直莖蒿揮發油化學成分分析及其對倉儲害蟲的殺蟲活性研究

周 峰， 逯 靖， 王書紅， 侯志波， 安 越， 張 繼， 梁俊玉

(西北師范大學生命科學學院，蘭州 730070)

赤擬谷盜(Triboliumcastaneum)和煙草甲(Lasiodermaserricorne)是2種最普遍的倉儲害蟲，分布遍及世界各地。這2種倉儲害蟲食性廣，可為害谷物、油料、中藥材及動物性產品等。赤擬谷盜主要為害小麥粉，該蟲有臭腺分泌臭液，使小麥粉變色發臭不能食用，其分泌物還包含致癌物苯醌[1]。煙草甲危害茶葉、煙草、禾谷類、豆類、干棗、 油籽、動植物標本、皮革、藤竹制品等 ,尤其是煙草商品受害嚴重[2]。煙草甲及其幼蟲蛀食儲藏期的煙葉和茶葉，且導致霉變，也可蛀入糧粒等儲藏物內取食，造成嚴重的經濟損失，尤其煙草受害最為嚴重[3-6]。

化學合成殺蟲劑的過度使用使得害蟲耐受性增強、農藥殘留所引起的環境污染和人體健康隱患等問題凸顯[7]。植物源殺蟲劑具有資源豐富、作用機制多樣、低毒低殘留、環境友好等優點, 對高等動物及害蟲天敵較為安全[8,9]。植物揮發油是植物次級代謝產物，是目前研究較多的一類揮發性成分，具有高度選擇性，易于分解，對人畜安全性高等優點[10]。植物揮發油氣味芳香，害蟲不易產生抗藥性，在自然環境中也易于降解，將其應用于昆蟲生物防治具有廣闊的前景[11]。許多唇形科、菊科植物揮發油在倉儲害蟲、馬鈴薯莖線蟲等的防治方面已有重大研究進展[12-17]。

直莖蒿(Artemisiastricta)是菊科蒿屬植物，主要分布于青海、甘肅、新疆等地區，具有清熱利濕之功效，常用于肝炎、膽囊炎、氣管炎等的防治[18,19]。目前，有很多蒿屬植物已被證明具有良好的殺蟲活性，如黃花蒿揮發油對赤擬谷盜成蟲和幼蟲均具有良好的觸殺和趨避作用[20]，牛尾蒿揮發油對煙草甲具有一定的觸殺與熏蒸活性[21]，牛尾蒿、灰苞蒿、紅足蒿、白蓮蒿、華北米蒿5種蒿屬揮發油對煙草甲和嗜卷書虱均有一定的趨避活性[22]。但是目前對于直莖蒿殺蟲活性方面的研究鮮有報道。本項目研究了直莖蒿揮發油的化學成分及其對赤擬谷盜和煙草甲2種倉儲害蟲成蟲的觸殺、熏蒸活性，為植物揮發油防治害蟲進行基礎研究。

1 材料與方法

1.1 植物材料和揮發油提取

直莖蒿于2017年8月采于甘肅省天祝縣打柴溝鎮(海拔2 630 m，東經102°59′13″，北緯37°5′31″)。將直莖蒿的新鮮葉片風干后切碎，采用水蒸氣蒸餾法對500 g樣品進行揮發油提取，持續提取6 h。粗揮發油經無水硫酸鈉脫水處理后得到直莖蒿揮發油，密封于4 ℃冰箱中保存。

1.2 試蟲飼養

將煙草甲和赤擬谷盜均飼于質量比為10∶1的小麥粉和酵母粉混合飼料中，在溫度為(29±1) ℃，相對濕度為70%～80%的恒溫培養箱中進行培養。所用的昆蟲均為羽化后1～2周的成蟲。

1.3 揮發油的GC/MS分析

實驗采用6890N氣相色譜(FID檢測器)和5973N型質譜聯用儀器來對揮發油化學組分進行分析。色譜柱為HP-5MS型(30 m×0.25 mm×0.25 μm)，氣相色譜升溫程序為60 ℃開始持續2分鐘，后以10 ℃/min速度升到180 ℃并持續1 min，再以20 ℃/min速度升到280 ℃并持續15 min；進樣量為1 μL(用正己烷稀釋到1%)，載氣為氦氣；分流比1∶10；流速1.0 mL/min。與NIST數據庫對比鑒定揮發油的每種組分，其相對百分含量通過面積歸一法獲得[23，24]。

1.4 觸殺活性實驗

參照文獻[25，26]的方法測定直莖蒿揮發油對煙草甲和赤擬谷盜的觸殺活性。用移液槍移取0.5 μL樣品的正己烷稀釋液分別滴于2種試蟲的前胸背板上，對直莖蒿揮發油進行煙草甲和赤擬谷盜的觸殺活性的測定，后置入直徑2.5 cm，高5.5 cm的玻璃瓶中進行恒溫培養。以正己烷為空白對照，除蟲菊素為陽性對照，設5個濃度梯度，每個濃度重復5次，每次試蟲10頭。24 h后，觀察和記錄死亡情況，并計算死亡率與校正死亡率。采用SPSS 22.0 統計軟件分析計算半致死劑量LD50(μg/頭)。

1.5 熏蒸活性實驗

參照文獻[27]的方法測定揮發油對害蟲的熏蒸活性。挑10只試蟲放入直徑為2.5 cm，高為5.5 cm，容積為25 mL的玻璃瓶中。取10 μL的正己烷稀釋液滴在直徑為2.0 cm的濾紙片上。待溶劑揮發20 s后，將濾紙片迅速放入瓶蓋內部，再將瓶蓋旋緊在瓶子上，最后用封口膜將瓶口密封以形成封閉的空間。每個濃度的稀釋液進行5次平行實驗，每個實驗重復10頭試蟲。24 h后統計昆蟲的死亡數。采用 SPSS 22.0 軟件分析計算半致死濃度LC50(mg/L)。

2 結果與分析

2.1 直莖蒿揮發油的化學組分

植物材料采集于甘肅省天祝縣，樣品由西北師范大學梁俊玉副教授鑒定為直莖蒿Artemisiastricta，植物標本保存于西北師范大學生命科學學院。經分析，直莖蒿出油率為0.7%。直莖蒿揮發油中共鑒定出23種化合物，占全部成分的95.45%，主要成分為桉葉油醇(18.68%)、樟腦(18.30%)、側柏酮(6.51%)、蓽澄茄油烯(6.33%)，結果見表1。

目前，對于直莖蒿揮發油化學成分分析的報道較少，對其他蒿屬植物揮發油化學成分研究報道較多。程昉等[20]報道了采于甘肅省蘭州市的黃花蒿揮發油(采于8月)，其主要成分為蒿酮(13.2%)、β-芹子烯(12.3%)、樟腦(12.2%)、桉葉油醇(10.3%)；黃文瑜[28]對采自湖南衡山的青蒿揮發油進行分離提純得到42種化合物，鑒定出其中39種化合物，主要成分蒿酮、桉葉油醇、樟腦，相對含量分別為22.73%、10.51%、8.73%；胡世林等[29]對采自北京香山的白蓮蒿(花果期)的葉及嫩枝進行揮發油提取，分離鑒定其主要成分為桉葉油醇、樟腦、龍腦和蒿酮。黃花蒿、青蒿、白蓮蒿等蒿屬植物揮發油與本研究中直莖蒿揮發油主要成分中都含有桉葉油醇和樟腦，但含量存在差異。不同采集地點、采集時間、提取部位對直莖蒿揮發油化學成分的影響還有待進一步研究。

表1 直莖蒿揮發油化學組分及其相對含量

2.2 觸殺活性

直莖蒿揮發油對赤擬谷盜和煙草甲成蟲的觸殺活性結果見表2。結果表明，直莖蒿揮發油對赤擬谷盜和煙草甲成蟲均具有較強的觸殺活性，其LD50分別為33.65 μg/頭和46.90 μg/頭。雖然與陽性對照相比，直莖蒿揮發油殺蟲效果較弱，但是相比于其他有報道的揮發油，直莖蒿揮發油在對赤擬谷盜和煙草甲的觸殺方面更具優勢。例如側柏揮發油[10](LD50分別為50.45、48.59 μg/頭)，珠光香青揮發油[30](赤擬谷盜，LD50為41.25 μg/頭)，并且揮發油具有易降解、對人畜毒性低的特點, 且不污染環境和不破壞生態平衡[31]。因此，黃花蒿揮發油在赤擬谷盜和煙草甲的防治中具有一定的研究潛力。

表2 直莖蒿揮發油及主要成分對赤擬谷盜和煙草甲成蟲的觸殺活性

2.3 熏蒸活性

直莖蒿揮發油對赤擬谷盜和煙草甲成蟲熏蒸活性的相關數據見表3。結果顯示，直莖蒿揮發油對煙草甲成蟲的熏蒸效果明顯(LC50=38.65 mg/L)，對赤擬谷盜成蟲的熏蒸效果較弱(LC50=121.93mg/L)，其熏蒸活性弱于各自的陽性對照。直莖蒿揮發油對煙草甲的熏蒸活性不僅強于對赤擬谷盜的熏蒸活性，并且與側柏葉揮發油[10](LC50=145.40mg/L)、牛尾蒿揮發油[21](LC50=50.89 mg/L)以及川甘亞菊揮發油[33](LC50=41.05 mg/L)對煙草甲的熏蒸活性相比，也有很明顯作用效果。因此，直莖蒿揮發油在煙草甲的防治方面，具有一定的優勢。與觸殺活性相比，直莖蒿揮發油對兩種試蟲均有明顯的觸殺活性，而對兩種試蟲的熏蒸活性差異較大。推測觸殺方式在蟲體內作用途徑相似，作用靶標接近。而熏蒸給藥方式與觸殺差異較大，藥劑進入蟲體的方式不同，熏蒸作用主要通過呼吸系統進入蟲體，影響神經系統，而不同昆蟲的神經系統作用靶標存在差異，這可能是同一揮發油對兩種試蟲的熏蒸活性存在差異的原因[34]。

綜合發現直莖蒿揮發油對赤擬谷盜和煙草甲的觸殺活性比熏蒸活性更好，尤其是在赤擬谷盜的防治方面，觸殺活性明顯強于熏蒸活性。可能是與直莖蒿揮發油中發揮殺蟲活性的物質有關。結合前期研究發現，直莖蒿揮發油中的主要物質桉葉油醇和樟腦對赤擬谷盜和煙草甲均具有較強的殺蟲活性，桉葉油醇[35,36]對赤擬谷盜、煙草甲均具有較強的觸殺活性(LD50分別為19.00、15.58 μg/頭)和熏蒸活性(LC50分別為5.47、5.18 mg/L)，而樟腦[37]則對煙草甲具有明顯的觸殺活性LD50為11.3 μg/頭、熏蒸活性LC50為2.91 mg/L。直莖蒿揮發油的殺蟲活性可能與這兩種物質有關。

李媛等[34]報道了細葉亞菊揮發油主要組分，其中含量最高的為桉葉油醇(23.64%)、樟腦(28.92%)和冰片(6.52%)，其中桉葉油醇和樟腦在細葉亞菊揮發油中的含量比例接近1∶1。而直莖蒿揮發油中樟腦(12.20%)和桉葉油醇(10.30%)的含量比也接近1∶1，但其與細葉亞菊揮發油相比，含量較低。并且細葉亞菊揮發油對這兩種試蟲具有明顯的熏蒸活性，而直莖蒿揮發油則在觸殺活性種更有優質，可能是由于這兩種主要成分在揮發油中含量的不同，而導致揮發油殺蟲活性的差異，也可能是由于揮發油中其他不同組分影響揮發油的殺蟲活性。

表3 直莖蒿揮發油及其主要成分對赤擬谷盜和煙草甲成蟲的熏蒸活性

3 結論

本實驗通過 GC/MS 分析得出直莖蒿揮發油的主要成分為桉葉油醇(18.68%)，樟腦(18.30%)，側柏酮(6.51%)，蓽澄茄油烯(6.33%)等，通過殺蟲活性篩選發現直莖蒿揮發油對赤擬谷盜和煙草甲成蟲的觸殺、熏蒸活性存在差異，其中對赤擬谷盜成蟲的觸殺活性較強，而對煙草甲成蟲的熏蒸活性則更顯著。

直莖蒿資源十分豐富，植物源殺蟲劑具有易降解、對人畜毒性低等特點。因此，將其開發為新型綠色環保的植物源殺蟲劑具有重要的理論與應用意義。另一方面，本實驗測試了直莖蒿揮發油對赤擬谷盜成蟲和煙草甲成蟲的殺蟲活性，對幼蟲和卵的活性測試及作用機理方面仍需要進一步深入研究。