煙草甲植物源驅避劑的篩選

李為爭，范蔭蔭，安靖靖，王瓊，郭線茹，羅梅浩，原國輝

河南農業大學植物保護學院，鄭州 450002

煙草甲植物源驅避劑的篩選

李為爭，范蔭蔭，安靖靖，王瓊，郭線茹，羅梅浩，原國輝

河南農業大學植物保護學院，鄭州 450002

為篩選煙草甲植物源高效驅避劑，對12種芳香植物材料進行了篩選，比較了肉桂醛及其2種結構類似物（肉桂酸甲酯和肉桂酸乙酯）的驅避活性，測定了肉桂醛瓊脂膠包結物的驅避效果。Y形嗅覺儀測定結果表明，肉桂皮粉和丁香粉對煙草甲具有極顯著的驅避活性，3種化合物的驅避活性次序為：肉桂醛＞肉桂酸甲酯＞肉桂酸乙酯。盆形嗅覺儀測定結果表明，肉桂醛瓊脂膠包結物在4 d內對煙草甲的驅避反應指數可達100%。肉桂醛是煙用香精的成分，可制作瓊脂膠包結驅避劑用于煙倉中煙草甲的防治。

煙草甲；肉桂醛；驅避劑；瓊脂膠

煙草甲Lasioderma serricorne（Fabricius）屬鞘翅目竊蠹科，為世界性儲藏物害蟲，對儲藏期的烤煙及其制品為害尤甚[1]。目前，防治煙草甲等儲藏物害蟲的主要方法是藥劑熏蒸，其中以磷化鋁的應用最為普遍，但由于長期使用單一熏蒸劑，已誘導煙草甲、谷蠹、赤擬谷盜等多種害蟲對磷化氫產生了較強的抗藥性，而增加用藥量則會帶來嚴重的農藥殘留污染和對人類健康的威脅[2-4]。因此，探尋無公害的儲藏物害蟲防治新途徑、新產品受到廣泛重視。

利用植物精油防治儲藏物害蟲是近年來的研究熱點[5-6]。由于植物精油來源于自然界，大部分對人體無毒，且許多精油已經在醫療、化妝品、食品添加劑等方面大量使用，具有較好的環境相容性，用于儲藏物害蟲防治展現出良好的開發應用前景[6]。已有的研究表明，植物精油不僅對害蟲具有毒殺、熏殺、觸殺、拒食等生物活性，而且有些精油或其活性成分對害蟲還表現出較強驅避作用[7]，如青蒿油、艾葉油、丁香油和(-)-紫蘇醛[(-)-perillaldehyde]、扁柏醇（hinokitiol）對煙草甲表現出明顯的驅避作用[8-10]，八角粉等芳香植物材料及其精油對煙草甲也有一定的驅避效果[11]。然而，相關研究多停留在粗提物測試階段，還未見到煙草甲植物源驅避劑產品投放市場。在篩選活性植物材料及其精油的基礎上，選用高驅避活性成分組配驅避劑，對于實現煙草甲等儲藏物害蟲的無公害防治具有重要的實踐意義。為此，本文選擇12種嗅感濃重的芳香植物材料，測定了這些植物材料對煙草甲的驅避活性，比較了活性較強的肉桂皮主要揮發物成分肉桂醛及其化學結構類似物的驅避活性，評價了肉桂醛瓊脂膠包結物的驅避效果，期望為研制煙草甲驅避劑定型產品提供依據。

1 材料與方法

1.1 供試昆蟲

供試煙草甲為河南農業大學省級重點學科實驗室飼養的實驗種群，飼養于人工氣候箱內。飼養條件如下：光周期為15 L :9 D（暗期在23 :00～次日08 :00）；二級變溫，光期溫度為（30±2）℃，暗期溫度為（28±2）℃；相對濕度為（70±5）%。

1.2 材料和試劑

供試植物材料共12種，均購買于鄭州黃河小商品市場。分別為肉桂皮（樟科）、丁香（木犀科）、八角（八角科）、川姜（姜科）、紅花椒（蕓香科）、良姜（姜科）、茴香（傘形科）、辛夷（木蘭科）、辣椒（茄科）、芥子（十字花科）、一口盅（桃金娘科）、千里香（蕓香科）。將各種材料自然干燥后，用 FW-100型高速萬能粉碎機在1200 r·min-1的轉速下粉碎10 s，過40目篩。肉桂醛購買于上海雙喜香料助劑廠，肉桂酸甲酯和肉桂酸乙酯購于Fluka Co Ltd.，均為分析純。

1.3 生物測定

共分3組測定內容。第1組為植物材料驅避活性的初步篩選，第2組為肉桂皮主要揮發物成分肉桂醛及其2種結構類似物肉桂酸甲酯和肉桂酸乙酯的驅避活性比較，第3組為肉桂醛瓊脂凝膠包結物的驅避效果評價。

植物材料驅避活性的測定在Y形嗅覺儀中進行。嗅覺儀Y形管的內徑為2.5 cm，主臂長16 cm，支臂長17 cm，兩支臂之間的夾角為45°。主臂與抽氣真空泵相連，兩支臂通過硅膠管分別與兩個相同的樣品容器相連，樣品容器的進氣口用活性碳凈化進入的空氣。測定時間在21 :00～23:00成蟲活動高峰期進行，測定時稱取2 g待測植物材料粉末樣品，置于8 mL青霉素瓶中放入與Y形管處理支臂相連的樣品容器內，對照支臂的樣品容器內只放置空的青霉素瓶。然后將饑餓24 h、健康活潑的煙草甲成蟲15～20頭一次性接入Y形嗅覺儀的主臂末端，并將嗅覺儀置于暗箱中開始抽氣（兩支臂的空氣流速均為1.0 L/min）。接蟲后20 min觀察煙草甲在嗅覺儀中的分布情況，分別記錄處理支臂和對照支臂中的蟲數，試蟲爬行至離Y形管進氣口10 cm以內視為作出了選擇反應，停留在主臂中或進入支臂但不到距離進氣口5 cm的個體視為無反應。每組試驗結束后，用蒸餾水清洗嗅覺儀并熱風吹干，調換兩支臂的位置后再進行下一次測定。共12個處理，每處理重復測定16次。

肉桂醛等化合物的比較仍在上述Y形嗅覺儀中進行。由于化合物的揮發性強于植物材料，故在測定開始后5 min、10 min、15 min和20 min各觀察1次煙草甲在處理和對照支臂中的分布情況。每種化合物分為2 μL和5 μL兩個劑量水平，滴加在0.5 cm×6 cm的濾紙條上并放入青霉素小瓶中，對照則放入不滴加化合物的濾紙條，每種化合物的每個劑量水平重復測定5次。

肉桂醛瓊脂膠包結物驅避效果的評價在作者設計制作的盆形嗅覺儀中進行[12]。首先制備肉桂醛瓊脂膠包結物處理樣品，取肉桂醛500 μL置于8 mL青霉素瓶中，接著注入5 mL 1%的瓊脂熔膠，搖勻后置于室溫下備用；對照樣品則僅注入5 mL 1%的瓊脂熔膠。然后取烤煙葉片20 g揉碎后放入紗布包內，并在處理紗布包中放入肉桂醛處理樣品，對照紗布包中則放入不包結肉桂醛的瓊脂膠對照樣品。測定時取處理和對照紗布包各1個，分別放置在盆形嗅覺儀底部一條直徑的兩端，然后在盆形嗅覺儀底部中央釋放煙草甲成蟲25頭，在盆口上部加蓋遮光紙，開啟蠕動泵營造微氣流環境，并開始計時。24 h、48 h、72 h和96 h后觀察記載兩個紗布包內的煙草甲數量，停留在紗布包外的試蟲不做記錄，共重復9次。

1.4 統計分析

對于植物材料的測定數據，首先采用配對t測驗的方法判斷每個樣品處理支臂與對照支臂試蟲數量的差異顯著性，然后采用下式計算驅避反應指數（Repellent index，Ri）：

式中，Ri為驅避反應指數，CK為對照支臂中的煙草甲數量平均值，Tr為處理支臂中的煙草甲數量平均值。基本假設是如果樣品沒有活性，則煙草甲進入Y形管的兩個支臂的數量應當沒有統計學意義上的差異，如果Ri顯著大于0則樣品具有驅避作用，顯著小于0則說明有引誘作用，與0差異不顯著則說明所測試的樣品沒有任何行為活性。

對于肉桂醛等3種化合物的測定數據，驅避反應指數的計算方法同上。差異顯著性分析采用三因素方差分析，判斷化合物種類、劑量、觀察時間及其交互作用對煙草甲行為反應影響的顯著性。對于影響顯著的因素或交互作用，則采用Duncan’s新復極差法進行多重比較。

對于肉桂醛瓊脂膠包結物驅避效果測定數據，驅避反應指數的計算方法同上。由于不同時間段的驅避反應指數均接近于100%，故不再進行差異顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 不同植物材料的驅避反應指數比較

在Y形嗅覺儀中測定煙草甲對12種芳香植物材料的驅避反應，得到表1結果。從表1可以看出，肉桂皮粉的驅避效果最好，對照支臂中的蟲數極顯著多于處理支臂中的蟲數，驅避反應指數達78.46%；丁香粉的驅避效果次之，對照與處理支臂中的蟲數差異仍達極顯著水平，驅避反應指數為67.46%。其他供試材料對煙草甲的生物活性變化較大，其中千里香粉、一口盅粉、芥子粉、辣椒粉和辛夷粉處理與對照支臂中的蟲數差異極顯著，不僅沒有驅避活性，反而表現出極顯著的引誘活性；茴香粉也表現出顯著的引誘活性；而八角粉、川姜粉、紅花椒粉和良姜粉4種材料則既沒有顯著的引誘活性，也沒有顯著的驅避活性。

表1 不同植物材料對煙草甲的驅避反應指數Tab.1 Repellent indices of different plant materials against Lasioderma serricorne

2.2 肉桂醛及其結構類似物的驅避活性

在Y形嗅覺儀中測定煙草甲對肉桂皮主要揮發物成分肉桂醛及其2種結構類似物肉桂酸甲酯、肉桂酸乙酯驅避反應，得到圖1和圖2結果。從圖1可以看出，3種供試化合物均表現出明顯的驅避活性，其中肉桂醛的驅避活性最強，驅避反應指數達99.62%；其次為肉桂酸甲酯，驅避反應指數為77.93%；肉桂酸乙酯的驅避活性相對較弱，驅避反應指數為62.02%。從圖2可以看出，3種供試化合物不同觀察時間的整體驅避反應指數之間沒有明顯差異。三因素方差分析結果表明（表2），不同化合物的驅避反應指數之間有高度統計學意義（F= 27.9159，F0.05= 3.0912）；不同劑量的驅避反應指數差異也達到極顯著水平（F= 20.3859，F0.05= 3.9402），其中劑量為5 μL時的平均驅避反應指數為89.17%，劑量為2 μL時的平均驅避反應指數為70.55%，且化合物與劑量兩個因素之間也存在極顯著的交互作用（F= 7.1072，F0.05= 3.0912）；不同觀察時間的驅避反應指數不存在顯著性差異，而且所有與觀察時間有二階交互作用或三階交互作用的驅避反應指數之間也沒有顯著性差異。說明化合物的種類及其使用劑量是影響驅避活性的關鍵因素。

圖1 3種化合物的驅避反應指數比較Fig.1 Comparison of repellent indices among 3 compounds

圖2 不同觀察時間驅避反應指數的變化Fig.2 Changes of repellent index at different obervation timing

2.3 肉桂醛瓊脂凝膠物的驅避效果測定

由于在2 h內分段觀察時，5 min、10 min、15 min和20 min 4個時間點的觀察結果沒有顯著差異。為此采用瓊脂膠包結肉桂醛，測定了不同時間段的驅避作用，結果見表3。從表3可以看出，第1 d的平均驅避反應指數達90.48%，此后隨著時間的延長逐步增加，至第4 d時驅避反應指數達100%。說明在實驗室條件下評價揮發性化合物的驅避效果時，控制揮發物緩慢釋放可以更好地評價其驅避效果。

表2 不同化合物、不同劑量和觀察時間對煙草甲驅避效果影響的方差分析Tab.2 Analysis of variance of repellent effect on Lasioderma serricorne for different compounds,different doses and observation timing

3 討論

研究結果表明，不同芳香植物材料對煙草甲表現出不同的生物活性。其中肉桂皮和丁香表現出較強的驅避活性，而千里香、一口盅、芥子、辣椒和辛夷則表現出引誘活性，估計與煙草甲食性較雜，可取食煙草、谷物、植物香味料等多種動植物干制品有關[1]。因此，在選擇驅避植物材料時，應盡可能選取煙草甲不喜歡取食的植物材料。驅避植物材料肉桂皮的主要揮發物成分為肉桂醛（39.49%）和古巴烯（26.79%），其他成分則含量甚微[14]。生物測定結果表明，肉桂醛對煙草甲具有極強的驅避活性，而肉桂醛也是煙用香精之一，若作為煙草甲驅避劑可能對烤煙品質的影響較小，有待進一步的品質影響評價予以確定。

利用植物源驅避劑控制衛生害蟲已經得到廣泛應用，而用于其他害蟲的成功事例不多[15]。與大田作物害蟲防治不同，倉庫是一個相對封閉的環境，加上儲藏物害蟲多隱蔽取食為害，若使用植物源驅避劑直接避免害蟲侵染煙草和其他儲藏物，可能是最經濟有效的預防措施。當然，從實際應用的角度看，還需要進一步明確驅避劑的最佳劑量，評價在倉庫環境中瓊脂膠包結物的控制釋放效果，研究適于不同倉庫和包裝物的應用劑型和使用方法等。

表3 肉桂醛瓊脂膠包結物對煙草甲的驅避效果Tab.3 Repellent effect of cinnamaldehyde formulated in agaro-pectin on Lasioderma serricorne

4 結論

從12種芳香植物材料中篩選出了對煙草甲驅避效果最好的肉桂皮，測定了肉桂皮主要揮發物成分肉桂醛的驅避活性，制備出了驅避劑瓊脂膠包結物樣品，有希望成為一種新型的煙草甲高效驅避劑。

[1]馬繼盛,羅梅浩,郭線茹,等.中國煙草昆蟲[M].北京:科學出版社,2007:231-235.

[2]薛寶燕,程新勝,魏重生.煙草甲研究進展[J].煙草科技,2005,(2):44-48.

[3]柳瓊友,顧丁,陳文龍.煙草甲的防治研究進展[J].湖北農業科學,2007,46(5):841-844.

[4]曹陽.我國谷蠹、赤擬谷盜、銹赤扁谷盜和土耳其扁谷盜磷化氫抗藥性調查[J].河南工業大學學報(自然科學版),2006,27(1):1-6.

[5]張海燕,鄧永學,王進軍,等.植物精油防治儲糧害蟲的研究進展[J].糧食儲藏,2004,33(3):7-11.

[6]楊念婉,李艾蓮.植物精油應用于害蟲防治研究進展[J].植物保護,2007,33(6):16-21.

[7]黃素青,梁炳泉,蘇兆雄,等.物精油的生物活性及其在有害生物控制上的應用[J].農藥,2010,49(6):397-409.

[8]王秀芳,任廣偉,王新偉,等.植物精油對煙草甲觸殺、熏蒸和驅避作用研究[J].中國煙草學報,2011,17(2):67-70.

[9]Hori M.Evaluation of the practicability of hinokitiol as a repellent against the cigarette beetle,Lasioderma serricorne(Fabricius)(Coleoptera:Anobiidae)[J].Journal of Applied Entomology and Zoology,2004,39(4):699-704.

[10]Hori M.Development of repellent strips for controlling the cigarette beetle,Lasioderma serricorne(Fabricius)(Coleoptera:Anobiidae)[J].Journal of Applied Entomology and Zoology,2005,40(2):373-377.

[11]安靖靖,李為爭,原國輝,等.煙草甲對20種植物材料及其提取物的選擇反應[J].河南農業大學學報,2009,43(2):186-190.

[12]劉婷,李為爭,游秀峰,等.常見植物揮發物對煙蚜的驅避和抑制定殖活性[J].中國煙草學報,2013,19(2):77-84.

[13]梁忠云,劉虹,文彩琳,等.肉桂皮揮發油的化學成分研究[J].香料香精化妝品,2008,(1):7-11.

[14]Kim S I,Park C,Ohh M H,et al.Contact and fumigant activities of aromatic plant extracts and essential oils againstLasiodema serricorne(Coleoptera:Anobiidae)[J].Journal of Stored Products Research,2003,39(1):11-19.

[15]楊長龍,江世宏,徐漢虹.植物源驅避劑研究進展[J].植物保護,2006,32(6):4-9.

Screening of plant-derived repellents against tobacco beetle,Lasioderma serricorne(Fabricius)

LI Weizheng,FAN Yinyin,AN Jingjing,WANG Qiong,GUO Xianru,LUO Meihao,YUAN Guohui
College of Plant Protection,Henan Agricultural University,Zhengzhou 450002,China

Twelve aroma plant species were chosen to screen effective plant repellent to tobacco beetle,Lasioderma serricorne.Repellent activity of cinnamaldehyde was compared against its two structural analogs(methyl cinnamate and ethyl cinnamate),and repellent effect of cinnamaldehyde formulated in agaro-pectin was also determined.Results in Y-typed olfactometer showed that the Cinnamomun cassia bark powder and Syringa oblata bud powder had extremely significant repellent effect,and repellent activity of three tested compounds was expressed in a declining order of cinnamaldehyde,methyl cinnamate and ethyl cinnamate.Results in basin-shaped olfactometer showed that repellent index of cinnamaldehyde formulated in agaro-pectin almost reached 100% againstLasioderma serricorneduring a four-day test period.Thus cinnamaldehyde as component of tobacco flavor could be used to make agaro-pectin repellent againstLasioderma serricornein tobacco warehouse.

Lasioderma serricorne; cinnamaldehyde; repellent; agaro-pectin

10.3969/j.issn.1004-5708.2014.05.015

Q968.1；S433.5；S572 文獻標志碼：A 文章編號：1004-5708（2014）05-0093-05

國家公益性行業（農業）專項資助項目（201203036）；河南省煙草公司科技項目（HYKJ2011M04）

李為爭（1978—），副教授，博士，主要從事昆蟲化學生態學研究，Email：wei-zhengli@163.com

原國輝（1959—），教授，博士生導師，Email：hnndygh@126.com

2013-07-21