5種植物精油對(duì)赤擬谷盜的驅(qū)避活性

趙娜娜 路 偉 杜書(shū)亞 古麗米熱·艾買(mǎi)提 傅文佳

(新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，烏魯木齊 830052)

赤擬谷盜[Triboliumcastaneum(Herbst)]屬鞘翅目，擬步甲科，體長(zhǎng)2.3～4.4mm，長(zhǎng)橢圓形，稍有光澤，體紅褐色至暗紅褐色。1年發(fā)生4～5代，產(chǎn)卵力較強(qiáng)、產(chǎn)卵期較長(zhǎng)，成蟲(chóng)有假死性、能飛。赤擬谷盜在中國(guó)及世界各地均有分布，是重要的倉(cāng)儲(chǔ)害蟲(chóng)之一[1]。其食性復(fù)雜，可在稻谷、小麥、大米、豆類(lèi)、干果、油料、皮革、煙葉和中藥材等儲(chǔ)藏物中發(fā)現(xiàn)。它是面粉廠、飼料廠和糧食倉(cāng)庫(kù)普遍發(fā)生的害蟲(chóng)，并常與雜擬谷盜混合發(fā)生，因其身體上有一種臭腺，會(huì)分泌苯醌等難聞的致癌物質(zhì)，當(dāng)大量發(fā)生時(shí)，會(huì)使面粉發(fā)霉變味，使面粉結(jié)塊，嚴(yán)重時(shí)甚至不能食用[2]。糧食、藥材等的安全儲(chǔ)藏，不僅要保證儲(chǔ)藏物不遭受害蟲(chóng)危害、造成損失，同時(shí)也要確保無(wú)殘留和污染，而由于精油對(duì)人及哺乳動(dòng)物的毒性低，作用機(jī)制新穎，且殘留低，不污染糧食和環(huán)境，可直接應(yīng)用于儲(chǔ)糧害蟲(chóng)的防治。

植物精油又稱(chēng)為揮發(fā)油，是存在于植物中的一類(lèi)具有芳香氣味、可隨水蒸氣蒸餾但又不與水相混溶的揮發(fā)油狀成分的總稱(chēng)。已有的研究報(bào)道明確了從精油中可以獲得比較理想的殺蟲(chóng)活性物質(zhì)，作用方式多樣，包括觸殺、熏蒸、胃毒、驅(qū)避、拒食、抑制種群生長(zhǎng)發(fā)育和繁殖等[3-6]，具有進(jìn)一步開(kāi)發(fā)成防治害蟲(chóng)、螨類(lèi)等的植物性殺蟲(chóng)劑的前景。國(guó)內(nèi)外已有多篇文獻(xiàn)報(bào)道了如蕓香草、淫羊藿、香青蘭、丁香、小茴香、肉桂等植物精油對(duì)赤擬谷盜的生物活性研究，結(jié)果顯示，這些植物對(duì)赤擬谷盜具有較好的觸殺、熏蒸或驅(qū)避活性，有開(kāi)發(fā)為天然殺蟲(chóng)劑的潛力[7-15]。

新疆地處歐亞大陸2個(gè)生態(tài)地理區(qū)域交匯點(diǎn)，由于新疆地勢(shì)的獨(dú)特，具有草原、荒漠、戈壁等多種生態(tài)類(lèi)型，這就為多種植物的著生提供了環(huán)境，而使得新疆成為了獨(dú)特生物資源的寶庫(kù)，新疆特有植物約有268種，隸屬38科119屬，包括十字花科、菊科、豆科、唇形科、禾本科、蓼科、毛茛科、紫草科等[16]，然而大多數(shù)植物還未被應(yīng)用到害蟲(chóng)生物防治方面。本實(shí)驗(yàn)室在進(jìn)行赤擬谷盜驅(qū)避活性篩選時(shí)，發(fā)現(xiàn)新疆特色植物椒蒿、香青蘭、驅(qū)蟲(chóng)斑鳩菊、啤酒花、竊衣精油對(duì)赤擬谷盜具有較好的驅(qū)避活性，以避蚊胺為陽(yáng)性對(duì)照，5種植物精油的驅(qū)避活性與避蚊胺相當(dāng)，甚至高于避蚊胺，值得進(jìn)一步開(kāi)發(fā)應(yīng)用。本研究旨在為利用植物精油控制儲(chǔ)糧害蟲(chóng)赤擬谷盜提供借鑒，也為進(jìn)一步開(kāi)發(fā)利用植物源驅(qū)避劑提供參考。

1 材料與方法

1.1 植物信息

5種植物采集信息如表1，植物標(biāo)本均保存于新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院天然產(chǎn)物與化學(xué)實(shí)驗(yàn)室。

表1 5種植物采集名錄

1.2 赤擬谷盜

赤擬谷盜蟲(chóng)源：2017年4月引種于河南工業(yè)大學(xué)。

飼養(yǎng)方法：赤擬谷盜由新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)昆蟲(chóng)系人工飼養(yǎng)，將未受農(nóng)藥污染的小麥裝入玻璃瓶?jī)?nèi)，瓶口涂上聚四氟乙烯，接入赤擬谷盜成蟲(chóng)，通氣良好的紗布封口，置于溫度27.5～28.5 ℃，相對(duì)濕度為75%的培養(yǎng)箱中飼養(yǎng)。1周后篩去成蟲(chóng)，將篩出成蟲(chóng)的玻璃瓶放入培養(yǎng)箱中，待新的一代成蟲(chóng)大量出現(xiàn)后約1周篩出健康并且大小一致的成蟲(chóng)作為供試蟲(chóng)源，試蟲(chóng)不分雌雄。

1.3 試劑與儀器

正己烷、丙酮、無(wú)水硫酸鈉：分析純；聚四氟乙烯。

連續(xù)蒸餾裝置；DZTW型調(diào)溫電熱套；SHZ-DIII循環(huán)水式真空泵；RE-52CS型號(hào)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器；PSX-280H恒溫恒濕箱。

1.4 方法

1.4.1 植物精油的提取

將植物500 g一次全部放入到3 000 mL的圓底燒瓶，加2 000 mL水，用水蒸氣蒸餾法蒸餾3～4 h，所得油水混合物用正己烷萃取，萃取所得物用無(wú)水硫酸鈉脫水后，用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器減壓蒸發(fā)濃縮(40 ℃)回收正己烷，所得殘留的油狀液即為精油，測(cè)比重，收集放入棕色瓶中密封保存，置于4 ℃ 冰箱中備用。

1.4.2 驅(qū)避活性測(cè)定

參照Z(yǔ)hang等[17]采用的濾紙藥膜法。將直徑為9 cm的圓形濾紙對(duì)等裁成兩半，用移液槍吸取500 μL精油丙酮稀釋液(設(shè)定5個(gè)含量：16、1.6、0.16、0.016、0.001 6 nL/cm2)滴于其中一半濾紙上，另一半用丙酮處理作為對(duì)照，自然晾干2 min，用固體膠相向粘貼在直徑為9 cm的培養(yǎng)皿底部(培養(yǎng)皿壁涂上聚四氟乙烯)。把20頭試蟲(chóng)倒入培養(yǎng)皿中間位置，處理后置于27.5～28.5 ℃培養(yǎng)箱中，觀察記錄2 h后處理與對(duì)照濾紙上的赤擬谷盜個(gè)數(shù)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄后，用毛筆輕敲培養(yǎng)皿，使蟲(chóng)子回到培養(yǎng)皿中央，2 h后再觀察記錄一次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)(4 h)。按照公式計(jì)算驅(qū)避率。

驅(qū)避率=(對(duì)照部分蟲(chóng)數(shù)-處理部分蟲(chóng)數(shù))/總蟲(chóng)數(shù)×100%。

驅(qū)避結(jié)果按照表2的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分級(jí)[18, 19]。

表2 揮發(fā)油驅(qū)避活性的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)方法和統(tǒng)計(jì)分析原理，利用Excel和SPSS統(tǒng)計(jì)分析軟件對(duì)所得的結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 5種植物精油2 h后對(duì)赤擬谷盜的驅(qū)避活性

植物精油對(duì)赤擬谷盜的驅(qū)避活性與等級(jí)如表3和表4。在含量為16 nL/cm2時(shí)，4種植物精油對(duì)赤擬谷盜的驅(qū)避活性與陽(yáng)性對(duì)照避蚊胺(驅(qū)避率為92%)相當(dāng)[17]，驅(qū)避活性等級(jí)均為Ⅴ級(jí)，驅(qū)蟲(chóng)斑鳩菊的驅(qū)避等級(jí)稍弱于避蚊胺，驅(qū)避等級(jí)為Ⅳ級(jí)；在含量為1.6 nL/cm2時(shí)，驅(qū)避活性有所減弱，但驅(qū)避活性明顯強(qiáng)于陽(yáng)性對(duì)照避蚊胺(驅(qū)避率為6%)；在含量為0.16 nL/cm2時(shí)，驅(qū)避活性繼續(xù)減弱，但啤酒花(驅(qū)避率為58%)、驅(qū)蟲(chóng)斑鳩菊(驅(qū)避率為59%)、香青蘭(驅(qū)避率為68%)、竊衣(驅(qū)避率為56%)的驅(qū)避活性依然高于陽(yáng)性對(duì)照(驅(qū)避率為0%)；在含量為0.016 nL/cm2時(shí)，除香青蘭精油具有驅(qū)避活性(驅(qū)避率為37%，驅(qū)避等級(jí)為Ⅱ級(jí))，其他幾種植物精油的驅(qū)避活性都為Ⅰ級(jí)，甚至無(wú)驅(qū)避活性；在含量為0.001 6 nL/cm2時(shí)，香青蘭精油依然具有Ⅱ級(jí)的驅(qū)避活性，其他植物幾乎均無(wú)驅(qū)避活性，有些還呈現(xiàn)吸引作用。

表3 5種植物精油2 h對(duì)赤擬谷盜驅(qū)避率/%

注：表中數(shù)據(jù)為平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)誤，同行相同字母表示差異不顯著(P>0.05)，不同字母表示差異顯著(P<0.05),余同。

表4 5種植物精油2 h對(duì)赤擬谷盜驅(qū)避活性等級(jí)

2.2 五種植物精油4 h后對(duì)赤擬谷盜的驅(qū)避活性

4 h后，植物精油對(duì)赤擬谷盜的驅(qū)避活性如表5，驅(qū)避等級(jí)如表6。由表5、表6可知，與2 h相比，4 h的驅(qū)避活性略有下降，但整體趨勢(shì)并無(wú)差異。

3 討論與結(jié)論

與陽(yáng)性對(duì)照避蚊胺相比[17]，本研究中的5種植物均具有較好的驅(qū)避活性，其中活性最好的是香青蘭，在16 nL/cm2時(shí)，其驅(qū)避活性與陽(yáng)性對(duì)照相當(dāng)，在最低含量為0.001 6 nL/cm2時(shí)避蚊胺已無(wú)驅(qū)避活性，但香青蘭精油仍然具有Ⅱ級(jí)的驅(qū)避活性(2 h時(shí))，表示該精油對(duì)赤擬谷盜具有較強(qiáng)的驅(qū)避活性。

在同等濃度相同觀察時(shí)間時(shí)， Zhang等[17]研究了蕓香草精油對(duì)赤擬谷盜的驅(qū)避活性，在含量為16 nL/cm2時(shí)，驅(qū)避率為96%，與啤酒花、香青蘭、椒蒿、竊衣的活性相當(dāng)；在1.6 nL/cm2時(shí)，驅(qū)避率為90%，稍好于本研究的5種植物；在0.16 nL/cm2時(shí)，驅(qū)避率為58%，驅(qū)避等級(jí)為Ⅲ級(jí)，稍弱于香青蘭(驅(qū)避等級(jí)為Ⅳ級(jí))；在含量為0.016、0.001 6 nL/cm2時(shí)，驅(qū)避率分別為2%、-2%，無(wú)驅(qū)避活性，明顯弱于香青蘭(驅(qū)避率為37%、32%)；這表示高濃度時(shí)蕓香草和香青蘭的驅(qū)避活性相當(dāng)，但在低濃度，香青蘭精油的驅(qū)避活性更強(qiáng)一些。Liang等[20]研究了淫羊藿精油及其主要化學(xué)成分對(duì)赤擬谷盜的驅(qū)避活性，結(jié)果顯示：在含量為16 nL/cm2時(shí)，驅(qū)避率為94%，與本研究中的啤酒花、香青蘭、椒蒿、竊衣的活性相當(dāng)；含量為2 nL/cm2時(shí)，驅(qū)避率為-16%，無(wú)驅(qū)避活性，還具有較弱的吸引作用，驅(qū)避活性明顯低于香青蘭、椒蒿、驅(qū)蟲(chóng)斑鳩菊、竊衣、啤酒花。與已有文獻(xiàn)比較結(jié)果顯示：高濃度時(shí)，香青蘭精油具有與淫羊藿、蕓香草、避蚊胺相當(dāng)?shù)尿?qū)避活性，但在低濃度時(shí)，香青蘭的驅(qū)避活性更強(qiáng)，具有開(kāi)發(fā)為天然驅(qū)避劑的潛力。且Chu等[7]報(bào)道香青蘭精油對(duì)赤擬谷盜和玉米象具有較好的觸殺活性，因此，香青蘭精油具有開(kāi)發(fā)為天然殺蟲(chóng)劑、驅(qū)避劑的潛力。

表5 5種植物精油4 h對(duì)赤擬谷盜驅(qū)避率/%

表6 5種植物精油4 h對(duì)赤擬谷盜驅(qū)避活性等級(jí)

劉靜等[21]將精油與丙酮按1∶19(體積比) 的比例混合，對(duì)赤擬谷盜進(jìn)行了驅(qū)避研究，結(jié)果表明：在12 h時(shí)，小茴香精油為Ⅲ級(jí)，丁香精油和肉桂精油均到Ⅴ級(jí)，驅(qū)避率最高達(dá)到88%。呂建華等[22]采用索氏提取法，提取了大蒜、辣椒粉、柑桔皮、臭椿樹(shù)皮的植物精油，以1∶15(體積比)的濃度對(duì)赤擬谷盜進(jìn)行驅(qū)避活性研究。結(jié)果表明：在2 h時(shí)臭椿樹(shù)皮驅(qū)避率為100%，辣椒粉、大蒜驅(qū)避率分別為94.6%、96.9%，驅(qū)避活性較強(qiáng)。聶霄艷等[15]研究了花椒麻素在含量為56、112、224 μg/cm2時(shí)赤擬谷盜成蟲(chóng)的驅(qū)避活性研究，結(jié)果表明2種花椒麻素在不同濃度和不同時(shí)間下對(duì)赤擬谷盜都表現(xiàn)出一定的驅(qū)避活性，驅(qū)避等級(jí)均達(dá)Ⅲ級(jí)以上。小茴香、丁香、肉桂、臭椿、辣椒、大蒜等多種植物均具有較好的驅(qū)避活性，但與本研究相比，所設(shè)濃度明顯較高，本實(shí)驗(yàn)在含量為0.16 nL/cm2時(shí)大部分精油都存在著較強(qiáng)的驅(qū)避活性，驅(qū)避等級(jí)都能達(dá)到Ⅲ級(jí)或者以上，表示本研究中的植物更具有開(kāi)發(fā)應(yīng)用的前景。

目前，國(guó)內(nèi)外在儲(chǔ)糧害蟲(chóng)防治方面已經(jīng)有了大量的研究，但主要停留在粗提取物的應(yīng)用上，很少有文獻(xiàn)將具體的活性物質(zhì)分離出來(lái)，不清楚哪種化學(xué)成分是關(guān)鍵的活性物質(zhì)。因此，后續(xù)將對(duì)香青蘭、椒蒿、啤酒花的精油成分進(jìn)行質(zhì)譜-色譜聯(lián)用儀分析，初步探索精油的化學(xué)成分。以生物活性追蹤為指導(dǎo), 對(duì)高活性植物精油中的關(guān)鍵活性成分進(jìn)一步分離純化, 利用現(xiàn)代化學(xué)分析技術(shù)，如質(zhì)譜(NR)、核磁共振(NMR)、紅外(IR)、或紫外(IE)等，對(duì)其中的殺蟲(chóng)活性成分進(jìn)行鑒定，為驅(qū)避劑的化學(xué)合成提供參考。除此之外，還需研究5種植物精油及其主要成分對(duì)赤擬谷盜的觸殺、熏蒸以及種群抑制的作用，以全方位評(píng)價(jià)5種植物精油對(duì)赤擬谷盜的生物活性。