5 種蒿屬植物揮發(fā)油對煙草甲和嗜卷書虱的趨避活性分析

程 昉，張雨蔚，邵明凱，張 蕊，劉世佳，孔維寶，梁俊玉

西北師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，蘭州市安寧區(qū)安寧東路967 號 730070

煙草甲(Lasioderma serricorne)屬鞘翅目竊蠹科昆蟲，對煙草為害極大[1]。目前，防治煙草甲的方法主要是磷化氫熏蒸[2]。但磷化氫在0.4 mg/m3濃度條件下對人體健康產(chǎn)生威脅[3]，且長期使用會導(dǎo)致煙草甲產(chǎn)生抗性[4]。嗜卷書虱(Liposcelis bostrychophila)屬虱嚙目書虱科昆蟲，活動能力強，繁殖迅速，廣泛存在于糧食倉庫及居室環(huán)境中，為害嚴重[5]。目前我國嗜卷書虱已成為“雙低”（低氧、低藥劑）和“三低”（低氧、低藥劑、低溫）儲糧中的主要害蟲種群[6]。而化學(xué)殺蟲劑的長期應(yīng)用，導(dǎo)致嗜卷書虱的抗藥性增強[7]。因此，尋找一種可代替化學(xué)熏蒸劑或殺蟲劑的新型農(nóng)藥十分必要。

植物揮發(fā)油具有抗氧化、抑菌消炎、驅(qū)蟲殺蟲、解熱鎮(zhèn)痛等功效，具有開發(fā)成為天然食品防腐劑、抑菌劑、抗氧化劑及天然保健型化妝品等的潛力[8]。目前，將植物揮發(fā)油及其成分作為綠色環(huán)保殺蟲劑的研究較多[9]。此外，植物揮發(fā)油對人畜安全，且害蟲不易產(chǎn)生抗性，是新型的環(huán)保殺蟲藥劑[10]。Nerio等[11]綜述了植物揮發(fā)油的趨避活性，提出桉屬、羅勒屬和香茅屬植物揮發(fā)油目前應(yīng)用廣泛，其中，桉屬植物揮發(fā)油具有驅(qū)蚊作用，羅勒屬植物揮發(fā)油很早就被作為趨避劑使用。此外，對于香茅屬植物揮發(fā)油而言，泰國就已經(jīng)用爪哇香茅鋪于儲糧容器底部來防治害蟲，我國海南省某些地區(qū)也利用香茅草來驅(qū)蟲滅蟲[12]。

我國植物資源豐富，本研究中所涉及到的5 種蒿屬植物分布也十分廣泛。其中，牛尾蒿主要分布于東北、華北、西北及西南諸省區(qū)[13]；灰苞蒿分布于陜西（南部）、甘肅（南部）等地；紅足蒿主要分布于東北、華北各省區(qū)等地[14]；白蓮蒿除西藏、臺灣未見分布與記載外，全國均有分布；華北米蒿分布于內(nèi)蒙古、陜西、甘肅等?。ㄗ灾螀^(qū)）[15]。蒿屬植物揮發(fā)油多具有殺蟲、抗菌等活性，其主要化學(xué)成分為聚乙炔類、黃酮類、萜類及其衍生物，如倍半萜內(nèi)酯類等[16-17]。已有研究表明，萜類物質(zhì)具較好的抗蟲活性，同時也表現(xiàn)出一定趨避作用[18-19]。因此，近年來蒿屬植物揮發(fā)油對一些倉儲害蟲的熏蒸、趨避以及觸殺活性的研究也越來越受重視。Liang 等[20]研究了5 種蒿屬植物（蒔蘿蒿、華北米蒿、灰苞蒿、紅足蒿以及白蓮蒿）對赤擬谷盜的趨避作用，發(fā)現(xiàn)除白蓮蒿外，其他4 種蒿屬植物揮發(fā)油對赤擬谷盜均有明顯趨避作用，且趨避效果與陽性對照避蚊胺相當。蒔蘿蒿揮發(fā)油對煙草甲和赤擬谷盜也有熏蒸和觸殺活性[21]。牛尾蒿揮發(fā)油對赤擬谷盜和嗜卷書虱也均表現(xiàn)出驅(qū)避活性[22]。為此，通過分析、評估華北米蒿、牛尾蒿、灰苞蒿、白蓮蒿及紅足蒿5 種蒿屬植物來源的揮發(fā)油對煙草甲和嗜卷書虱的趨避效果，旨在尋找對兩種常見倉儲害蟲具有較高趨避活性的植物揮發(fā)油，為綠色、高效的植物源驅(qū)蟲劑開發(fā)和應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 供應(yīng)蟲源

煙草甲飼養(yǎng)于含小麥粉和酵母(10∶1, 質(zhì)量比)混合培養(yǎng)的0.5 L 廣口瓶中。以奶粉、酵母和面粉(1∶1∶1, 質(zhì)量比)的混合物飼養(yǎng)嗜卷書虱。兩種昆蟲置于恒溫箱中培養(yǎng)，溫度29～31 ℃，相對濕度70%～80%。試驗用昆蟲均為1～2 周的成蟲。

1.1.2 試劑

正己烷（分析純，煙臺市雙雙化工有限公司），避蚊胺（DEET，純度99%）購于上海阿拉丁生化科技股份有限公司。

1.1.3 植物材料及揮發(fā)油的提取

5 種蒿屬植物采集信息及其揮發(fā)油主要組分如表1 所示。將5 種蒿屬植物的地上部分風干、粉碎、稱量后轉(zhuǎn)移到揮發(fā)油提取器中，進行6 h 的水蒸氣蒸餾，得到的粗揮發(fā)油用無水NaSO4干燥后獲得植物揮發(fā)油。將所提取的揮發(fā)油分別置于不同的密封容器中于4 ℃冰箱中保存。

表1 5 種蒿屬植物的采集信息Tab.1 Information of essential oils extracted from five Artemisia species

1.2 試驗方法

參照文獻[20, 23-24]的方法測定揮發(fā)油對煙草甲的趨避作用。將揮發(fā)油溶解于正己烷溶液中制成5 個連續(xù)的測試濃度，為避免所得到的試驗結(jié)果差異過小，不能闡明實驗效果，在對預(yù)備實驗結(jié)果分析后將測試濃度設(shè)置為78.63，15.73，3.15，0.63和0.13 nL/cm25 個梯度。用直徑為90 mm的培養(yǎng)皿，將相同大小的濾紙剪成等大兩片，取500 μL 稀釋液均勻地涂在實驗組濾紙上，同時將另一半濾紙用500 μL 正己烷作為陰性對照，待溶劑揮發(fā)30 s 后，將兩片濾紙粘貼在培養(yǎng)皿底部，并迅速向其中央分界線處放置試蟲（不可重復(fù)使用），并在培養(yǎng)皿上加蓋。每個濃度重復(fù)5次，每次20 頭試蟲。同時將避蚊胺作為陽性對照，重復(fù)以上實驗操作。分別在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，并計算趨避率（PR）。

參照文獻[25]的方法測定揮發(fā)油對嗜卷書虱的驅(qū)避活性。具體操作與上述方法相同，在預(yù)實驗基礎(chǔ)上將揮發(fā)油濃度設(shè)置為31.58、6.32、1.26、0.25 和0.05 nL/cm2。濾紙片直徑為6 cm，陰性對照正己烷用量為150 μL。同樣在2 h 和4 h 后對每片濾紙上的試蟲進行計數(shù)，并計算每種揮發(fā)油的PR。

PR 計算公式：

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，頭；Nt 為出現(xiàn)在實驗組區(qū)域的試蟲數(shù)量，頭。計算出PR的平均值，采用方差分析法（IBM SPSS Statistics V22軟件）分析同一種濃度下5 種蒿屬植物揮發(fā)油趨避率的差異顯著性，并計算平均值±標準差。

2 結(jié)果與分析

2.1 5 種蒿屬植物揮發(fā)油對煙草甲的趨避活性

圖1 5 種蒿屬植物揮發(fā)油對煙草甲作用2 h 和4 h 后的趨避活性比較Fig.1 Comparing repellent activities of essential oils extracted from five Artemisia species against L. serricorne after 2 h and 4 h

5 種蒿屬植物揮發(fā)油對煙草甲作用2 h 和4 h 的趨避效果見圖1。紅足蒿、牛尾蒿、華北米蒿和白蓮蒿在最高測試濃度（78.63 nL/cm2）條件下作用2 h時，與陽性對照避蚊胺間PR差異不顯著。其中，紅足蒿、華北米蒿和白蓮蒿的PR均高于90%，紅足蒿的趨避活性最強，且在15.73 nL/cm2濃度下其PR與陽性對照間差異沒有達到顯著水平（p>0.05）。在78.63 nL/cm2濃度條件作用4 h 后，華北米蒿、白蓮蒿和紅足蒿的PR 與陽性對照間無顯著差異，在15.73 nL/cm2濃度條件下，華北米蒿的PR 較高，與陽性對照避蚊胺間差異不顯著?？梢姡诟邼舛龋?8.63 nL/cm2）條件下，5 種植物中紅足蒿、華北米蒿和白蓮蒿揮發(fā)油對煙草甲表現(xiàn)出較高的趨避活性，且作用時間較長；在較低濃度條件下，對煙草甲PR 較高的為紅足蒿和華北米蒿，其中，華北米蒿作用持續(xù)時間較長。

2.2 5 種蒿屬植物揮發(fā)油對嗜卷書虱的趨避活性

5 種蒿屬植物揮發(fā)油対嗜卷書虱作用2 h 和4 h的趨避效果見圖2。在較高濃度（31.58 nL/cm2和6.32 nL/cm2）條件下作用2 h 時，牛尾蒿和白蓮蒿揮發(fā)油對嗜卷書虱的趨避率均高于90%，與陽性對照避蚊胺間PR 差異不顯著。其中，牛尾蒿揮發(fā)油趨避效果更顯著。但在低濃度條件下，5 種蒿屬植物揮發(fā)油對嗜卷書虱的趨避率較低，均低于50%。在高濃度31.58 nL/cm2條件下作用4 h 時，牛尾蒿、灰苞蒿和白蓮蒿揮發(fā)油對嗜卷書虱的趨避作用效果較為顯著(p<0.05)，PR均超過90%，與陽性對照間存在顯著差異。其中，牛尾蒿揮發(fā)油趨避效果最好。當濃度低于31.58 nL/cm2時，牛尾蒿和白蓮蒿的趨避作用效果明顯下降，灰苞蒿揮發(fā)油對嗜卷書虱的趨避作用效果較好，但仍低于陽性對照驅(qū)蚊胺?？梢姡邼舛葪l件下，牛尾蒿和白蓮蒿揮發(fā)油対嗜卷書虱的趨避活性較高。其中，牛尾蒿趨避活性效果最顯著；低濃度條件下，5種蒿屬植物揮發(fā)油對嗜卷書虱的趨避效果不顯著，均低于陽性對照驅(qū)蚊胺，但與其他4 種揮發(fā)油相比，灰苞蒿揮發(fā)油具有較長的作用持續(xù)時間。另外，無論在高濃度還是低濃度條件下，華北米蒿和紅足蒿揮發(fā)油対嗜卷書虱的趨避作用效果均不顯著。

圖2 5 種蒿屬植物揮發(fā)油対嗜卷書虱作用2 h 和4 h 后的趨避活性比較Fig.2 Comparing repellent activities of essential oils extracted from five Artemisia species against L. bostrychophila after 2 h and 4 h

3 討論

本研究結(jié)果表明，牛尾蒿、灰苞蒿、紅足蒿、白蓮蒿和華北米蒿5 種蒿屬植物來源的揮發(fā)油對煙草甲和嗜卷書虱均表現(xiàn)出一定趨避活性。其中，紅足蒿對煙草甲的趨避作用效果最顯著，而牛尾蒿對嗜卷書虱的趨避作用效果最顯著，這兩種揮發(fā)油有望開發(fā)成為新型天然害蟲驅(qū)避劑。此外，揮發(fā)油對倉儲害蟲表現(xiàn)出了趨避效果的差異性，這種差異很可能與揮發(fā)油的組成成分以及昆蟲蟲體內(nèi)所含的某些酶有關(guān)，還有待進一步研究。另外，在本研究中只探討了5 種蒿屬植物揮發(fā)油對兩種倉儲害蟲的趨避活性，而其他殺蟲活性如熏蒸、觸殺活性等方面仍有待進一步試驗。紅足蒿和牛尾蒿等植物揮發(fā)油對煙草甲和嗜卷書虱趨避活性的有效成分及對倉儲害蟲的作用機理等方面也有待進一步深入研究。

4 結(jié)論

牛尾蒿、灰苞蒿、紅足蒿、白蓮蒿和華北米蒿5種蒿屬植物來源的揮發(fā)油對兩種倉儲害蟲煙草甲和嗜卷書虱均表現(xiàn)出一定的趨避活性，但作用效果存在差異。在高濃度（78.63 nL/cm2）條件下作用2 h時，紅足蒿、華北米蒿和白蓮蒿對煙草甲的趨避率均高于90%，且以紅足蒿對其趨避活性最高；對嗜卷書虱而言，在高濃度（31.58 nL/cm2和6.32 nL/cm2）條件下作用2 h 時，牛尾蒿和白蓮蒿揮發(fā)油對嗜卷書虱的趨避率均高于90%，其中，牛尾蒿揮發(fā)油的趨避效果更顯著。