不同外源松節(jié)油和松香對紅松球果害蟲的驅(qū)避效果1)

羅雨昕 聶振業(yè) 馮婷婷 遲德富 宇佳

(東北林業(yè)大學(xué)，哈爾濱，150040)

紅松(Pinuskoraiensis)是我國東北林區(qū)重要珍貴樹種，具有極高耐寒性，其木材和種子均具有極高的經(jīng)濟(jì)價值。近幾年，隨著紅松人工林面積的增加、氣候變化和采摘球果等因素的干擾，紅松人工純林蟲害問題愈發(fā)嚴(yán)重[1-2]。我們發(fā)現(xiàn)鱗翅目(Lepidoptera)螟蛾科(Pyralididae)松梢斑螟屬(Dioryctria)的一些種類害蟲成為了紅松球果的重要害蟲[3-5]，其危害常導(dǎo)致球果發(fā)育不完全、紅松種子產(chǎn)量下降、干癟率高等問題[6-7]。由于紅松球果害蟲多具有生活隱蔽，羽化不整齊等生活習(xí)性[8-9]，目前暫無高效對其進(jìn)行生物防治的手段，多數(shù)以噴灑農(nóng)藥等化學(xué)物質(zhì)來進(jìn)行防治，但會造成較高的農(nóng)藥殘留，昆蟲抗藥性增強(qiáng)和害蟲再猖獗問題[10]。

植食性昆蟲常會通過寄主植物釋放的揮發(fā)物質(zhì)來尋找食物和產(chǎn)卵場地[11]，這些揮發(fā)性物質(zhì)在害蟲對寄主識別過程中起著重要作用[12-13]，一些針葉樹的球果被害率與其單萜類含量有關(guān)，在某些情況下單萜類起著驅(qū)避作用。松節(jié)油和松香是一種以松樹為原料，通過加工得到的揮發(fā)性的具有濃郁芳香氣味的混合物，作為天然植物源揮發(fā)物，對昆蟲具有驅(qū)性作用[14-16]。在害蟲防治中，人們期望借助某些措施能夠改變植物本身的揮發(fā)性物質(zhì)含量，從而達(dá)到驅(qū)避或抑制某種害蟲危害的目的[17-21]。

本研究旨在通過非紅松源的4種松節(jié)油和4種松香，分析其主要成分和含量，并通過野外噴灑試驗(yàn)，調(diào)查分析紅松種子被害率、蟲口數(shù)、驅(qū)避率、平均每粒種子質(zhì)量及種子干癟率，篩選效果較好的驅(qū)避紅松球果害蟲的松節(jié)油或松香的種類及其含量，為開發(fā)新型植物源農(nóng)藥奠定理論基礎(chǔ)。

1 試驗(yàn)區(qū)概況

本試驗(yàn)在黑龍江省林口縣曙光經(jīng)營所41林班未進(jìn)行噴施農(nóng)藥防治的紅松人工純林進(jìn)行(44°40′～45°58′N，129°17′～130°45′E)。該地區(qū)屬于寒溫帶大陸性季風(fēng)氣候，夏季溫?zé)岫嘤辏竞涓稍?，山區(qū)地形環(huán)境復(fù)雜[22]。年降水量540 mm，海拔相對高度不高但丘陵遍布，小氣候明顯，氣候條件較差。紅松球果害蟲如冷杉梢斑螟，赤松梢斑螟等危害嚴(yán)重。

2 材料與方法

主要試劑：羅漢松松節(jié)油和羅漢松松香，購自迪康斯化工(湖北)有限公司；馬尾松松節(jié)油和馬尾松松香，購自新洲(武平)林化有限公司；濕地松松節(jié)油和濕地松松香、云南松松節(jié)油和云南松松香，購自英耐騰(武漢)化工有限公司。

主要儀器：島澤氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀GCMS-QP2010、Agilent 7890A氣相色譜儀。

2.1 松節(jié)油、松香成分及其質(zhì)量分?jǐn)?shù)測定

聯(lián)用N1ST標(biāo)準(zhǔn)譜庫檢索、人工解析及參考文獻(xiàn)進(jìn)行定性分析，確定松節(jié)油、松香主要的化學(xué)成分，利用氣相色譜-質(zhì)譜(GC-MS)分析其化學(xué)成分，采用GC(Agilent 7890A氣相色譜儀)峰面積歸一化法進(jìn)行定量分析。

將購買的樣品連接到7100A預(yù)濃縮儀(美國ENTECH公司)，濃縮后的樣品進(jìn)入GC-MS氣質(zhì)聯(lián)用儀，色譜柱為DBB-5石英毛細(xì)管柱(30.00 m×0.25 mm，0.25 μm)，載氣為純氮?dú)狻Ｖ皦?2.6 kPa，進(jìn)樣口溫度150 ℃，分流進(jìn)樣，柱流速1.33 mL·min-1，進(jìn)樣量0.2 μL。程序升溫，初始溫度40 ℃，以5 ℃·min-1的升溫速率升至250 ℃，保持2 min。MS條件，EI電離，電子能量70 eV，離子溫度230 ℃，掃描范圍為50～500 u，掃描時間0.12 s，全掃描方式，溶劑延遲35 min，進(jìn)樣量0.3 μL(質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%乙醇溶液)。通過定量和定性分析，確定化學(xué)成分，測得各化學(xué)成分的相對百分比。

2.2 驅(qū)避劑配制

根據(jù)需要將松節(jié)油和松香按比例配置成不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的溶液，見表1所示。

表1 不同比例的松香和松節(jié)油配置

2.3 林間驅(qū)避防治

本試驗(yàn)采用雙因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)，4種松節(jié)油(羅漢松松節(jié)油、云南松松節(jié)油、濕地松松節(jié)油、馬尾松松節(jié)油)，4種松香(羅漢松松香、云南松松香、濕地松松香、馬尾松松象)，3種質(zhì)量分?jǐn)?shù)的藥劑(0.2%，1.0%，2.0%)，3個重復(fù)，以Np-40、石蠟溶液和蒸餾水混合溶液作為對照，共設(shè)置27個處理。

6月中旬，在林地內(nèi)隨機(jī)選取81棵樣樹。選擇無風(fēng)、陰天無雨和風(fēng)力較小的天氣進(jìn)行試驗(yàn)，分別在2021年6月21日及6月29日(紅松主要球果害蟲羽化前期)對紅松樹冠進(jìn)行2次人工噴施，噴施量為2 000 mL/株。再另選3棵噴施Np-40、石蠟溶液和蒸餾水混合溶液的紅松作為對照組。

2021年7月28日采摘噴施過藥液的松樹球果及對照組的球果，觀測記錄和計(jì)算球果的被害率和驅(qū)避率，每個球果內(nèi)種子的干癟數(shù)量與總數(shù)，計(jì)算種子干癟率，并將種子烘干后計(jì)算種子的單粒種子平均質(zhì)量。

球果被害降低率=(1-(單株被害球果數(shù)/單株全部球果數(shù)))×100%，

單粒種子平均質(zhì)量=單株球果種子總質(zhì)量/單株球果總種子數(shù)，

種子干癟率=(單株球果干癟種子數(shù)/單株球果總種子數(shù))×100%，

驅(qū)避效果=((蒸餾水處理球果內(nèi)的蟲數(shù)-各處理球果內(nèi)的蟲數(shù))/蒸餾水處理球果內(nèi)的蟲數(shù))×100%。

2.4 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)通過Excel 2016和SPSS 26.0軟件進(jìn)行不同處理間差異的比較和雙因素方差分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 松節(jié)油和松香成份分析

氣相色譜-質(zhì)譜(GC-MS)分析表明，4種松節(jié)油成分基本相同(見表2)，質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高化合物為α-蒎烯，β-蒎烯次之，均含有莰烯、α-水芹烯、月桂烯和γ-松油烯，其中羅漢松松節(jié)油和馬尾松松節(jié)油α-蒎烯質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，超過80%。4種松香主要化學(xué)成份包括α-蒎烯、β-蒎烯和三甲基氟硅烷，其中馬尾松松香成分中α-蒎烯質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過50%，其次是羅漢松松香(見表3)。

表2 4種松節(jié)油的主要化學(xué)成分

表3 4種松香的主要化學(xué)成分

3.2 松節(jié)油對紅松球果害蟲驅(qū)避作用

4種不同松節(jié)油處理后的紅松球果的被害率和驅(qū)避效果調(diào)查分析發(fā)現(xiàn)：噴施不同松節(jié)油處理后，與對照組比較，均對紅松表現(xiàn)出不同程度的保護(hù)作用，驅(qū)避效果均有所增強(qiáng)。云南松松節(jié)油處理的球果驅(qū)避效果最好，藥劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2%時，驅(qū)避效果為82.5%，平均每果蟲口數(shù)較對照降低了1.57個，被害率降低了4.20%，隨著質(zhì)量分?jǐn)?shù)升高，驅(qū)避效果減弱。其次，0.2%的馬尾松松節(jié)油和0.1%的云南松松節(jié)油處理的球果驅(qū)避效果分別為81.7%、78.5%，平均每果蟲口數(shù)較對照降低了1.55和1.49個，被害降低率分別為33%和5%，當(dāng)藥劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到2%時，驅(qū)避效果最低達(dá)38.9%，說明相對質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低的云南松松節(jié)油對球果害蟲的行為具有較好的驅(qū)避作用，質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高(2%)的云南松松節(jié)油對球果害蟲驅(qū)避作用較弱。1%羅漢松松節(jié)油也表現(xiàn)出較好的驅(qū)避活性，驅(qū)避效果達(dá)77.6%(見表4)。

表4 松節(jié)油林間噴施的驅(qū)避效果

3.3 松香對紅松球果害蟲驅(qū)避作用

噴施4種不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的松香對紅松球果害蟲的驅(qū)避作用不同。結(jié)果表明，2%馬尾松松香和0.2%濕地松松香對球果害蟲的驅(qū)避效果最好，分別為95.1%和93.2%；平均蟲口數(shù)分別減少1.80和1.61個，被害率分別降低15.6%和18.9%；其次為2%濕地松松香和低質(zhì)量分?jǐn)?shù)(0.2%和1%)的云南松松香，驅(qū)避效果分別為79.4%、75.6%和75.7%，平均蟲口數(shù)分別減少1.51、1.44和1.43個，被害率分別降低了5.6%、30.5%和6.7%；0.2%的羅漢松松香驅(qū)避作用最弱為35.2%(表5)。

表5 松香林間噴施的驅(qū)避效果

3.4 松節(jié)油種類及其質(zhì)量分?jǐn)?shù)交互作用對紅松球果害蟲驅(qū)避效果的影響

紅松松子的平均單粒種子質(zhì)量和干癟率直接影響紅松松子的產(chǎn)量，可以作為重要指標(biāo)衡量松子的質(zhì)量，以這2個指標(biāo)衡量紅松球果被害的狀況，可以間接反應(yīng)藥劑的驅(qū)避效果。藥劑種類(A)和藥劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)(B)交互處理是雙因素處理，需要判定這2個因素之間是否具有交互作用，因此對紅松球果害蟲的被害率、單粒種子平均質(zhì)量和種子干癟率進(jìn)行方差分析(表6)。

表6 松節(jié)油驅(qū)避效果的雙因素方差分析(F值)

以藥劑種類(A)和藥劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)(B)雙因素方差分析松節(jié)油對紅松球果害蟲的驅(qū)避效果發(fā)現(xiàn)，被害率的因素A與B進(jìn)行主體間效應(yīng)檢驗(yàn)，顯示被害率與藥劑種類和藥劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)間均不存在顯著差異，說明噴施不同處理對被害率無顯著影響。藥劑種類(A)和藥劑種類×藥劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)(A×B)對單粒種子平均質(zhì)量均有顯著影響(P<0.05)，藥劑種類(A)、藥劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)(B)和藥劑種類×藥劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)(A×B)對種子干癟率達(dá)到極顯著影響(P<0.01)。因此，對單粒種子平均質(zhì)量和種子干癟率進(jìn)行雙因素方差分析，進(jìn)而比較估算邊際平均值(表7)。

表7 不同松節(jié)油處理下種子單粒質(zhì)量估算邊際平均值

從表8可以看出，隨著藥劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，單粒種子平均質(zhì)量先增加后減少的有2種，分別為馬尾松松節(jié)油和云南松松節(jié)油，相反，隨著羅漢松松節(jié)油和馬尾松松節(jié)油質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加單粒種子平均質(zhì)量減少，其中1%馬尾松松節(jié)油(0.51)顯著高于其他各不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)藥劑的單粒質(zhì)量。0.2%和1.0%的馬尾松松節(jié)油的干癟率明顯低于其他各不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)藥劑處理組和對照組的干癟率。綜上所述，0.2%和1.0%馬尾松松節(jié)油分別對種子單粒質(zhì)量和干癟率影響最大。

表8 不同松節(jié)油處理下種子干癟率估算邊際平均值

3.5 松香對紅松球果害蟲驅(qū)避效果影響

以松香的種類(A)和質(zhì)量分?jǐn)?shù)(B)驅(qū)避效果雙因素方差分析(表9)發(fā)現(xiàn)，松香種類(A)與紅松球果的被害率、單粒種子平均質(zhì)量和種子干癟率有極顯著差異(P<0.01)，藥劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)(B)與單粒種子平均質(zhì)量和種子干癟率有極顯著差異(P<0.01)，與被害率沒有顯著的交互作用。松香的被害率、單粒種子平均質(zhì)量和種子干癟率的影響因素藥劑種類(A)×藥劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)(B)存在顯著交互作用(P<0.05)。

表9 松香驅(qū)避效果的雙因素方差分析(F值)

通過松香藥劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)與藥劑種類對驅(qū)避效果影響的估算邊際平均值發(fā)現(xiàn)，隨著云南松松香和羅漢松松香藥劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，被害率也隨之增加；相反，被害率隨著馬尾松松香質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而減少，但是隨著濕地松松香質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢，其中0.2%云南松松香(0.66)和2%馬尾松松香(0.66)較其他處理均具有顯著差異。隨著馬尾松松香質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加單粒種子平均質(zhì)量隨之增加；相反，隨著其余3種藥劑濕地松松香、羅漢松松香和云南松松香質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，單粒種子平均質(zhì)量降低，其中，2%馬尾松松香的單粒種子平均質(zhì)量顯著高于其他所有處理。隨著藥劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加干癟率先減少后增加的有云南松松香和濕地松松香，先增加后減少的為馬尾松松香，一直增加的為羅漢松松香，其中0.1%羅漢松松香的干癟率顯著低于其他處理組。綜上所述，2%馬尾松松香對果實(shí)被害率和單粒種子平均質(zhì)量影響最大，0.1%羅漢松松香對干癟率影響最大(表10～表12)。

表10 不同松香處理下果實(shí)被害率估算邊際平均值

表11 不同松香處理下種子干癟率估算邊際平均值

4 結(jié)論和討論

近年來，國內(nèi)外學(xué)者在植物中已發(fā)現(xiàn)數(shù)千種萜類化合物，它們不光具有很高的藥理價值，而且在調(diào)節(jié)植物與昆蟲之間關(guān)系上發(fā)揮重要的作用，大多都有較好的殺蟲作用，有些能夠使昆蟲表現(xiàn)出一定的拒食、驅(qū)避、吸引等活性，有些則可調(diào)控昆蟲生長發(fā)育。以松屬植物加工的松節(jié)油和松香，是世界上產(chǎn)量最大的天然萜類資源，主要由單萜類α-蒎烯及β-蒎烯等化合物組成，對昆蟲具有驅(qū)避的作用[23-24]。2003年，嚴(yán)善春等[25]發(fā)現(xiàn)，在林間，1%松節(jié)油對球果花蠅具有驅(qū)避效果，對落葉松球果起到一定的保護(hù)作用，使球果被害率降低了57%。2011年，林建[26]的研究表明，對落葉松寄主植物揮發(fā)物因濃度不同可能產(chǎn)生引誘或拒斥作用，且該研究用于制備微膠囊緩釋劑的α-蒎烯、月桂烯和莰烯等3種揮發(fā)物，對害蟲具有吸引或驅(qū)避的作用。

本研究發(fā)現(xiàn)，測試的4種松節(jié)油組成較為相似，4種松香的成分差異較大。馬尾松松節(jié)油中α-蒎烯和β-蒎烯相對質(zhì)量分?jǐn)?shù)占比最大，分別為83.19%和10.11%。松香中占比最大的3種成分為α-蒎烯、β-蒎烯和三甲基氟硅烷，4種松香的主要成分均具有差異，其中馬尾松松香的α-蒎烯、β-蒎烯相對質(zhì)量分?jǐn)?shù)最多，分別為55.15%和27.44%。2000年Kleinhen T Z et al.[27]發(fā)現(xiàn)13年生海松(Maritimepine)揮發(fā)物主要為α-蒎烯及β-蒎烯，并發(fā)現(xiàn)其中12株被赤松梢斑螟(D.sylvestrella)所危害，通過對比發(fā)現(xiàn)昆蟲侵害程度和揮發(fā)物組成有關(guān)。

不同單萜類化合物的組合對于昆蟲的驅(qū)避效果均有不同的影響，本研究發(fā)現(xiàn)1%馬尾松松節(jié)油分別對種子單粒質(zhì)量和干癟率影響最大，其估算邊際平均值與其他處理差異顯著。而松香對于果實(shí)保護(hù)具有不同效果，0.2%云南松松香(0.66)和2%馬尾松松香對果實(shí)被害率影響最大，2%馬尾松松香對單粒質(zhì)量影響最大，其中0.1%羅漢松松香對干癟率影響最大。這可能是由松香的主要成分相對質(zhì)量分?jǐn)?shù)差異較大引起的，其具體組成配比對球果害蟲的驅(qū)避效果也有待進(jìn)一步研究。如Launren T et al.[21]在法國阿爾卑斯山區(qū)用瑞士松(P.cembra)球果的揮發(fā)物噴灑山地松(P.uncinata)球果后，使球果害蟲的危害率明顯降低，并且噴過的松果與未噴過的松果的揮發(fā)物分布明顯不同。

國內(nèi)在松節(jié)油和松香對紅球球果保護(hù)方面的研究尚不多，特別是需要進(jìn)一步深入研究松節(jié)油和松香驅(qū)避作用的機(jī)制，為尋找更好的害蟲防治策略，開發(fā)低毒、高效、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的方法奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，為松節(jié)油和松香資源利用提供了新路徑。