7種植物精油對黑腹果蠅驅避/引誘活性及其化學成分分析

楊雪 王照國 余帥 趙江林 潘衛東 李

摘要 ：黑腹果蠅Drosophila melanogaster Meigen為害多種水果，化學農藥對其防控效果較差，從具有特殊氣味的植物中尋找可有效驅避或引誘黑腹果蠅的化合物是防控黑腹果蠅的有效方法之一。本試驗采用水蒸氣蒸餾法提取了青蒿Artemisia caruifolia、花椒Zanthoxylum bungeanum、番茄Lycopersicon esculentum、蒲公英Taraxacum mongolicum、艾蒿Artemisia argyi、蕺菜Houttuynia cordata、萬壽菊Tagetes erecta 等7種植物的精油，并測定了這些精油對黑腹果蠅的驅避及引誘活性。結果表明：青蒿精油的驅避活性最好，濃度為500 mg/L時驅避率為88.58%;其次為花椒和艾蒿精油，濃度為500 mg/L時驅避率分別為73.33%和68.58%。高濃度（500 mg/L）的番茄精油表現為驅避作用，隨著濃度降低（20～100 mg/L）則表現出一定的引誘作用。氣相色譜質譜聯用（GC-MS）對各精油的化學成分分析結果表明：青蒿精油和艾蒿精油中以烷烴類化合物和醇類化合物為主要組分，石竹烯氧化物和萘嵌戊烷分別是兩種精油中含量最高的化合物;花椒精油和萬壽菊精油中主要組分為萜類化合物，芳樟醇-L和胡椒酮分別是兩種精油中含量最高的化合物;番茄精油中主要化合物種類是萜類和醇類化合物，薄荷腦是其中含量最高的化合物;蒲公英精油中以酚類化合物為主，其中丁子香酚含量最高;蕺菜精油中以萜類和烷酮類化合物為主，其中2-十一烷酮是含量最高的化合物。對其中含量較多的化合物進行活性測定，發現苯乙醇對黑腹果蠅的驅避活性最好，濃度為1 000 mg/L時，驅避率為89.87%;丁子香酚、α-萜品醇、萘嵌戊烷在低濃度時表現為引誘活性，濃度為62.5 mg/L時，驅避率分別為-71.11%、-46.30%、-27.30%。

關鍵詞 ：植物精油; 黑腹果蠅; 趨避活性; 化學成分

中圖分類號：

S 436.639， S 482.38

文獻標識碼： A

DOI： 10.16688/j.zwbh.2020517

Bioactivity of seven plant essential oils against Drosophila melanogaster and analysis of their chemical constituents

YANG Xue1，2，3， WANG Zhaoguo1，2，3，YU Shuai1，2，3， ZHAO Jianglin2，3，4， PAN Weidong1，2，3， LI Yan1，2，3*

（1.College of Pharmacy， Guizhou Medical University， Guiyang 550025， China; 2.State Key Laboratory of Functions and

Applications of Medicinal Plants， Guizhou Medical University， Guiyang 550014， China; 3.The Key Laboratory of Chemistry

for Natural Products of Guizhou Province and Chinese Academy of Sciences，Guizhou Provincial Engineering Research Center for

Natural Drugs， Guiyang 550014， China; 4.School of Pharmacy， Bijie Medical College， Bijie 551700， China）

Abstract

As a fruit pest， Drosophila melanogaster Meigen damages a variety of fruits.Chemical pesticides are less effective on this insect pest.Botanical repellents and attractants from plants with special odors are considered as effective sources for controlling D.melanogaster.In this study， the essential oils of seven kinds of plants， including Artemisia caruifolia， Zanthoxylum bungeanum， Lycopersicon esculentum， Taraxacum mongolicum， Artemisia argyi， Houttuynia cordata and Tagetes erecta， were extracted by steam distillation.Their repellent and attractive activities were detected against D.melanogaster.The results showed that the essential oil from A.caruifolia exhibited the highest repellent activity， with a repellent rate of 88.58% at concentration of 500 mg/L， followed by the essential oils of Z.bungeanum and A.argyi， with a repellent rate of 73.33% and 68.58%， respectively.A high concentration of the essential oil of L.esculentum （500 mg/L） showed a repellent activity， but it showed attractive activity at low concentration （20-100 mg/L）.The chemical constituents of these essential oils were analyzed by gas chromatography-mass spectrometry （GC-MS）.The results showed that alkanes and alcohols were the main components in A.caruifolia and A.argyi essential oils， and the content of caryophyllene oxide and naphthalene pentane were the highest in two essential oils， respectively.Terpenoids were the main components in Z.bungeanum and T.erecta essential oils， and the content of linalool-L and piperitone were the highest in two essential oils， respectively.Terpenoids and alcohols were the main components in L.esculentum essential oils， and the content of menthol was the highest content.Phenolic compounds were the main compounds in T.mongolicum essential oil， and the content of eugenol was the highest.Terpenoids and alkanones were the main compounds in H.cordata essential oil， and the content of 2-undecanone was the highest.The activities of the compounds with higher contents were determined.The results showed that the repellent activity of phenethyl alcohol was the best against D.melanogaster， with a repellent rate of 89.87% at concentration of 1 000 mg/L.The eugenol，α-terpineol and acenaphthene showed attractive activities， with a repellent rate of -71.11%，-46.30%， and -27.30% at concentration of 62.5 mg/L， respectively.

Key words

essential oils; Drosophila melanogaster; behavioral effect; chemical constituents

黑腹果蠅 Drosophila melanogaster Meigen，屬雙翅目Diptera果蠅科Drosophila，是重要的水果害蟲。其寄主植物廣泛，已知寄主涉及18科60多種水果，包括香蕉、獼猴桃、柿、無花果、草莓、櫻桃、李、油桃、西洋梨、黑莓、樹莓、藍莓、葡萄等[13]。黑腹果蠅通常將卵產于果實中，卵孵化后幼蟲在果實內蛀食，造成果實表面凹凸不平，繼而軟化、腐爛、脫落，導致品質變差，嚴重影響果實的鮮銷、貯藏及加工[4]。黑腹果蠅蟲體小，繁殖力強，世代重疊，生活周期短，傳播速度快，其帶來的危害幾乎是毀滅性的。目前，主要使用化學農藥防控黑腹果蠅，但因其是以幼蟲鉆蛀到果實內部為害，化學農藥很難接觸到靶標，防控效果較差，且黑腹果蠅主要為害水果，水果為經濟類作物，對農藥殘留要求較嚴格，而化學農藥的使用嚴重影響了水果的經濟價值。另外，長期使用化學殺蟲劑會使黑腹果蠅產生抗藥性，導致藥劑的使用劑量加大，對環境和人畜健康產生不良影響[5]。故尋找到高效、安全、無毒、無殘留的黑腹果蠅防控方法是目前水果生產中亟待解決的問題。

植物精油又稱揮發油，是一類存在于芳香植物體中的次生代謝產物，分子量較小[6]，易揮發，不易溶于水，是具有香味的油狀液體[7]。精油的主要化學成分為萜類化合物、芳香族化合物、脂肪族化合物和含氮含硫化合物[8]，具有抑菌、殺菌、抗癌、抑制腫瘤生長、抗氧化等作用[9]。植物精油來源廣，作用機制獨特，不產生抗藥性，安全，易降解，不污染環境，對非靶標生物安全，在防治衛生害蟲、儲糧害蟲及農作物害蟲方面效果顯著[10]。精油中的殺蟲活性物質作用方式多樣，包括觸殺、熏蒸、胃毒、驅避、拒食、抑制種群生長發育和繁殖等[1114]。李紅莉等[6]采用噴霧法和半葉法測定了11種植物精油對茶橙癭螨Acaphylla theae Watt的觸殺和驅避活性，發現多種植物精油對茶橙癭螨表現出了不同程度的觸殺作用，且所試精油對茶橙癭螨均具有一定的驅避作用。張正群等[15]研究發現迷迭香Rosmarinus officinalis和天竺葵Pelargonium graveolens精油能顯著干擾茶尺蠖Ectropis obliqua雌蟲的產卵行為，茴香Foeniculum vulgare、羅勒Ocimum basilicum和藿香Agastache rugosa精油對茶尺蠖3齡幼蟲也表現出顯著的拒食活性。本試驗提取了7種具有強烈特殊氣味植物的精油，測試了這些精油對黑腹果蠅的生物活性，在此基礎上，采用氣相色譜質譜聯用儀（GC-MS）分析了7種植物精油的主要化學成分，選取了精油中含量較高的6種化合物為對象測試其對黑腹果蠅的生物活性。本試驗旨在篩選可有效防控黑腹果蠅的植物揮發性次生代謝產物，并探索其物質基礎，為開發高效、對非靶標生物安全的植物源驅避劑和引誘劑奠定基礎，為黑腹果蠅的田間防治提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 植物樣品

青蒿Artemisia caruifolia Buch.-Ham.ex Roxb.全株、艾蒿Artemisia argyi Lév.et Van.全株于8月份采自陜西延安。花椒Zanthoxylum bungeanum Maxim.果實、蕺菜Houttuynia cordata Thunb.根購于貴陽中壩農貿市場。番茄Lycopersicon esculentum Miller葉、萬壽菊Tagetes erecta L.全株于10月份采自貴陽周邊地區，蒲公英Taraxacum mongolicum Hand.-Mazz.全株于4月份采自貴陽周邊地區。

1.1.2 供試昆蟲

黑腹果蠅由貴州省中國科學院天然產物化學重點實驗室提供，飼養條件：溫度24～25℃，相對濕度70%～80%。飼養方法：取少量腐爛的香蕉放入一次性紙杯中，放在窗臺上，待香蕉上有較多果蠅幼蟲時將紙杯移入養蟲籠中;當果蠅羽化后用少量乙醚麻醉，挑選黑腹果蠅雌雄成蟲移入另一個養蟲籠中，以腐爛的香蕉為飼料飼養，3周更換1次飼料。挑選新羽化的黑腹果蠅用于生物活性測定。

1.2 儀器與試劑

1.2.1 儀器

日本島津QP2010型氣相色譜質譜聯用儀;氫火焰離子檢測器FID;HP-5石英毛細管柱（30 m×0.25 mm）;ZNHW 型電熱套（杭州明遠儀器有限公司）;DLSB-5/20型低溫冷卻液循環泵（鄭州長城科工貿有限公司）;EYELY N-1100型旋轉蒸發儀（上海愛朗儀器有限公司）;FA2204B萬分之一電子天平（上海精密科學儀器有限公司）。

1.2.2 試劑

無水乙醇、二氯甲烷、無水硫酸鈉、二甲基亞砜（DMSO）均為市售分析純，吐溫-80為市售化學純，純水為本實驗室制備。苯乙醇（純度為99%）、薄荷酮（純度為98%）、胡椒酮（純度為>95%）、丁子香酚（純度為99%）、α-萜品醇（純度為95%）、萘嵌戊烷（純度為95%）純品均從安耐吉化學試劑公司購買。

1.3 試驗方法

1.3.1 植物精油的提取

采用水蒸氣蒸餾法提取所選植物的精油[16]：將采集的7種植物樣品陰干，粉碎，過20目篩，稱量1 000 g，置于5 000 mL圓底燒瓶中，加水3 000～4 000 mL，浸泡12 h，連接好水蒸氣蒸餾裝置。用電熱套緩緩加熱圓底燒瓶至沸騰，并一直保持微沸狀態約5 h，直至無油狀物流出為止。用等體積的二氯甲烷萃取餾出液3次，合并二氯甲烷層，用無水硫酸鈉進行干燥，過濾去除無水硫酸鈉，然后用旋轉蒸發儀去除二氯甲烷得到揮發油，置于在棕色瓶中，密封，4℃保存備用。

1.3.2 驅避/引誘活性測試

將上述7種植物精油用丙酮配成500、100、20 mg/L的溶液。用丙酮將苯乙醇、薄荷腦、胡椒酮、丁子香酚、α-萜品醇、萘嵌戊烷配制成1 000、500、250、125、62.5 mg/L的溶液。采用籠罩法測試各溶液對黑腹果蠅的驅避/引誘活性[17]： 將100頭果蠅放入一個25 cm×25 cm×25 cm的紗籠中饑餓1 h。將2滴待測樣品滴加到1 cm×1 cm×1 cm的腐爛香蕉塊上，放入直徑7.5 cm的培養皿中，對照皿中只滴加等量丙酮。待溶劑揮發完后將處理皿和對照皿同時放入果蠅籠中，每樣品3個重復。放皿入籠后3 min記錄對照皿和處理皿中香蕉塊上的果蠅數，間隔1 h后重復測試，重復3次，按照以下公式計算驅避率。

驅避率=（對照皿果蠅平均數-處理皿果蠅平均數）/對照皿果蠅平均數×100%。

1.3.3 化學成分分析

利用氣質聯用儀對青蒿全株、花椒果實、番茄葉、蒲公英全株、艾蒿全株、蕺菜根、萬壽菊全株等7種植物精油的化學成分進行檢測。氣相色譜條件：色譜柱為彈性石英毛細管柱（ZB-5MSI，30 m×0.25 μm×250 μm）。用正己烷將植物精油配制成150 mg/mL溶液。程序升溫：青蒿精油和艾蒿精油從初始溫度46℃保持2 min，以升溫速度4℃/min升至206℃，再以8℃/min的速度升至310℃，以310℃保持62 min;花椒精油從初始溫度52℃保持2 min，以升溫速度5℃/min升至206℃，再以6℃/min的速度升至310℃，以310℃運行62 min;蕺菜精油和番茄精油從初始溫度35℃保持3 min，以升溫速度6℃/min升至206℃，再以8℃/min的速度升至310℃，以310℃運行62 min;蒲公英精油和萬壽菊精油從初始溫度48℃保持2 min，以升溫速度4℃/min升至206℃，再以5℃/min的速度升至310℃，以310℃運行62 min。柱參數：汽化室溫度250℃，接口溫度280℃，進樣量1 μL，載氣為99.999%的高純氦氣，柱前壓54.74 kPa，載氣流量1.0 mL/min，分流比20∶1，溶劑滯后時間4.0 min。

7種植物精油質譜條件：電子能量70 eV，離子源為EI源，EI源溫度230℃，發射電流34.6 μA，四極桿溫度150℃，倍增器電壓1 482 V，質量范圍29～500 amu。各峰經質譜計算機數據系統檢索，標準圖譜庫Nist 2005和Wiley 275確定各精油的化合物結構，用峰面積歸一化法確定各成分的相對含量。

1.4 數據分析

利用Excel進行數據處理，計算驅避率及SD。利用 SPSS 24.0軟件，采用單因素ANOVA法進行差異性分析。

2 結果和分析

2.1 7種植物精油對黑腹果蠅的生物活性

7種植物精油對果蠅驅避活性的測試結果見表1。青蒿精油驅避活性最好，濃度為500 mg/L時驅避率為88.58%;其次為花椒精油，當濃度為500 mg/L時，驅避率為73.33%;艾蒿和蒲公英精油的驅避活性也較好，當濃度為500 mg/L時，驅避率均大于60%。蕺菜精油驅避活性最弱，濃度為500 mg/L時，驅避率僅為39.78%。萬壽菊精油表現為引誘活性，但活性較弱，當濃度為20 mg/L時引誘活性最強，驅避率為-35.00%。番茄精油高濃度（500 mg/L）時表現為驅避活性，而低濃度（20～100 mg/L）時為引誘活性，但活性均較差。

2.2 7種植物精油提取率及主要化學成分

青蒿、艾蒿、花椒、番茄、蕺菜、蒲公英、萬壽菊精油的提取率分別為0.569%、0.416%、1.053%、0.378%、0.105%、0.214%、0.467%。GC-MS分析了7種植物精油的主要化學成分，由表2可知，青蒿揮發油中含量最高的為石竹烯氧化物（25.749%），其次為β-蛇床烯（8.308%）;艾蒿揮發油中含量最高的是萘嵌戊烷（30.367%），其次為匙葉桉油烯醇（12.041%）;番茄揮發油中薄荷腦和丁子香酚含量較高，分別為11.771%和11.692%，其次為長葉薄荷酮（8.219%）;花椒揮發油中芳樟醇-L含量最高，為26.071%，其次為萜烯醇和α-萜品醇，含量分別為15.830%和12.754%; 蒲公英精油中丁子香酚含量最高，為20.111%，其次為油酰胺，含量為14.550%。萬壽菊精油中含量最多的為胡椒酮，占到總含量的50.877%，其次為胡椒烯酮氧化物、新植二烯和胡椒烯酮，它們的含量分別為8.919%、4.270%、4.239%;蕺菜精油中2-十一烷酮含量最高，為37.505%，其次為4-萜品醇，含量為24.446%，二者占到總含量的50%以上。根據測試結果，參考市售的化合物種類，本試驗最終選取了苯乙醇、薄荷腦、胡椒酮、丁子香酚、α-萜品醇、萘嵌戊烷等6種化合物進行測試，進一步分析影響昆蟲行為的化合物。

2.3 6種化合物對黑腹果蠅的行為影響

表3為6個純品對黑腹果蠅驅避活性的測試結果。苯乙醇的驅避活性最好，當濃度為1 000 mg/L時，驅避率為89.87%，其余化合物的驅避活性均較差。丁子香酚、α-萜品醇、萘嵌戊烷均表現出“高抑低促”的現象，即高濃度表現為驅避作用，而低濃度則表現為引誘作用。1 000 mg/L的丁子香酚、α-萜品醇、萘嵌戊烷表現為驅避活性，驅避率分別為52.84%、25.57%、57.04%，62.5 mg/L時它們的驅避率分別為-71.11%、-46.30%、-27.30%。

3 討論

植物精油對果蠅的驅避和引誘作用的報道較多，陳哲等[18]報道，生姜精油、玫瑰純露、甜杏仁油、依蘭精油、雪松精油、百里香精油、茴香精油、羅勒精油對藍莓黑腹果蠅具有明顯的引誘作用;而葡萄柚精油驅避作用最強烈，驅避率為93.3%。李云壽等[19]研究黃花蒿精油的殺蟲活性，結果表明黃花蒿精油對米象Sitophilus oryzae、玉米象S.zeamais、綠豆象Callosobruchus chinensis 和蠶豆象Bruchus rufimanus 4種倉庫害蟲均具有熏殺活性，尤其對綠豆象的熏殺活性最高，LC 50為11.28 mg/L。路純明等[20]報道花椒精油對雜擬谷盜Tribolium confusum成蟲具有較強的毒殺活性。郭紅祥等[21]報道花椒精油對玉米象和赤擬谷盜T.castaneum具有較強的驅避和毒殺活性。李水清等[22]和王健等[23]報道艾蒿精油對菜青蟲Pierisrapae 5齡幼蟲具有觸殺作用，對家蠅具有強烈的忌避作用。王佳璐的研究表明，艾蒿精油對白紋伊蚊Aedes albopictus、赤擬谷盜和玉米象有熏蒸、觸殺、忌避作用，對白紋伊蚊有殺卵作用[24]。也有一些文獻表明萬壽菊精油具有抗病毒、抑菌及殺蟲活性[2528]。本試驗所選取的7種植物精油對黑腹果蠅行為影響的報道較少。測試結果顯示青蒿精油、花椒精油和艾蒿精油對黑腹果蠅具有顯著的驅避活性;萬壽菊精油表現出引誘作用，但活性較弱;高濃度的番茄葉精油對黑腹果蠅表現為驅避作用，低濃度的則表現為引誘作用。

為了進一步明晰植物精油中影響昆蟲行為的化合物，采用GC-MS分析了7種植物精油的化學成分，并測試了6個在植物精油中含量相對較高且可以購買到的化合物對黑腹果蠅行為的影響。由于未購買到青蒿精油中含量高的化合物，我們測試了含量相對高的萘嵌戊烷對黑腹果蠅的活性，發現其在1 000 mg/L時驅避率為57.04%，隨著濃度的降低，驅避活性也降低，當濃度為62.5 mg/L的時候，表現為引誘活性，驅避率為-27.3%。萘嵌戊烷在青蒿精油中的相對含量僅為2.306%，500 mg/L青蒿精油萘嵌戊烷的含量約為11.53 mg/L，而萘嵌戊烷的該濃度應為引誘活性，故推測萘嵌戊烷不是青蒿精油中的驅避活性物質?；ń肪椭蟹颊链?L含量最高，但由于沒買到純品，選擇相對含量為12.754%的α-萜品醇的純品進行驅避活性試驗，結果顯示其驅避活性較差，推測花椒精油中的主要活性物質應為芳樟醇-L。丁子香酚對黑腹果蠅有一定的引誘作用，其在番茄葉和蒲公英精油中的相對含量分別為11.692%和20.111%，而蒲公英精油表現為驅避活性，推測蒲公英精油中含有其他驅避活性較好的化合物。番茄葉精油在低濃度時表現為引誘作用，且弱于丁子香酚，可能是丁子香酚在番茄葉中的含量較低所致，該結果表明番茄葉精油中的主要活性化合物為丁子香酚。胡椒酮在艾蒿和萬壽菊精油中均有檢出，相對含量分別占為2.342%和50.877%，胡椒酮表現為驅避活性，艾蒿精油驅避活性較好，推測胡椒酮是艾蒿精油中驅避活性成分中的一種。然而，萬壽菊精油表現出引誘活性，且胡椒酮在萬壽菊精油中含量較高，推測萬壽菊精油中含有其他引誘活性較好的化合物。苯乙醇在萬壽菊和番茄精油中均有檢出，相對含量分別為0.842%和1.958%，含量均較低，苯乙醇的驅避活性較好，而萬壽菊和番茄精油的驅避活性均較弱，可能是苯乙醇含量較低，沒有發揮出驅避作用。本試驗的研究結果為開發植物精油作為害蟲驅避或引誘劑提供理論基礎，為研究出安全、與環境兼容性好、對非靶標生物安全的植物源性農藥奠定基礎。

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（責任編輯：田 喆）