12種植物精油對(duì)兩種倉(cāng)儲(chǔ)害蟲(chóng)熏蒸活性的研究

趙娜娜 麥迪娜·托乎塔森 盧若濱

(新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)，烏魯木齊 830052)

赤擬谷盜(Triboliumcastaneum)廣泛存在于儲(chǔ)藏物中，在世界各地都有分布，是重要的世界性倉(cāng)儲(chǔ)害蟲(chóng)之一，現(xiàn)已成為我國(guó)大型糧倉(cāng)中的優(yōu)勢(shì)害蟲(chóng)種群；食性廣，可危害谷物、油料、食用菌、中藥材、動(dòng)物性產(chǎn)品及加工產(chǎn)品等，除直接取食造成危害外，其成蟲(chóng)體表的臭腺可分泌含苯醌等致癌物質(zhì)的臭液，使被害物結(jié)塊、變色、發(fā)臭而不能食用，從而造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失[1]?；ò咂ん?Trogodermavariabile)是一種適應(yīng)性強(qiáng)，危害物品廣泛的儲(chǔ)藏物害蟲(chóng)，該蟲(chóng)可危害多種倉(cāng)儲(chǔ)谷物糧食及加工品、家庭儲(chǔ)藏品，也能危害毛皮、蠶絲及動(dòng)物干制標(biāo)本，是當(dāng)前在國(guó)內(nèi)分布最廣、危害最嚴(yán)重的皮蠹類(lèi)昆蟲(chóng)[2-4]。熏蒸劑是防治倉(cāng)儲(chǔ)害蟲(chóng)最理想的藥劑，以磷化氫(磷化鋁)熏蒸最為普遍，但長(zhǎng)期使用會(huì)對(duì)環(huán)境和人類(lèi)健康造成一定影響，不僅造成害蟲(chóng)抗藥性增強(qiáng)，而且出現(xiàn)了糧食品質(zhì)下降、食品安全風(fēng)險(xiǎn)增加等諸多問(wèn)題[5, 6]。

據(jù)研究報(bào)道，在全世界近50萬(wàn)種植物中，約有1005種植物具有殺蟲(chóng)活性成分，有726種對(duì)昆蟲(chóng)具有拒食、忌避、引誘、引起昆蟲(chóng)不育和調(diào)節(jié)昆蟲(chóng)發(fā)育等作用[7,8]。植物體內(nèi)的生物活性成分包括植物精油、生物堿等，其中植物精油因具有較好的揮發(fā)性，對(duì)害蟲(chóng)具有驅(qū)避或熏殺活性，部分成分還具有引誘、毒殺、種群抑制活性，在倉(cāng)儲(chǔ)害蟲(chóng)防治中有著巨大的發(fā)展?jié)摿?。如通過(guò)水蒸氣蒸餾法從黃荊葉片中獲得的精油對(duì)綠豆象、谷蠹、玉米象、鋸谷盜和赤擬谷盜具有很高的觸殺、驅(qū)避和綜合殺蟲(chóng)毒效，且對(duì)種群有持續(xù)控制作用[9]。植物精油因來(lái)源于自然，具有安全、多作用位點(diǎn)、易降解、資源豐富等特點(diǎn)，可成為倉(cāng)儲(chǔ)熏蒸劑的替代藥劑。

為開(kāi)發(fā)新型綠色環(huán)保倉(cāng)儲(chǔ)熏蒸劑，通過(guò)水蒸氣蒸餾法提取12種香辛料植物精油，密閉空氣熏蒸法研究12種植物精油對(duì)赤擬谷盜和花斑皮蠹的熏蒸活性，篩選高活性精油，為開(kāi)發(fā)綠色安全倉(cāng)儲(chǔ)熏蒸劑提供參考。

1 材料與方法

1.1 植物材料信息

12種植物信息如表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 12種植物信息名錄

1.2 供試?yán)ハx(chóng)

赤擬谷盜2017年4月引種于河南工業(yè)大學(xué)，在新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)天然產(chǎn)物實(shí)驗(yàn)室人工飼養(yǎng)，飼養(yǎng)條件：溫度27～28 ℃，相對(duì)濕度75%，避光；將未受污染的健康小麥裝入玻璃瓶中，瓶口涂抹聚四氟乙烯，并用潔凈通氣性良好的紗布封住瓶口，置于培養(yǎng)箱內(nèi)。實(shí)驗(yàn)時(shí)挑取羽化5 d、同一批次、健康的成蟲(chóng)作為試蟲(chóng)，不分雄雌[10]。

花斑皮蠹于2016年5月在實(shí)驗(yàn)室儲(chǔ)藏麥麩中捕獲，由趙莉教授鑒定(新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院昆蟲(chóng)與農(nóng)藥學(xué)系)，用干凈麥麩擴(kuò)大飼養(yǎng)2年。飼養(yǎng)條件：溫度27～28 ℃，相對(duì)濕度75%，避光；以無(wú)污染的麥麩為飼料人工飼養(yǎng)，其余同赤擬谷盜。實(shí)驗(yàn)時(shí)挑取羽化2 d、同一批次、健康的成蟲(chóng)作為試蟲(chóng)，不分雄雌。

1.3 試劑及儀器

連續(xù)蒸餾裝置，SHB-III循環(huán)水式真空泵，DZTW型調(diào)溫電熱套，RE-52AA型號(hào)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器，數(shù)控升降式水浴鍋，PSX-280H恒溫恒濕箱。

正己烷、無(wú)水硫酸鈉(分析純)。

1.4 實(shí)驗(yàn)方法

1.4.1 植物精油的提取

于新疆烏魯木齊市北園春市場(chǎng)采購(gòu)12種香料，各3 kg，有水分的整株植物(荊芥)先曬干后使用。采用水蒸氣蒸餾法，取香料植株適量放入到3 000 mL的圓底燒瓶中，加適量水，放在電熱套上連續(xù)蒸餾6 h，蒸餾出的油水混合物用500 mL正己烷萃取，正己烷萃取物經(jīng)無(wú)水硫酸鈉脫水后，置于40 ℃旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器中減壓蒸發(fā)濃縮，所得殘留的油狀液體即為精油，測(cè)精油比重，收集放入棕色瓶中保存，置于4 ℃冰箱中待用。

1.4.2 熏蒸活性測(cè)定

采用密閉空氣熏蒸法，使用30 mL透明樣品瓶作為密閉容器，將濾紙剪出直徑大約為瓶蓋直徑的圓片若干，放置于瓶蓋內(nèi)。以正己烷為溶劑配制一系列等比例溶液，用微量移液槍吸取精油稀釋液10 μL滴到瓶蓋內(nèi)的濾紙上，將瓶蓋置于空氣中揮發(fā)10 s后迅速蓋住瓶蓋，并用封口膜封住。將所有瓶子放置于溫度27～28 ℃、相對(duì)濕度75%的培養(yǎng)箱中。每個(gè)濃度重復(fù)5次，每個(gè)重復(fù)10只試蟲(chóng)，空白對(duì)照為10 μL正己烷。24 h后，觀察瓶?jī)?nèi)熏蒸狀況和記錄試蟲(chóng)的死亡情況，死亡標(biāo)準(zhǔn)以小毛筆撥動(dòng)蟲(chóng)體，不動(dòng)者或不能正常爬行視作死亡，根據(jù)觀察數(shù)據(jù)計(jì)算校正死亡率以及半致死濃度。

校正死亡率=100%×(處理組死亡率-對(duì)照組死亡率)/(1-對(duì)照組死亡率)

半致死濃度(LC50)即引起50%試蟲(chóng)死亡率的濃度，利用Excel和SPSS統(tǒng)計(jì)分析軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)所得的結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 植物精油對(duì)赤擬谷盜的熏蒸活性

赤擬谷盜成蟲(chóng)經(jīng)12種植物精油熏蒸處理24 h后，校正死亡率如表2。結(jié)果表明，12種香料植物精油對(duì)赤擬谷盜成蟲(chóng)均具有一定的熏蒸活性。在供試濃度下，赤擬谷盜成蟲(chóng)對(duì)大蒜、桂皮精油均表現(xiàn)出極高的敏感度，尤其是大蒜油，在3種測(cè)試濃度166.67、33.33、6.67 μL/L下的熏蒸致死率始終高達(dá)100%，肉桂精油則為96.67%、96.30%和92.13%，與大蒜精油的熏蒸活性無(wú)顯著差異，活性相當(dāng)。

表2 赤擬谷盜經(jīng)植物精油熏蒸處理24 h后的死亡率/%

孜然、八角茴香和香葉3種精油在濃度為166.67、33.33 μL/L時(shí)，活性較好，與大蒜精油相比無(wú)差異，活性相當(dāng)，但在低濃度6.67 μL/L時(shí)，熏蒸活性下降，與大蒜油活性差異顯著，弱于大蒜油?；ń贰⑶嗷ń泛托≤钕憔驮诟邼舛?66.67 μL/L時(shí)，與大蒜油的活性相當(dāng)，無(wú)顯著差異，在濃度為33.33、6.67 μL/L時(shí)，3種香料精油對(duì)赤擬谷盜的熏蒸活性弱于大蒜油。

黑胡椒、荊芥、丁香精油對(duì)赤擬谷盜的熏蒸較弱，姜黃精油在所試濃度對(duì)赤擬谷盜沒(méi)有熏蒸活性。

根據(jù)表2所示結(jié)果，比較同一濃度下不同種精油對(duì)赤擬谷盜的熏蒸活性差異，從中篩選出高活性精油：大蒜、肉桂、八角茴香、小茴香和花椒，5種植物精油按照1.4.2所示方法進(jìn)行熏蒸活性測(cè)定。

5種植物精油對(duì)赤擬谷盜的LC50值見(jiàn)表3，大蒜精油對(duì)赤擬谷盜的熏蒸活性最強(qiáng)，其次是花椒精油和小茴香精油。八角茴香精油與肉桂精油的生物活性相差不大。

表3 植物精油對(duì)赤擬谷盜的熏蒸活性

2.2 植物精油對(duì)花斑皮蠹的熏蒸活性

花斑皮蠹經(jīng)12種植物精油熏蒸處理24 h后，校正死亡率如表4所示。大蒜、肉桂和小茴香精油對(duì)花斑皮蠹成蟲(chóng)的熏蒸活性最強(qiáng)，在3個(gè)供試濃度下，致死率始終高達(dá)100%。花椒油和八角茴香油在濃度為166.67、33.33 μL/L時(shí)，活性較好，與大蒜精油相比無(wú)差異，活性相當(dāng)；在低濃度6.67 μL/L時(shí)，八角茴香精油的熏蒸活性為81.76%，稍弱于大蒜油，但花椒精油的熏蒸活性明顯下降，與大蒜油具有顯著差異。

表4 花斑皮蠹經(jīng)植物精油處理24 h后的校正死亡率(%)

孜然、青花椒和香葉精油在高濃度166.67 μL/L時(shí)，與大蒜油的活性相當(dāng)，無(wú)顯著差異；在濃度為33.33 μL/L時(shí)，4種精油的熏蒸活性稍弱于大蒜油；在低濃度6.67 μL/L時(shí)，3種精油的致死率明顯下降，顯著弱于大蒜油。

黑胡椒在166.67 μL/L時(shí)對(duì)花斑皮蠹成蟲(chóng)具有一定的熏蒸活性，致死率為47.69%，但明顯弱于以上8種精油。丁香、荊芥和姜黃3種精油的熏蒸活性較弱，甚至無(wú)活性。

根據(jù)12種植物精油對(duì)花斑皮蠹的致死率，比較精油對(duì)試蟲(chóng)的熏蒸活性差異，篩選出高活性精油：大蒜、肉桂、小茴香和八角茴香，測(cè)定4種精油的LC50，結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 植物精油對(duì)花斑皮蠹的熏蒸活性

大蒜的熏蒸活性最好，肉桂精油的熏蒸活性次之。

3 討論

植物精油來(lái)源于自然、成分多樣，具有高選擇性、低毒、多作用位點(diǎn)等優(yōu)勢(shì)，可成為安全、有效、環(huán)保的新型倉(cāng)儲(chǔ)害蟲(chóng)防治替代藥物，符合倉(cāng)儲(chǔ)害蟲(chóng)綠色防治的要求，是倉(cāng)儲(chǔ)害蟲(chóng)防治藥劑開(kāi)發(fā)的一大熱點(diǎn)。

本研究選用的12種植物精油(除姜黃精油)對(duì)赤擬谷盜、花斑皮蠹均具有一定的熏蒸活性。不同植物精油對(duì)兩種倉(cāng)儲(chǔ)害蟲(chóng)的敏感度不同，在同一濃度下，丁香、孜然和荊芥精油對(duì)赤擬谷盜的熏蒸致死率高于花斑皮蠹，桂皮、八角茴香和小茴香對(duì)花斑皮蠹的熏蒸致死率略高于赤擬谷盜，但差異不大，12種植物精油對(duì)兩種倉(cāng)儲(chǔ)害蟲(chóng)的熏蒸活性基本保持一致。

12種植物精油中，5種香辛料精油對(duì)赤擬谷盜的熏蒸活性最好，從強(qiáng)到弱依次為：大蒜、花椒、小茴香、桂皮和八角，LC50分別為0.71、1.15、1.39、1.58、1.73 mg/L。與文獻(xiàn)中使用相同熏蒸活性測(cè)定方法的植物相比，本實(shí)驗(yàn)中5種香辛料精油對(duì)赤擬谷盜的活性較好，強(qiáng)于藍(lán)桉葉油(LC50為6.44 μL/L)[11]、側(cè)柏葉精油(LC50為39.25 mg/L)[12]、甘菊揮發(fā)油(LC50為14.40 mg/L)[13]、海芒果葉揮發(fā)油(LC50為2.02 mg/L)[14]、連翹揮發(fā)油(LC50為7.68mg/L)[15]、艷山姜葉揮發(fā)油(LC50為5.19 mg/L)[16]。陸馳宇等[17]研究了八角茴香油對(duì)赤擬谷盜的熏蒸活性，LC50值為9.64 μL/L，弱于本研究中八角茴香的熏蒸活性，這可能與二者產(chǎn)地不同、精油提取方法不同有關(guān)。

4種精油對(duì)花斑皮蠹的熏蒸活性最好：大蒜、肉桂皮、小茴香和八角茴香，LC50分別為0.41、1.03、2.92、3.28 mg/L。關(guān)于花斑皮蠹的文獻(xiàn)研究較少，僑卿梅等[18]測(cè)定了肉桂、青蒿、生姜和蛇床子4種植物精油對(duì)花斑皮蠹的熏蒸活性，結(jié)果表明，肉桂精油和青蒿精油在40 μL/L劑量下對(duì)花斑皮蠹的成蟲(chóng)有較強(qiáng)的熏殺效果，熏蒸12 h后成蟲(chóng)死亡率即達(dá)100%，但并未測(cè)定肉桂精油的LC50，因此無(wú)法比較精油之間的活性差異。

12種植物精油中，大蒜對(duì)兩種倉(cāng)儲(chǔ)害蟲(chóng)的熏蒸活性最強(qiáng)，明顯強(qiáng)于其他活性植物。此外，大蒜精油對(duì)越冬型梨木虱[19]、谷蠹、赤擬谷盜(觸殺、胃毒作用)、書(shū)虱[20]、銹赤扁谷盜[21]、綠豆象[22]具有較好的殺蟲(chóng)、驅(qū)避、控制種群等活性，表示大蒜精油具有較好的生物活性，值得開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。大蒜的價(jià)格低廉，來(lái)源豐富，在我國(guó)種植面積廣泛，容易獲得，也可直接購(gòu)買(mǎi)大蒜油；大蒜本身又是一種保健食品，對(duì)人、畜無(wú)任何毒副作用。因此是一種理想可開(kāi)發(fā)的天然植物源農(nóng)藥。

植物源農(nóng)藥的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用主要包括兩方面，一是直接應(yīng)用植物體或粗提物，如平常的生活儲(chǔ)藏中可以直接將大蒜搗碎，置于密閉空間防治害蟲(chóng)，且由于大蒜具有廣譜抑菌作用，可病蟲(chóng)兼治。二是以精油中的關(guān)鍵化合物為模板合成新藥劑，據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道大蒜精油的關(guān)鍵活性成分為二烯丙基單硫醚、二烯丙基二硫醚和二烯丙基三硫醚[19, 20]，關(guān)鍵活性成分可作為先導(dǎo)化合物，為合成新型倉(cāng)儲(chǔ)熏蒸劑提供化學(xué)結(jié)構(gòu)。

4 結(jié)論

8種植物精油(大蒜、肉桂、小茴香、八角茴香、花椒、孜然、香葉和青花椒)對(duì)赤擬谷盜成蟲(chóng)、花斑皮蠹成蟲(chóng)具有較好的熏蒸活性，其中大蒜油的活性最好。大蒜是人類(lèi)餐桌上必不可少的香辛料植物，具有抗癌、殺菌等作用，對(duì)人類(lèi)有較好的保健效果。因此，大蒜精油可作為安全、環(huán)保、高效的綠色植物源藥劑在倉(cāng)儲(chǔ)區(qū)安全使用，既能防蟲(chóng)又能抑菌，且對(duì)人類(lèi)無(wú)毒。