在價值。

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Bioactivity of methanol extracts fromJusticiaprocumbensagainstPlutellaxylostella

GUO Mingcheng1, LI Baotong1,*, TANG Limei1, LI Xiaohua2, LIANG Tongjun2

1CollegeofAgronomy,JiangxiAgriculturalUniversity,Nanchang330045,China2JiangxiLushanArboretum,Lushan332900,China

Plants are a treasure trove of bioactive compounds and research into the bioactivity of naturally occurring botanical compounds is an effective way to develop new pesticides. Pesticides can have many effects upon target organisms, including stomach poisoning, contact poisoning, systemic poisoning, fumigant poisoning, antifeeding and repelling activity, and growth regulation.Justiciaprocumbensis a traditional Chinese herbal medicine, and studies have shown that extracts fromJ.procumbenshave insecticidal and antimicrobial activity.Plutellaxylostellais an important agricultural pest of cruciferous vegetables in south China that, as it causes damage throughout the year, is responsible for huge economic losses. We used greenhouse bioassays to test the contact poisoning, antifeeding, stomach poisoning, growth regulating and oviposition-repelling effects of methanol extracts fromJ.procumbensagainstP.xylostella. .Results showed that methanol extracts fromJ.procumbenshad strong contact toxicity toP.xylostella, and that this activity was positively correlated to the concentration of the extracts. The LC50values of methanol extracts against 3rd instar larvae ofP.xylostellawere 5.17, 4.05 and 3.06 mg/mL within 1, 2 and 3 d after treatment, respectively. Methanol extracts fromJ.procumbenshad significant antifeedant activity againstP.xylostella, whose antifeeding rate was positively correlated to the concentration of extracts. The effect of the extracts on selective antifeeding rates was stronger than on non-selective antifeeding rates, and the antifeedant effects were decreased noticeably over time: the AFC50values were 2.64 and 3.13 mg/mL within 1 and 2 d after treatment under the selective conditions, and 3.70 and 4.54 mg/mL under the non-selective conditions. Methanol extracts fromJ.procumbenshad strong stomach toxicity toP.xylostella, and the larval mortality was positively correlated with the concentration of the extracts and the time after treatment. In all treatments, no larvae died within 1 d after treatment. The mortality of larvae in the high concentration (32 mg/mL) treatment was 16.67% within 2 d after treatment and 46.67% within 3 d after treatment. The LC50values of methanol extracts against the 3rd instar larvae ofP.xylostellawere 8.13, 3.65, 2.88 and 2.23 mg/mL within 4, 5, 6 and 7 d after treatment, respectively. Methanol extracts fromJ.procumbenshad a significant dose-dependent inhibitory effect on the larval growth ofP.xylostella. Larval body mass significantly decreased in all treatments of methanol extracts compared with control, and the magnitude of the decrease correlated with the extract concentration. The IC50values of methanol extracts against the 3rd instar larvae ofP.xylostellawere 2.02 and 1.40 mg/mL within 1 and 2 d after treatment. Methanol extracts fromJ.procumbenshad significant dose-dependent repelling effect on the adult oviposition ofP.xylostella. There was a significant reduction in the number of eggs laid per female adult with an increasing concentration of extracts. At the same time, the oviposition repelling rate of extracts at all concentrations decreased with time, and the effect on selective repelling rates was stronger than on non-selective repelling rates. The AOC50values were 2.61, 3.66 and 4.58 mg/mL within 1, 2 and 3 d after treatment under the selective conditions, respectively, and 3.19, 4.52 and 5.65 mg/mL under the non-selective conditions. The results suggested that methanol extracts fromJ.procumbenshave significant insecticidal activity againstP.xylostella, and have the potential to be developed into a new style of botanical pesticide with high efficacy and low non-target toxicity.

Justiciaprocumbens; Methanol extracts;Plutellaxylostella; Bioactivity

國家自然科學基金資助項目(31260437); 江西省教育廳資助項目(GJJ11395)

2013- 07- 26;

2014- 06- 12

10.5846/stxb201307261957

*通訊作者Corresponding author.E-mail: tonglm66@163.com

郭明程, 李保同, 湯麗梅, 李曉花, 梁同軍.爵床的甲醇提取物對小菜蛾的生物活性作用.生態(tài)學報,2015,35(11):3854- 3861.

Guo M C, Li B T, Tang L M, Li X H, Liang T J.Bioactivity of methanol extracts fromJusticiaprocumbensagainstPlutellaxylostella.Acta Ecologica Sinica,2015,35(11):3854- 3861.