枯茗醛、孜然精油及其微膠囊對(duì)兩種儲(chǔ)糧害蟲(chóng)的熏蒸效果比較

劉文妮,燕 璐,沈科萍,李海杰,畢 陽(yáng),張 忠

(甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院,甘肅蘭州 730070)

枯茗醛、孜然精油及其微膠囊對(duì)兩種儲(chǔ)糧害蟲(chóng)的熏蒸效果比較

劉文妮,燕 璐,沈科萍,李海杰,畢 陽(yáng)*,張 忠*

(甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院,甘肅蘭州 730070)

本研究評(píng)價(jià)了孜然精油主成分枯茗醛、孜然精油及其微膠囊對(duì)玉米象(Sitophiluszeamais)和雜擬谷盜(Triboliumconfusum)兩種儲(chǔ)糧害蟲(chóng)的熏蒸效果。結(jié)果表明:孜然精油對(duì)玉米象和雜擬谷盜具有良好的熏蒸作用,20 μL/L濃度下熏蒸12 h可達(dá)到100%的控制效果;枯茗醛的熏蒸效果略遜于孜然精油,孜然精油微膠囊的熏蒸效果一般;雜擬谷盜對(duì)高濃度孜然精油的敏感性高于枯茗醛,而枯茗醛則對(duì)玉米象的作用效果明顯,且隨著濃度升高、作用時(shí)間延長(zhǎng),熏蒸效果越好。由此表明,孜然精油中的各種活性成分會(huì)通過(guò)協(xié)同作用達(dá)到良好的熏蒸效果。

孜然精油,枯茗醛,微膠囊,熏蒸,儲(chǔ)糧害蟲(chóng)

多種昆蟲(chóng)與糧食儲(chǔ)藏期間的損失有關(guān),其中玉米象(Sitophiluszeamais)和雜擬谷盜(Triboliumconfusum)對(duì)玉米和小麥的損害最為嚴(yán)重[1]。雖然采用化學(xué)殺蟲(chóng)劑可有效控制這兩種害蟲(chóng)在糧食貯藏期間的危害[2],但長(zhǎng)期和大量使用會(huì)引起藥物殘留、環(huán)境污染并使昆蟲(chóng)產(chǎn)生抗性。因此,開(kāi)發(fā)低毒、高效的新型殺蟲(chóng)劑便成為當(dāng)前糧食貯藏中亟待解決的問(wèn)題[3]。

多種植物精油具有抗蟲(chóng)活性[4-6]。野艾蒿精油可有效觸殺、熏蒸和驅(qū)避玉米象[7];日本扁柏精油對(duì)綠豆象和米象具有熏蒸和觸殺作用[8-9]。大蒜、丹參、何首烏和苦參精油分別對(duì)雌性或雄性象甲具有顯著的選擇性拒食活性[10]。八角茴香精油對(duì)長(zhǎng)角扁谷盜具有很強(qiáng)的觸殺作用[11]。α-蒎烯對(duì)赤擬谷盜具有較高的熏蒸活性[12]。其中,孜然精油對(duì)多種昆蟲(chóng)具有良好的熏蒸效果,這些昆蟲(chóng)包括埃及伊蚊[13]、面粉蛾[14]、米象[15]、長(zhǎng)角扁谷盜和古蠹[16]等。但尚未見(jiàn)孜然精油主成分枯茗醛和孜然精油微膠囊對(duì)玉米象和雜擬谷盜殺蟲(chóng)效果的報(bào)道。由于植物精油普遍具有易揮發(fā)、易氧化、化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定等特點(diǎn)[17],因此,采用微膠囊技術(shù)可有效克服植物精油在使用和貯存期間存在的問(wèn)題[18]。

本研究擬以枯茗醛、孜然精油及其微膠囊作為熏蒸劑,采用三角瓶密閉熏蒸法對(duì)玉米象和雜擬谷盜兩種儲(chǔ)糧害蟲(chóng)的熏蒸效果進(jìn)行比較,以期為枯茗醛、孜然精油及其微膠囊的防蟲(chóng)應(yīng)用提供方法和理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

孜然籽(品種:敦玉1號(hào)) 由敦煌種業(yè)股份有限公司提供;β-環(huán)糊精(β-CD)、麥芽糊精(MD)和殼聚糖均為食品級(jí);單甘酯(分析純);無(wú)水乙醇、石油醚(沸點(diǎn)30～60 ℃,分析純) 天津市光復(fù)科技發(fā)展有限公司;對(duì)異丙基苯甲醛(枯茗醛) 上海達(dá)瑞精細(xì)化學(xué)品有限公司;250 mL試劑瓶;雜擬谷盜、玉米象 華中農(nóng)業(yè)大學(xué)提供。

KQ-250B型超聲波清洗器 昆山市超聲儀器有限公司;DF-Ⅱ集熱式磁力加熱攪拌器 金壇市順華儀器有限公司;SHB-Ⅲ循環(huán)水式多用真空泵 鄭州長(zhǎng)城科工貿(mào)有限公司;珠江牌培養(yǎng)箱 韶關(guān)市泰宏醫(yī)療器械有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 孜然精油的提取方法 參照李大強(qiáng)[19]的方法,將植物原料粉碎,按物料比1∶10的比例加入到水蒸餾裝置中,稱(chēng)取粉碎的植物原料160 g加入1600 mL蒸餾水進(jìn)行蒸餾,蒸餾3 h后餾出液用冷凝水冷凝收集、靜置、分層后除去溶劑獲得精油,將收集的精油放在4 ℃的冰箱中備用。

1.2.2 孜然精油微膠囊的制備 采用劉文妮[20]的方法制備孜然精油微膠囊,備用。

1.2.3 供試?yán)ハx(chóng)的飼養(yǎng) 由華中農(nóng)業(yè)大學(xué)城市有害生物研究所提供的供試?yán)ハx(chóng)在本室的恒溫養(yǎng)蟲(chóng)室內(nèi)(溫度為(28±1)℃,RH 75%±5%)飼養(yǎng)。雜擬谷盜用麩皮∶面粉為7∶3比例做飼料,玉米象用完整的小麥作為飼料,飼料使用前均先置于烘箱(80 ℃)中消毒2 h,調(diào)整含水量至14%左右,分裝于廣口瓶?jī)?nèi),然后分別接入雜擬谷盜成蟲(chóng),置于養(yǎng)蟲(chóng)室內(nèi)飼養(yǎng)。7 d后篩去成蟲(chóng),繼續(xù)飼養(yǎng),待新一代成蟲(chóng)大量出現(xiàn)后5～10 d,用此成蟲(chóng)做試蟲(chóng)[21]。

1.2.4 枯茗醛、孜然精油及其微膠囊對(duì)雜擬谷盜雜熏蒸作用 參照Saeidi[22]的方法,先將雜擬谷盜成蟲(chóng)放入容量為250 mL的試劑瓶?jī)?nèi),每瓶接入20頭成蟲(chóng),再將5、10、15、20和25 μL/L等不同濃度的供試孜然精油或枯茗醛用微量進(jìn)樣器滴于10 cm×1 cm的濾紙條中部(對(duì)照組不加),將濾紙條粘在試劑瓶瓶口,將瓶蓋擰緊密封,每個(gè)處理設(shè)3次重復(fù);將含有與孜然精油相同濃度的孜然精油微膠囊200、300、400、500、600 mg/L放入瓶底(對(duì)照組不加),其它條件同上,再將試劑瓶移入與培養(yǎng)條件相同的培養(yǎng)箱中,分別于2、4、8、12、24、48 h后檢查試蟲(chóng)死亡情況,計(jì)算死亡率、校正死亡率。

1.2.5 枯茗醛、孜然精油及其微膠囊對(duì)玉米象的熏蒸作用 采用Wang[23]和王雪松[24]的方法,先將玉米象成蟲(chóng)放入容量為250 mL的試劑瓶?jī)?nèi),每瓶接入20頭成蟲(chóng),再將5、10、15、20、25 μL/L等不同濃度的供試孜然精油或枯茗醛用微量進(jìn)樣器滴于10 cm×1 cm的濾紙條中部(對(duì)照組不加),將濾紙條粘在試劑瓶瓶口,將瓶蓋擰緊密封,每個(gè)處理設(shè)3次重復(fù);將孜然精油微膠囊20、50、100、150、200 mg/L放入瓶底(對(duì)照組不加),其它條件同上,再將試劑瓶移入與培養(yǎng)條件相同的培養(yǎng)箱中,分別于2、4、8、12、24、48 h后檢查試蟲(chóng)死亡情況,計(jì)算死亡率、校正死亡率。

1.2.6 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì) 采用Microsoft Excel 2003對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和處理,計(jì)算死亡率、校正死亡率和標(biāo)準(zhǔn)偏差(±SE)。

死亡率(%)=試蟲(chóng)死亡率/試蟲(chóng)總數(shù)×100

校正死亡率(%)=(處理組死亡率-對(duì)照組死亡率)/(1-對(duì)照組死亡率)×100

2 結(jié)果與分析

2.1 枯茗醛、孜然精油及其微膠囊對(duì)雜擬谷盜的熏蒸作用

圖1 枯茗醛(A)、孜然精油(B)及其微膠囊(C)對(duì)雜擬谷盜的熏蒸效果Fig.1 Fumigation action of cuminaldehyde(A),cumin essential oil(B)and its microcapsules(C)on T. confusum注:圖中豎線表示標(biāo)準(zhǔn)誤(±SE)，圖2同。

將孜然精油、枯茗醛和孜然精油微膠囊分別對(duì)雜擬谷盜進(jìn)行熏蒸實(shí)驗(yàn),結(jié)果(圖1)可以看出,三種熏蒸劑對(duì)雜擬谷盜具有相同的影響趨勢(shì),即熏蒸劑濃度越大,熏蒸時(shí)間越長(zhǎng),試蟲(chóng)的校正死亡率越高,熏蒸效果越好。其中孜然精油的熏蒸效果最好,15 μL/L熏蒸8 h對(duì)雜擬谷盜的校正死亡率高達(dá)91.67%,24 h時(shí)基本完全控制;枯茗醛的熏蒸效果其次,25 μL/L熏蒸24 h校正死亡率可達(dá)86.67%;孜然精油微膠囊的熏蒸效果最差,800 mg/L微膠囊熏蒸48 h校正死亡率僅有68.33%。由于微膠囊是一個(gè)緩釋體系,空間中的熏蒸成分濃度和數(shù)量均低于孜然精油,可通過(guò)增大熏蒸劑的濃度和延長(zhǎng)熏蒸時(shí)間改善熏蒸效果。當(dāng)孜然精油的濃度為20 μL/L時(shí),熏蒸2 h時(shí)為0.00%,4 h為93.33%,8 h為98.33%,12、24、48 h為100.00%,熏蒸時(shí)間越久,熏蒸效果越明顯,此濃度下熏蒸12 h就可達(dá)到全部控制的效果。單體成分對(duì)雜擬谷盜的熏蒸效果弱于精油,提高微膠囊的濃度可以達(dá)到控制雜擬谷盜的作用,進(jìn)而為控制儲(chǔ)糧害蟲(chóng)提供一定的理論基礎(chǔ)。

2.2 枯茗醛、孜然精油及其微膠囊對(duì)玉米象的熏蒸作用

熏蒸劑的類(lèi)型不同,對(duì)玉米象的熏蒸效果也不相同(圖2)。相同培養(yǎng)條件下,總體的熏蒸效果為孜然精油>枯茗醛>孜然精油微膠囊,且隨著濃度的增大,熏蒸時(shí)間的延長(zhǎng),各種熏蒸劑的熏蒸效果差異顯著,熏蒸作用越明顯。15 μL/L孜然精油熏蒸24 h可完全致死玉米象;枯茗醛25 μL/L熏蒸24 h的校正死亡率也高達(dá)98.33%,但不及孜然精油;孜然精油微膠囊200 mg/L熏蒸48 h的校正死亡率為90.00%。分析數(shù)據(jù)可知,枯茗醛對(duì)玉米象的熏蒸效果低于孜然精油,而微膠囊的熏蒸效果弱于枯茗醛,但可以達(dá)到控制釋放的效果。相同濃度200 mg/L的孜然精油微膠囊對(duì)玉米象熏蒸不同時(shí)間后的校正死亡率分別是2 h為53.33%,4 h為61.67%,8 h為73.33%,12 h為78.33%,24 h為81.67%,48 h為90.00%,熏蒸時(shí)間越長(zhǎng),校正死亡率越高,熏蒸效果越好,且可通過(guò)增大熏蒸劑濃度和調(diào)整熏蒸時(shí)間來(lái)控制儲(chǔ)糧害蟲(chóng)。對(duì)孜然精油進(jìn)行微膠囊化可以延長(zhǎng)貯存期,達(dá)到控制釋放速度和釋放量的結(jié)果。

圖2 枯茗醛(A)、孜然精油(B)及其微膠囊(C)對(duì)玉米象的熏蒸效果Fig.2 Fumigation action of cuminaldehyde(A),cumin essential oil(B)and its microcapsules(C)on S. zeamai

2.3 枯茗醛、孜然精油及其微膠囊對(duì)雜擬谷盜和玉米象的熏蒸效果比較

20 μL/L的孜然精油或枯茗醛,熏蒸2 h時(shí)玉米象的校正死亡率顯著高于雜擬谷盜,但隨著熏蒸時(shí)間的延長(zhǎng),雜擬谷盜的校正死亡率與玉米象相當(dāng)。200 mg/L的孜然精油微膠囊對(duì)于玉米象的熏蒸效果顯著高于雜擬谷盜,由此表明,雜擬谷盜對(duì)高濃度孜然精油的敏感性高于枯茗醛,而玉米象在枯茗醛的作用下熏蒸效果顯著?？傮w來(lái)看,孜然精油對(duì)雜擬谷盜的熏蒸效果要優(yōu)于玉米象(2 h除外),而枯茗醛和孜然精油微膠囊等易揮發(fā)單體物質(zhì)對(duì)玉米象的熏蒸效果要好于雜擬谷盜。

3 討論

本實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,孜然精油、枯茗醛和孜然精油微膠囊對(duì)雜擬谷盜和玉米象均具有良好的熏蒸作用,其中孜然精油的效果最好,枯茗醛其次,孜然精油微膠囊最差。孜然精油中枯茗醛、α-蒎烯等組成成分的協(xié)同作用使其表現(xiàn)出較好的熏蒸效果[15]。黃花蒿精油和野艾蒿精油對(duì)玉米象成蟲(chóng)在50 μL/L濃度下熏蒸48 h時(shí)兩種精油熏蒸效果出現(xiàn)顯著性差異,在100、116.7 μL/L的濃度下校正死亡率均達(dá)到80%以上[24],而孜然精油在10 μL/L濃度時(shí)高達(dá)85%,說(shuō)明孜然精油具有良好的防蟲(chóng)效果。扁柏葉精油對(duì)玉米象成蟲(chóng)表現(xiàn)出強(qiáng)烈的觸殺和熏蒸毒殺活性[25],魁蒿和樟樹(shù)精油均可驅(qū)避和毒殺米象及蠶豆象[26],蘭香草精油對(duì)玉米象的半數(shù)致死濃度LC50為10.05 mg/L[27]。艾蒿、迭迭香和長(zhǎng)葉薄荷精油對(duì)雜擬谷盜具有熏蒸效果,低濃度時(shí)長(zhǎng)葉薄荷精油的熏蒸活性顯著地高于艾蒿和迭迭香精油[22]?？蒈?duì)兩種儲(chǔ)糧害蟲(chóng)的熏蒸作用僅次于孜然精油。實(shí)驗(yàn)中用濃度為10 μL/L的孜然精油對(duì)雜擬谷盜和玉米象進(jìn)行熏蒸處理48 h后,校正死亡率分別是98.33%和86.67%,而用枯茗醛處理時(shí)為50.00%和61.67%,由此可知孜然精油及枯茗醛對(duì)兩種儲(chǔ)糧害蟲(chóng)均具有較好的熏蒸作用,且低濃度的孜然精油對(duì)雜擬谷盜的敏感性較高,而枯茗醛對(duì)玉米象的作用效果明顯。10 μL/L的α-蒎烯對(duì)雜擬谷盜熏蒸48 h時(shí)的校正死亡率大于90%[18],枯茗醛濃度為25 μL/L時(shí)達(dá)到相同熏蒸效果,6 μL/L的α-蒎烯對(duì)米象熏蒸72 h時(shí)的校正死亡率為71.72%[28],可見(jiàn)不同化合物對(duì)同一昆蟲(chóng)的熏蒸作用存在差異。本研究發(fā)現(xiàn)800 mg/L孜然精油微膠囊對(duì)雜擬谷盜熏蒸48 h時(shí)校正死亡率為68.33%,5 μL/L的孜然精油校正死亡率為88.33%,這是因?yàn)槲⒛z囊是一個(gè)緩釋體系[21],通過(guò)緩慢釋放活性成分達(dá)到防蟲(chóng)效果,但相同條件下空間中的熏蒸劑濃度和數(shù)量均低于孜然精油,因此,熏蒸效果不及孜然精油。香茅精油對(duì)儲(chǔ)糧害蟲(chóng)具有不同的生物活性,熏蒸處理3 d后,香茅精油的丙酮稀釋液對(duì)玉米象和赤擬谷盜的校正死亡率為94.46%和87.32%[29],臭椿樹(shù)皮精油對(duì)玉米象和雜擬谷盜成蟲(chóng)熏蒸處理4 d后,成蟲(chóng)的校正死亡率分別為83.2%和96.8%[30]。艾葉精油微膠囊對(duì)玉米象和雜擬谷盜兩種儲(chǔ)糧害蟲(chóng)均有很強(qiáng)的殺蟲(chóng)效果,處理72 h后LD50濃度的防蟲(chóng)劑對(duì)玉米象和雜擬谷盜的致死率分別為80%、76.7%[3],說(shuō)明不同儲(chǔ)糧害蟲(chóng)的抗性存在差異,這與本實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。

孜然精油中枯茗醛[31]、p-傘花烴[32]、α-蒎烯[33]等主要成分對(duì)昆蟲(chóng)會(huì)產(chǎn)生神經(jīng)毒性,影響其活動(dòng)行為,達(dá)到防蟲(chóng)目的。為了較全面地研究孜然精油對(duì)儲(chǔ)糧害蟲(chóng)的防治作用,可從精油的種類(lèi)[34-35]、劑型、昆蟲(chóng)的物種[36]、作用方式[37]等方面全面地對(duì)其酶系、作用機(jī)理和防蟲(chóng)效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。本實(shí)驗(yàn)首次以枯茗醛、孜然精油及其微膠囊作為熏蒸劑較系統(tǒng)地研究了對(duì)雜擬谷盜和玉米象兩種儲(chǔ)糧害蟲(chóng)的熏蒸效果,研制精油微膠囊作為糧食防蟲(chóng)劑在糧食儲(chǔ)藏中防治玉米象、雜擬谷盜等儲(chǔ)糧害蟲(chóng)是可行的,這也將會(huì)對(duì)開(kāi)發(fā)綠色、安全、高效的植物保護(hù)劑和殺蟲(chóng)劑等綠色儲(chǔ)糧工程提供一定的依據(jù)。

4 結(jié)論

孜然精油對(duì)玉米象和雜擬谷盜具有良好的熏蒸作用,20 μL/L濃度下熏蒸12 h可達(dá)到100%的控制效果;枯茗醛的熏蒸作用比精油的較弱,12 h后25 μL/L的濃度對(duì)兩種儲(chǔ)糧害蟲(chóng)的校正死亡率均高于80%;孜然精油微膠囊的濃度越高、作用時(shí)間越長(zhǎng),微膠囊對(duì)兩種儲(chǔ)糧害蟲(chóng)的熏蒸效果越好,200 mg/L的微膠囊處理48 h后對(duì)玉米象和雜擬谷盜的校正死亡率分別是90.00%和28.33%,說(shuō)明孜然精油微膠囊對(duì)玉米象成蟲(chóng)較雜擬谷盜敏感,說(shuō)明不同次級(jí)代謝產(chǎn)物之間存在協(xié)同作用,對(duì)兩種儲(chǔ)糧害蟲(chóng)熏蒸效果的總體趨勢(shì)為孜然精油>枯茗醛>微膠囊,可采用升高濃度和延長(zhǎng)熏蒸時(shí)間的方式達(dá)到有效防蟲(chóng)的目的。

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Comparison of fumigation effect of cuminaldehyde,cumin essential oil with its microcapsules on two stored-products insects

LIU Wen-ni,YAN Lu,SHEN Ke-ping,LI Hai-jie,BI Yang*,ZHANG Zhong*

(College of Food Science and Engineering,Gansu Agricultural University,Lanzhou 730070,China)

The fumigation activity was determined againstSitophiluszeamaisandTriboliumconfusumwith cuminaldehyde,cumin essential oil and microcapsules. Results showed that cumin essential oil at 20 μL/L reached 100% corrected mortality after 12 h of fumigation. Cuminaldehyde had less effective than cumin essential oil. Microcapsules of cumin essential oil inhibited insect activity,however,less effective than cuminaldehyde.T.confusumshowed more sensitivity to cumin essential oil at higher concentration,cuminaldehyde inhibited activity ofS.zeamaisobviously. The better effect of fumigation were gained along with the increase of concentration and fumigation time. It was suggested that active ingredients of cumin essential oil showed good fumigation effect against two insects through synergistic function.

cumin essential oil;cuminaldehyde;microcapsule;fumigation;stored-products insects

2014-05-19

劉文妮(1989-)，女，碩士研究生，研究方向：天然活性物質(zhì)，E-mail:15095403087@163.com。

*通訊作者:畢陽(yáng)(1962-)，男，博士，教授，研究方向：采后生物學(xué)與技術(shù)，E-mail:biyang@gsau.edu.cn。 張忠(1977-)，男，博士，副教授，研究方向：天然活性物質(zhì)，E-mail:zhangzhong@gsau.edu.cn。

國(guó)家自然科學(xué)基金(31360416)；甘肅省自然科學(xué)基金(1308RJZA162)；甘肅省中藥材產(chǎn)業(yè)科技攻關(guān)項(xiàng)目(GYC2014-07)。

TS202.1

A

1002-0306(2015)15-0330-05

10.13386/j.issn1002-0306.2015.15.061