兩種植物精油對米象的驅(qū)避活性及其化學(xué)成分研究

胡華林，王梓懿，王治芬，馬 秋，楊 華，李

（1.貴州醫(yī)科大學(xué)藥用植物功效與利用國家重點實驗室/貴州省中國科學(xué)院天然產(chǎn)物化學(xué)重點實驗室，貴州 貴陽 550014；2.貴陽市第九中學(xué)，貴州 貴陽 550002；3.貴州醫(yī)科大學(xué)藥學(xué)院，貴州 貴陽 550025；4.延安大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，陜西 延安 716000）

儲糧害蟲的防控一直是糧食儲存面臨的重大問題之一，儲糧害蟲不僅是導(dǎo)致儲糧數(shù)量及品質(zhì)下降的主要原因，還是糧食霉變、致病微生物傳播的重要媒介，其嚴重危害了消費者的身心健康［1-2］。據(jù)有關(guān)文獻［3］報道，國家糧庫的損失率為0.2 %，農(nóng)戶的糧食儲存損失率為8%～10 %?；瘜W(xué)合成農(nóng)藥的使用雖能有效防治儲糧害蟲，但其所帶來的負面效應(yīng)也日益凸顯，如對人體健康的影響、“3R”（Residue、Resistance、Resurgence）問題等。因此，找尋“新型綠色殺蟲劑”的需求顯得尤為突出。植物源殺蟲劑在一定程度上可減輕儲糧害蟲的危害，且具有對非靶標(biāo)生物安全及病蟲害廣譜等特點［4］，故對其研究已成為開發(fā)新型農(nóng)藥的熱點之一。

植物精油又稱揮發(fā)油，是一類具有芳香氣味、在常溫下能揮發(fā)的油狀液體的總稱。植物精油存在于植物的腺毛、油室、油管、分泌細胞或樹脂道中，大多數(shù)成油滴狀存在，也有些與樹脂、黏液質(zhì)共同存在。精油的成分中以萜類化合物為多見，有些含有脂肪族化合物或小分子的芳香族化合物。植物精油用于防控儲糧害蟲的研究較多［5-8］。研究表明，植物精油具有較高的生物活性，且其作用方式主要以觸殺、熏蒸、抑制生長、驅(qū)避、引誘為主［9］。關(guān)于植物精油對米象（Sitophilus oryzae L.）生物活性的研究也有相關(guān)報道，如Philip等［6］研究了墨西哥柏木（Cupressus lusitanica Miller）和柳葉桉（Eucalyptus saligna Smith）植物精油對米象的驅(qū)避活性，結(jié)果顯示兩種精油在相同劑量和儲存時間內(nèi)均具較好的驅(qū)避作用，其驅(qū)避率為34%～52.4%；呂建華等［10］研究了柑桔（Citrus reticulata Banco）、臭椿（Ailanthus altissima）和辣椒（Capsicum annuum L.）3種植物精油對米象的生物活性，結(jié)果顯示，3種植物精油均具有較強的驅(qū)避及觸殺作用，其中臭椿樹皮植物精油效果最好，米象成蟲72 h驅(qū)避率可達Ⅴ級，觸殺校正死亡率達76.5%?；ń罚╖anthoxylum bungeanum Maxum.）和孜然（Cuminum cyminum L.）精油對儲糧害蟲生物活性的研究主要集中在赤擬谷盜（Tribolium castaneum Herbst）、玉米象（Sitophilus zeamais）和豆象（Bruchidae）上［11-16］，而其對于米象驅(qū)避活性的研究較少［17-18］。因此，本研究以水蒸氣蒸餾法提取花椒和孜然精油作為原料，測試了兩種精油對米象成蟲的驅(qū)避活性，并采用GC-MS法分析了兩種精油的主要化學(xué)成分。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

花椒和孜然樣品購于貴陽市三橋批發(fā)市場；防蟲丸（成分：精萘）購于重慶家鑫日用品有限公司。

供試昆蟲米象由貴州省中國科學(xué)院天然產(chǎn)物化學(xué)重點實驗室提供，飼養(yǎng)條件為溫度25（±1）℃，相對濕度75（±5）%，用大米做飼料飼養(yǎng)。大米分裝在罐頭瓶中，將接入米象成蟲的罐頭瓶置于養(yǎng)蟲室內(nèi)飼養(yǎng)，7 d后篩除成蟲，待新一代成蟲羽化5～7 d后，篩出成蟲供試驗用。

儀器：N-1100型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀（EYELA）、ZNHW型電熱套（杭州明遠儀器有限公司）、DL SB -5/20型低溫冷卻液循環(huán)泵（鄭州長城科工貿(mào)有限公司）、HBM-106 型粉碎機（瑞安市瀚博機電有限公司）、FA2204B 萬分之一電子天平（上海精密科學(xué)儀器有限公司）、1 000μL微量移液槍（Sartorius）、HP 6890/5975 C GC/MS聯(lián)用儀（Agilent）。

試劑：二氯甲烷、丙酮均為市售分析純試劑，蒸餾水為實驗室自制。

1.2 試驗方法

1.2.1 植物精油提取 植物精油的提取采用水蒸氣蒸餾法。將市售10 kg花椒和5 kg孜然分別用粉碎機進行粉碎，過孔徑0.850 mm篩。稱取250 g粉末置于5 L圓底燒瓶中，并按1∶10的固液比加入一定量水，連接水蒸氣蒸餾裝置，用智能恒溫電熱套進行加熱，收集餾出液，蒸餾時間為5～6 h。用分析純二氯甲烷進行等體積萃取，取下層二氯甲烷萃取液，萃取液用無水硫酸鈉干燥后置于旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀中去掉溶劑。重復(fù)數(shù)次，直至原料提取完畢，得176.53 g花椒精油和47.51 g孜然精油，置于冰箱中（5℃）保存?zhèn)溆谩?/p>

1.2.2 驅(qū)避活性測試 采用濾紙片法測試米象成蟲驅(qū)避活性。將花椒和孜然精油分別用丙酮配成濃度為5.0 mg/mL的藥液，用移液槍將藥液0.3 mL點在直徑為5.5 cm的濾紙中央，待丙酮揮發(fā)干后隨機擺放于60 cm×40 cm×50 cm的木制養(yǎng)蟲籠中，每片濾紙中央放置少量大米。用丙酮作陰性對照，防蟲丸（精萘）作陽性對照，每個處理3次重復(fù)。將600頭米象成蟲接入至養(yǎng)蟲籠中，使其自由爬行，在養(yǎng)蟲籠入口及其他有縫隙處涂抹爽身粉，以防止測試昆蟲逃逸。處理24、48、72、96、120 h后檢查濾紙片上米象成蟲的數(shù)量，并計算驅(qū)避率。

分級標(biāo)準(zhǔn)［19］：0級，無驅(qū)避作用；Ⅰ級，驅(qū)避率0.01%～20%；Ⅱ級，驅(qū)避率20.01%～40%；Ⅲ級，驅(qū)避率40.01%～60%驅(qū)避率；Ⅳ級，驅(qū)避率，60.01%～80%；Ⅴ級，驅(qū)避率80.01%～100%。

1.2.3 化學(xué)成分的分析 采用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法（GC-MS）分析兩種植物精油的化學(xué)成分。色譜柱為彈性石英毛細管柱（ZB-5MSI，30 m×0.25μm×250μm）。程序升溫：初始溫度從46℃保持2 min，以升溫速度4℃/min升至206℃，再以8℃/min的速度升至310℃，然后花椒和孜然精油分別以310℃保持7 min，運行62 min和以310℃保持3 min，運行58 min升溫。柱子參數(shù)：汽化室溫度250℃，接口溫度280℃，進樣量1μL，載氣為99.999%的高純He，柱前壓7.65 psi，載氣流量1.0 mL/min，分流比20∶1，溶劑滯后時間4.0 min。質(zhì)譜條件：電子能量70 eV，離子源為EI源，EI源溫度230 ℃，發(fā)射電流34.6 μA，四極桿溫度150℃，倍增器電壓1482 V，質(zhì)量范圍29～500 amu。各峰經(jīng)質(zhì)譜計算機數(shù)據(jù)系統(tǒng)檢索，標(biāo)準(zhǔn)圖譜庫Nist 2005和Wiley 275，確定精油的化合物結(jié)構(gòu)，用峰面積歸一化法確定各化學(xué)成分的相對含量。

釆用SPSS19.0統(tǒng)計學(xué)軟件進行分析，試驗數(shù)據(jù)采取χ2檢驗及Duncan進行差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 植物精油對米象成蟲的驅(qū)避活性

表1 3種供試藥劑對米象成蟲的驅(qū)避活性

兩種植物精油的驅(qū)避活性結(jié)果見表1，由表1可知，3個樣品的活性均較好，不同時間段的活性均達到Ⅲ級以上。處理24 h后，花椒和孜然精油的驅(qū)避率均為57.1 %，高于市售的防蟲丸，而處理48 h后，3個樣品的趨避率均達到最大，其中孜然精油的驅(qū)避率最高，為100 %。理論上應(yīng)該是處理24 h活性最好，可實驗所得為處理48 h最好，推測其原因可能是在有限的空間內(nèi)，處理48 h時空間內(nèi)精油揮發(fā)濃度達最大。隨后，3個樣品的驅(qū)避率均呈下降趨勢，花椒精油下降最多，處理120 h后下降為39.9 %，防蟲丸下降最少，處理120 h后驅(qū)避率為60.0%，推測由于防蟲丸是市場商品化的產(chǎn)品，其有效成分的揮發(fā)性更持久所致。表1多個處理的標(biāo)準(zhǔn)誤與均值數(shù)據(jù)比較接近，反映出各重復(fù)間的數(shù)值波動較大，造成這一現(xiàn)象的原因可能是由于濾紙片隨機擺放于木制養(yǎng)蟲籠中的位置不同，其周圍藥物濃度不同所致。

2.2 植物精油化學(xué)成分GC-MS分析

圖1 花椒精油GC-MS總離子流圖譜

表2 花椒精油的化學(xué)成分分析

花椒精油GC-MS成分分析結(jié)果見表2，總離子流見圖1。由表2可知，花椒精油中共鑒定出57種化合物，總含量達到98.887%，相對含

量最高的是芳樟醇L，達到26.071%，其次是萜烯醇、α-萜品醇和乙酸芳樟酯，相對含量分別為14.83%、12.75%、9.531%，這4種物質(zhì)的含量占總含量的50.432%，是花椒精油中的主要化學(xué)物質(zhì)。

（續(xù)表2）

孜然精油GC-MS成分分析結(jié)果見表3，總離子流見圖2。由表3可知，孜然精油中共鑒定出24種化合物，總含量達到97.85 %，相對含量最高的是茴香甲醛，達到44.057 %，其次是茴香腦，相對含量為38.691 %，這兩種物質(zhì)的含量占總含量的82.748 %，是孜然精油中的主要化學(xué)物質(zhì)。

圖2 孜然精油GC-MS總離子流圖譜

3 討論

目前，我國防治米象等儲糧害蟲主要使用溴甲烷和磷化鋁等有毒物質(zhì)進行熏蒸，其中溴甲烷由于對臭氧層的破壞作用極強，已被聯(lián)合國于1992年的《蒙特利爾議定書》列為環(huán)境受控物質(zhì)，并規(guī)定2005年以前發(fā)達國家必須淘汰，2015年以前發(fā)展中國家必須停止使用［20］；磷化鋁較溴甲烷的用量更大，但其遇水生成無色無味高毒的磷化氫氣體，大于6～10 mg/m3的濃度即可引發(fā)致病作用［21］。磷化鋁使用過程中產(chǎn)生的磷化氫氣體會吸附于糧食的孔徑內(nèi)，即使深加工也不能完全消失，嚴重影響人畜的健康，更為嚴重的是，米象等儲糧害蟲已經(jīng)對磷化鋁產(chǎn)生抗藥性。目前，傳統(tǒng)的防治儲糧害蟲的藥劑正處于被禁用和失效的境地，故開發(fā)高效、環(huán)保、安全的新型藥劑是植物保護研究者迫切需要解決的問題。

植物精油廣泛存在于自然界中，在日化、食品、醫(yī)藥衛(wèi)生等方面得以廣泛運用，其用于防治儲糧害蟲的研究在國內(nèi)外已有文獻報道［6，8］。本研究結(jié)果表明，花椒和孜然兩種植物精油對米象成蟲的驅(qū)避活性顯著，72 h內(nèi)平均驅(qū)避率分別為64.0%、75.7%，其驅(qū)避等級都為Ⅳ級，120 h內(nèi)平均驅(qū)避率分別為51.8%、63.2%，其驅(qū)避等級分別為Ⅲ級和Ⅳ級。本研究結(jié)果顯示花椒及孜然精油較其他植物精油對米象成蟲具有更高效、持久的驅(qū)避活性［22，10］，具有開發(fā)成新型驅(qū)避劑的潛力。

GC-MS分析結(jié)果顯示花椒精油含有多種化學(xué)成分，其主要成分為L-芳樟醇、萜烯醇、α-萜品醇和乙酸芳樟酯；孜然精油的主要化學(xué)成分為茴香甲醛、茴香腦、草蒿腦和γ-萜品烯，盡管本研究對花椒精油及孜然精油的化學(xué)成分進行了分析，但活性化合物還未明確，故本課題組下一步將利用氣相色譜-觸角電位儀（GCEAD）對其主要活性化合物成分進行研究，為將花椒和孜然精油開發(fā)為新型驅(qū)避劑提供理論依據(jù)。另外，本研究只是針對兩種精油對米象成蟲的驅(qū)避活性進行了研究，對于其他儲糧害蟲的驅(qū)避作用并未測試，故還需進一步研究驗證。花椒和孜然為調(diào)味植物，其精油對人畜安全、對環(huán)境友好，并且其植物資源豐富，具備開發(fā)成新型綠色驅(qū)避劑的潛力，為儲糧害蟲的防治提供了一條新途徑。

表3 孜然精油的化學(xué)成分分析

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