兩種亞菊屬植物揮發(fā)油及主要成分對赤擬谷盜幼蟲的活性研究

安越 逯靖 王存存 侯志波 寧安琪 張繼 周峰 梁俊玉

摘要

本文旨在研究川甘亞菊和灌木亞菊揮發(fā)油及其主要成分（1，8桉葉油醇、樟腦、馬鞭草烯醇、冰片和桃金娘烯醇）對赤擬谷盜幼蟲的活性作用。采用水蒸氣蒸餾法提取揮發(fā)油并通過熏蒸、觸殺和驅(qū)避等測試方法評價兩種揮發(fā)油及其主要成分對赤擬谷盜幼蟲的生物活性。結(jié)果表明，川甘亞菊揮發(fā)油、灌木亞菊揮發(fā)油和1，8桉葉油醇均具有一定的熏蒸活性（LC50分別為94.60、81.17 mg/L和18.42 mg/L）和觸殺活性（LD50分別為216.93、100.50 μg/頭和52.69 μg/頭）。同時，在高測試濃度（78.63 nL/cm2和15.73 nL/cm2）時，分別處理2 h和4 h后川甘亞菊和灌木亞菊揮發(fā)油以及桃金娘烯醇對赤擬谷盜幼蟲均表現(xiàn)出較明顯的驅(qū)避活性，冰片驅(qū)避活性接近于陽性對照避蚊胺。因此，川甘亞菊和灌木亞菊揮發(fā)油對赤擬谷盜的幼蟲有一定的防治作用。

??關(guān)鍵詞

川甘亞菊;灌木亞菊;1，8桉葉油醇;冰片;赤擬谷盜;殺蟲活性;驅(qū)避活性

中圖分類號：

S482.39

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

DOI：10.16688/j.zwbh.2020675

Biological activity of the main components of the essential oils of two Ajania plant species against the larval stages of Tribolium castaneum

AN Yue，LU Jing，WANG Cuncun，HOU Zhibo，NING Anqi，ZHANG Ji，ZHOU Feng*，LIANG Junyu*

（College of Life Sciences， Northwest Normal University， Lanzhou730070， China）

Abstract

This study examined the contact activity of the main components （1，8eucalyptol， camphor， verbenol， borneol and myrtenol） of the essential oils of two Ajania plant species against the larval stages of Tribolium castaneum. The essential oils were extracted by using the steam distillation method， which were tested for their fumigation， contact and repellent activities. The test results showed that the essential oils of Ajania potaninii and A.fruticulosa and 1，8cineole exhibited fumigation （LC50=94.60，81.17 and 18.42 mg/L） and contact （LD50=216.93，100.50 and 52.69 μg/adult） activities against T.castaneum larvae. At the tested concentrations of 78.63 and 15.73 nL/cm2， the essential oils from A.potaninii and A.fruticulosa， myrtenol and eucalyptol had significant repellent activities against T.castaneum larvae after 2 h and 4 h. Borneol showed a repellent activity similar to DEET. Our results suggested that the essential oils from A.potaninii and A.fruticulosa can potentially be developed as a natural insecticide for the control of T.castaneum larvae.

Key words

Ajania potaninii;Ajania fruticulosa;1，8cineole;borneol;Tribolium castaneum;insecticidal activity;repellent activity

赤擬谷盜Tribolium castaneum屬鞘翅目擬步甲科，是最常見的倉儲害蟲之一，不僅繁殖速度快，而且適應(yīng)性強(qiáng)[1 2]，寄主有谷物、油料、食用菌、中藥材等，主要為害面粉，該蟲的臭腺可分泌臭液，使面粉發(fā)生霉變產(chǎn)生霉腥味，還可分泌苯醌等致癌物[3]，赤擬谷盜幼蟲可為害面粉、麩皮、米糠、禾谷類籽實(shí)等[4]，? 蛀食貯存期的煙葉和茶葉，且導(dǎo)致霉變，也可蛀入糧粒等貯藏物內(nèi)取食從而造成一定的經(jīng)濟(jì)損失[1]。目前，用于防治赤擬谷盜的方法主要是磷化氫熏蒸，但容易導(dǎo)致害蟲產(chǎn)生抗藥性，因此開發(fā)綠色環(huán)保的殺蟲劑成為迫切需求[5]。植物源殺蟲劑來源于自然界植物體，對人畜安全性高，使用時可以減少空氣中藥劑的有害成分顆粒數(shù)量，在自然界中分解較快[6 7]。近年來，天然植物揮發(fā)油應(yīng)用越來越廣泛，程昉等[1]報道了黃花蒿揮發(fā)油對赤擬谷盜幼蟲有明顯的觸殺和驅(qū)避作用。趙雪娜等[8]報道了東北青花椒精油對赤擬谷盜幼蟲有明顯的熏蒸活性。研究表明，天然植物精油對倉儲害蟲有一定的觸殺、熏蒸和驅(qū)避作用，可開發(fā)作為安全低毒的觸殺劑、熏蒸劑和驅(qū)避劑[9 11]。

亞菊屬植物為菊科多年生草本、小半灌木，有清熱解毒、驅(qū)蚊殺蟲的功效，可作藥用[12]，該屬植物約30多種，在國內(nèi)外分布廣泛[13 14]。川甘亞菊Ajania potaninii是菊科亞菊屬植物，產(chǎn)于我國陜西西南部、甘肅東南部及四川北部和中部。灌木亞菊A.fruticulosa同為菊科亞菊屬植物，產(chǎn)于中國的西北部地區(qū)[15]。研究表明川甘亞菊[16]和灌木亞菊[17] 的主要成分均為1，8桉葉油醇、樟腦、馬鞭草烯醇、冰片和桃金娘烯醇。梁俊玉等報道了川甘亞菊揮發(fā)油對赤擬谷盜和煙草甲Lasioderma serricorne有一定的熏蒸、觸殺和驅(qū)避活性[18]，灌木亞菊揮發(fā)油對赤擬谷盜和嗜卷書虱Liposcelis bostrychophila具有明顯的觸殺、熏蒸和驅(qū)避活性[17]，楊盈盈等報道了柳葉亞菊A.salicifolia揮發(fā)油對赤擬谷盜和煙草甲有明顯的熏蒸和驅(qū)避作用[19]。以上都是關(guān)于亞菊屬植物對赤擬谷盜成蟲的研究，但目前尚未發(fā)現(xiàn)有川甘亞菊揮發(fā)油對赤擬谷盜幼蟲防治方面的研究報道。本試驗(yàn)研究了川甘亞菊和灌木亞菊揮發(fā)油及其主要成分對赤擬谷盜幼蟲的活性作用，為倉儲害蟲的綠色防控提供了參考。

1材料與方法

1.1植物材料和揮發(fā)油提取

樣本為川甘亞菊及灌木亞菊的地上部分，采集地及樣本信息見表1。植物學(xué)名經(jīng)北京師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院劉全儒教授鑒定確認(rèn)，樣本現(xiàn)存放于西北師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院中藥質(zhì)量研究實(shí)驗(yàn)室。

稱取200 g陰干的植物樣品粉碎，然后采用水蒸氣蒸餾法提取，加熱6～8 h，經(jīng)無水硫酸鈉干燥處理，即得揮發(fā)油。將提得的揮發(fā)油置于4℃冰箱中冷藏備用。本實(shí)驗(yàn)室前期報道了川甘亞菊[16]和灌木亞菊[17]的主要成分為1，8桉葉油醇、樟腦、馬鞭草烯醇、冰片和桃金娘烯醇。以上5種揮發(fā)油主要成分由西北師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院中藥質(zhì)量研究實(shí)驗(yàn)室分離并保存于4℃冰箱中冷藏備用。

1.2供試害蟲

將赤擬谷盜飼養(yǎng)在容積0.5 L的玻璃瓶中，加入混合飼料（小麥粉 ∶酵母粉=10 ∶1）于玻璃瓶中，飼養(yǎng)溫度（29±1）℃，相對濕度為70%～80%。采用孵化后10 d左右，且大小接近為5～6 mm的赤擬谷盜幼蟲作為試蟲。

1.3熏蒸活性的測定

參照文獻(xiàn)[20]的方法測定灌木亞菊和川甘亞菊揮發(fā)油及主要成分對赤擬谷盜幼蟲的熏蒸活性。取直徑2.5 cm，高5.5 cm，容積25 mL的玻璃瓶，將挑好的試蟲放入不加面粉的空玻璃瓶中。用正己烷稀釋待測液，得到5個濃度梯度。分別吸取稀釋后的溶液10 μL滴在面積約2 cm2的濾紙片上，置于瓶蓋內(nèi)側(cè)。20 s后迅速旋緊瓶蓋，封口，形成封閉空間。另取正己烷為陰性對照，辛硫磷作為陽性對照。每種濃度重復(fù)5次，每次10頭試蟲。置于（29±1）℃恒溫 培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，24 h后觀察并記錄試蟲的死亡情況，采用SPSS統(tǒng)計軟件分析計算半數(shù)致死濃度LC50（mg/L）。

1.4觸殺活性的測定

參照文獻(xiàn)[21 23]的方法測定灌木亞菊和川甘亞菊揮發(fā)油及主要成分對赤擬谷盜幼蟲的觸殺活性。用正己烷稀釋待測液，得到5個不同的濃度梯度。用冰袋將赤擬谷盜幼蟲麻痹，取0.5 μL稀釋液滴于蟲體背面。將供試幼蟲轉(zhuǎn)移到直徑2.5 cm，高5.5 cm，容積25 mL的不加面粉的空玻璃瓶中，正己烷作為陰性對照，除蟲菊酯作為陽性對照。每個濃度重復(fù)5次，每次使用10頭試蟲。置于（29±1）℃恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)24 h后記錄死亡試蟲數(shù)，用毛筆多次觸碰試蟲，試蟲無反應(yīng)視為死亡。用SPSS統(tǒng)計軟件分析計算半數(shù)致死量LD50（μg/頭）。

1.5驅(qū)避活性的測定

參照文獻(xiàn)[24 25]的方法測定灌木亞菊和川甘亞菊揮發(fā)油及主要成分對赤擬谷盜幼蟲的驅(qū)避活性。將直徑為9 cm的濾紙片剪成等大的兩個半圓，再用正己烷稀釋待測液，得到5個不同的濃度梯度，分別為78.63、15.73、3.15、0.63、0.13 nL/cm2，各吸取500 μL滴于其中一半濾紙上，另一半只加正己烷作為陰性對照。兩片濾紙緊挨著粘在培養(yǎng)皿中，待溶劑揮發(fā)30 s后，將試蟲放在培養(yǎng)皿中心并蓋上皿蓋。試驗(yàn)均重復(fù)5次，每次20頭試蟲。設(shè)置避蚊胺（DEET）作為陽性對照。2 h后分別觀察并記錄試驗(yàn)組與對照組濾紙上試蟲的分布情況，4 h時重復(fù)此操作。計算驅(qū)避率（PR）。

PR=[（Nc Nt）/（Nc+Nt）]×100%。

其中，Nc為出現(xiàn)在陰性對照區(qū)域的試蟲數(shù)量，Nt為出現(xiàn)在試驗(yàn)組區(qū)域（具有揮發(fā)油或陽性對照）的試蟲數(shù)量，計算PR的平均值以及標(biāo)準(zhǔn)誤。

2結(jié)果與分析

2.1熏蒸活性

川甘亞菊和灌木亞菊揮發(fā)油及其主要組分對赤擬谷盜幼蟲的熏蒸活性結(jié)果見表2。結(jié)果顯示，除部分無熏蒸活性的成分如樟腦、 桃金娘烯醇、馬鞭草烯醇、冰片外，川甘亞菊揮發(fā)油、灌木亞菊揮發(fā)油及1，8桉葉油醇對赤擬谷盜幼蟲均具有明顯的熏蒸活性，LC50分別為94.60、81.17 mg/L和? 18.42 mg/L，可推測兩種揮發(fā)油的熏蒸活性與樟腦、桃金娘烯醇、馬鞭草烯醇、冰片無關(guān)。但1，8桉葉油醇對試蟲的熏蒸活性很強(qiáng)，其LC50為18.42 mg/L， 強(qiáng)于1，8桉葉油醇對赤擬谷盜成蟲的熏蒸活性（LC50 34.21 μL/mL）[18]。1，8桉葉油醇對赤擬谷盜幼蟲的熏蒸活性約為川甘亞菊揮發(fā)油活性的5倍，灌木亞菊揮發(fā)油活性的4倍。兩種植物揮發(fā)油對試蟲的熏蒸活性接近。雖然1，8桉葉油醇對幼蟲的熏蒸活性與陽性對照有差距，但是與其他組分相比具有一定的優(yōu)勢。

2.2觸殺活性

川甘亞菊和灌木亞菊揮發(fā)油及其主要組分對赤擬谷盜幼蟲的觸殺活性結(jié)果見表3。結(jié)果顯示，川甘亞菊和灌木亞菊揮發(fā)油的主要成分樟腦、桃金娘烯醇、馬鞭草烯醇、冰片對赤擬谷 盜幼蟲無觸殺活性，但川甘亞菊、 灌木亞菊揮發(fā)油及1，8桉葉油醇對赤擬谷盜幼蟲均具有明顯的觸殺活性，LD50分別為216.93、100.50 μg/頭和52.69 μg/頭。其中，灌木亞菊揮發(fā)油的觸殺活性約為川甘亞菊的2倍。 在所試單一成分中，1，8桉葉油醇對赤擬谷盜幼蟲的觸殺活性明顯強(qiáng)于黃花蒿揮發(fā)油[1]對赤擬谷盜幼蟲的觸殺活性（其LD50為70.34 μg/頭）。1，8桉葉油醇對試蟲的觸殺活性明顯強(qiáng)于2種植物揮發(fā)油。

2.3驅(qū)避活性

川甘亞菊和灌木亞菊揮發(fā)油及其主要組分對赤擬谷盜幼蟲的驅(qū)避活性見表4。結(jié)果表明在高測試濃度（78.63 nL/cm2和15.73 nL/cm2）時， 分別處理2 h和4 h后川甘亞菊和灌木亞菊揮發(fā)油對赤擬谷盜幼蟲均表現(xiàn)出較明顯的驅(qū)避活性。而在其他測試濃度（3.15、0.63 nL/cm2和0.13 nL/cm2）時， 分別處理2 h和4 h后灌木亞菊揮發(fā)油對赤擬谷盜幼蟲的驅(qū)避活性幾乎都強(qiáng)于川甘亞菊揮發(fā)油對赤擬谷盜幼蟲的驅(qū)避活性。在所試單一成分中，冰片驅(qū)避活性接近于陽性對照避蚊胺。同時桃金娘烯醇和冰片對赤擬谷盜幼蟲的驅(qū)避活性明顯強(qiáng)于樟腦、馬鞭草烯醇和1，8桉葉油醇。在低測試濃度（3.15 nL/cm2）時，各揮發(fā)油及主要成分的驅(qū)避活性不太明顯，其中馬鞭草烯醇和樟腦無驅(qū)避活性。此結(jié)果表明，兩種揮發(fā)油、桃金娘烯醇和冰片對赤擬谷盜幼蟲驅(qū)避效果明顯，且在高濃度下驅(qū)避作用更好。

3結(jié)論與討論

本研究分析了川甘亞菊和灌木亞菊揮發(fā)油及其主要組分對赤擬谷盜幼蟲的熏蒸、觸殺和驅(qū)避活性。通過活性篩選發(fā)現(xiàn)川甘亞菊揮發(fā)油與灌木亞菊揮發(fā)油對赤擬谷盜幼蟲具有很好的熏蒸、觸殺活性以及驅(qū)避作用。另外，其主要組分中，1，8桉葉油醇對赤擬谷盜幼蟲表現(xiàn)出很好的熏蒸和觸殺活性，同時桃金娘烯醇和冰片對赤擬谷盜幼蟲表現(xiàn)出較明顯的驅(qū)避作用，其中冰片驅(qū)避活性接近于陽性對照避蚊胺。前期試驗(yàn)結(jié)果顯示，川甘亞菊揮發(fā)油[18]和灌木亞菊揮發(fā)油[17]對赤擬谷盜成蟲的熏蒸活性（LC50分別為34.21 mg/L、11.52 mg/L）比對幼蟲的熏蒸活性強(qiáng)。同時，川甘亞菊揮發(fā)油[18]對赤擬谷盜成蟲的觸殺活性（LD50為34.18 mg/L）比對幼蟲的觸殺活性強(qiáng)。同一藥劑處理后赤擬谷盜成蟲和幼蟲表現(xiàn)出不同的活性，可能是因?yàn)槌鄶M谷盜屬于完全變態(tài)發(fā)育，成蟲和幼蟲有很大的不同造成的[26]，但具體的作用機(jī)制還有待進(jìn)一步研究。

據(jù)文獻(xiàn)報道，1，8桉葉油醇是川甘亞菊和灌木亞菊揮發(fā)油中含量最高的成分（分別為22.19%[16]和41.4%[17]），且1，8桉葉油醇對赤擬谷盜具有較強(qiáng)的熏蒸毒性（LC50為5.47 mg/L）和較強(qiáng)的觸殺活性（LD50為18.83 μg/頭）[26]，所以推測兩種植物揮發(fā)油對赤擬谷盜幼蟲的熏蒸和觸殺活性可能與1，8桉葉油醇有關(guān)。另外，1，8桉葉油醇、樟腦及冰片均屬于單萜類化合物。相關(guān)研究表明，單萜類化合物是揮發(fā)性和親脂性比較高的化合物，能夠迅速滲入昆蟲蟲體產(chǎn)生生理作用，對赤擬谷盜等倉儲害蟲產(chǎn)生強(qiáng)烈殺蟲活性，推測是對倉儲類昆蟲具有熏蒸活性的原因之一[27 28]。因此，川甘亞菊和灌木亞菊揮發(fā)油對赤擬谷盜的幼蟲有一定的防治作用。

關(guān)于其他亞菊屬植物揮發(fā)油對赤擬谷盜成蟲和幼蟲的生物活性，作用機(jī)理，以及對成蟲產(chǎn)卵的干擾作用，仍是現(xiàn)在的研究熱點(diǎn)，將亞菊屬植物及其活性成分開發(fā)為新型植物性熏蒸劑或防護(hù)劑具有重要意義，進(jìn)而可以對倉儲害蟲進(jìn)行綠色防控。植物源殺蟲劑具有綠色環(huán)保的特點(diǎn)，且資源豐富，為亞菊屬植物的開發(fā)提供了可能。

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收稿日期：2020 12 16修訂日期：2021 01 23

基金項(xiàng)目：

國家自然科學(xué)基金（32160127）;甘肅省引導(dǎo)科技創(chuàng)新發(fā)展專項(xiàng)基金（2019ZX05）

* 通信作者

Email：周峰：zycsyswin@yeah.net;梁俊玉：liangjunyu@nwnu.edu.cn