甘菊揮發油化學組成及其對煙草甲與赤擬谷盜的殺蟲活性

李媛 劉巧林 陳嘵宇

摘要 本試驗研究了甘菊揮發油的化學組成及其對煙草甲和赤擬谷盜兩種常見倉儲害蟲成蟲的熏蒸、觸殺和驅避作用。采用水蒸氣蒸餾法提取揮發油，GC/MS法分析揮發油的成分及其相對含量。結果表明，從甘菊揮發油中鑒定出了31種化合物，主要組分為樟腦（29.99%）、桉葉油醇（16.87%）、β-水芹烯（4.63%）、順馬鞭草烯醇（4.41%）和順-β-松油醇（4.04%）;生物活性測試結果顯示，甘菊揮發油對煙草甲和赤擬谷盜具有一定的觸殺活性（LD50分別為24.09 μg/頭和49.95 μg/頭）和熏蒸活性（LC50分別為28.67 mg/L和14.40 mg/L）。同時，甘菊揮發油對赤擬谷盜表現出顯著的驅避活性，對煙草甲驅避效果不明顯。本試驗首次研究了我國菊科菊屬植物甘菊的揮發油的化學組成和殺蟲活性，結果提示該揮發油對煙草甲和赤擬谷盜具有一定殺蟲、驅避活性和防治潛力。

關鍵詞 甘菊; 揮發油; 煙草甲; 赤擬谷盜; 殺蟲活性; 驅避

中圖分類號： S 482.39 ?文獻標識碼： A ?DOI： 10.16688/j.zwbh.2018404

Abstract The chemical constituents and insecticidal activity of the essential oils from Dendranthema lavandulifolium against two most common pests of grain storage Tribolium castaneum and Lasioderma serricorne were investigated. The essential oil was extracted by steam distillation method and the compositions were analyzed by GC-MS. Thirty-two compounds were identified and the main components were camphor （29.99%）， eucalyptol （16.87%）， β-phellandrene （4.63%）， verbenol （4.41%） and β-terpineol （4.04%）. The results of biological activity tests showed that D. lavandulifolium essential oils exhibited both fumigation and contact toxicities against L.serricorne （LC50=28.67 mg/L and LD50=24.09 μg/adult） and T.castaneum （LC50=14.40 mg/L and LD50=49.95 μg/adult）. Besides， the essential oils showed strong repellent activity against T.castaneum and no obvious repellent effect against L.serricorne. This was the first report of the chemical composition and insecticidal activity of the essential oils from the domestic D. lavandulifolium plant of the genus Dendranthema. The results indicated that the essential oil of D. lavandulifolium had the potential to be developed as a natural insecticide or repellent for the control of T.castaneum and L.serricorne.

Key words Dendranthema lavandulifolium; essential oil; Lasioderma serricorne; Tribolium castaneum; insecticidal activity; repellent

煙草甲Lasioderma serricorne屬鞘翅目竊蠹科昆蟲，是一種世界性的儲藏物害蟲，食性復雜。在糧食儲藏中為害谷物、豆類、油料等，在煙葉儲藏中為害煙葉、香煙和雪茄等煙草制品[1]。赤擬谷盜Tribolium castaneum屬鞘翅目擬步甲科昆蟲，同樣為遍及全球的一種主要糧儲害蟲，可為害玉米、小麥、稻、高粱、油料、干果、豆類、中藥材等，主要為害面粉。其壽命和為害期長，適應性廣，繁殖迅速，成蟲身上的臭腺分泌物使面粉結塊并變色變味，不能食用，造成的損失極為嚴重[2]。

對煙草甲和赤擬谷盜等倉儲害蟲的防治有化學、物理及生物防治等方法[3]，目前仍以化學合成殺蟲劑防治為主，如磷化鋁熏蒸最為普遍[4]。化學農藥具有較好的殺蟲和驅蟲活性，但某些農藥品種對包括人類在內的哺乳動物也具干擾內分泌、三致效應（致癌、致畸和致突變作用）甚至致死等毒性作用[5]。植物源農藥具有環境友好、作用方式特異、對非靶標生物安全、不易產生抗藥性、能促進作物生長并提高抗病性等特點。且種類多、開發途徑多，故尋找防治倉儲害蟲的植物源農藥具有重要意義[6-7]。

甘菊Dendranthema lavandulifolium為菊科菊屬植物，又名巖香菊，多年生草本植物。產于吉林、遼寧、河北、山東、山西、陜西、甘肅、青海等地，我國野生資源豐富，可入藥[8]。目前對于甘菊提取物的研究與開發主要限于抗氧化、抗炎等方面，也初步發現其具有一定的抑菌活性，尚未見關于甘菊揮發油組分及其對煙草甲和赤擬谷盜殺蟲活性的文獻報道。本研究以甘肅產甘菊為材料，赤擬谷盜和煙草甲為試蟲，研究甘菊揮發油的化學組分并評價其對兩種常見倉儲害蟲的殺蟲及驅避活性。

1 材料和方法

1.1 植物材料的采集與揮發油的提取

植物材料于2017年10月采集于甘肅省榆中縣興隆山，海拔1 950 m。由西北師范大學晏民生副教授鑒定為菊科菊屬植物甘菊Dendranthema lavandulifolium。稱取1 000 g陰干的甘菊地上部分粉碎，采用水蒸氣蒸餾法提取揮發油。蒸餾6 h后收集揮發油，用無水硫酸鈉干燥，得到甘菊揮發油。將提取得到的揮發油放至玻璃瓶中密封置于4℃冰箱保存備用。

1.2 供試昆蟲的培養

將煙草甲和赤擬谷盜飼養在容積為0.5 L的玻璃瓶中，瓶內裝有以10∶1質量比混合的小麥粉與酵母粉。飼養溫度（29±1）℃，相對濕度為70%～80%。供試昆蟲均為羽化1～2周活性較強的成蟲（將成蟲裝入小瓶中倒置，能快速爬動即為活性較強）。

1.3 甘菊揮發油的GC-MS分析

采用Agilent 7890B氣相色譜和Agilent 5977A質譜儀分析甘菊揮發油化學組分。色譜柱為石英毛細管柱HP-5MS （30 m×0.25 mm×0.25 μm）。氣相色譜升溫程序為：初始溫度60℃，保持2 min，以10℃/min升至180℃，保持1 min，再以20℃/min升至260℃，保持15 min。氣相色譜控制參數為：汽化室溫度250℃，載氣為高純氦氣，進樣量1 μL，流速1.0 mL/min，分流比100∶1。質譜參數：電離方式為EI電離，電子能量700 eV，離子源溫度230℃，質量掃描范圍20～550 m/z。經計算機檢索NIST數據庫，比對各峰的MS碎片并結合有關文獻譜圖解析，鑒定甘菊揮發油中化合物種類。采用峰面積歸一化法，根據各化學成分的分子質量，計算出各化學成分在揮發油中的相對百分含量（質量分數）。

1.4 甘菊揮發油對煙草甲和赤擬谷盜的殺蟲和驅避活性測定1.4.1 熏蒸活性的測定

參照文獻[9]的方法分別測定甘菊揮發油對煙草甲和赤擬谷盜的熏蒸活性。將甘菊揮發油用正己烷連續稀釋制成系列濃度梯度的稀釋液備用。通過預試驗尋找合適的測試濃度范圍。將10頭供試昆蟲放入直徑2.5 cm，高5.5 cm的玻璃瓶中，分別吸取10 μL樣品的正己烷稀釋液滴在覆蓋于瓶蓋內直徑為20 mm的濾紙片上，另取正己烷為空白對照，磷化氫、甲基溴為陽性對照。揮發20 s后，迅速擰緊瓶蓋密封形成密閉空間（瓶口涂有聚四氟乙烯，防止試蟲接觸到含藥劑的濾紙）。每組處理重復5次，每次10頭。處理后置于溫度（29±1）℃，相對濕度為70%～80%的恒溫培養箱中培養24 h。24 h后分別檢查各組試蟲死亡/存活情況，計算其死亡率和校正死亡率。采用SPSS統計軟件分析計算致死中濃度LC50（mg/L）。

1.4.2 觸殺活性的測定

參照文獻[9]的方法分別測定甘菊揮發油對煙草甲和赤擬谷盜的觸殺活性。將甘菊揮發油用正己烷連續稀釋制成系列濃度梯度的稀釋液備用。通過預試驗尋找合適的測試濃度范圍。將羽化一周左右的成蟲從培養瓶中取出，分別吸取0.5 μL甘菊揮發油正己烷稀釋液滴于試蟲的前胸背板上（置于冰袋上操作），正己烷和除蟲菊酯作為陰性對照和陽性對照。每個處理重復5次，每次10頭。處理后放入直徑2.5 cm，高5.5 cm玻璃瓶中恒溫飼養24 h。24 h后分別檢查各組試蟲死亡/存活情況，計算其死亡率和校正死亡率。采用SPSS統計軟件分析計算致死中量LD50（μg/頭）。

1.4.3 驅避活性的測定

參照文獻[10]的方法分別測定甘菊揮發油對煙草甲和赤擬谷盜的驅避活性。將甘菊揮發油用正己烷連續稀釋制成系列濃度梯度的稀釋液備用。通過預試驗尋找合適的測試濃度范圍。將直徑9 cm的圓形濾紙對半裁開，取不同濃度的甘菊揮發油樣品500 μL浸涂于其中一半濾紙，相當于濾紙上完全吸收量為78.63、15.73、3.15、0.63、0.13 nL/cm2的5個濃度樣品，另一半以相同體積的正己烷浸涂作對照，待其自然揮發后將兩半濾紙對接粘起，平鋪于直徑9 cm的培養皿底。將20頭煙草甲和赤擬谷盜分別從培養皿中央投入，蓋上皿蓋，用深色布遮光，使試蟲自然分散，正己烷和避蚊胺分別作為陰性對照和陽性對照。每個濃度梯度重復5次，每次試蟲20頭。分別在接蟲2 h和4 h后檢查濾紙上試蟲分布情況，并用以下公式計算驅避率（PR）。

PR=[（Nc-Nt）/（Nc+Nt）]×100%;

其中，Nc為出現在陰性對照區域的試蟲數量，Nt為出現在試驗組區域的試蟲數量。

2 結果與分析

2.1 揮發油成分分析

甘菊揮發油的總離子流圖見圖1，其化學組分見表1。從甘菊揮發油中鑒定出31種化合物，占揮發油總量的98.95%。其主要成分為樟腦（29.99%）、桉葉油醇（16.87%）、β-水芹烯（4.63%）、順馬鞭草烯醇（4.41%）和順-β-松油醇（4.04%）。化合物類型以烯、醇和酯等為主。文獻報道[11-12]菊屬植物中的揮發油類成分主要是單萜烯類、倍半萜烯類及其含氧衍生物等，單萜類成分主要以桉葉素、樟腦、龍腦、芳樟醇等型化合物為主，本研究與上述文獻比較，揮發油中都含有樟腦和龍腦。除了相同的組分外，甘菊揮發油還含有很多不同的組分如芳樟醇、桉葉素等，推測與菊屬植物種類豐富有一定關系。

2.2 熏蒸活性

由表2可見，甘菊揮發油對煙草甲和赤擬谷盜都具有一定的熏蒸活性，LC50分別為28.67 mg/L和14.40 mg/L。

2.3 觸殺活性

由表3可見，甘菊揮發油對煙草甲和赤擬谷盜均有一定的觸殺活性， LD50分別為24.09 μg/頭和49.95 μg/頭。

2.4 驅避活性

試驗結果（圖2、圖3）表明，甘菊揮發油對煙草甲表現較弱的驅避活性。在最高測試濃度78.63 nL/cm2時，對煙草甲分別作用2 h和4 h后的PR值均在60%以下，明顯低于避蚊胺;在其他較低測試濃度下，揮發油對煙草甲的驅避活性更弱，與避蚊胺比較相差較遠。甘菊揮發油對赤擬谷盜表現出明顯的驅避作用。揮發油對赤擬谷盜作用2 h或4 h后，當揮發油濃度為78.63 nL/cm2時，其驅避率（percentage repellency， PR）值接近100%，與陽性對照避蚊胺對赤擬谷盜的驅避效果相同;在濃度為15.73 nL/cm2和3.15 nL/cm2時，揮發油同樣具有與避蚊胺相近的驅避活性;在最小測試濃度0.13 nL/cm2時，揮發油對赤擬谷盜的驅避活性弱于避蚊胺。綜上所述，甘菊揮發油對赤擬谷盜表現出顯著的驅避活性，而對煙草甲無明顯驅避活性。

3 結論

本試驗首次分析了甘菊揮發油的化學組成，并對其作用于煙草甲和赤擬谷盜兩種常見倉儲害蟲的殺蟲及驅避活性進行了初步研究。結果表明甘菊揮發油對煙草甲和赤擬谷盜成蟲具有一定的毒殺作用，其中對赤擬谷盜表現出顯著的驅避和熏蒸毒性，對煙草甲表現較強的觸殺毒性。究其原因，可能與揮發油有效成分作用于蟲體的組織器官及分子靶標不同，以及在蟲體中解毒代謝途徑的不同等原因有關。

目前已有較多關于植物揮發油對煙草甲和赤擬谷盜熏蒸和觸殺活性的報道，盡管與各自陽性對照藥劑磷化氫和甲基溴相比，本熏蒸結果中甘菊揮發油毒性較弱，但與其他一些文獻中報道的運用類似生物測定方法的揮發油相比，其對煙草甲和赤擬谷盜表現出較明顯的熏蒸活性。如，吳彥等[15]研究發現側柏葉揮發油對煙草甲熏蒸作用的LC50為145.40 mg/L，對赤擬谷盜熏蒸作用的LC50為39.25 mg/L，Yang等[16]研究發現山蒼子果實揮發油對煙草甲熏蒸作用的LC50為22.97 mg/L。可以看出，甘菊揮發油對煙草甲的熏蒸活性明顯強于側柏葉揮發油，接近山蒼子果實揮發油，對赤擬谷盜的熏蒸活性也強于側柏葉揮發油;在本觸殺試驗中，盡管與陽性對照除蟲菊酯相比，甘菊揮發油并未表現出更強的毒性，但與其他一些文獻中報道的運用類似生物測定方法的揮發油相比，其對煙草甲和赤擬谷盜表現出更明顯或相近的觸殺活性。如，吳彥等[15]研究發現側柏葉揮發油對煙草甲觸殺作用的LD50為50.45 μg/頭，對赤擬谷盜觸殺作用的LD50為48.59 μg/頭，鞠克升等[17]研究發現珠光香青揮發油對赤擬谷盜觸殺的LD50為41.25 μg/頭。表明甘菊揮發油對煙草甲的觸殺活性明顯強于側柏葉揮發油，對赤擬谷盜的觸殺活性與側柏葉揮發油和珠光香青揮發油相近。

植物源農藥是一種新型綠色環保的農藥，我國甘菊野生資源豐富，將甘菊揮發油及其活性成分開發為新型植物型殺蟲劑或驅避劑用于煙倉害蟲防治具有一定實際意義。目前，關于甘菊揮發油對煙倉害蟲的殺蟲和驅避活性均未見文獻報道，對其具有揮發作用的活性物質、對害蟲種群的抑制作用、毒殺機制等方面還有待進一步深入研究。從目前來看，植物源農藥具有廣闊的應用前景，在不久的將來，其研究和開發將會取得更大的進展。

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（責任編輯： 田 喆）