苦杏仁精油对玉米象的种群抑制活性研究

马玉花 赵 忠 江志利 魏丽萍 李科友 马希汉 张 兴

(青海大学农牧学院1,西宁 810016)

(西北农林科技大学林学院2,杨凌 712100)

(西北农林科技大学无公害农药研究服务中心3,杨凌 712100)

苦杏仁精油对玉米象的种群抑制活性研究

马玉花1赵 忠2江志利3魏丽萍2李科友2马希汉2张 兴3

(青海大学农牧学院1,西宁 810016)

(西北农林科技大学林学院2,杨凌 712100)

(西北农林科技大学无公害农药研究服务中心3,杨凌 712100)

采用饲料混药法研究了苦杏仁精油对玉米象的种群抑制活性,结果发现由于试虫在一定的处理浓度下出现保护性昏迷,使苦杏仁精油处理下的玉米象的死亡率曲线呈“N”字形;苦杏仁精油对玉米象有很强的种群抑制活性,且随着处理浓度的降低,含 HCN和除去 HCN两种精油对玉米象 F1代和 F′代的种群抑制效果逐渐降低,不同浓度处理的试虫的 F1代种群抑制率范围在 30%～100%之间,F′代的种群抑制率范围在29.39%～58.19%之间;另外,含HCN和除去 HCN的苦杏仁精油对玉米象的种群抑制活性对比试验结果表明去 HCN的苦杏仁精油的杀虫活性显著高于含 HCN的苦杏仁精油。

苦杏仁精油 玉米象 种群抑制活性

储粮害虫的危害是造成粮食储藏期间巨大损失的主要原因,早已引起世人的高度重视[1]。玉米象、锯谷盗、赤拟谷盗、小眼书虱均为世界性重要储粮害虫,目前,主要采用溴甲烷和磷化氢熏蒸防治,但长期过度使用磷化氢熏蒸已引起害虫严重的抗药性、环境污染等问题[2-3],而溴甲烷也由于对臭氧层的破坏作用,在中国将被全面停止使用[4],迫使人们寻找与环境相容性好、高效、安全的储粮害虫防治方法。

植物精油(essential oil)是一类植物源次生代谢物质,具有植物特征性气味,常作为杀虫物质。由于植物精油源于自然界,具有取材广泛,在环境中残留较低,不污染粮食,且害虫不易产生抗药性的优点,因而促使国内外众多学者开始研究植物精油的杀虫活性[5]。迄今为止,大量的研究表明八角茴香、黄樟油、互叶白千层油、柠檬叶油、留兰香油、松节油、黑胡椒粉、红桔油、桉叶油、大蒜油、肉豆蔻、肉桂、豆蔻、吴茱萸等数十种植物精油对玉米象有不同程度的防治效果[6-14],前期研究发现苦杏仁精油对玉米象有较强的熏蒸杀虫活性[15],在此基础上进一步研究苦杏仁精油对玉米象种群抑制活性的影响,旨在为苦杏仁精油作为植物源农药在仓储系统的害虫防治方面的广泛应用提供可行性依据,为苦杏仁精油的产品开发拓宽思路。

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.1.1 供试玉米象

供试玉米象 (Sitophilus zeam aisMots.)由西北农林科技大学无公害农药研究服务中心养虫室 (T:27～28℃;RH:70%～80%)饲养并提供。试验所选玉米象为连续培养 5代以上,发育健康的成虫。

1.1.2 供试植物精油

苦杏仁采自陕西麟游,自然阴干后粉碎。苦杏仁精油提取条件以文献[16]中确定的工艺进行。因为苦杏仁精油中含有微量的 HCN,因而试验中采用除去HCN的精油和未除 HCN的精油进行对比试验。

除 HCN的方法:在水蒸气蒸馏所得的苦杏仁精油中加入一定量的氢氧化钠,充分混匀后进行二次蒸馏,得到不含 HCN的苦杏仁精油。通过苦味酸试纸法以及紫外分光光度法检测精油中的 HCN,除去HCN的精油以达到食品中 HCN含量要求为标准。将所得的两种精油冷藏备用。

1.1.3 主要试剂

丙酮:西安化学试剂厂,分析纯,500 mL装。

1.2 试验方法

采用饲料混药法测定苦杏仁精油对玉米象的种群抑制作用[17]。小麦处理参照文献 [18]的方法。将处理后的小麦称取 100 g放入 250 mL三角瓶中待用。将一定稀释倍数的 3 mL精油倒入盛有小麦的三角瓶内,振荡三角瓶使小麦和精油充分混匀,然后倒出晾至丙酮完全挥发,每个三角瓶的小麦分装于 3个 250 mL的三角瓶中,另加相同量的丙酮做对照。每瓶中接玉米象成虫 30头,瓶盖与瓶子之间加滤纸用来透气,置于养虫室中饲养,7 d后筛出成虫,记录各处理试虫的死亡数。筛出成虫后的三角瓶继续置于养虫室培养,67天后,检查各处理的 F1代成虫数,并计算 F1代种群抑制率。

死亡率 =(对照组玉米象活虫数 -处理组玉米象活虫数)/对照组玉米象成活虫数 ×100%

种群抑制率 =(对照组成虫数 -处理组成虫数)/对照组成虫数 ×100%

另外从各处理筛出的活成虫中随机挑选 30头置于新鲜无毒的小麦中继续培养。如果活成虫数不足 30头的全部接入新鲜无毒小麦中,活成虫数小于 5头的不进行 F′代种群抑制活性试验。67 d后,检查各处理的 F′代成虫数,并计算 F′代种群抑制率。

1.3 数据处理

根据试验的设计方法和统计分析原理,利用 Ex2 cel和 SPSS统计分析软件对试验所得的结果进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 苦杏仁精油对玉米象的致死作用

采用饲料混药法研究苦杏仁精油对玉米象的种群抑制活性,处理后第 7天筛出玉米象成虫,记录各浓度处理的玉米象死亡数,玉米象的死亡率及其曲线见表 1、图 1。

表 1 玉米象死亡率

由表 1可知,含 HCN的精油以 40、1.25μL/mL处理的玉米象死亡率分别为 80%和95.56%,去 HCN的苦杏仁精油以 20、40μL/mL处理的玉米象死亡率均为 100%,以 1.25μL/mL处理的玉米象死亡率也高达 98.89%。两种精油中其他浓度处理下玉米象的死亡率均在 80%以下。

图 1 苦杏仁精油对玉米象的致死作用

由死亡率曲线可以看出,两种苦杏仁精油处理下的玉米象的死亡率曲线呈“N”字形。对于含有HCN的精油,当浓度范围在 0.625～1.25μL/mL之间时,随着精油处理浓度的升高,玉米象的死亡率随之而增大,而当精油浓度 1.25～5μL/mL,玉米象的死亡率随着处理浓度的降低而降低,当浓度大于5μL/mL时玉米象的死亡率又逐渐增大;对于除去HCN的精油,当浓度范围在 0.625～1.25μL/mL之间时,随着处理浓度的增大玉米象的死亡率随之增大,而当精油浓度在 1.25～10μL/mL之间时,玉米象的死亡率随着浓度的增大而降低,当处理浓度大于 10μL/mL以后,随着精油浓度的增大死亡率又随之增大,最终达到 100%死亡率。

方差分析结果显示两种精油处理的玉米象的死亡率差异显著,其中除去 HCN的苦杏仁精油处理的玉米象的死亡率 (63.75%)高于含 HCN精油的处理(52.36%),另外不同浓度精油处理的玉米象死亡率分析显示 1.25μL/mL的浓度处理的玉米象死亡率最高 (表 2)。

表 2 苦杏仁精油对玉米象死亡率的方差分析表

2.2 苦杏仁精油对玉米象的种群抑制作用

筛出成虫后,继续观察处理小麦对试虫 F1代的种群抑制作用,结果见表 3及图 2。

表 3 苦杏仁精油对玉米象 F1代的种群抑制率

图 2 两种苦杏仁精油对玉米象的种群抑制作用

由表 3可见两种苦杏仁精油对玉米象 F1代的种群抑制随着浓度的变化差异显著,但是部分浓度间的差异不显著,如含 HCN的苦杏仁精油中 40和 20 μL/mL之间、5和 2.5μL/mL之间,除去 HCN的苦杏仁精油中 40和 20μL/mL之间、10、5和 2.5μL/mL之间的种群抑制率差异不显著。结合图 2可见随着处理浓度的降低,两种苦杏仁精油对玉米象 F1代的种群抑制效果逐渐降低,其中当处理浓度为40μL/mL时,两种处理的精油对玉米象的种群抑制率均为 100%,20μL/mL时去 HCN的精油的种群抑制率为 100%,含 HCN的精油的种群抑制率略有下降,为 98.33%。

另外,随着浓度的降低,两种苦杏仁精油对玉米象 F1代的种群抑制效果降低幅度不同,当浓度在 40～1.25μL/mL之间时,去 HCN的苦杏仁精油的种群抑制效果随浓度降低变化较小,从 100%降低至了81.52%,变化幅度仅为 18.48%,而含 HCN的苦杏仁精油的变化较大,从 100%降低至了 65.66%,变化幅度高达 34.44%。浓度在 1.25～0.625μL/mL之间时,两种精油的种群抑制效果均有较大幅度的降低。

方差分析显示精油种类、浓度对玉米象 F1代的种群抑制率的影响均达到极显著水平 (表 4)。两种苦杏仁精油中,去 HCN的精油 (86.21%)对玉米象F1代的种群抑制率效果较含 HCN的精油 (76.86%)好。处理浓度中 40μL/mL(100%)与 20μL/mL(99.17%)之间、5μL/mL(86.04%)和 2.5μL/mL(84.80%)之间的种群抑制率差异不明显。

表 4 苦杏仁精油对玉米象 F1代种群抑制活性方差分析表

由于去 HCN的苦杏仁精油中 40、20μL/mL以及含 HCN的苦杏仁精油中 40μL/mL 3个处理的玉米象全部死亡,两种精油中 1.25μL/mL处理的玉米象分别仅剩 4头和 1头,因而没有接试虫进行 F′代的种群抑制率的测定。

由图 2可以看出,随着精油浓度的降低,两种精油对玉米象 F′代的种群抑制率逐渐降低。两种精油对玉米象 F′代的种群抑制率范围在 29.39%～58.19%之间。相比较而言,去 HCN的苦杏仁精油对F′代的种群抑制率高于含有 HCN的苦杏仁精油。

3 讨论与结论

3.1 苦杏仁精油对玉米象的种群抑制活性中试虫出现了保护性昏迷,使苦杏仁精油对玉米象的死亡率曲线呈现“N”字形

在苦杏仁精油对玉米象的种群抑制活性研究时发现,两种苦杏仁精油对玉米象的死亡率曲线呈现“N”字形,即当浓度较高时,死亡率很高,但当浓度降低时,在一定的浓度范围内,出现了高浓度低死亡率,低浓度高死亡率的现象。一般来说,随着处理浓度的降低,死亡率应该呈现下降的趋势,而非本试验结果中的“N”字形曲线。出现这种现象的原因可能是在相对较高的浓度下,精油对玉米象的直接毒杀而使死亡率较高,但是当浓度降低至一定的范围时,高浓度的精油使试虫出现暂时的保护性昏迷[19],抑制其对药剂的吸入,因而使死亡率下降;而当浓度继续下降至一定值而使试虫不产生保护性昏迷时,持续的接触取食精油处理的小麦或吸入精油使试虫的死亡率增大,当浓度降低至一定范围时,随着浓度继续降低,试虫的死亡率又逐渐降低。

精油处理试虫后的 1～5 d连续观察发现:最初的两天内,含有 HCN的苦杏仁精油中 20、10、5μL/mL处理的玉米象大部分处于昏迷状态,第二天后出现了复苏现象,部分玉米象死亡;在除去 HCN的精油处理的玉米象中也发现了这种现象 (10μL/mL的处理),证明高浓度的药剂使试虫出现保护性昏迷而使试虫死亡率降低。值得注意的是,并不是浓度越高,试虫就易于出现保护性昏迷,试验中发现除去 HCN的精油当处理浓度在 20μL/mL和 40μL/mL时,玉米象的死亡率达到了 100%,而含有 HCN的精油在40μL/mL的剂量下死亡率也达到了 80%,因而试虫出现保护性昏迷的剂量有一定的范围,并非越高越死亡率越小,在实际应用中应注意选择精油的浓度应高于或低于使试虫出现保护性昏迷的浓度范围以达到最佳的防治效果。

3.2 苦杏仁精油对玉米象 F1代和 F′代的种群抑制效果随着精油浓度的降低而逐渐降低

对玉米象的种群抑制活性研究发现,随着处理浓度的降低,含 HCN和除去 HCN两种精油对玉米象F1代的种群抑制效果逐渐降低,不同浓度处理的试虫的种群抑制率范围在 30%～100%之间,其中当处理浓度为 40μL/mL时,两种精油对玉米象的种群抑制率均为 100%,20μL/mL时去 HCN的精油的种群抑制率为 100%,含 HCN的精油的种群抑制率略有下降,为 98.33%。另外,随着精油浓度的降低,两种精油对玉米象 F′代的种群抑制率逐渐降低,两种精油对玉米象 F′代的种群抑制率范围在 29.39%～58.19%之间。

苦杏仁精油对玉米象的种群抑制率很高,一方面可能是由于玉米象的高死亡率导致的。导致玉米象高死亡率的原因,一方面可能是精油的熏蒸杀虫作用,另一方面精油处理的小麦可能对玉米象产生胃毒、触杀或拒食活性而导致的。但是对于部分处理,虽然玉米象的死亡率较低,但种群抑制率却很高,如 5μL/mL和 10μL/mL两个浓度的处理,玉米象的死亡率分别为 27.78%、56.67%,50%、30%,但 F1代的种群抑制率在 78.00%～94.08%之间,而 F′代的种群抑制率在 38.85%～45.75%之间,含 HCN的苦杏仁精油中 20μL/mL的处理下,玉米象的死亡率为 61.11%,而对 F1代以及 F′代的种群抑制率分别为 98.33%和 58.19%。可见除高致死率外,苦杏仁精油可能还影响试虫的生殖能力,如抑制成虫产卵或产下不育卵;另外还可能影响卵的生长发育,如影响卵的孵化、抑制幼虫的生长发育、推迟或干扰幼虫化蛹等。3.3 通过含 HCN和除去 HCN的苦杏仁精油对玉米象的种群抑制活性研究,结果表明去 HCN的苦杏仁精油的杀虫活性显著高于含 HCN的苦杏仁精油

HCN是强呼吸系统致毒剂,HCN对试虫的杀虫活性是通过抑制试虫呼吸系统的细胞色素氧化酶,使其不能传递氧气而使试虫的正常呼吸功能受到破坏而死亡。试虫吸入少量的 HCN,就会迅速死亡,然而在我们的研究中发现含有 HCN的苦杏仁精油对试虫的种群抑制活性低于去 HCN的苦杏仁精油,这一方面可能是由于苦杏仁精油中仅含有少量的HCN,且在进行试验时所用的精油量很少,所以在试验条件下精油中微量的 HCN不足以对试虫造成毒杀作用;另一方面,除去 HCN的苦杏仁精油经过二次蒸馏,可能损失其中的某些微量成分,但是相对而言,苦杏仁精油的主要成分 -苯甲醛的含量提高了,从而使去 HCN的苦杏仁精油中主要成分苯甲醛的含量高于含 HCN的苦杏仁精油中的含量,导致去HCN的精油的活性高于含 HCN的精油。

通过上述研究表明苦杏仁精油对玉米象有较强的种群抑制活性,本研究为苦杏仁精油作为植物源农药在仓储系统的害虫防治方面的广泛应用提供了可行性依据,有望发展为植物性农药应用于仓储系统以防治害虫的危害,为苦杏仁精油的产品开发拓宽了思路。另外,关于苦杏仁精油对玉米象的胃毒以及对试虫生殖能力和卵及幼虫的生长发育的活性有待于进一步的研究以阐明苦杏仁精油对玉米象的生物活性作用机理。

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Population Iinhibition Activity ofBitterAl mond OilAgainst Sitophilus zeamaisMots.

Ma Yuhua1Zhao Zhong2Jiang Zhili3WeiLiping2Li Keyou2Ma Xihan2Zhang Xing3
(College ofAgriculture and An imal Husbandry,QinghaiUniversity1,Xining 810016)
(College of Forestry,NorthwestA&F University2,Yangling 712100)
(Research and Development Center ofBiorational Pesticide,NorthwestA&F University3,Yangling 712100)

Population inhibition activity of bitter almond oil againstSitophilus zeam aisMots.was studied with the diet-incorporated method.Results:The mortality ofSitophilus zeam aisMots.presents a curve of"N"because certain concentration of bitter almond oilmay cause insects narcosis;bitter al mond oil has very strong population inhi2 bition activity onSitophilus zeam aisMots..The population inhibitory effects on F1 and F′decrease with the decrease of the concentration of bitter almond oil;the population inhibitory rate of F1 is bet ween 30%and 100%,and that of F′is between 29.39%and 58.19%.The effect of bitter almond oilwithout HCN is significantly higher than oilwith HCN.

bitter almond oil,Sitophilus zeam aisMots.,population inhibition

S792.99,S435.1

A

1003-0174(2011)02-0084-05

苦杏仁精油提取技术引进(2004-4-52)

2010-01-07

马玉花,女,1978年出生,博士,副教授,森林培育、林产品及其开发应用

赵忠,男,1958年出生,教授,博士生导师,半干旱地区植被恢复与重建