雞骨柴揮發(fā)油及其主要組分γ-萜品烯對(duì)赤擬谷盜成蟲和幼蟲的防治作用

侯志波， 王旭東， 吳昊書， 安 越， 張 繼,2， 王俊龍,2， 梁俊玉,2

(西北師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院1，蘭州 730070) (西北師范大學(xué)新農(nóng)村發(fā)展研究院2，蘭州 730070)

儲(chǔ)藏食品中的害蟲污染是食品工業(yè)關(guān)注的一個(gè)主要控制性問(wèn)題，目前有600多種害蟲在對(duì)儲(chǔ)藏食品進(jìn)行數(shù)量和質(zhì)量上的危害[1]。在儲(chǔ)藏害蟲中，赤擬谷盜Triboliumcastaneum(Herbst)是一種世界性的危害較大的害蟲，以各種各樣的儲(chǔ)藏產(chǎn)品為食，包括谷物、玉米、小麥、干果、堅(jiān)果和中藥材等[2]，其數(shù)量增長(zhǎng)快且壽命較長(zhǎng)，繁殖壽命為幾個(gè)月甚至一年[3]。除了對(duì)商品造成直接損害外，其分泌的醌類致癌物質(zhì)對(duì)人類健康造成間接危害[4]?；瘜W(xué)殺蟲劑一直是倉(cāng)儲(chǔ)害蟲防治最有效的工具，但長(zhǎng)期使用不但使得害蟲產(chǎn)生耐藥性而且藥劑殘留對(duì)食品安全及人類健康造成極大影響[5]。因此，研究高效、低毒、易降解新型殺蟲劑成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。

研究發(fā)現(xiàn)，桃金娘科、樟科、唇形科和菊科植物揮發(fā)油能有效地控制倉(cāng)儲(chǔ)害蟲[6]。例如，香青蘭和蔞蒿揮發(fā)油對(duì)倉(cāng)儲(chǔ)害蟲嗜卷書虱表現(xiàn)出明顯熏蒸活性，LC50分別為0.2、0.7 mg/L[7]；牛尾蒿和灌木亞菊揮發(fā)油對(duì)煙草甲表現(xiàn)出明顯的觸殺活性，LD50分別為19.30、25.92 μg/頭[8]；羅勒和薄荷揮發(fā)油對(duì)玉米象表現(xiàn)出明顯熏蒸活性，半數(shù)致死中量分別可達(dá)到5.476、5.840 μL/L[9]。從天然植物中獲得的揮發(fā)性化合物對(duì)哺乳動(dòng)物具有低毒性且分解速度快，經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間后在食品和環(huán)境中只有很少的殘留物[7]。

雞骨柴Elsholtziafruticose為唇形科香薷屬落葉灌木，廣泛分布于我國(guó)甘肅、湖北、四川、云南、貴州和廣西等地[10]。香薷屬植物用于害蟲防治的研究已有報(bào)道，例如木香薷E.stauntonii提取物對(duì)倉(cāng)儲(chǔ)害蟲鋸谷盜具有明顯的殺蟲活性(LD50為30.6μL/L)[11]；香薷E.ciliate揮發(fā)油對(duì)赤擬谷盜毒殺作用顯著(LD50為7.79 μg/頭)[12]，且香薷揮發(fā)油對(duì)嗜卷書虱也表現(xiàn)出一定的殺蟲活性(LD50為145.5μg/cm2)[13]。研究發(fā)現(xiàn)，雞骨柴揮發(fā)油對(duì)馬鈴薯莖線蟲具有明顯的毒殺作用，EC50為0.16 mg/mL，但有關(guān)雞骨柴揮發(fā)油對(duì)倉(cāng)儲(chǔ)害蟲防治作用的研究鮮見(jiàn)報(bào)道。雞骨柴揮發(fā)油共鑒定出23種化合物，主要組分為桉葉油醇(40.1%)、γ-萜品烯(15.8%)和檸檬烯(9.3%)[14]，其中桉葉油醇在大多數(shù)植物揮發(fā)油中被研究報(bào)道。本實(shí)驗(yàn)以雞骨柴揮發(fā)油及其主要組分γ-萜品烯為材料，評(píng)價(jià)其對(duì)倉(cāng)儲(chǔ)害蟲赤擬谷盜成蟲和幼蟲的殺蟲活性，旨在為開(kāi)發(fā)新型植物源殺蟲劑提供參考。

1 材料與方法

1.1 試蟲飼養(yǎng)

赤擬谷盜飼養(yǎng)于容積為0.5 L玻璃瓶中，用小麥粉與酵母粉質(zhì)量比10∶1作為飼料。飼養(yǎng)溫度28～30 ℃，相對(duì)濕度為70%～80%。供試成蟲均為羽化1～2周活性較好的成蟲，供試幼蟲均選擇6日齡幼蟲進(jìn)行活性實(shí)驗(yàn)[15]。

1.2 樣品及試劑

雞骨柴揮發(fā)油(實(shí)驗(yàn)室前期制備并已發(fā)表[14])、γ-萜品烯(純度95%)、除蟲菊酯(純度27%)、避蚊胺(純度99%)、丙酮(分析純)。

1.3 觸殺活性測(cè)定

雞骨柴揮發(fā)油及γ-萜品烯對(duì)赤擬谷盜的觸殺活性測(cè)定參照文獻(xiàn)[16]。用丙酮將雞骨柴揮發(fā)油及γ-萜品烯稀釋成5個(gè)濃度梯度的稀釋液，通過(guò)預(yù)實(shí)驗(yàn)尋找最適的用量范圍。將成蟲或幼蟲放在放到培養(yǎng)皿中置于冰袋上，用移液槍吸取0.5 μL丙酮稀釋液滴于試蟲的前胸背板上(幼蟲直接滴于背部)，丙酮和除蟲菊酯分別作為陰性對(duì)照和陽(yáng)性對(duì)照。每個(gè)處理重復(fù)5次，每次10頭。處理后的試蟲放入直徑2.5 cm，高5.5 cm的玻璃瓶中，置于培養(yǎng)箱培養(yǎng)24 h，觀察并記錄死亡情況。利用SPSS22.0統(tǒng)計(jì)分析計(jì)算半數(shù)致死劑量LD50。

1.4 熏蒸活性測(cè)定

雞骨柴揮發(fā)油及γ-萜品烯對(duì)赤擬谷盜的熏蒸活性測(cè)定參照文獻(xiàn)[16]。用丙酮將雞骨柴揮發(fā)油及γ-萜品烯稀釋成5個(gè)濃度梯度的稀釋液，通過(guò)預(yù)實(shí)驗(yàn)尋找最適的用量范圍。選10只試蟲置于直徑為2.5 cm、高為5.5 cm的玻璃瓶中并將事前準(zhǔn)備好的直徑為2.0 cm的圓形濾紙片置于瓶蓋中。用移液槍吸取10 μL稀釋液滴于濾紙片，待濾紙片溶液揮發(fā)20s后迅速擰上瓶蓋并用封口膜密封。用丙酮和甲基溴分別作為陰性對(duì)照和陽(yáng)性對(duì)照(幼蟲陽(yáng)性對(duì)照為辛硫磷)，每個(gè)濃度梯度重復(fù)5次，處理后的試蟲置于培養(yǎng)箱培養(yǎng)24 h，觀察并記錄死亡情況。利用SPSS22.0統(tǒng)計(jì)分析計(jì)算半數(shù)致死濃度LC50。

1.5 驅(qū)避活性測(cè)定

雞骨柴揮發(fā)油及γ-萜品烯對(duì)赤擬谷盜的驅(qū)避活性測(cè)定參照文獻(xiàn)[17]。將揮發(fā)油用丙酮稀釋為5、1、0.2、0.04 mg/mL的稀釋液。準(zhǔn)備直徑為9 cm的圓形濾紙片并將其對(duì)半剪開(kāi)，一半滴加500 μL不同濃度梯度稀釋液(相當(dāng)于同量分別為78.63、15.73、3.15、0.63、0.13 μL/cm2)，另一半滴加500 μL丙酮作為對(duì)照。待溶劑自然揮發(fā)后，將兩半濾紙片對(duì)接粘在一個(gè)直徑為9 cm的培養(yǎng)皿底部，將20只試蟲置于培養(yǎng)皿中蓋上皿蓋，丙酮和避蚊胺分別作為陰性對(duì)照和陽(yáng)性對(duì)照。每個(gè)濃度重復(fù)5次，分別在處理2、4 h后觀察并記錄濾紙上試蟲分布情況，并計(jì)算驅(qū)避率(PR)。

PR=[(Nc-Nt)/(Nc+Nt)]×100%

式中：Nc為出現(xiàn)在無(wú)藥區(qū)域的試蟲數(shù)；Nt為出現(xiàn)在試驗(yàn)區(qū)域(具有揮發(fā)油或陽(yáng)性對(duì)照)試蟲數(shù)。

2 結(jié)果與討論

2.1 觸殺活性

雞骨柴揮發(fā)油及γ-萜品烯對(duì)赤擬谷盜成蟲和幼蟲的觸殺活性結(jié)果見(jiàn)表1。由表1可知，雞骨柴揮發(fā)油及γ-萜品烯對(duì)赤擬谷盜成蟲均表現(xiàn)出明顯的觸殺作用，LD50分別為26.64、33.04 μg/頭。雞骨柴揮發(fā)油對(duì)赤擬谷盜幼蟲具有一定的觸殺活性，LD50為111.72 μg/頭，而γ-萜品烯對(duì)赤擬谷盜幼蟲未表現(xiàn)出觸殺活性。雞骨柴揮發(fā)油對(duì)赤擬谷盜的觸殺作用較γ-萜品烯更強(qiáng)，且雞骨柴揮發(fā)油對(duì)赤擬谷盜幼蟲的觸殺作用弱于成蟲。

雞骨柴揮發(fā)油及γ-萜品烯對(duì)赤擬谷盜的觸殺活性均弱于陽(yáng)性對(duì)照除蟲菊酯，但與其他文獻(xiàn)報(bào)道的三椏苦揮發(fā)油[18]和柳葉亞菊揮發(fā)油[19]對(duì)赤擬谷盜成蟲觸殺活性(LD50分別為166.94、64.51 μg/頭)的研究結(jié)果相比，雞骨柴揮發(fā)油及其主要組分γ-萜品烯具有更強(qiáng)的觸殺作用。赤擬谷盜幼蟲對(duì)藥物的敏感性弱于成蟲，這與陳昉等[15]的研究赤擬谷盜幼蟲對(duì)黃花蒿揮發(fā)油的敏感性弱于成蟲相同。雞骨柴揮發(fā)油主要化學(xué)組分為桉葉油醇、γ-萜品烯和檸檬烯[14]，其中桉葉油醇被報(bào)道對(duì)赤擬谷盜成蟲觸殺活性顯著(LD50為19.0 μg/頭)[20]。由此可初步推測(cè)桉葉油醇可能在雞骨柴揮發(fā)油觸殺活性中發(fā)揮主要作用。

表1 雞骨柴揮發(fā)油及γ-萜品烯對(duì)赤擬谷盜成蟲 和幼蟲的觸殺活性

2.2 熏蒸活性

雞骨柴揮發(fā)油及γ-萜品烯對(duì)赤擬谷盜成蟲和幼蟲的熏蒸活性結(jié)果見(jiàn)表2。由表2可知，雞骨柴揮發(fā)油及γ-萜品烯對(duì)赤擬谷盜成蟲熏蒸活性顯著，LC50分別為32.16、16.94 mg/L。雞骨柴揮發(fā)油對(duì)赤擬谷盜幼蟲具有一定的熏蒸活性，LC50為78.25mg/L，γ-萜品烯對(duì)赤擬谷盜幼蟲未表現(xiàn)出熏蒸活性。雞骨柴揮發(fā)油對(duì)赤擬谷盜熏蒸活性弱于γ-萜品烯，且雞骨柴揮發(fā)油對(duì)赤擬谷盜幼蟲的熏蒸活性弱于成蟲。

雖然雞骨柴揮發(fā)油及γ-萜品烯對(duì)赤擬谷盜成蟲和幼蟲的熏蒸活性均弱于陽(yáng)性對(duì)照，但與采用相同活性評(píng)價(jià)方法的揮發(fā)油相比，雞骨柴揮發(fā)油及γ-萜品烯具有更強(qiáng)的熏蒸活性。例如，腫柄菊揮發(fā)油[21]和牛尾蒿揮發(fā)油[22]對(duì)赤擬谷盜成蟲的熏蒸活性(LC50分別為102.67、49.54 mg/L)，節(jié)鞭山姜揮發(fā)油[23]對(duì)赤擬谷盜成蟲和幼蟲的熏蒸活性(LC50分別為73、196 μL/L)及丁香酚[24]對(duì)赤擬谷盜幼蟲的熏蒸活性(LC50為218.99 μL/mL)均弱于雞骨柴揮發(fā)油及其主要組分γ-萜品烯。文獻(xiàn)報(bào)道，桉葉油醇對(duì)赤擬谷盜成蟲(LC50為5.47 mg/L)[20]以及檸檬烯對(duì)赤擬谷盜成蟲和幼蟲均具有明顯的熏蒸活性(LC50分別為5.52、20.64 mg/L)[12]。γ-萜品烯對(duì)赤擬谷盜的熏蒸活性弱于桉葉油醇和檸檬烯而強(qiáng)于雞骨柴揮發(fā)油，可能是由于不同化學(xué)組分之間相互作用影響雞骨柴揮發(fā)油的熏蒸活性。

表2 雞骨柴揮發(fā)油及γ-萜品烯對(duì)赤擬谷盜成蟲和幼蟲發(fā)熏蒸活性

2.3 驅(qū)避活性

雞骨柴揮發(fā)油對(duì)赤擬谷盜成蟲2、4、24 h的驅(qū)避作用效果見(jiàn)圖1。由圖1可知，雞骨柴揮發(fā)油在78.63 nL/cm2條件下作用2、4 h后與陽(yáng)性對(duì)照避蚊胺驅(qū)避率差異不顯著，且雞骨柴揮發(fā)油對(duì)赤擬谷盜成蟲的驅(qū)避率值在2、4 h均達(dá)到在100%。同等作用條件下24 h后雞骨柴揮發(fā)油對(duì)赤擬谷盜成蟲驅(qū)避率仍可達(dá)到90%以上，且在78.63～3.15 nL/cm2條件處理之間，雞骨柴揮發(fā)油對(duì)赤擬谷盜成蟲的驅(qū)避作用優(yōu)于避蚊胺。在3.15 nL/cm2作用條件下，雞骨柴揮發(fā)油對(duì)赤擬谷盜成蟲2、4、24 h驅(qū)避率值與陽(yáng)性對(duì)照間無(wú)顯著差異。隨著用量的減小，雞骨柴揮發(fā)油對(duì)赤擬谷盜成蟲的驅(qū)避作用逐漸減弱且弱于陽(yáng)性對(duì)照避蚊胺。

圖1 雞骨柴揮發(fā)油對(duì)赤擬谷盜成蟲2、4、24 h的驅(qū)避活性

雞骨柴揮發(fā)油對(duì)赤擬谷盜幼蟲2、4、24 h的驅(qū)避作用效果見(jiàn)圖2。由圖2可知，雞骨柴揮發(fā)油在78.63 nL/cm2條件下作用2 h后對(duì)赤擬谷盜幼蟲的驅(qū)避率值超過(guò)90%。同等作用條件下4 h后，雞骨柴揮發(fā)油對(duì)赤擬谷盜幼蟲驅(qū)避率值達(dá)到80%且與陽(yáng)性對(duì)照避蚊胺無(wú)顯著差異。在最高用量下作用24 h后，雞骨柴揮發(fā)油對(duì)赤擬谷盜幼蟲的驅(qū)避率值為50%。

雞骨柴揮發(fā)油對(duì)赤擬谷盜成蟲和幼蟲均具有明顯的驅(qū)避作用，且對(duì)赤擬谷盜成蟲作用較幼蟲更強(qiáng)。在最高用量下雞骨柴揮發(fā)油赤擬谷盜成蟲2、4 h驅(qū)避率值均可達(dá)100%，對(duì)赤擬谷盜幼蟲2、4 h驅(qū)避率值均超過(guò)80%，同等作用條件下24 h后，雞骨柴揮發(fā)油對(duì)赤擬谷盜成蟲和幼蟲的驅(qū)避作用均減弱但對(duì)赤擬谷盜成蟲的驅(qū)避率值仍可達(dá)到90%。此外，在較高用量下，雞骨柴揮發(fā)油對(duì)赤擬谷盜成蟲和幼蟲的驅(qū)避作用均強(qiáng)于陽(yáng)性對(duì)照避蚊胺，可見(jiàn)雞骨柴揮發(fā)油赤擬谷盜成蟲和幼蟲均具有顯著的驅(qū)避活性。γ-萜品烯對(duì)赤擬谷盜成蟲和幼蟲均未表現(xiàn)出明顯的驅(qū)避活性。

圖2 雞骨柴揮發(fā)油對(duì)赤擬谷盜幼蟲2、4、24 h的驅(qū)避活性

雞骨柴揮發(fā)油對(duì)赤擬谷盜成蟲和幼蟲以及γ-萜品烯對(duì)赤擬谷盜成蟲具有明顯的防治作用。觸殺、熏蒸和驅(qū)避活性測(cè)試結(jié)果顯示，雞骨柴揮發(fā)油對(duì)赤擬谷盜幼蟲防治作用弱于成蟲，且觸殺和熏蒸活性表明，雞骨柴揮發(fā)油對(duì)赤擬谷盜幼蟲的LD50和LC50分別是成蟲的4.2倍和2.4倍。研究表明，不同發(fā)育階段赤擬谷盜體內(nèi)蛋白質(zhì)、氨基酸、脂肪酸和礦物質(zhì)含量均有所差異，其中幼蟲體內(nèi)鉀和鋅的含量明顯高于成蟲，這種差異可能會(huì)導(dǎo)致不同發(fā)階段赤擬谷盜表皮滲透性和持久性發(fā)生改變從而對(duì)藥物表現(xiàn)出不同的敏感性[25]。植物揮發(fā)油由多種不同化合物按不同比例組成，其對(duì)靶標(biāo)試蟲的作用機(jī)制相對(duì)復(fù)雜[26]。從雞骨柴揮發(fā)油及其主要化合物對(duì)赤擬谷盜的活性結(jié)果測(cè)試可知，雞骨柴揮發(fā)油對(duì)赤擬谷盜的毒殺作用可能與其主要組分桉葉油醇、γ-萜品烯和檸檬烯或其他含量較少的化合物之間相互作用有關(guān)。有關(guān)雞骨柴揮發(fā)油及其主要化合物間的相互作用與其生物活性關(guān)系還尚不明確，有待進(jìn)一步研究。

3 結(jié)論

本研究分析了雞骨柴揮發(fā)油及其主要組分γ-萜品烯對(duì)赤擬谷盜成蟲和幼蟲的觸殺、熏蒸和驅(qū)避活性。結(jié)果表明，雞骨柴揮發(fā)油對(duì)赤擬谷盜成蟲和幼蟲均具有顯著的觸殺、熏蒸和驅(qū)避作用。γ-萜品烯對(duì)赤擬谷盜成蟲具有明顯的觸殺和熏蒸作用。植物源殺蟲劑較化學(xué)殺蟲劑，具有低毒，易降解等優(yōu)點(diǎn)，且我國(guó)植物資源豐富，將雞骨柴揮發(fā)油及其主要組分開(kāi)發(fā)為新型植物源殺蟲劑用于倉(cāng)儲(chǔ)害蟲防治。