雞骨柴揮發油及其主要組分γ-萜品烯對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

(西北師范大學生命科學學院1，蘭州 730070) (西北師范大學新農村發展研究院2，蘭州 730070)

儲藏食品中的害蟲污染是食品工業關注的一個主要控制性問題，目前有600多種害蟲在對儲藏食品進行數量和質量上的危害[1]。在儲藏害蟲中，赤擬谷盜Triboliumcastaneum(Herbst)是一種世界性的危害較大的害蟲，以各種各樣的儲藏產品為食，包括谷物、玉米、小麥、干果、堅果和中藥材等[2]，其數量增長快且壽命較長，繁殖壽命為幾個月甚至一年[3]。除了對商品造成直接損害外，其分泌的醌類致癌物質對人類健康造成間接危害[4]?；瘜W殺蟲劑一直是倉儲害蟲防治最有效的工具，但長期使用不但使得害蟲產生耐藥性而且藥劑殘留對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注的焦點。

研究發現，桃金娘科、樟科、唇形科和菊科植物揮發油能有效地控制倉儲害蟲[6]。例如，香青蘭和蔞蒿揮發油對倉儲害蟲嗜卷書虱表現出明顯熏蒸活性，LC50分別為0.2、0.7 mg/L[7]；牛尾蒿和灌木亞菊揮發油對煙草甲表現出明顯的觸殺活性，LD50分別為19.30、25.92 μg/頭[8]；羅勒和薄荷揮發油對玉米象表現出明顯熏蒸活性，半數致死中量分別可達到5.476、5.840 μL/L[9]。從天然植物中獲得的揮發性化合物對哺乳動物具有低毒性且分解速度快，經過較長時間后在食品和環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道，例如木香薷E.stauntonii提取物對倉儲害蟲鋸谷盜具有明顯的殺蟲活性(LD50為30.6μL/L)[11]；香薷E.ciliate揮發油對赤擬谷盜毒殺作用顯著(LD50為7.79 μg/頭)[12]，且香薷揮發油對嗜卷書虱也表現出一定的殺蟲活性(LD50為145.5μg/cm2)[13]。研究發現，雞骨柴揮發油對馬鈴薯莖線蟲具有明顯的毒殺作用，EC50為0.16 mg/mL，但有關雞骨柴揮發油對倉儲害蟲防治作用的研究鮮見報道。雞骨柴揮發油共鑒定出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植物揮發油中被研究報道。本實驗以雞骨柴揮發油及其主要組分γ-萜品烯為材料，評價其對倉儲害蟲赤擬谷盜成蟲和幼蟲的殺蟲活性，旨在為開發新型植物源殺蟲劑提供參考。

1 材料與方法

1.1 試蟲飼養

赤擬谷盜飼養于容積為0.5 L玻璃瓶中，用小麥粉與酵母粉質量比10∶1作為飼料。飼養溫度28～30 ℃，相對濕度為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日齡幼蟲進行活性實驗[15]。

1.2 樣品及試劑

雞骨柴揮發油(實驗室前期制備并已發表[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 觸殺活性測定

雞骨柴揮發油及γ-萜品烯對赤擬谷盜的觸殺活性測定參照文獻[16]。用丙酮將雞骨柴揮發油及γ-萜品烯稀釋成5個濃度梯度的稀釋液，通過預實驗尋找最適的用量范圍。將成蟲或幼蟲放在放到培養皿中置于冰袋上，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照和陽性對照。每個處理重復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，置于培養箱培養24 h，觀察并記錄死亡情況。利用SPSS22.0統計分析計算半數致死劑量LD50。

1.4 熏蒸活性測定

雞骨柴揮發油及γ-萜品烯對赤擬谷盜的熏蒸活性測定參照文獻[16]。用丙酮將雞骨柴揮發油及γ-萜品烯稀釋成5個濃度梯度的稀釋液，通過預實驗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照和陽性對照(幼蟲陽性對照為辛硫磷)，每個濃度梯度重復5次，處理后的試蟲置于培養箱培養24 h，觀察并記錄死亡情況。利用SPSS22.0統計分析計算半數致死濃度LC50。

1.5 驅避活性測定

雞骨柴揮發油及γ-萜品烯對赤擬谷盜的驅避活性測定參照文獻[17]。將揮發油用丙酮稀釋為5、1、0.2、0.04 mg/mL的稀釋液。準備直徑為9 cm的圓形濾紙片并將其對半剪開，一半滴加500 μL不同濃度梯度稀釋液(相當于同量分別為78.63、15.73、3.15、0.63、0.13 μL/cm2)，另一半滴加500 μL丙酮作為對照。待溶劑自然揮發后，將兩半濾紙片對接粘在一個直徑為9 cm的培養皿底部，將20只試蟲置于培養皿中蓋上皿蓋，丙酮和避蚊胺分別作為陰性對照和陽性對照。每個濃度重復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，并計算驅避率(PR)。

PR=[(Nc-Nt)/(Nc+Nt)]×100%

式中：Nc為出現在無藥區域的試蟲數；Nt為出現在試驗區域(具有揮發油或陽性對照)試蟲數。

2 結果與討論

2.1 觸殺活性

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

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

表1 雞骨柴揮發油及γ-萜品烯對赤擬谷盜成蟲 和幼蟲的觸殺活性

2.2 熏蒸活性

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

雖然雞骨柴揮發油及γ-萜品烯對赤擬谷盜成蟲和幼蟲的熏蒸活性均弱于陽性對照，但與采用相同活性評價方法的揮發油相比，雞骨柴揮發油及γ-萜品烯具有更強的熏蒸活性。例如，腫柄菊揮發油[21]和牛尾蒿揮發油[22]對赤擬谷盜成蟲的熏蒸活性(LC50分別為102.67、49.54 mg/L)，節鞭山姜揮發油[23]對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)均弱于雞骨柴揮發油及其主要組分γ-萜品烯。文獻報道，桉葉油醇對赤擬谷盜成蟲(LC50為5.47 mg/L)[20]以及檸檬烯對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-萜品烯對赤擬谷盜的熏蒸活性弱于桉葉油醇和檸檬烯而強于雞骨柴揮發油，可能是由于不同化學組分之間相互作用影響雞骨柴揮發油的熏蒸活性。

表2 雞骨柴揮發油及γ-萜品烯對赤擬谷盜成蟲和幼蟲發熏蒸活性

2.3 驅避活性

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

圖1 雞骨柴揮發油對赤擬谷盜成蟲2、4、24 h的驅避活性

雞骨柴揮發油對赤擬谷盜幼蟲2、4、24 h的驅避作用效果見圖2。由圖2可知，雞骨柴揮發油在78.63 nL/cm2條件下作用2 h后對赤擬谷盜幼蟲的驅避率值超過90%。同等作用條件下4 h后，雞骨柴揮發油對赤擬谷盜幼蟲驅避率值達到80%且與陽性對照避蚊胺無顯著差異。在最高用量下作用24 h后，雞骨柴揮發油對赤擬谷盜幼蟲的驅避率值為50%。

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

圖2 雞骨柴揮發油對赤擬谷盜幼蟲2、4、24 h的驅避活性

雞骨柴揮發油對赤擬谷盜成蟲和幼蟲以及γ-萜品烯對赤擬谷盜成蟲具有明顯的防治作用。觸殺、熏蒸和驅避活性測試結果顯示，雞骨柴揮發油對赤擬谷盜幼蟲防治作用弱于成蟲，且觸殺和熏蒸活性表明，雞骨柴揮發油對赤擬谷盜幼蟲的LD50和LC50分別是成蟲的4.2倍和2.4倍。研究表明，不同發育階段赤擬谷盜體內蛋白質、氨基酸、脂肪酸和礦物質含量均有所差異，其中幼蟲體內鉀和鋅的含量明顯高于成蟲，這種差異可能會導致不同發階段赤擬谷盜表皮滲透性和持久性發生改變從而對藥物表現出不同的敏感性[25]。植物揮發油由多種不同化合物按不同比例組成，其對靶標試蟲的作用機制相對復雜[26]。從雞骨柴揮發油及其主要化合物對赤擬谷盜的活性結果測試可知，雞骨柴揮發油對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。有關雞骨柴揮發油及其主要化合物間的相互作用與其生物活性關系還尚不明確，有待進一步研究。

3 結論

本研究分析了雞骨柴揮發油及其主要組分γ-萜品烯對赤擬谷盜成蟲和幼蟲的觸殺、熏蒸和驅避活性。結果表明，雞骨柴揮發油對赤擬谷盜成蟲和幼蟲均具有顯著的觸殺、熏蒸和驅避作用。γ-萜品烯對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殺蟲劑，具有低毒，易降解等優點，且我國植物資源豐富，將雞骨柴揮發油及其主要組分開發為新型植物源殺蟲劑用于倉儲害蟲防治。