驅(qū)蚊植物資源及其揮發(fā)物研究進(jìn)展

王海飛，高健洲

（北京林業(yè)大學(xué)，北京 100083）

蚊蟲(chóng)攜帶了大量的致病病毒，通過(guò)叮咬的方式傳播給人類(lèi)，導(dǎo)致瘧疾、黃熱病、西尼羅病毒病、乙型腦炎、登革熱和西方馬腦炎等疾病，從而威脅人類(lèi)的身體健康安全[1]。近年來(lái)世界范圍內(nèi)蟲(chóng)媒疾病發(fā)病幾率呈明顯上升趨勢(shì)，其中以蚊蟲(chóng)作為媒介生物引起的蚊媒傳染病在蟲(chóng)媒傳染病中的占比較大，目前已經(jīng)報(bào)道的蚊媒病毒病種類(lèi)達(dá)40多種，蚊媒傳染疾病的流行頻度不斷增強(qiáng)[2]。病媒學(xué)家希望通過(guò)控制蚊蟲(chóng)數(shù)量，達(dá)到有效防治病媒生物疾病的目的。化學(xué)殺蟲(chóng)劑和人工合成驅(qū)避劑具有微毒性，一直以來(lái)都是控制蚊蟲(chóng)的重要手段，但長(zhǎng)期使用會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生不良影響，而且增加蚊蟲(chóng)的抗藥性[3]。因此，植物源驅(qū)避劑逐漸走入研究人員和大眾的視野，受到廣泛關(guān)注。驅(qū)蚊植物一般指的是具有驅(qū)蚊活性成分、可以發(fā)揮驅(qū)蚊作用的植物，而這些驅(qū)蚊植物釋放的驅(qū)蚊成分就稱(chēng)為植物源驅(qū)蚊成分。植物源驅(qū)避劑來(lái)源于植物的各個(gè)部位，如根、莖、葉、花等，其活性成分多為萜烯類(lèi)、酮類(lèi)、酯類(lèi)、醇類(lèi)等化合物，也有黃酮和生物堿等[4-5]。植物在長(zhǎng)期進(jìn)化過(guò)程中形成了可以抵抗昆蟲(chóng)為害的自身防御體系[6]。目前，對(duì)植物源驅(qū)避劑的研究及市面上廣泛應(yīng)用的植物源驅(qū)避劑集中在幾種精油上，常見(jiàn)的有薄荷油、迷迭香油、檸檬草油、香茅油、雪松油、檸檬桉樹(shù)油、丁香油和天竺葵油等[7]。植物源驅(qū)蚊產(chǎn)品雖然具有環(huán)境友好、低殘留、保護(hù)生態(tài)環(huán)境等諸多優(yōu)點(diǎn)，但其有效驅(qū)蚊時(shí)間顯著低于一些化學(xué)合成類(lèi)產(chǎn)品。因此，尋找環(huán)保、安全、長(zhǎng)效的驅(qū)蚊植物資源是開(kāi)發(fā)植物源驅(qū)避劑的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。

近年來(lái)，相關(guān)學(xué)者已在驅(qū)蚊植物資源研究上做了大量工作，已篩選出很多具有較好驅(qū)蚊能力的植物資源。筆者通過(guò)對(duì)學(xué)者們的驅(qū)蚊植物研究成果進(jìn)行綜述，將大部分已知具有驅(qū)蚊能力的植物整合在一起，并對(duì)其有效驅(qū)蚊成分進(jìn)行收集整理，以期為后續(xù)研究者提供較為完整的驅(qū)蚊植物資源清單，為未來(lái)的驅(qū)蚊植物資源利用提供強(qiáng)有力的理論支持。

1 驅(qū)蚊植物種類(lèi)

我國(guó)植物資源非常豐富，近年來(lái)越來(lái)越多的植物被學(xué)者證實(shí)具有驅(qū)蚊成分。根據(jù)文獻(xiàn)不完全統(tǒng)計(jì)，有100 多種驅(qū)蚊植物揮發(fā)物成分已被檢測(cè)認(rèn)定具有驅(qū)蚊效果，這些驅(qū)蚊植物多數(shù)集中在菊科、松科、唇形科、柏科、蕓香科、樟科、馬鞭草科、楝科、桃金娘科、姜科、豆科、百合科等，少數(shù)植物分布在杜鵑花科、殼斗科、茄科、牦牛兒苗科、桃金娘科、傘形科、禾本科、冬青科、薔薇科、木蘭科、山茶科、胡椒科、銀杏科、大戟科、瑞香科、紅豆杉科、石蒜科等。其中菊科、柏科、唇形科、蕓香科、樟科、姜科等植物多具有芳香氣味，是常見(jiàn)的驅(qū)蚊植物。

2 驅(qū)蚊植物揮發(fā)物收集、分析方法

植物的驅(qū)蚊作用主要來(lái)源于其在自然條件下所釋放的揮發(fā)物或人工提取物，如精油等。目前，植物揮發(fā)物提取方法主要有溶劑提取法、水蒸氣蒸餾法、超臨界流體提取法等；植物揮發(fā)物收集方法主要有電子鼻采樣法、動(dòng)態(tài)頂空吸附法、固相微萃取法等。

2.1 收集方法

2.1.1 溶劑提取法

植物組織釋放的揮發(fā)物可以溶于有機(jī)溶劑，利用這一點(diǎn)，將植物釋放揮發(fā)物的部位浸泡在所選擇的有機(jī)溶劑內(nèi)進(jìn)行洗脫，再用洗脫液處理后就可以得到植物組織揮發(fā)物的濃縮液。選擇合適的溶劑是該方法實(shí)施的關(guān)鍵，目前常見(jiàn)的一些溶劑有甲醇、乙醇、乙醚、苯、乙酸乙酯等[8]。不同溶劑能提取出的揮發(fā)物成分也不同，因此應(yīng)根據(jù)想要提取的成分來(lái)選擇合適的溶劑。王毅紅等曾驗(yàn)證用同等濃度的乙醇和甲醇作提取溶劑來(lái)提取赤脛散中的黃酮成分，結(jié)果發(fā)現(xiàn)乙醇作溶劑所提取的黃酮含量更高[9]。這種方法的缺點(diǎn)就是提取物的純度會(huì)受到溶劑中含有的微量雜質(zhì)的影響[10]。

2.1.2 水蒸氣蒸餾法（HD）

將植物揮發(fā)物從其與水組成的混合物質(zhì)中提取出來(lái)，經(jīng)冷凝分取揮發(fā)性成分，然后把揮發(fā)物從水中萃取出來(lái)，形成一定濃度的提取物，這就叫做水蒸氣蒸餾法。這種方法具有局限性，只有在蒸餾條件下不會(huì)被破壞成分、又不溶于水且與水不發(fā)生反應(yīng)的成分才適用此方法[11]。水蒸氣蒸餾法常用于各類(lèi)植物精油的提取，如邵明輝等利用水蒸氣蒸餾法從板栗花中獲取精油并測(cè)試其對(duì)白紋伊蚊的驅(qū)避作用，得到具有較高驅(qū)避活性的結(jié)論[12]。但是可溶于水的物質(zhì)及沸點(diǎn)較低的物質(zhì)會(huì)存在提取不出來(lái)等問(wèn)題，因此在其他領(lǐng)域應(yīng)用不普遍。

2.1.3 超臨界流體提取法（SFE）

該方法以超臨界流體作為提純的有機(jī)溶劑，將不同沸點(diǎn)、不同極性和不同分子量的有機(jī)物依次萃取出來(lái)，然后借助減壓、升溫等程序?qū)⒊R界流體氣化，從而得到純度較高的被萃取物[10]，多應(yīng)用于天然產(chǎn)物活性成分的提取中。陳其秀等對(duì)比了SFE 法、SD 法對(duì)杜香揮發(fā)油的提取率，實(shí)驗(yàn)證明SFE 法更為理想，其提取率達(dá)1.72%[13]。SFE 法無(wú)高溫加熱，并且簡(jiǎn)化了分離和提取過(guò)程，相對(duì)于溶劑提取及水蒸氣蒸餾法，其對(duì)提取物成分不造成較大破壞也沒(méi)有雜質(zhì)影響，但對(duì)設(shè)備的要求較高，且建設(shè)成本較高，因此應(yīng)用并不廣泛[14]。

2.1.4 電子鼻采樣法

電子鼻由具有一定選擇性的電化學(xué)傳感器陣列和適當(dāng)?shù)淖R(shí)別方法所組成，靈敏度很高，可用于檢測(cè)土壤、大氣、水等物質(zhì)中揮發(fā)的氣體[15]。它實(shí)際上就是一個(gè)小型便攜的氣相色譜儀，可在戶(hù)外使用，采樣、分析效率都很高，比傳統(tǒng)采樣的優(yōu)勢(shì)更大。但它更適合對(duì)已知?dú)怏w成分進(jìn)行監(jiān)測(cè)，不適合對(duì)未知樣品進(jìn)行定性分析[16]。

2.1.5 動(dòng)態(tài)頂空吸附法

動(dòng)態(tài)頂空吸附法是活體植物揮發(fā)物采集最常用的方法。此方法是一個(gè)密閉的氣路，在做樣品采集時(shí)將植物枝條放入密閉容器中，抽掉容器內(nèi)空氣泵入干燥干凈的空氣進(jìn)行循環(huán)通氣采集。動(dòng)態(tài)頂空吸附法最接近于自然狀態(tài)下對(duì)活體植物揮發(fā)物進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，同時(shí)在密封空間內(nèi)進(jìn)行循環(huán)通氣固定的時(shí)間收集揮發(fā)物氣體，既可以提高一些濃度較低物質(zhì)的質(zhì)量使機(jī)器可以檢測(cè)出來(lái)，又可以減少空氣中的雜質(zhì)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。對(duì)于野外植物而言，除電子鼻外其余幾種均不適用野外操作，電子鼻只能對(duì)樣品中已知標(biāo)準(zhǔn)樣的組分進(jìn)行定性定量，不能對(duì)未知揮發(fā)物成分做分析，因此，盡管動(dòng)態(tài)頂空吸附法有著靈敏度不高的弱點(diǎn)，它依舊是最適合野外植物揮發(fā)物采集的方法[16]。

2.1.6 固相微萃?。⊿PME）

固相微萃取由手柄和萃取頭兩部分構(gòu)成。萃取頭是一根涂有不同色譜固定液的熔融石英纖維。在萃取頭相同的條件下，萃取時(shí)間和萃取溫度的細(xì)微差別都會(huì)對(duì)結(jié)果產(chǎn)生很大影響[17]。因此，對(duì)不同萃取頭進(jìn)行選擇是固相微萃取提取實(shí)驗(yàn)的第一步，選好萃取頭后，再通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定適合的萃取溫度和萃取時(shí)間[18]。沈鑫等通過(guò)固相微萃取從花葉艷山姜葉片一年中不同季節(jié)釋放的揮發(fā)性有機(jī)物中共提取鑒定出26 種化合物[19]。

2.2 分析方法

目前在植物揮發(fā)物氣體分析檢測(cè)方面，氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀是最常用且效果最好的方法，它可以對(duì)揮發(fā)物全部組分進(jìn)行定性和相對(duì)質(zhì)量的定量分析，是分析揮發(fā)物成分最有效也最常用的方法。

3 常見(jiàn)驅(qū)蚊活性成分及對(duì)應(yīng)植物分析

常見(jiàn)驅(qū)蚊活性成分及已報(bào)道的對(duì)應(yīng)植物詳見(jiàn)表1。

表1 常見(jiàn)驅(qū)蚊活性成分及對(duì)應(yīng)植物統(tǒng)計(jì)

根據(jù)對(duì)文獻(xiàn)的整理研究（見(jiàn)表2）發(fā)現(xiàn)，植物驅(qū)蚊物質(zhì)主要包括萜烯類(lèi)、酚類(lèi)、醛類(lèi)、醇類(lèi)、酮類(lèi)、酯類(lèi)等有效成分，其中萜烯類(lèi)物質(zhì)包含α-蒎烯、檸檬烯、石竹烯、丁香烯、莰烯、羅勒烯、肉桂烯、金合歡烯、松油烯、香樹(shù)烯、樟腦、桉葉油素、月桂烯、蒈烯、萜品油烯、龍腦、古蕓烯、水芹烯等20余種有效成分；醇類(lèi)物質(zhì)包含香茅醇、香葉醇、欖香醇、芳樟醇、薄荷醇、松香芹醇、松油醇等有效成分；酚類(lèi)物質(zhì)有丁香酚、百里香酚、香芹酚等有效成分；醛類(lèi)物質(zhì)包括香葉醛、香茅醛、檸檬醛、苯甲醛、反式肉桂醛、枯醛等有效成分；酮類(lèi)物質(zhì)包括蒿酮、薄荷酮、廣藿香酮、藏茴香酮、香芹酮、黃酮、異黃酮、魚(yú)藤酮等有效成分；酯類(lèi)物質(zhì)包括水楊酸甲酯、α-葑酯、假荊芥內(nèi)酯、除蟲(chóng)菊素等有效成分；還有其他物質(zhì)如α-三聯(lián)噻吩是萬(wàn)壽菊提取物的主要成分，2α,3β-二羥基-12-烯-28-烏蘇酸是蛇莓揮發(fā)物的主要成分，苦皮藤中主要包含苦皮藤素，桃葉通過(guò)游離出的氫氰酸起到驅(qū)蚊作用，而藜蘆、煙草、雷公藤、石蒜、博落回這幾種植物都通過(guò)自身的生物堿達(dá)到滅蚊目的。

表2 驅(qū)蚊活性成分類(lèi)別及報(bào)道頻次統(tǒng)計(jì)

可以看出，驅(qū)蚊植物有效成分多集中于萜烯類(lèi)，是主要的活性成分，其次就是醇類(lèi)化合物和酮類(lèi)化合物，酯類(lèi)、醛類(lèi)、酚類(lèi)化合物出現(xiàn)次數(shù)較少。萜烯類(lèi)成分在大部分唇形科、柏科、樟科、菊科、蕓香科驅(qū)蚊植物中都有出現(xiàn)，這些科屬植物一直以來(lái)都是驅(qū)蚊植物研究的重點(diǎn)，它們大多可以散發(fā)出芳香氣體，如薰衣草、絨柏、香樟、艾蒿、一摸香等。而活性成分又集中于萜烯類(lèi)成分，由此可見(jiàn)，萜烯類(lèi)成分或?yàn)轵?qū)蚊植物的主要活性成分。

萜烯類(lèi)成分中出現(xiàn)最多的就是α-蒎烯，其次是檸檬烯、石竹烯、桉葉素和月桂烯，這些都是驅(qū)蚊植物中最常見(jiàn)的萜烯類(lèi)物質(zhì)。醇類(lèi)物質(zhì)中出現(xiàn)最多的是芳樟醇，芳樟醇往往來(lái)自于芳香植物，也是常見(jiàn)驅(qū)蚊成分之一，其余醇類(lèi)物質(zhì)以松油醇和香葉醇為多。酮類(lèi)物質(zhì)中以薄荷酮為主，其次為香芹酮。其他酚類(lèi)、醛類(lèi)、酯類(lèi)物質(zhì)中沒(méi)有明顯占主要比例的物質(zhì)。

4 展望

植物揮發(fā)物及提取物驅(qū)蚊的應(yīng)用前景較為廣闊。植物驅(qū)蚊是古時(shí)人類(lèi)常用的驅(qū)蚊方式之一，我國(guó)植物資源豐富，植物驅(qū)蚊的歷史十分悠久，很早就有人將植物如艾蒿等擺放于室內(nèi)達(dá)到驅(qū)蚊效果。通過(guò)歸納整理可以發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)在的研究趨勢(shì)開(kāi)始注重植物揮發(fā)物成分中單體化合物對(duì)蚊蟲(chóng)的驅(qū)避效果判斷，這源于學(xué)者們對(duì)植物揮發(fā)物所做的大量提取和收集工作，后續(xù)會(huì)有更多的園林植物被列入驅(qū)蚊植物的篩選范圍。雖然目前化學(xué)驅(qū)避劑仍然是蚊蟲(chóng)防治主力軍，但是植物源驅(qū)蚊物質(zhì)對(duì)人類(lèi)和環(huán)境都更友好，具有較大的開(kāi)發(fā)潛力，應(yīng)獲得更多的應(yīng)用機(jī)會(huì)。