4種植物次生物質(zhì)對(duì)黃粉蟲生長(zhǎng)發(fā)育的影響及維生素B1的增效作用

汪彤，史東霞，張爽,，杜克久,

(1 河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 林學(xué)院, 河北 保定 071000；2 河北林木種質(zhì)資源與森林保護(hù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 河北 保定 071000)

植物與昆蟲的協(xié)同進(jìn)化過(guò)程中，存在多種防御和適應(yīng)機(jī)制。其中，在植物對(duì)昆蟲的防御過(guò)程中，植物次生物質(zhì)發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。植物次生物質(zhì)種類繁多，主要包括萜類、酚類、黃酮類及生物堿類，目前有近40萬(wàn)種植物次生物質(zhì)被廣泛報(bào)道[1]。綠原酸(Chlorogenic acid)屬于正雙羥基酚類，主要存在于雙子葉植物及蕨類植物中，可以毒殺昆蟲。王曉麗等研究發(fā)現(xiàn)在舞毒蛾人工飼料中添加0.3%的綠原酸可以增強(qiáng)其死亡率[2]。劉海晶等研究發(fā)現(xiàn)在舞毒蛾(Lymantriadispar)的人工飼料中添加適量的綠原酸可以提高Ld NPV對(duì)舞毒蛾幼蟲的致病力[3]。槲皮素、蘆丁屬于黃酮類物質(zhì)，主要存在于花、葉和果實(shí)中[4]。研究表明3%的槲皮素可以抑制家蠶(Bombyxmori)幼蟲生長(zhǎng)發(fā)育，延遲其生命周期[5]。此外，槲皮素還可以抑制棉鈴蟲(Helicoverpaarmigera)體重生長(zhǎng)，延長(zhǎng)其生活史，使其化蛹困難，增加畸形蛹數(shù)量[5]。蘆丁能抑制棉鈴蟲(H.armigera)、斜紋夜蛾(Spodopteralitura)體重的增加，降低化蛹率，降低玉米螟(Pyraustanubilalis)的存活率[5]。京尼平屬于環(huán)烯醚萜類，是梔子苷經(jīng)β-葡萄糖苷酶水解后的產(chǎn)物[6]，是一類重要的抗蟲物質(zhì)，對(duì)害蟲有趨避、拒食、觸殺等作用[7]，白濤等研究發(fā)現(xiàn)京尼平可以抑制白鼠體重的增加[8]。

B族維生素是一種輔酶，主要參與脂肪、糖、蛋白質(zhì)代謝[9]。研究表明在杜仲枝葉浸泡的濃液中放入害蟲活體，浸泡至溶化后加入適量的維生素B1、B2和維生素P可以增強(qiáng)增效液的穿透力[10]。維生素B1即硫胺素，是一類具有生物活性的有機(jī)物，是動(dòng)植物生長(zhǎng)發(fā)育不可或缺的物質(zhì)，具有抗氧化作用[11]，它可以調(diào)節(jié)動(dòng)植物的代謝，影響動(dòng)植物的健康。陳桂霞等研究發(fā)現(xiàn)維生素B1對(duì)蘑菇酪氨酸酶的單酚酶和二酚酶活性均有抑制作用[12]；過(guò)高或過(guò)低的維生素添加量都會(huì)對(duì)禽畜生長(zhǎng)發(fā)育造成不良影響[13]。因此，適量的維生素可應(yīng)用于害蟲的防治。

鞘翅目昆蟲對(duì)林木、果樹、倉(cāng)儲(chǔ)等的危害較大，化學(xué)防治效果不顯著且容易產(chǎn)生抗性、環(huán)境污染等問(wèn)題。目前研究的植物次生物質(zhì)對(duì)昆蟲的影響主要集中在鱗翅目昆蟲上，本試驗(yàn)探討植物次生物質(zhì)對(duì)黃粉蟲(Tenebriomolitor)的觸殺作用及對(duì)其生長(zhǎng)發(fā)育的影響，并通過(guò)添加VB1研究其對(duì)植物次生物質(zhì)的增效作用，從而為植物次生物質(zhì)用于鞘翅目害蟲的防治，減少或避免害蟲抗藥性的形成，達(dá)到藥劑的合理選擇和科學(xué)使用，減少環(huán)境污染提供科學(xué)理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

黃粉蟲幼蟲購(gòu)于山東省泰安市，于實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)箱內(nèi)飼養(yǎng)直至成蟲產(chǎn)卵孵化幼蟲。飼養(yǎng)條件：光周期12L:12D，相對(duì)濕度20%～25%，溫度27±0.5 ℃。槲皮素、蘆丁、京尼平、綠原酸標(biāo)品購(gòu)于陜西綠清生物工程有限公司，槲皮素、蘆丁用無(wú)水乙醇溶解，京尼平和綠原酸用蒸餾水溶解，分別配成0.1%、0.5%、1%、3%的梯度溶液，VB1配成0.3%的溶液備用。

1.2 不同植物次生物質(zhì)對(duì)黃粉蟲生物觸殺作用

采用浸漬法研究0.1%、0.5%、1%、3%等4個(gè)濃度下槲皮素、蘆丁、京尼平、綠原酸4種植物次生物質(zhì)對(duì)黃粉蟲的觸殺作用及VB1對(duì)4種植物次生物質(zhì)的增效作用。

通過(guò)篩選4個(gè)濃度下4種植物次生物質(zhì)對(duì)黃粉蟲的死亡率影響，發(fā)現(xiàn)3%的植物次生物質(zhì)對(duì)黃粉蟲的觸殺效果最好，所以以下試驗(yàn)采用3%的植物次生物質(zhì)進(jìn)行各項(xiàng)研究。

將黃粉蟲分別在5 mL濃度為3%的植物次生物質(zhì)中浸泡30 s，取出用濾紙吸干多余浸漬液后放于鋪有濾紙的培養(yǎng)皿中觀察，每個(gè)處理組選用30只剛孵化的幼蟲，設(shè)3個(gè)重復(fù)，蘆丁、槲皮素對(duì)照組用無(wú)水乙醇，綠原酸、京尼平對(duì)照組用蒸餾水，分別于2 h、4 h、6 h、8 h、12 h、24 h、48 h后統(tǒng)計(jì)不同處理組試蟲死亡率。

添加VB1的處理中用4 mL植物次生物質(zhì)和1 mL的VB1混合均勻，對(duì)照組分別用4 mL蒸餾水加1 mL VB1或4 mL無(wú)水乙醇加1 mL VB1，其余同上。

植物次生物質(zhì)兩兩組合的處理：將植物次生物質(zhì)各2.5 mL兩兩組合并混合均勻，對(duì)照組用5 mL蒸餾水或5 mL無(wú)水乙醇，其余同上。

植物次生物質(zhì)兩兩組合并添加VB1的處理：植物次生物質(zhì)各2 mL兩兩組合，與1 mL VB1混合均勻，對(duì)照組分別用4 mL蒸餾水加1 mL VB1或4 mL無(wú)水乙醇加1 mL VB1，其余方法同上。

1.3 不同植物次生物質(zhì)對(duì)黃粉蟲生長(zhǎng)發(fā)育的影響

用電子分析天平稱取1 g麥麩，分別加入1 mL 3%植物次生物質(zhì)于麥麩中，用槍頭攪拌，以保證麥麩受藥均勻，晾干后放于養(yǎng)蟲瓶中，每個(gè)處理組選用30只剛孵化并饑餓12 h的幼蟲，瓶口用保鮮膜封住并扎幾個(gè)小孔防止水分蒸發(fā)，設(shè)3個(gè)重復(fù)，蘆丁、槲皮素試驗(yàn)用無(wú)水乙醇作對(duì)照，綠原酸、京尼平試驗(yàn)用蒸餾水作對(duì)照。每隔1 d更換1次飼料并稱重記錄黃粉蟲的死亡情況、體重、發(fā)育歷期、化蛹時(shí)間、蛹重、羽化時(shí)間、羽化率、卵質(zhì)量、幼蟲孵化率等指標(biāo)。

添加VB1的處理中用1 mL植物次生物質(zhì)加0.5 mL VB1，對(duì)照組用1 mL蒸餾水加0.5 mL VB1或1 mL無(wú)水乙醇加0.5 mL VB1，其余同上。

植物次生物質(zhì)兩兩組合的處理：將3%的植物次生物質(zhì)各0.5 mL兩兩組合并混合均勻，加入1 g麥麩中攪拌均勻，對(duì)照組用1 mL蒸餾水或1 mL無(wú)水乙醇，其余同上。

植物次生物質(zhì)兩兩組合添加VB1的處理：植物次生物質(zhì)各0.5 mL兩兩組合再加0.5 mL VB1混合均勻，對(duì)照組為1 mL蒸餾水加0.5 mL VB1或1 mL無(wú)水乙醇加0.5 mL VB1，其余方法同上。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

利用Excel對(duì)比不同時(shí)間的植物次生物質(zhì)對(duì)黃粉蟲觸殺率并作圖分析。用SPSS21.0單因素(ANOVA)方差分析中的LSD法檢驗(yàn)不同植物次生物質(zhì)對(duì)黃粉蟲幼蟲生長(zhǎng)發(fā)育的差異顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同種類植物次生物質(zhì)對(duì)黃粉蟲的觸殺作用

4種植物次生物質(zhì)及添加VB1時(shí)對(duì)黃粉蟲幼蟲觸殺作用情況見圖1圖2。

圖1 4種植物次生物質(zhì)對(duì)黃粉蟲幼蟲觸殺毒力Figure 1 The toxicity of four plant secondary metabolitesagainst T. molitor larvae

圖2 添加VB1的4種植物次生物質(zhì)對(duì)黃粉蟲幼蟲觸殺毒力Figure 2 The toxicity of four plant secondary metabolites added with VB1 to T.molitor larvae

將黃粉蟲放于植物次生物質(zhì)中浸漬30 s，分別于2 h、4 h、6 h、8 h、12 h、24 h、48 h統(tǒng)計(jì)不同處理組黃粉蟲死亡率。結(jié)果表明，不同種類的次生物質(zhì)對(duì)黃粉蟲的觸殺效果不同。不同植物次生物質(zhì)對(duì)黃粉蟲觸殺效果和對(duì)照相比差異極顯著(P<0.01)，隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)，觸殺效果逐漸提高，處理48 h時(shí)京尼平的觸殺率達(dá)到35%，槲皮素、蘆丁分別為19%和18%，綠原酸對(duì)黃粉蟲的觸殺率為17%，其中京尼平處理組和其他3組之間差異極顯著(P<0.01)，槲皮素、蘆丁、綠原酸處理組之間無(wú)顯著差異。

植物次生物質(zhì)添加VB1后對(duì)黃粉蟲的觸殺效果明顯增強(qiáng)(見圖2)，其中效果最好的是京尼平處理組，觸殺死亡率達(dá)55%和對(duì)照差異極顯著(P<0.01)，槲皮素、蘆丁處理組黃粉蟲死亡率分別為35%、33%，和對(duì)照差異顯著(P<0.05)，綠原酸處理組的死亡率為 22%和對(duì)照差異顯著(P<0.05)。其中京尼平處理組和其他3個(gè)處理組之間差異極顯著(P<0.01)，槲皮素和蘆丁處理組之間無(wú)顯著差異，綠原酸處理組和槲皮素、蘆丁處理組差異顯著(P<0.05)。

植物次生物質(zhì)兩兩組合及添加VB1對(duì)黃粉蟲幼蟲觸殺效果見圖3圖4。

圖3 植物次生物質(zhì)兩兩組合對(duì)黃粉蟲幼蟲觸殺毒力Figure 3 Pairwise combination of plant secondary metabolitesto the contact toxicity of T. molitor larvae

圖4 植物次生物質(zhì)兩兩組合添加VB1對(duì)黃粉蟲幼蟲觸殺毒力Figure 4 Pairwise combination of plant secondary metabolitesadded VB1 to the contact toxicity of T. molitor larvae

由圖3可知，植物次生物質(zhì)兩兩組合混合均勻后，將黃粉蟲放于浸漬液中，分別于2 h、4 h、6 h、8 h、12 h、24 h、48 h統(tǒng)計(jì)黃粉蟲的觸殺死亡率,結(jié)果表明，植物次生物質(zhì)兩兩組合后觸殺效果比單獨(dú)使用1種次生物質(zhì)效果好。不同處理組和對(duì)照之間差異顯著(P<0.01)，其中最佳組合為京尼平和槲皮素，觸殺率達(dá)63%，其次為京尼平和蘆丁，觸殺死亡率達(dá)55%，觸殺率較低的為綠原酸和蘆丁處理組，死亡率約為46%，其余3組的觸殺死亡率大多在50%左右，其中，京槲、京蘆處理組和其他處理組之間差異極顯著(P<0.01)，京綠處理組和綠槲、槲蘆處理組之間無(wú)顯著差異，綠蘆處理組和槲蘆處理組之間差異顯著(P<0.05)。

由圖4可知，各個(gè)處理組和對(duì)照之間差異極顯著(P<0.01)，且和圖3相比黃粉蟲死亡率均提高，其中死亡率最高的為添加VB1的京尼平和槲皮素處理組，死亡率達(dá)75%，其次為添加VB1的槲皮素和蘆丁處理組，死亡率在65%左右，死亡率最低的為添加VB1的綠原酸和蘆丁處理組僅為45%，其中綠蘆+和槲蘆+2個(gè)處理組之間無(wú)顯著差異，其他處理組之間差異極顯著(P<0.01)。

綜上所述，多數(shù)處理添加VB1后對(duì)黃粉蟲的觸殺效果明顯增強(qiáng)，其中不添加VB1和添加VB1的京尼平、蘆丁、槲皮素處理組之間差異極顯著(P<0.01)，不添加VB1和添加VB1的綠原酸處理組之間差異顯著(P<0.05)。植物次生物質(zhì)兩兩組合后不添加VB1和添加VB1的京綠、綠槲、綠蘆處理組之間無(wú)顯著差異，其余3組之間差異極顯著(P<0.01)。

2.2 不同植物次生物質(zhì)對(duì)黃粉蟲生長(zhǎng)發(fā)育的影響

植物次生物質(zhì)對(duì)黃粉蟲幼蟲歷期、蛹重、蛹存活率、產(chǎn)卵量及幼蟲孵化率的影響見表1，添加VB1的植物次生物質(zhì)對(duì)黃粉蟲幼蟲歷期、蛹重、蛹存活率、產(chǎn)卵量及幼蟲孵化率的影響見表2。

表1 植物次生物質(zhì)對(duì)黃粉蟲幼蟲歷期、蛹重、蛹存活率、產(chǎn)卵量及幼蟲孵化率的影響Table 1 Effects of different plant secondary metabolites on the duration of T. molitor larvae, pupal weight,pupal survival rate, egg production and hatching rate

表1(續(xù))

表2 添加VB1的植物次生物質(zhì)對(duì)黃粉蟲幼蟲歷期、蛹重、蛹存活率、產(chǎn)卵量及幼蟲孵化率的影響Table 2 Effects of plant secondary metabolites added with VB1 on the duration of T. molitor larvae, pupal weight,pupal survival rate, egg production and hatching rate

由表1可知，在麥麩中添加3%的植物次生物質(zhì)飼養(yǎng)黃粉蟲，黃粉蟲取食含有京尼平的飼料后蟲體活動(dòng)緩慢，不能正常蛻皮，幼蟲歷期明顯延長(zhǎng)，蛹重減輕、存活蛹數(shù)減少，與對(duì)照組差異極顯著(P<0.01)。4種植物次生物質(zhì)均能降低黃粉蟲的蛹重，添加京尼平處理組的黃粉蟲蛹存活率低，存活率僅為54.78%和對(duì)照差異極顯著(P<0.01)，即使能存活，蛹體大多瘦小、干癟不能羽化為成蟲。添加京尼平的處理組黃粉蟲產(chǎn)卵量、幼蟲孵化率明顯低于對(duì)照組且差異極顯著(P<0.01)，添加京尼平的處理組黃粉蟲的產(chǎn)卵量為132粒，約為對(duì)照的40%，幼蟲孵化率僅為46.67%。除京尼平處理組外，其他幾組黃粉蟲的幼蟲發(fā)育歷期和對(duì)照組無(wú)顯著差異。槲皮素處理組黃粉蟲產(chǎn)卵量為212粒，約為對(duì)照組的76%，綠原酸處理組黃粉蟲蛹的存活率為85.53%，產(chǎn)卵量為236粒，約為對(duì)照的72%，與對(duì)照差異極顯著(P<0.01)。蘆丁處理組產(chǎn)卵量為253粒，約為對(duì)照的90%，幼蟲孵化率為69.28%，和對(duì)照差異顯著(P<0.05)。

植物次生物質(zhì)兩兩組合后對(duì)黃粉蟲的抑制作用增強(qiáng)，其中，京槲、京蘆、京綠處理組的幼蟲發(fā)育歷期、蛹重、產(chǎn)卵量、幼蟲孵化率都和對(duì)照組之間存在極顯著差異。綠槲處理組的產(chǎn)卵量為184粒，蛹存活率為67.91%，與對(duì)照差異極顯著(P<0.01)，幼蟲孵化率為64.67%，與對(duì)照差異顯著(P<0.05)。綠蘆處理組產(chǎn)卵量為175粒，蛹存活率為66.06%，幼蟲孵化率為55.41%，與對(duì)照差異極顯著。槲蘆處理組蛹存活率為68.18%，產(chǎn)卵量為168粒，與對(duì)照差異極顯著(P<0.01)，幼蟲孵化率為70.03%，與對(duì)照差異顯著(P<0.05)。

由表2可知，植物次生物質(zhì)中添加0.3%的VB1飼養(yǎng)黃粉蟲，京尼平+處理組的黃粉蟲各指標(biāo)和對(duì)照組差異極顯著(P<0.01)，槲皮素+處理組產(chǎn)卵量為217粒，與對(duì)照差異極顯著(P<0.01)，幼蟲孵化率為67.18%，與對(duì)照差異顯著(P<0.05)，綠原酸+處理組蛹存活率為81.45%，產(chǎn)卵量為241粒，與對(duì)照差異極顯著(P<0.01)，幼蟲孵化率為75.33%，與對(duì)照差異顯著(P<0.05)。蘆丁+處理組蛹存活率為74.81%，與對(duì)照差異極顯著(P<0.01)，產(chǎn)卵量為248粒，幼蟲孵化率為71.37%，與對(duì)照差異顯著(P<0.05)。3%的植物次生物質(zhì)兩兩組合并添加VB1飼養(yǎng)黃粉蟲，黃粉蟲的生長(zhǎng)發(fā)育受到明顯抑制，幼蟲歷期顯著延長(zhǎng)、化蛹率低且畸形蛹較多，羽化的成蟲弱小幾乎不能進(jìn)行交配，即使成蟲能交配產(chǎn)卵也難以孵化成幼蟲。其中，京槲+、綠蘆+和京蘆+處理組的各個(gè)指標(biāo)都和對(duì)照組差異極顯著(P<0.01)，京綠+處理組幼蟲發(fā)育歷期為192 d，蛹存活率為60.00%，產(chǎn)卵量為150粒，幼蟲孵化率為41.17%，和對(duì)照組差異極顯著(P<0.01)，綠槲+處理組幼蟲發(fā)育歷期為152 d，幼蟲孵化率為63.67%，和對(duì)照差異顯著(P<0.05)，蛹存活率為66.07%，產(chǎn)卵量為178粒，和對(duì)照差異極顯著(P<0.01)。

由表1、表2可知，對(duì)黃粉蟲生長(zhǎng)發(fā)育抑制最強(qiáng)的是京尼平和槲皮素的處理組，和對(duì)照組差異極顯著(P<0.01)，幼蟲期達(dá)183 d，蛹存活率僅為50.52%，產(chǎn)卵量為123粒，幼蟲孵化率僅為40.07%。因此，2種次生物質(zhì)組合使用對(duì)黃粉蟲生長(zhǎng)發(fā)育的抑制作用更為顯著。

3 結(jié)論與討論

自然界中存在很多植物次生物質(zhì)引起昆蟲趨避、抑制昆蟲生長(zhǎng)發(fā)育的現(xiàn)象[14]。問(wèn)榮榮研究發(fā)現(xiàn)魚藤酮對(duì)舞毒蛾幼蟲具有觸殺作用[15]，胡曉研究發(fā)現(xiàn)舞毒蛾對(duì)紫杉醇有強(qiáng)烈拒食效果[16]，楊振德研究發(fā)現(xiàn)苦豆子堿可以明顯抑制柳藍(lán)葉甲產(chǎn)卵[17]。本研究觸殺試驗(yàn)表明4種植物次生物質(zhì)對(duì)黃粉蟲都有不同程度的觸殺作用。經(jīng)飼喂試驗(yàn)結(jié)果表明，4種植物可顯著影響黃粉蟲幼蟲歷期、蛹重、蛹存活率、產(chǎn)卵量及幼蟲孵化率。具體來(lái)說(shuō)：3%的京尼平對(duì)黃粉蟲生長(zhǎng)發(fā)育的抑制作用最強(qiáng)，其次是蘆丁和槲皮素，綠原酸的抑制作用最弱。3%京尼平處理組的黃粉蟲活動(dòng)緩慢、體重增長(zhǎng)率低，不能正常蛻皮、化蛹率較低且畸形蛹較多，幾乎不能完成生活周期。植物次生物質(zhì)兩兩組合后對(duì)黃粉蟲的抑制效果比單獨(dú)使用1種植物次生物質(zhì)好，其中最佳組合為京尼平和槲皮素。魏輝應(yīng)用不同植物提取物聯(lián)合控制小菜蛾過(guò)程中，結(jié)果也表明一些植物次生物質(zhì)間會(huì)發(fā)生相互作用現(xiàn)象，如增效作用，拮抗作用，而有的則沒有顯著影響[18]。

VB1作為一種微量元素在體內(nèi)主要參與糖和氨基酸的代謝[19]。本試驗(yàn)在植物次生物質(zhì)中添加0.3%VB1對(duì)黃粉蟲的觸殺效果，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，添加VB1研究其處理組的黃粉蟲，處理6 h時(shí)蟲體活動(dòng)緩慢，以后隨著時(shí)間延長(zhǎng)逐漸失去活動(dòng)能力，死亡的黃粉蟲蟲體大多發(fā)黑。但在麥麩中添加植物次生物質(zhì)和VB1飼喂黃粉蟲與僅添加植物次生物質(zhì)相比，未發(fā)現(xiàn)對(duì)黃粉蟲生長(zhǎng)發(fā)育有顯著的抑制作用，而且通過(guò)后期測(cè)定其解毒酶活性發(fā)現(xiàn)添加VB1處理組和不添加VB1處理組的解毒酶活性并無(wú)顯著差異。因此，我們推測(cè)VB1并沒有通過(guò)胃毒作用影響黃粉蟲的生長(zhǎng)發(fā)育，而是通過(guò)接觸黃粉蟲表皮，加速了植物次生物質(zhì)對(duì)黃粉蟲體壁的穿透力，增強(qiáng)了植物次生物質(zhì)對(duì)黃粉蟲體壁的滲透作用，因此可作為增效劑加以開發(fā)利用，但其具體的作用機(jī)理有待后續(xù)試驗(yàn)進(jìn)一步探討論證。