苦杏仁精油對玉米象的種群抑制活性研究

馬玉花 趙 忠 江志利 魏麗萍 李科友 馬希漢 張 興

(青海大學農牧學院1,西寧 810016)

(西北農林科技大學林學院2,楊凌 712100)

(西北農林科技大學無公害農藥研究服務中心3,楊凌 712100)

苦杏仁精油對玉米象的種群抑制活性研究

馬玉花1趙 忠2江志利3魏麗萍2李科友2馬希漢2張 興3

(青海大學農牧學院1,西寧 810016)

(西北農林科技大學林學院2,楊凌 712100)

(西北農林科技大學無公害農藥研究服務中心3,楊凌 712100)

采用飼料混藥法研究了苦杏仁精油對玉米象的種群抑制活性,結果發現由于試蟲在一定的處理濃度下出現保護性昏迷,使苦杏仁精油處理下的玉米象的死亡率曲線呈“N”字形;苦杏仁精油對玉米象有很強的種群抑制活性,且隨著處理濃度的降低,含 HCN和除去 HCN兩種精油對玉米象 F1代和 F′代的種群抑制效果逐漸降低,不同濃度處理的試蟲的 F1代種群抑制率范圍在 30%～100%之間,F′代的種群抑制率范圍在29.39%～58.19%之間;另外,含HCN和除去 HCN的苦杏仁精油對玉米象的種群抑制活性對比試驗結果表明去 HCN的苦杏仁精油的殺蟲活性顯著高于含 HCN的苦杏仁精油。

苦杏仁精油 玉米象 種群抑制活性

儲糧害蟲的危害是造成糧食儲藏期間巨大損失的主要原因,早已引起世人的高度重視[1]。玉米象、鋸谷盜、赤擬谷盜、小眼書虱均為世界性重要儲糧害蟲,目前,主要采用溴甲烷和磷化氫熏蒸防治,但長期過度使用磷化氫熏蒸已引起害蟲嚴重的抗藥性、環境污染等問題[2-3],而溴甲烷也由于對臭氧層的破壞作用,在中國將被全面停止使用[4],迫使人們尋找與環境相容性好、高效、安全的儲糧害蟲防治方法。

植物精油(essential oil)是一類植物源次生代謝物質,具有植物特征性氣味,常作為殺蟲物質。由于植物精油源于自然界,具有取材廣泛,在環境中殘留較低,不污染糧食,且害蟲不易產生抗藥性的優點,因而促使國內外眾多學者開始研究植物精油的殺蟲活性[5]。迄今為止,大量的研究表明八角茴香、黃樟油、互葉白千層油、檸檬葉油、留蘭香油、松節油、黑胡椒粉、紅桔油、桉葉油、大蒜油、肉豆蔻、肉桂、豆蔻、吳茱萸等數十種植物精油對玉米象有不同程度的防治效果[6-14],前期研究發現苦杏仁精油對玉米象有較強的熏蒸殺蟲活性[15],在此基礎上進一步研究苦杏仁精油對玉米象種群抑制活性的影響,旨在為苦杏仁精油作為植物源農藥在倉儲系統的害蟲防治方面的廣泛應用提供可行性依據,為苦杏仁精油的產品開發拓寬思路。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 供試玉米象

供試玉米象 (Sitophilus zeam aisMots.)由西北農林科技大學無公害農藥研究服務中心養蟲室 (T:27～28℃;RH:70%～80%)飼養并提供。試驗所選玉米象為連續培養 5代以上,發育健康的成蟲。

1.1.2 供試植物精油

苦杏仁采自陜西麟游,自然陰干后粉碎。苦杏仁精油提取條件以文獻[16]中確定的工藝進行。因為苦杏仁精油中含有微量的 HCN,因而試驗中采用除去HCN的精油和未除 HCN的精油進行對比試驗。

除 HCN的方法:在水蒸氣蒸餾所得的苦杏仁精油中加入一定量的氫氧化鈉,充分混勻后進行二次蒸餾,得到不含 HCN的苦杏仁精油。通過苦味酸試紙法以及紫外分光光度法檢測精油中的 HCN,除去HCN的精油以達到食品中 HCN含量要求為標準。將所得的兩種精油冷藏備用。

1.1.3 主要試劑

丙酮:西安化學試劑廠,分析純,500 mL裝。

1.2 試驗方法

采用飼料混藥法測定苦杏仁精油對玉米象的種群抑制作用[17]。小麥處理參照文獻 [18]的方法。將處理后的小麥稱取 100 g放入 250 mL三角瓶中待用。將一定稀釋倍數的 3 mL精油倒入盛有小麥的三角瓶內,振蕩三角瓶使小麥和精油充分混勻,然后倒出晾至丙酮完全揮發,每個三角瓶的小麥分裝于 3個 250 mL的三角瓶中,另加相同量的丙酮做對照。每瓶中接玉米象成蟲 30頭,瓶蓋與瓶子之間加濾紙用來透氣,置于養蟲室中飼養,7 d后篩出成蟲,記錄各處理試蟲的死亡數。篩出成蟲后的三角瓶繼續置于養蟲室培養,67天后,檢查各處理的 F1代成蟲數,并計算 F1代種群抑制率。

死亡率 =(對照組玉米象活蟲數 -處理組玉米象活蟲數)/對照組玉米象成活蟲數 ×100%

種群抑制率 =(對照組成蟲數 -處理組成蟲數)/對照組成蟲數 ×100%

另外從各處理篩出的活成蟲中隨機挑選 30頭置于新鮮無毒的小麥中繼續培養。如果活成蟲數不足 30頭的全部接入新鮮無毒小麥中,活成蟲數小于 5頭的不進行 F′代種群抑制活性試驗。67 d后,檢查各處理的 F′代成蟲數,并計算 F′代種群抑制率。

1.3 數據處理

根據試驗的設計方法和統計分析原理,利用 Ex2 cel和 SPSS統計分析軟件對試驗所得的結果進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 苦杏仁精油對玉米象的致死作用

采用飼料混藥法研究苦杏仁精油對玉米象的種群抑制活性,處理后第 7天篩出玉米象成蟲,記錄各濃度處理的玉米象死亡數,玉米象的死亡率及其曲線見表 1、圖 1。

表 1 玉米象死亡率

由表 1可知,含 HCN的精油以 40、1.25μL/mL處理的玉米象死亡率分別為 80%和95.56%,去 HCN的苦杏仁精油以 20、40μL/mL處理的玉米象死亡率均為 100%,以 1.25μL/mL處理的玉米象死亡率也高達 98.89%。兩種精油中其他濃度處理下玉米象的死亡率均在 80%以下。

圖 1 苦杏仁精油對玉米象的致死作用

由死亡率曲線可以看出,兩種苦杏仁精油處理下的玉米象的死亡率曲線呈“N”字形。對于含有HCN的精油,當濃度范圍在 0.625～1.25μL/mL之間時,隨著精油處理濃度的升高,玉米象的死亡率隨之而增大,而當精油濃度 1.25～5μL/mL,玉米象的死亡率隨著處理濃度的降低而降低,當濃度大于5μL/mL時玉米象的死亡率又逐漸增大;對于除去HCN的精油,當濃度范圍在 0.625～1.25μL/mL之間時,隨著處理濃度的增大玉米象的死亡率隨之增大,而當精油濃度在 1.25～10μL/mL之間時,玉米象的死亡率隨著濃度的增大而降低,當處理濃度大于 10μL/mL以后,隨著精油濃度的增大死亡率又隨之增大,最終達到 100%死亡率。

方差分析結果顯示兩種精油處理的玉米象的死亡率差異顯著,其中除去 HCN的苦杏仁精油處理的玉米象的死亡率 (63.75%)高于含 HCN精油的處理(52.36%),另外不同濃度精油處理的玉米象死亡率分析顯示 1.25μL/mL的濃度處理的玉米象死亡率最高 (表 2)。

表 2 苦杏仁精油對玉米象死亡率的方差分析表

2.2 苦杏仁精油對玉米象的種群抑制作用

篩出成蟲后,繼續觀察處理小麥對試蟲 F1代的種群抑制作用,結果見表 3及圖 2。

表 3 苦杏仁精油對玉米象 F1代的種群抑制率

圖 2 兩種苦杏仁精油對玉米象的種群抑制作用

由表 3可見兩種苦杏仁精油對玉米象 F1代的種群抑制隨著濃度的變化差異顯著,但是部分濃度間的差異不顯著,如含 HCN的苦杏仁精油中 40和 20 μL/mL之間、5和 2.5μL/mL之間,除去 HCN的苦杏仁精油中 40和 20μL/mL之間、10、5和 2.5μL/mL之間的種群抑制率差異不顯著。結合圖 2可見隨著處理濃度的降低,兩種苦杏仁精油對玉米象 F1代的種群抑制效果逐漸降低,其中當處理濃度為40μL/mL時,兩種處理的精油對玉米象的種群抑制率均為 100%,20μL/mL時去 HCN的精油的種群抑制率為 100%,含 HCN的精油的種群抑制率略有下降,為 98.33%。

另外,隨著濃度的降低,兩種苦杏仁精油對玉米象 F1代的種群抑制效果降低幅度不同,當濃度在 40～1.25μL/mL之間時,去 HCN的苦杏仁精油的種群抑制效果隨濃度降低變化較小,從 100%降低至了81.52%,變化幅度僅為 18.48%,而含 HCN的苦杏仁精油的變化較大,從 100%降低至了 65.66%,變化幅度高達 34.44%。濃度在 1.25～0.625μL/mL之間時,兩種精油的種群抑制效果均有較大幅度的降低。

方差分析顯示精油種類、濃度對玉米象 F1代的種群抑制率的影響均達到極顯著水平 (表 4)。兩種苦杏仁精油中,去 HCN的精油 (86.21%)對玉米象F1代的種群抑制率效果較含 HCN的精油 (76.86%)好。處理濃度中 40μL/mL(100%)與 20μL/mL(99.17%)之間、5μL/mL(86.04%)和 2.5μL/mL(84.80%)之間的種群抑制率差異不明顯。

表 4 苦杏仁精油對玉米象 F1代種群抑制活性方差分析表

由于去 HCN的苦杏仁精油中 40、20μL/mL以及含 HCN的苦杏仁精油中 40μL/mL 3個處理的玉米象全部死亡,兩種精油中 1.25μL/mL處理的玉米象分別僅剩 4頭和 1頭,因而沒有接試蟲進行 F′代的種群抑制率的測定。

由圖 2可以看出,隨著精油濃度的降低,兩種精油對玉米象 F′代的種群抑制率逐漸降低。兩種精油對玉米象 F′代的種群抑制率范圍在 29.39%～58.19%之間。相比較而言,去 HCN的苦杏仁精油對F′代的種群抑制率高于含有 HCN的苦杏仁精油。

3 討論與結論

3.1 苦杏仁精油對玉米象的種群抑制活性中試蟲出現了保護性昏迷,使苦杏仁精油對玉米象的死亡率曲線呈現“N”字形

在苦杏仁精油對玉米象的種群抑制活性研究時發現,兩種苦杏仁精油對玉米象的死亡率曲線呈現“N”字形,即當濃度較高時,死亡率很高,但當濃度降低時,在一定的濃度范圍內,出現了高濃度低死亡率,低濃度高死亡率的現象。一般來說,隨著處理濃度的降低,死亡率應該呈現下降的趨勢,而非本試驗結果中的“N”字形曲線。出現這種現象的原因可能是在相對較高的濃度下,精油對玉米象的直接毒殺而使死亡率較高,但是當濃度降低至一定的范圍時,高濃度的精油使試蟲出現暫時的保護性昏迷[19],抑制其對藥劑的吸入,因而使死亡率下降;而當濃度繼續下降至一定值而使試蟲不產生保護性昏迷時,持續的接觸取食精油處理的小麥或吸入精油使試蟲的死亡率增大,當濃度降低至一定范圍時,隨著濃度繼續降低,試蟲的死亡率又逐漸降低。

精油處理試蟲后的 1～5 d連續觀察發現:最初的兩天內,含有 HCN的苦杏仁精油中 20、10、5μL/mL處理的玉米象大部分處于昏迷狀態,第二天后出現了復蘇現象,部分玉米象死亡;在除去 HCN的精油處理的玉米象中也發現了這種現象 (10μL/mL的處理),證明高濃度的藥劑使試蟲出現保護性昏迷而使試蟲死亡率降低。值得注意的是,并不是濃度越高,試蟲就易于出現保護性昏迷,試驗中發現除去 HCN的精油當處理濃度在 20μL/mL和 40μL/mL時,玉米象的死亡率達到了 100%,而含有 HCN的精油在40μL/mL的劑量下死亡率也達到了 80%,因而試蟲出現保護性昏迷的劑量有一定的范圍,并非越高越死亡率越小,在實際應用中應注意選擇精油的濃度應高于或低于使試蟲出現保護性昏迷的濃度范圍以達到最佳的防治效果。

3.2 苦杏仁精油對玉米象 F1代和 F′代的種群抑制效果隨著精油濃度的降低而逐漸降低

對玉米象的種群抑制活性研究發現,隨著處理濃度的降低,含 HCN和除去 HCN兩種精油對玉米象F1代的種群抑制效果逐漸降低,不同濃度處理的試蟲的種群抑制率范圍在 30%～100%之間,其中當處理濃度為 40μL/mL時,兩種精油對玉米象的種群抑制率均為 100%,20μL/mL時去 HCN的精油的種群抑制率為 100%,含 HCN的精油的種群抑制率略有下降,為 98.33%。另外,隨著精油濃度的降低,兩種精油對玉米象 F′代的種群抑制率逐漸降低,兩種精油對玉米象 F′代的種群抑制率范圍在 29.39%～58.19%之間。

苦杏仁精油對玉米象的種群抑制率很高,一方面可能是由于玉米象的高死亡率導致的。導致玉米象高死亡率的原因,一方面可能是精油的熏蒸殺蟲作用,另一方面精油處理的小麥可能對玉米象產生胃毒、觸殺或拒食活性而導致的。但是對于部分處理,雖然玉米象的死亡率較低,但種群抑制率卻很高,如 5μL/mL和 10μL/mL兩個濃度的處理,玉米象的死亡率分別為 27.78%、56.67%,50%、30%,但 F1代的種群抑制率在 78.00%～94.08%之間,而 F′代的種群抑制率在 38.85%～45.75%之間,含 HCN的苦杏仁精油中 20μL/mL的處理下,玉米象的死亡率為 61.11%,而對 F1代以及 F′代的種群抑制率分別為 98.33%和 58.19%。可見除高致死率外,苦杏仁精油可能還影響試蟲的生殖能力,如抑制成蟲產卵或產下不育卵;另外還可能影響卵的生長發育,如影響卵的孵化、抑制幼蟲的生長發育、推遲或干擾幼蟲化蛹等。3.3 通過含 HCN和除去 HCN的苦杏仁精油對玉米象的種群抑制活性研究,結果表明去 HCN的苦杏仁精油的殺蟲活性顯著高于含 HCN的苦杏仁精油

HCN是強呼吸系統致毒劑,HCN對試蟲的殺蟲活性是通過抑制試蟲呼吸系統的細胞色素氧化酶,使其不能傳遞氧氣而使試蟲的正常呼吸功能受到破壞而死亡。試蟲吸入少量的 HCN,就會迅速死亡,然而在我們的研究中發現含有 HCN的苦杏仁精油對試蟲的種群抑制活性低于去 HCN的苦杏仁精油,這一方面可能是由于苦杏仁精油中僅含有少量的HCN,且在進行試驗時所用的精油量很少,所以在試驗條件下精油中微量的 HCN不足以對試蟲造成毒殺作用;另一方面,除去 HCN的苦杏仁精油經過二次蒸餾,可能損失其中的某些微量成分,但是相對而言,苦杏仁精油的主要成分 -苯甲醛的含量提高了,從而使去 HCN的苦杏仁精油中主要成分苯甲醛的含量高于含 HCN的苦杏仁精油中的含量,導致去HCN的精油的活性高于含 HCN的精油。

通過上述研究表明苦杏仁精油對玉米象有較強的種群抑制活性,本研究為苦杏仁精油作為植物源農藥在倉儲系統的害蟲防治方面的廣泛應用提供了可行性依據,有望發展為植物性農藥應用于倉儲系統以防治害蟲的危害,為苦杏仁精油的產品開發拓寬了思路。另外,關于苦杏仁精油對玉米象的胃毒以及對試蟲生殖能力和卵及幼蟲的生長發育的活性有待于進一步的研究以闡明苦杏仁精油對玉米象的生物活性作用機理。

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Population Iinhibition Activity ofBitterAl mond OilAgainst Sitophilus zeamaisMots.

Ma Yuhua1Zhao Zhong2Jiang Zhili3WeiLiping2Li Keyou2Ma Xihan2Zhang Xing3
(College ofAgriculture and An imal Husbandry,QinghaiUniversity1,Xining 810016)
(College of Forestry,NorthwestA&F University2,Yangling 712100)
(Research and Development Center ofBiorational Pesticide,NorthwestA&F University3,Yangling 712100)

Population inhibition activity of bitter almond oil againstSitophilus zeam aisMots.was studied with the diet-incorporated method.Results:The mortality ofSitophilus zeam aisMots.presents a curve of"N"because certain concentration of bitter almond oilmay cause insects narcosis;bitter al mond oil has very strong population inhi2 bition activity onSitophilus zeam aisMots..The population inhibitory effects on F1 and F′decrease with the decrease of the concentration of bitter almond oil;the population inhibitory rate of F1 is bet ween 30%and 100%,and that of F′is between 29.39%and 58.19%.The effect of bitter almond oilwithout HCN is significantly higher than oilwith HCN.

bitter almond oil,Sitophilus zeam aisMots.,population inhibition

S792.99,S435.1

A

1003-0174(2011)02-0084-05

苦杏仁精油提取技術引進(2004-4-52)

2010-01-07

馬玉花,女,1978年出生,博士,副教授,森林培育、林產品及其開發應用

趙忠,男,1958年出生,教授,博士生導師,半干旱地區植被恢復與重建