頭花杜鵑揮發(fā)油的化學成分分析及其對3種倉儲害蟲的毒殺作用

張莉娟 周家欣 王夢真

摘要 本研究旨在明確頭花杜鵑揮發(fā)油的化學成分及其對煙草甲、赤擬谷盜和嗜卷書虱的毒殺作用。利用GC/MS分析了頭花杜鵑葉揮發(fā)油的化學組分;通過觸殺和驅(qū)避試驗測試頭花杜鵑葉揮發(fā)油的生物活性。結(jié)果表明：從頭花杜鵑葉揮發(fā)油中鑒定出的成分共有30種，占總成分的100.00%，其主要成分為：α蒎烯（25.32%）、β蒎烯（19.90%）和6，8吡啶并[3，4d]嘧啶4（3H）酮酸鹽（7.45%）;頭花杜鵑葉揮發(fā)油對煙草甲、赤擬谷盜和嗜卷書虱的LD50分別為44.40、104.92 μg/頭和98.87 μg/cm2;在測試2 h和4 h后其對赤擬谷盜和嗜卷書虱的驅(qū)避效果與陽性對照除蟲菊素產(chǎn)生的效果一致。上述結(jié)果表明，頭花杜鵑葉揮發(fā)油對煙草甲、赤擬谷盜和嗜卷書虱均具有較好的毒殺作用，這可能與頭花杜鵑葉揮發(fā)油中的主要成分α蒎烯有關(guān)。

關(guān)鍵詞 頭花杜鵑; 煙草甲; 赤擬谷盜; 嗜卷書虱

中圖分類號： S 482.39

文獻標識碼： ADOI： 10.16688/j.zwbh.2018206

Abstract This study focused on analyzing the chemical composition of the essential oils from Rhododendron capitatum Maxim. and examining the toxic activities of the oils against Lasioderma serricorne， Tribolium castaneum and Liposcelis bostrychophila. The activities of the oils were tested via contact toxicity and repellent activity assays， and its chemical components were analyzed by GCMS. Thirty components from the essential oils extracted from R.capitatum were identified and the sum of their contents accounted for 100.00% of the essential oil; the major components were αpinene （25.32%）， βpinene （19.90%） and pyrido [3，4d] pyrimidine4（3H）one， 6，8dimethyl （7.45%）. The essential oils exhibited potential contact toxicity against L.serricorne （LD50=44.40 μg/adult）， T.castaneum （LD50=104.92 μg/adult） and L.bostrychophila （LD50=98.87 μg/cm2）， and its repellent activity against T.castaneum and L.bostrychophila， was consistent with that of the positive control DEET.R.capitatum essential oils had significant toxic activities against 3 kinds of storage pests， which might be related to the main component αpinene in the essential oils.

Key words Rhododendron capitatum; Lasioderma serricorne; Tribolium castaneum; Liposcelis bostrychophila

頭花杜鵑Rhododendron capitatum Maxim.為杜鵑花科杜鵑花屬常綠灌木， 是我國西北地區(qū)杜鵑花屬植物中產(chǎn)量較高的一個品種， 主要分布在青海、甘肅和四川等省，資源豐富[1]。目前關(guān)于頭花杜鵑的研究主要集中在其揮發(fā)油化學成分分析以及藥理作用等方面，李國賢等[2]發(fā)現(xiàn)頭花杜鵑揮發(fā)油顯著的祛痰和鎮(zhèn)咳作用與其主要成分α蒎烯有關(guān)，且其毒性較低，呂義長等[3]發(fā)現(xiàn)頭花杜鵑揮發(fā)油含氧部分對呼吸道常見菌種如流感桿菌、肺炎球菌等有明顯抑制作用，許子俊等[4]證明從頭花杜鵑的水提物中分離到總黃酮降血壓作用明顯，但頭花杜鵑對倉儲害蟲生物活性的研究尚未見報道。

煙草甲Lasioderma serricorne、赤擬谷盜Tribolium castaneum和嗜卷書虱Liposcelis bostrychophila均是廣泛存在于儲藏物中的昆蟲，現(xiàn)已成為我國大型糧倉中的優(yōu)勢害蟲種群。早前倉儲害蟲的防治措施以磷化氫（磷化鋁）熏蒸最為普遍，但長期使用會對環(huán)境和人類健康造成一定影響，近年來，植物源防護劑因其具有高度選擇性，易于分解和對人畜安全性高等優(yōu)點而逐漸代替了化學防護劑[510]。

田雨濃[11]的研究表明，α蒎烯能抑制大麥蟲Zophobas morio幼蟲體內(nèi)羧酸酯酶（CarE）活性，因此幼蟲體內(nèi)的解毒作用被抑制，導致幼蟲本身生理機能下降，致使幼蟲死亡。在此背景下，本文結(jié)合含有α蒎烯的頭花杜鵑揮發(fā)油較強的抑菌活性以及α蒎烯本身具有的殺蟲活性，測定頭花杜鵑揮發(fā)油對煙草甲、赤擬谷盜和嗜卷書虱這3種倉儲害蟲的觸殺和驅(qū)避作用，以探討其對倉儲害蟲的生物活性，為頭花杜鵑揮發(fā)油殺蟲活性的研究以及頭花杜鵑資源的開發(fā)利用提供參考依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 材料與儀器

頭花杜鵑的嫩枝葉采自甘肅省天祝縣石門鎮(zhèn)，海拔2 765 m，經(jīng)緯度36°58′58″N，102°54′04″E。頭花杜鵑樣本保存于西北師范大學生命科學學院實驗室。

煙草甲、赤擬谷盜和嗜卷書虱均飼養(yǎng)在容積為0.5 L、溫度為（28±1）℃、相對濕度為70%～80%的玻璃瓶中。培養(yǎng)煙草甲和赤擬谷盜的玻璃瓶內(nèi)裝有以10∶1質(zhì)量比混合的小麥粉與酵母粉，嗜卷書虱瓶內(nèi)裝有奶粉、活性酵母及面粉，并以1∶1∶1質(zhì)量比混合。試驗所用昆蟲均為已生活1～2周的成蟲，且培養(yǎng)昆蟲的所有容器及試驗中所用的培養(yǎng)皿封口處都涂有聚四氟乙烯以防昆蟲逃逸。

正己烷、無水硫酸鈉等試劑購自上海安譜科學儀器有限公司。試驗所用儀器包括自制揮發(fā)油提取器、7980/5975CGC/MSD氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀（美國Agilent公司生產(chǎn)）、GHP9080隔水式恒溫培養(yǎng)箱（常州中捷實驗儀器制造有限公司生產(chǎn)）。

1.2 方法

1.2.1 揮發(fā)油的提取

將頭花杜鵑的新鮮葉片陰干后切碎，取500 g轉(zhuǎn)移進揮發(fā)油提取器中進行提取，時間為6 h。油水經(jīng)正己烷溶劑萃取，無水硫酸鈉處理后過濾，即得頭花杜鵑葉揮發(fā)油。揮發(fā)油放密封容器中并于4℃冰箱保存。

1.2.2 GC/MS分析

參照姚晶等[12]的方法測定頭花杜鵑葉揮發(fā)油的化學組分。

1.2.2.1 色譜條件

色譜柱HP5MS型彈性石英毛細管柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm）;設定程序升溫;載氣為He;載氣流速為1.0 mL/min;汽化室溫度為220℃;進樣量為0.4 μL，;分流比為20∶1。杜鵑花科杜鵑花屬植物程序升溫條件：初溫40℃，保持2 min，以6℃/min升至80℃，保持1 min，再以5℃/min升至160℃，保持1 min，最后以10℃/min升至290℃，保持6 min。

1.2.2.2 質(zhì)譜條件

電離方式為EI;電子能量為70 eV;離子源溫度為230℃;四級桿溫度為150℃;數(shù)據(jù)采集模式為全掃描;質(zhì)譜掃描質(zhì)量范圍為50～500 mAu。經(jīng)計算機檢索質(zhì)譜數(shù)據(jù)庫（NIST 05和Wiley 275 libraries）數(shù)據(jù)，比對各峰的 MS碎片并結(jié)合有關(guān)文獻譜圖解析，鑒定揮發(fā)油各組分種類。采用峰面積歸一化法，根據(jù)各組分分子質(zhì)量，計算揮發(fā)油中各組分的相對百分含量（質(zhì)量分數(shù)）。

1.2.3 生物活性測定

1.2.3.1 觸殺活性測定

頭花杜鵑葉揮發(fā)油對煙草甲、赤擬谷盜和嗜卷書虱的觸殺活性測定參照文獻[1315]。將羽化7 d左右的成蟲從培養(yǎng)皿中取出用冰袋麻醉，取頭花杜鵑葉揮發(fā)油溶解于正己烷中進行預試驗（濃度范圍為2%～50%）。根據(jù)預試驗結(jié)果設置正式試驗的5個濃度梯度（煙草甲的測試濃度為3.95%、5.92%、8.88%、13.3%和20%，赤擬谷盜的測試濃度為14.47%、17.36%、20.8%、25%和30%，嗜卷書虱的測試濃度為1.21%、1.01%、0.84%、0.70%和0.58%），每個濃度重復5次，每個重復10頭試蟲。取0.5 μL樣品分別滴于煙草甲和赤擬谷盜的前胸背板上，處理后放入直徑2 cm、高1 cm的培養(yǎng)瓶中，擰緊瓶蓋;另取300 μL樣品均勻涂布在直徑5.5 cm的濾紙上，再用固體膠處理后放入內(nèi)徑為5.5 cm的培養(yǎng)皿中，并將嗜卷書虱放在濾紙上，蓋上蓋子。在相同操作條件下，以正己烷和除蟲菊素代替頭花杜鵑葉揮發(fā)油處理試蟲分別作為陰性對照和陽性對照（相關(guān)研究表明，除蟲菊素對倉儲害蟲的毒殺作用極強[1617]）。處理后置于溫度（28±1）℃，相對濕度為70%～80%的恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)24 h，觀察記錄死亡情況。采用SPSS 22.0統(tǒng)計軟件分析計算半致死劑量LD50。

1.2.3.2 驅(qū)避活性測定

頭花杜鵑揮發(fā)油對煙草甲和赤擬谷盜的驅(qū)避活性測定參照文獻[1315]，對嗜卷書虱的驅(qū)避活性測定參照文獻[18]。將頭花杜鵑揮發(fā)油用正己烷稀釋成5個濃度的溶液（煙草甲和赤擬谷盜的測試濃度為78.63、15.73、3.15、0.63和0.13 nL/cm2，嗜卷書虱的測試濃度為63.16、12.64、2.52、0.50和0.10 nL/cm2）。將直徑9 cm的濾紙剪成相同的兩半，一半均勻地滴入0.5 mL不同濃度的頭花杜鵑揮發(fā)油，另一半滴入等劑量的正己烷作空白對照，待正己烷完全揮發(fā)干后，立即用固體膠將處理過的濾紙相向緊粘在培養(yǎng)皿底部，再將20頭試蟲（煙草甲和赤擬谷盜）從培養(yǎng)皿中央投入，迅速蓋上培養(yǎng)皿蓋子密封;嗜卷書虱的驅(qū)避試驗與之相似，不同的是所用濾紙和培養(yǎng)皿直徑均為6 cm，且改用150 μL樣品溶液處理濾紙。每濃度處理5個平行樣。同時在同等操作條件下，以除蟲菊素作為陽性對照組。將各處理溫室放置，分別于處理2 h和4 h后統(tǒng)計出現(xiàn)在不同區(qū)域內(nèi)的試蟲數(shù)量。計算驅(qū)避率（PR）[14]。

PR=（Nc-Nt）/（Nc+Nt）×100%

式中，Nc為出現(xiàn)在陰性對照區(qū)域的試蟲數(shù)量，Nt為出現(xiàn)在試驗組區(qū)域的試蟲數(shù)量，從而計算出PR的平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 頭花杜鵑揮發(fā)油的化學成分分析

GC/MS總離子流色譜見圖1，經(jīng)計算機檢索NIST數(shù)據(jù)庫，比對各峰的MS碎片并結(jié)合有關(guān)文獻譜圖解析，從頭花杜鵑揮發(fā)油中分離鑒定出30種化合物，它們的含量之和占全部的100.00%，結(jié)果見表1。

結(jié)合圖1和表1可知，從頭花杜鵑揮發(fā)油中共鑒定出30種化學成分，占總揮發(fā)油的100.00%，其中主要成分為α蒎烯（25.32%）、β蒎烯（19.90%）和6，8二甲基吡啶[3，4d]嘧啶4（3H）酮（7.45%）。

2.2 生物活性

2.2.1 觸殺活性

頭花杜鵑葉揮發(fā)油對煙草甲、赤擬谷盜和嗜卷書虱觸殺毒性的相關(guān)數(shù)據(jù)見表2。

3 結(jié)論與討論

有文獻報道，青海省東溝煤礦產(chǎn)頭花杜鵑揮發(fā)油的主要成分為α蒎烯（52.7%）和β蒎烯（25.6%）[1]。青海互助北山林場產(chǎn)頭花杜鵑揮發(fā)油的主要成分為β蒎烯（29.02%）、α蒎烯（28.31%）和檸檬烯（7.45%）[12]與本研究所得的結(jié)果不同。根據(jù)楊揚[19]的研究結(jié)果，這種差異可能是因其產(chǎn)地（生態(tài)環(huán)境）、生長年限、采樣時間和分離手段等不同所致。

與其他文獻中運用類似生物測定方法的揮發(fā)油相比，頭花杜鵑葉揮發(fā)油對煙草甲的觸殺毒性弱于高良姜揮發(fā)油（LD50=26.12 μg/頭）[20]，但強于側(cè)柏葉揮發(fā)油（LD50=50.45 μg/頭）[21];對赤擬谷盜的觸殺毒性弱于珠光香青揮發(fā)油（LD50為41.25 μg/頭）[14]和艷山姜葉揮發(fā)油（LD50=48.59 μg/頭）[22];對嗜卷書虱的觸殺毒性弱于短葶山麥冬揮發(fā)油（LD50為21.37 μg/頭）[15]和北蒼術(shù)揮發(fā)油（LD50=19.98 μg/頭）[23]。

頭花杜鵑葉揮發(fā)油主要成分為一萜烯和倍半萜烯類，相關(guān)研究表明萜類化合物是杜鵑花科植物揮發(fā)油的主要成分，且大多被認為是一種神經(jīng)毒劑，通過干擾昆蟲神經(jīng)系統(tǒng)的刺激傳導，引起神經(jīng)通路阻塞，進而造成神經(jīng)傳導物質(zhì)——乙酰膽堿的積累，從而導致昆蟲麻痹，并最終死亡[2426]。而田雨濃[11]認為α蒎烯能明顯抑制大麥蟲幼蟲體內(nèi)羧酸酯酶以及乙酰膽堿酯酶的活性，因此幼蟲體內(nèi)的解毒作用被抑制，導致了幼蟲的生理機能下降，致使幼蟲死亡。頭花杜鵑葉揮發(fā)油對煙草甲、赤擬谷盜和嗜卷書虱的毒殺作用也許與其主要成分α蒎烯有關(guān)，其通過影響倉儲害蟲體內(nèi)主要的保護酶、解毒酶以及乙酰膽堿酯酶的活性，從而擾亂害蟲體內(nèi)正常的生理代謝，進而對上述三種倉儲害蟲表現(xiàn)出較高的毒殺效果。本文主要針對頭花杜鵑揮發(fā)油進行了生物活性測試，其具體殺蟲機理尚有待進一步探究。

雖然頭花杜鵑葉揮發(fā)油對煙草甲、赤擬谷盜和嗜卷書虱的觸殺活性低于除蟲菊素，但其具有低毒、環(huán)保的優(yōu)點，同時頭花杜鵑葉揮發(fā)油對赤擬谷盜和嗜卷書虱的驅(qū)避活性與除蟲菊素很相似，因此將頭花杜鵑葉揮發(fā)油開發(fā)為新型綠色環(huán)保植物源殺蟲劑，并運用于這三種倉儲害蟲具有一定意義。自然界中的植物資源非常豐富，這為研究并開發(fā)新的植物源殺蟲劑提供了堅實基礎。目前，國內(nèi)外雖然對植物源殺蟲劑在害蟲防治中的應用有了很多的研究，但市場開發(fā)少，仍需要深入研究。

參考文獻

[1] 呂義長，邢建萍.頭花杜鵑揮發(fā)油化學成分的研究[J].化學學報，1982（6）：5360.

[2] 李國賢，王維君.頭花杜鵑揮發(fā)油的藥理作用[J].安徽中醫(yī)藥大學學報，1983（1）：4042.

[3] 呂義長，邢建萍.頭花杜鵑化學成分的研究（二）[J].中國藥學雜志，1981，16（1）：5455.

[4] 許子俊，葉于聰，陳欽銘，等.頭花杜鵑總黃酮對心血管作用的研究[J].高原醫(yī)學，1983（S2）：5156.

[5] 徐漢虹，趙善歡.植物精油在倉庫害蟲防治上的應用[J].糧食儲藏，1993（2）：58.

[6] 尹文雅，王小平.倉儲害蟲的為害及化學防治現(xiàn)狀[J].湖南農(nóng)業(yè)科學，2002（6）：5456.

[7] 李華.煙葉倉儲害蟲的發(fā)生與防治現(xiàn)狀[J].耕作與栽培，2009（6）：34.

[8] 吳厚斌，孫艷萍，劉蘋蘋，等.美國加強磷化鋁和磷化鎂管理[J].農(nóng)藥科學與管理，2010，31（6）：5556.

[9] 姚英娟，薛東，楊長舉.植物源農(nóng)藥在儲糧害蟲防治中的應用[J].糧食儲藏，2004，33（2）：69.

[10]喬卿梅，程茂高，李先芳，等.植物源殺蟲劑防治中藥材倉儲害蟲的應用展望[J].中藥材，2016，39（7）：16821685.

[11]田雨濃.四種萜烯單體對大麥蟲生物活性及其作用機理研究[D].哈爾濱：東北林業(yè)大學，2013.

[12]姚晶，楊揚，林鵬程.頭花杜鵑和千里香杜鵑葉中揮發(fā)油的化學成分分析[J].湖北農(nóng)業(yè)科學，2014（9）：21462148.

[13]李國材，畢陽，張忠，等.孜然精油對三種儲糧害蟲控制作用[J].食品工業(yè)科技，2017，38（15）：97101.

[14]鞠克升.珠光香青揮發(fā)油對赤擬谷盜的驅(qū)避和觸殺作用[J].甘肅農(nóng)業(yè)科技，2017（9）：2933.

[15]WU Yan， ZHANG Wenjuan， WANG Pingjuan， et al. Contact toxicity and repellency of the essential oil of Liriope muscari （DECN.） Bailey against three insect tobacco storage pests [C]∥新常態(tài) 新發(fā)展 新作為——廣西煙草2015年優(yōu)秀學術(shù)論文集，2016：132144.

[16]李媛，謝令德，賀艷萍.天然除蟲菊素對三種儲糧害蟲的觸殺毒力測定[J].武漢輕工大學學報，2014（3）：1618.

[17]張夏亭，聶秋林，高欣.除蟲菊素的殺蟲特性與作用機理[J].農(nóng)藥科學與管理，2003，24（2）：2223.

[18]YANG Kai， YOU Chunxue， WANG Chengfang， et al. Chemical composition and bioactivity of essential oil of Atalantia guillauminii against three species stored product insects [J]. Journal of Oleo Science， 2015， 64（10）：11011109.

[19]楊揚.11種藏藥材揮發(fā)性成分研究[D].西寧：青海民族大學，2012.

[20]WANG Ying， YOU Chunxue， WANG Chengfang， et al. Chemical constituents and insecticidal activities of the essential oil from Alpinia officinarum Hance rhizomes against Lasioderma serricorn [C]∥中華中醫(yī)藥學會中藥化學分會第九屆學術(shù)年會論文集（第一冊）， 2014： 5666.

[21]吳彥，張文娟，李志華，等.側(cè)柏葉對煙草倉儲害蟲煙草甲和赤擬谷盜的毒殺作用[J].煙草科技，2015，48（10）：3156.

[22]朱向可，郭姍姍，張喆，等.艷山姜葉揮發(fā)油對赤擬谷盜的殺蟲活性[J].植物保護，2017，43（6）：147151.

[23]CHEN Haiping， YANG Kai， ZHENG Lishi， et al. Repellency and toxicity of essential oil from Atractylodes chinensis rhizomes against two storedproduct insects [C]∥中華中醫(yī)藥學會中藥化學分會第九屆學術(shù)年會論文集（第一冊），2014：168179.

[24]鐘國華，胡美英.杜鵑花科植物活性成分及作用機制研究進展[J].植物科學學報，2000，18（6）：509514.

[25]王晶磊，肖雅斌，鄒春霞，等.主要植物源殺蟲劑防治儲糧害蟲應用及展望[J].糧食科技與經(jīng)濟，2014，39（2）：4750.

[26]楊凱凱，高德良，劉峰.植物源殺蟲劑的研究現(xiàn)狀與展望[J].農(nóng)藥科學與管理，2011，32（7）：1923.

（責任編輯：田 喆）