白沙蒿杀虫活性初探

刘 权，贺原花，李勇胜，刘畅宇，柳春梅，王有年，傅 华

(1.农业部草牧业创新重点实验室 草地农业生态系统国家重点实验室 兰州大学草地农业科技学院，甘肃 兰州 730020；2.农业部都市农业(北方)重点实验室 北京农学院，北京 102206)

人类农业史就是同各种病虫害作斗争的历史。近代化学农药曾风靡一时，但是因为其高毒、高残留和易产生抗药性，带来了很多环境、生态和社会问题[1-2]。以我国为例，每年农作物病虫草害发生面积大约 4亿hm2，农药已成为农业生产中不可缺少的因素。然而,在农药广泛使用对生产发展发挥重要作用的同时，也带来“3R”等问题，虫害、病害的抗药性问题 (resistance)、对环境的污染以及在农畜产品中残留和积累问题(residue)、伤害天敌、破坏自然生态平衡、引起害虫再猖獗问题(resurgence)等[2]。而植物源农药，是利用杀虫抑菌或除草活性的多种次生代谢物质，这些物质是植物与有害生物的相互适应演变、协同进化的结果。植物源农药具有选择性强、对特定的植物病虫害具有控制特效的特点，而且结构新颖，活性位点多，不易产生抗药性。此外，植物源农药的活性成分为天然物质，在长期的协同进化过程中已形成独特的代谢降解途径，在环境中不易残留，对人和非靶标生物安全，具有良好的环境相容性[3-4]。进入 21世纪以来, 环境和食品安全的问题日益突出，植物源农药的研究和开发越来越受到人们的重视。

白沙蒿(Artemisiasphaerocephala)是菊科蒿属植物，又名圆头沙蒿，广泛分布于我国西北、华北和东北荒漠半荒漠地区，是流动沙丘上的先锋植物[5-6]。因常年生长在荒漠地区，白沙蒿形成了对干旱、昼夜温差大、光照辐射强度大和土壤贫瘠等多种不利因素独特的适应机制[7-11]，其次生代谢物在对环境的适应和抗逆过程中发挥了重要作用[11]。该植物的黄酮成分丰富，且具有较高的DPPH活性，有助于预防胁迫条件所引起的过量自由基给植物所带来的损伤，提高环境适应能力[11]。有研究报道，其次生代谢物，主要为橙皮素、柑橘素等黄酮成分，对植物病原真菌(如番茄灰霉霉病、番茄早疫病菌)有明显抑制活性[12]，其丙酮提取物在24 h对粘虫(Mythimnaseparata)的拒食率达到68.8%[13]。

本研究首次开展白沙蒿乙醇提取物对农业害螨朱砂叶螨(Tetranychuscinnabarinus)和常见鳞翅目害虫斜纹夜蛾幼虫(Spodopteralitura)的触杀活性研究，并对农作物和牧草幼苗生长的植物毒活性进行测试，以期为其作为植物源农药的开发和利用提供理论支撑。

1 材料与方法

1.1 白沙蒿提取物的制备方法

将采自阿拉善地区(38°68′ N， 105°61′ E)的白沙蒿成熟期新鲜叶片，阴干，用球磨仪器(MM400，德国莱驰)粉碎，通过0.15 mm筛。将叶片细粉用20倍无水乙醇溶液浸泡，超声波(KX700B，昆山禾创超声仪器有限公司)提取30 min后，重复提取2次，减压浓缩提取液。在阴暗低温和通风较好的地方，晾干，制得提取物。

1.2 白沙蒿提取物的杀螨活性

将白沙蒿提取物先用含10%蒸馏水的丙酮(C3H6O)液配制成2 mg·mL-1浓度的母液，用蒸馏水将母液稀释成1 000、500、333、250和200 μg·mL-1浓度的溶液待测。生物测定前加入1%的表面活性剂JFC(C7～C9烷醇聚氧乙烯醚)。

采用玻片浸渍法[14]。选用采自田间未施药的黄豆(Glycinemax)苗上朱砂叶螨雌成螨。用零号毛笔挑选大小一致、体色鲜艳、行动活泼的雌成螨，利用双面胶将其背部粘在载玻片上，每片粘3行，每行粘10头。在温度25 ℃、湿度85%的生化培养箱(RXZ，宁波江南仪器厂)中放置4 h后，用双目镜(XSP-BM-2C，上海光学仪器厂)观察，剔除死亡或不活泼个体。将带螨玻片的一端浸入不同浓度的白沙蒿提取物溶液中，轻轻摇动5 s 后取出，迅速用吸水纸吸干螨体及其周围多余的药液。置于上述生化培养箱中，24 h后用双目镜检查死亡数，计算死亡率。用毛笔轻触螨体，以螨足不动者为死亡。以含10%蒸馏水的丙酮空白溶液稀释同样倍数后加入JFC活性剂作为对照处理。每个浓度测定平行进行3次，取其平均值。以鱼藤酮(图1)作为活性对照，因该化合物活性较高，所以测试浓度从500 μg·mL-1开始。

1.3 白沙蒿提取物对斜纹夜蛾的杀虫活性

供试虫种采自田间未施药甘蓝(Brassicaolera-cea)上。待其卵孵化后，选取整齐一致的斜纹夜蛾成虫3龄初孵幼虫供试验用。采用虫体浸渍法。将白沙蒿提取物配制成10 mg·mL-1乙醇溶液，用蒸馏水稀释成500倍和1 000倍。把3龄斜纹夜蛾幼虫放入已配好的白沙蒿提取物乙醇溶液中浸渍3 s后取出，放在滤纸上自然晾干后，放入人工气候箱中 (RXZ，宁波江南仪器厂)，温度 25 ℃，相对湿度为75%，日光照14 h用甘蓝叶喂养。单次处理试虫20头，重复3次，以稀释的乙醇溶液做空白对照。药后7、10和14 d检查死虫，针尖触碰虫体无反应即记为死亡。

图1 鱼藤酮化学结构式Fig. 1 The chemical structure of rotenone

1.4 白沙蒿提取物对其他植物的抑制活性

以常见的作物油菜(Brassicacampestris)和牧草苜蓿(Medicagosativa)、(Trifoliumpratense)、早熟禾(Poaannua)为试验对象。选用饱满的种子，在无菌滤纸上培养发芽后，进行植物毒活性试验[15]。

选取大小相仿的供试植物放入24孔板中，加入相同量的无菌水。将白沙蒿提取物分别配置成不同浓度的二甲基亚砜(DMSO)溶液，相同体积加入到孔板中，以加入同体积的DMSO为阴性对照，每个处理重复3次。处理后观察并记录植物生长情况。

油菜培养4 d，处理3 d；苜蓿培养3 d，处理4 d；红三叶培养4 d，处理5 d；早熟禾培养10 d，处理5 d。

1.5 数据处理与分析

杀虫活性计算公式如下：

相对死亡率=(对照组-处理组)/对照组×100%。

植物抑制率计算公式如下：

抑制率=(对照组-处理组)/对照组×100%。

采用SPSS 17.0软件对所测数据统计分析，用平均值和标准误表示测定结果，用Duncan法对各测定数据进行多重比较；采用Excel 2010制图。

2 结果与分析

2.1 白沙蒿提取物的杀虫活性

白沙蒿提取物对朱砂叶螨表现出较强的杀螨活性(表1)。在浓度为250 μg·mL-1时，杀螨活性接近于50%。经过计算，鱼藤酮的致死中浓度LC50为0.21 mg·mL-1，而白沙蒿提取物LC50为0.31 mg·mL-1，在生产实践中具有实际应用价值。

白沙蒿提取物对斜纹夜蛾幼虫表现出明显的触杀活性(表2)。结果表明，在处理10 d后，浓度为20 μg·mL-1时，杀虫活性大于50%。随着时间的延长，处理时间大于10 d时，白沙蒿对该幼虫的触杀活性相对死亡率并没有明显变化。这可能是10 d后，作为植物提取物，其主要成分在自然条件下会发生一定程度的变化所致。

2.2 白沙蒿提取物的植物毒活性

白沙蒿提取物在200 μg·mL-1时，对油菜有明显的抑制活性，主要影响其株高的生长，且抑制率在20%以内；对苜蓿的鲜重有影响，抑制率在5%左右；对红三叶和早熟禾无明显抑制效果(图2和图3)。在较低的浓度下，该植物的提取物对不同植物的抑制作用均较小，而且对苜蓿和早熟禾的鲜重和株高有不同程度的促进作用。

表1 白沙蒿提取物和鱼藤酮对朱砂叶螨的杀螨活性Table 1 The acaricidal activities of Artemisia sphaerocephala and rotenone against Tetranychus cinnabarinus

同行不同小写字母表示不同浓度处理间差异显著(P<0.05)。表2同。

Different lowercase letters within the same row indicate significant differences at the 0.05 level; similarly for Table 2.

3 讨论与结论

蒿属(Artemisia)是菊科(Compositae)春黄菊族(Anthemideae)的一个大属，我国有186种、44变种，为我国种子植物中少有的大属，其中约1/3的植物在民间被作为药物使用[16]。白沙蒿是该属中为数不多的生长在荒漠地区的沙生半灌木，是荒漠植物的建群种之一[5-6]，形成了应对荒漠极端气候的独特适应机稍低于已商品化的植物源杀虫剂鱼藤酮(LC50为0.21 mg·mL-1)。对斜纹夜蛾幼虫的活性与现有合成农药相比，表现为缓杀效果，但对人或牲畜等非靶点生物是安全的，可长期连续使用。

表2 白沙蒿提取物溶液对斜纹夜蛾幼虫的杀虫活性Table 2 The insecticidal activities of the extract from Artemisia sphaerocephala against Spodoptera litura

同行不同小写字母表示相同浓度不同处理时间差异显著(P<0.05)。

Different lowercase letters for the same treatment concentrations indicate significant differences among different treatment time at the 0.05 level.

图2 白沙蒿提取物对早熟禾的植物毒活性Fig. 2 Phytotoxic activities of the extract obtained from Artemisia sphaerocephala against bluegrass

制。该属中的植物被报道具有杀虫抑菌活性，但其作用的主要活性成分多为萜类成分，如黄花蒿的有效成分主要为青蒿素及其类似物等倍半萜成分[17-18]，而白沙蒿的活性成分主要为黄酮类化合物和不饱和脂肪酸[9,19-20]，化学结构类型差异较大，这可能与其生存环境光照辐射强度大、昼夜温差大等极端条件有关。

在农业生产中，朱砂叶螨和斜纹夜蛾是较为常见的杂食性害虫，分布面积广，危害寄主广泛，危害性大，却难于防治[21]。害螨和斜纹夜蛾的危害以南方为重，但在北方的夏季也频有发生，危害着农作物和牧草的种植。本研究选取了在全国大面积种植的豆科牧草苜蓿[22]和红三叶，经济作物油菜和冷季型草坪草早熟禾，希望能对该植物提取物的使用提供理论依据。目前，在生产实践中，常用的杀虫剂和杀螨剂多为合成类化学农药，效果较为明显，但也带了诸多环境和食品安全问题。本研究表明，白沙蒿在较低浓度下具有对朱砂叶螨显著的触杀活性，略高于同属植物黄花蒿(A.annua)(LC50为0.434 1～1.381 7 mg·mL-1)[16-17]，一般认为，植物生长调节剂和除草剂在使用中必须注意最高施用浓度[23-24]，避免对作物和牧草的药害，然而相对而言，杀虫剂的药害概率要小，因而其药害及给生产和环境带来的副作用评价往往被忽略[25]。本研究为了提高白沙蒿提取物的利用度和可施用范围，开展了其对几种作物和牧草的抑制活性试验。植物毒检测结果显示，白沙蒿提取物对受体植物油菜和牧草苜蓿、红三叶和早熟禾的种植是安全的，不会造成药害，容易降解，对施用环境是安全的。这与植物源农药环境友好的特点相一致。这些结果将为有机农业和高质量的栽培草地建植管理提供新思路。

图3 白沙蒿提取物的植物毒活性Fig. 3 Phytotoxic activities of the extract obtained from Artemisia sphaerocephala

此外，白沙蒿提取物还对病原真菌具有明显的抑制活性[12]。白沙蒿亦可入药，对人体健康有诸多益处，有消炎散肿的功能，治疗腮腺炎、扁桃体炎、疮疖红肿等病症[26]；白沙蒿提取物，特别是其多糖和脂肪酸成分，常被开发为保健食品或作为食品添加材料，对人体抗衰老和降糖保肝等有较好的疗效[27-30]。

虽然目前白沙蒿的活性低于合成农药，但其具有植物源农药很多无可比拟的先天优势，而且可以通过进一步开展活性成分的研究工作，提升白沙蒿的杀虫、杀螨药效。将白沙蒿开发为预防病虫害的植物源农药，不仅防虫、杀虫、抗菌，对作物无害，作用时间长，资源丰富，廉价易得，而且对食品和环境安全，具有巨大的开发和应用潜力。

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