5种植物精油对玉米象的杀虫活性研究

杨二妹 贾 浩 周晨霞 李慧静

(河北农业大学食品科技学院，保定 071000)

粮食是人类赖以生存的必需品，粮食安全成为首要问题。根据我国储粮损失相关资料显示，国家库损失为0.2%，农户储粮损失为6%～9%[1]。玉米象在我国已被列入10大储粮害虫之中，也被视为世界头号储粮害虫[2]。玉米象是蛀食性储粮害虫，主要发生在稻谷、小麦和玉米等原粮中，被害粮食几乎为空壳，粮食的品质严重下降和质量减少[3, 4]。玉米象分布较为广泛，在我国多个省的地方粮食储备库及加工企业和储粮农户中均有玉米象的存在[5, 6]。玉米象属于鞘翅目象甲科，善于爬行、能飞行、有假死性和喜潮湿、阴暗地等生物学特性[7]。在我国玉米象每年可发生1～7代，由北方到南方，随着温度和湿度的变化，东北每年产1～2代，广东、广西等地每年可产7代，由北向南产生的代数逐渐增多，对粮食危害很严重[8, 9]。

磷化氢被广泛用于防治储粮害虫，是一种剧毒农药，长期使用储粮害虫产生抗药性，并污染环境及危害工作人员的身体健康[10, 11]。植物源杀虫剂是一种天然无害、无污染、不易产生抗药性、杀虫范围广且易得到的绿色安全的储粮熏蒸剂[12, 13]。植物源杀虫剂是直接利用或提取植物的根、茎、叶、花、果、种子等或利用其次生代谢物质制成具有杀虫作用的活性物质[14, 15]。植物源杀虫剂主要分为生物碱类、鱼藤酮类、楝科植物、除虫菊类、萜类化合物、植物光活化毒素和植物精油[16]。植物精油作为植物的次级代谢产物，具有特殊的芳香气味、易挥发、溶于有机溶剂的复合化合物[17, 18]。

国外很多学者已对植物精油有大量的研究，Kim等[19]研究了10种植物精油对米象的熏蒸实验，其中香菜精油(caraway), 小茴香精油(dill)，孜然精油(cumin)对米象的熏蒸效果较其他精油好，其半数致死剂量分别为2.45、3.29、4.75 mg/L。Hernandez-Lambrao等[20]研究表明香茅(Cymbopogon martinii)精油熏蒸24 h玉米象的致死率达90%以上，半数致死量为37.2 μL/L，比市售产品IR3535效果更好。近些年国内外植物源农药得到长足发展。李慧等[21]研究表明改性大蒜素对粮堆表面上的玉米象具有很好的熏蒸效果，熏蒸24 h体积分数为96 μL/L，玉米象的死亡率可达到100%。张超等[22]研究表明辣根素熏蒸玉米象72 h时具有较高的熏蒸活性，LD50为 0.74 μg/mL，LD90为1.53 μg/mL。本研究选取了生姜精油、罗勒精油、丁香精油、薄荷精油和黑胡椒精油，设置不同浓度、不同处理时间对玉米象的熏蒸实验，并用气质联用仪对精油的成分进行测定，旨在筛选出对控制储粮害虫玉米象效果较好的植物精油，为进一步开发新型植物源杀虫剂提供参考。

1 实验材料和方法

1.1 材料与试剂

材料与试剂：生姜精油、罗勒精油、丁香精油、薄荷精油、黑胡椒精油、丁香酚、肉豆蔻酸异丙酯、薄荷醇、柠檬烯、聚四氟乙烯、300 mL三角瓶、滤纸、封口膜、移液枪。

设备：电热鼓风干燥箱，恒温培养箱，安捷伦气质联用仪。

1.2 玉米象饲养方法

玉米象虫源：2019年2月由国家物资和储备局引进。

饲养方法：参照黄衍章等[23]、侯昌亮等[24]饲养玉米象的方法，将未接触过农药的小麦粒去除杂质和尘土，清洗后放入80 ℃电热鼓风干燥箱内消毒2 h。将消毒好的小麦粒放置室温后，含水量调至12.5%～14%。将养虫瓶在121 ℃、15 min的条件下消毒，冷却后在养虫瓶2/3处涂一层聚四氟乙烯，防止成虫爬出。用已消毒的毛笔将成虫接入装有1/3饲料的养虫瓶中，用滤纸将瓶口封好，放入养虫室内(温度：27～29 ℃，湿度：70%～80%。待下一代大量成虫羽化后2周取出作为试虫供实验使用。

1.3 实验方法

1.3.1 熏蒸实验

参照程作慧等[25]、杨杉等[26]三角瓶滤纸密闭熏蒸法：将三角瓶置于灭菌锅中121 ℃、15 min灭菌，冷却后在距瓶口2～3 cm处均匀的涂一层聚四氟乙烯，防止试虫爬出。每瓶接入玉米象成虫20头，用微量移液枪分别吸取不同剂量的精油，体积分数分别为10.00、15.00、20.00、25.00、30.00、35.00、40.00 μL/L，分别滴于长方形滤纸片1×12 cm上，并迅速悬挂在距300 mL三角瓶底部2～3 cm处，滤纸片不能与瓶壁、瓶底接触，迅速将瓶口密封。以空白滤纸作对照，每一个处理重复3次。置于温度为27～29 ℃、湿度70%～80%的养虫室中，分别于处理24、48、72、96 h时，观察玉米象的死亡数，并计算校正死亡率。

参照上述方法用移液枪分别取丁香酚5、10、15、20、25、30 μL，体积分数为12.50、25.00、37.50、50.00、62.50、75.00 μL/L，移取肉豆蔻酸异丙酯60、70、80、90、100、110 μL，体积分数为150.00、175.00、200.00、225.00、250.00 μL/L，进行玉米象熏蒸实验，每一处理设置3个重复，置于养虫室内，分别在24、48、72、96 h观察玉米象的死亡数，并计算校正死亡率。

死亡标准：以拨针触及成虫尾部、触角及足不动者为死亡。

死亡率=死亡虫数/总虫数×100%

1.3.2 GC-MS精油成分分析

采用气质联用仪安捷伦气相色谱7890A-质谱5975C对精油成分进行分析。

气相色谱条件:色谱柱HP-5MS(30 m×250 μm×0.25 μm)，进样量1 μL，分流比50∶1，载气为氦气，进样口温度280 ℃，程序升温条件：初始温度，60 ℃保持3 min，30 ℃/min到285 ℃保持9 min。

质谱条件：EI离子源，电子能量70 eV，离子源温度230 ℃，四极杆温度150 ℃，扫描范围为全扫描，溶剂延迟2.9 min，使用NIST谱库图谱检索进行定性，采用面积归一法进行成分含量分析。

1.4 数据处理

运用SPSS 17.0软件对原始数据进行统计处理、方差分析，并使用该软件中Probot回归法进行毒力分析(5%显著水平)。运用Origin 9.0软件对统计数据进行作图分析。

2 结果分析

2.1 玉米象熏蒸结果及分析

在温度27～29 ℃，湿度70%～80%的黑暗条件下进行5种精油7个浓度梯度测定对玉米象熏蒸毒力的剂量效应，每一浓度分别在24、48、72、96 h观察一次，每个处理设3个重复，测定精油对玉米象熏蒸毒力的时间效应。图1表示5种精油不同浓度处理24、48、72、96 h对玉米象熏蒸毒力的测定结果。

从图1可看出5种植物精油熏蒸玉米象24、48、72、96 h，校正死亡率均随精油浓度增大呈上升趋势，同种精油同一浓度随时间的延长玉米象的校正死亡率增大。薄荷精油和罗勒精油熏蒸玉米象24、48、72 h的校正死亡率均有显著差异，熏蒸96 h，7个浓度玉米象的校正死亡率基本达到100%，无显著性差异，熏蒸效果较好。

熏蒸24 h，体积分数为10 μL/L时，薄荷精油和罗勒精油的校正死亡率分别为25%、12.5%，体积分数为40.00 μL/L时，薄荷精油和罗勒精油的校正死亡率分别为87.50%、45%以上。可见熏蒸24 h精油浓度对玉米象的校正死亡率影响较大。Buentello等[27]研究了罗勒精油对三种果蝇的熏蒸实验，熏蒸2 h体积分数为2.5%致死率均为77%以上，说明同种精油熏蒸不同种害虫效果不同，罗勒精油对熏杀害虫种类范围较大。杨杉等[26]研究了8种植物精油对玉米象的熏蒸毒力，熏蒸24 h，薄荷精油对玉米象的熏蒸效果最强，校正死亡率为86.67%。熏蒸48 h，罗勒精油和薄荷精油的7个浓度熏蒸玉米象的校正死亡率均在60%以上，体积分数为40 μL/L，校正死亡率均超过80%。熏蒸48 h，丁香精油和黑胡椒精油对玉米象的校正死亡率均未到达40%，丁香精油随浓度增大，玉米象的校正死亡率逐渐升高，但校正死亡率相对较低。洪承昊[28]研究表明留兰香精油熏蒸48 h、体积分数为6.25 μL/cm3，玉米象的校正致死率为15.5%，体积分数18.75 μL/cm3校正死亡率为97.7%，熏蒸72 h、体积分数为2.257 μL/cm3，玉米象的校正死亡率为24.4%，体积分数为18.757 μL/cm3，玉米象的校正死亡率为98.8%，随浓度、时间不断增大，玉米象校正死亡率明显增加。熏蒸72 h，生姜精油的7个浓度对玉米象的校正死亡率均达到75%以上，罗勒精油和薄荷精油体积分数在40.00 μL/L时，玉米象的校正死亡率达到100%。随熏蒸时间延长，玉米象的校正死亡率不断升高。熏蒸96 h，薄荷精油体积分数为15 μL/L时，玉米象的校正死亡率达到100%，罗勒精油体积分数为20.00 μL/L时，玉米象的校正死亡率达到100%，生姜精油体积分数为25.00 μL/L时，玉米象的校正死亡率为100%。丁香精油体积分数为40.00 μL/L 时，玉米象的校正死亡率达到90%，有显著差异。黑胡椒精油熏蒸玉米象24 、48、72、96 h，7个浓度的校正死亡率规律性较差，杀虫效果还需进一步研究确定。说明薄荷精油对玉米象的熏蒸效果较好，罗勒精油对玉米象的效果仅次于薄荷精油。同一熏蒸时间不同种精油对玉米象的致死效果不同，说明精油熏蒸玉米象的有效成分含量不同、种类也不同，但随精油剂量的不断增大，玉米象的校正死亡率明显增加，精油浓度对玉米象的校正死亡率影响较大。

注：同一图中同一图案上不同字母表示显著差异，余同。图1 5种精油不同浓度熏蒸24 h、48 h、72 h、96 h对玉米象的校正死亡率

综合以上研究结果表明5种精油中薄荷精油对玉米象熏蒸效果最好，罗勒精油次之，丁香精油相对较差，若增大浓度熏蒸玉米象可能熏蒸效果会好。Gonzales等[29]研究了丁香精油和肉桂精油对玉米象的熏蒸效果，丁香精油熏蒸效果较差，在本研究中同一浓度丁香精油熏蒸玉米象的效果较其他精油差，说明丁香精油对玉米象的毒力较小。薄荷精油和罗勒精油熏蒸72 h和96 h时，玉米象的校正死亡率趋于100%，对玉米象的熏蒸效果较好。可为研制新型绿色植物源杀虫剂提供参考，为进一步说明薄荷精油和罗勒精油对玉米象的熏蒸效果，因此，对其进行毒力回归分析。

根据罗勒精油和薄荷精油对玉米象的熏蒸效果，计算出不同处理时间的回归方程、致死中量及相关系数等。由表1可知薄荷精油熏蒸24 h的玉米象半数致死中量是72 h的3倍多。罗勒精油熏蒸24 h玉米象的半数致死中量(LD50)是72 h的8倍，与Hossain等[30]研究的罗勒精油对玉米象熏蒸48、72、96 h的半数致死中量为8.14、6.50、4.91 μL/mL，均表明随熏蒸时间的延长、玉米象的半数致死中量逐渐减少，趋势相一致。薄荷精油和罗勒精油对玉米象的毒力回归方程中相关系数(R2)均在0.90以上，说明两种精油对玉米象毒力测定的回归方程拟合程度较好，与实际情况相符合[31, 32]。周娟[33]研究结果表明肉桂精油对玉米象熏蒸24、48、72 h后，肉桂精油对玉米象的半数致死中量分别是1.97、1.54、1.12 μL/L。与本研究中的半数致死剂量随熏蒸时间的延长，两种精油处理玉米象的LD50值明显下降有相同趋势，与周娟的研究结果趋势一致。

表1 罗勒精油和薄荷精油对玉米象的熏蒸毒力回归分析

2.2 精油成分分析

为确定薄荷精油和罗勒精油中的有效成分，对两种精油进行气质分析。根据两种精油的气相色谱图，可看出均存在多个峰，峰面积出现的时间和大小均不同，成分较为复杂。

从表2中可看出薄荷精油中的化学成分种类较多，分析出119种组分，其中10种化学成分含量达到81.6%。洪承昊[28]研究中发现薄荷精油的主要成分为薄荷醇和柠檬烯，薄荷醇含量较高，但不是薄荷精油中熏杀玉米象的有效成分，柠檬烯对玉米象有一定的熏杀效果，柠檬烯对玉米象处理体积分数为37.5 μL/L时，熏蒸24、48、72 h 玉米象的校正死亡率分别为74.1%、87.5%、97.3%。本研究中选取薄荷醇和柠檬烯对玉米象进行熏蒸实验，确定对玉米象熏蒸的有效成分。

表2 薄荷精油的GC-MS分析

从表3中可以看出罗勒精油的化学成分种类较多，分离出70种组分，其10种化学成分含量达到96.48%，其中丁香酚、肉豆蔻酸异丙酯、苯甲酸苄酯和石竹烯4种化学成分的质量分数可达91.4%。黄丽沄等[34]发现罗勒精油的成分丁香酚质量分数为39.55%，石竹烯占4.73%，有很好的抑菌作用，说明有一定的毒杀效果。目前，研究罗勒精油所含的单体成分对玉米象的熏蒸效果的报道文献较少，需进一步研究确定有效成分。

表3 罗勒精油的GC-MS分析

从图2可看出同一浓度柠檬烯、薄荷醇和丁香酚对玉米象的熏蒸活性随时间的延长校正死亡率增加，同一熏蒸时间对玉米象的校正死亡率随浓度增加而增加，且有显著差异。在熏蒸96 h，柠檬烯体积分数为75 μL/L对玉米象的校正死亡率95%以上，薄荷醇体积分数为275 μL/L对玉米象的校正死亡率近90%，柠檬烯对玉米象的校正死亡率较薄荷醇较好。杨杉等[28]研究表明薄荷醇体积分数为50 μL/L、对玉米象熏蒸24、48、96、120 h时，校正死亡率分别为0、2.5%、2.5%和12.9%，柠檬烯体积分数为50 μL/L，对玉米象熏蒸24 h时，校正死亡率达到100%。薄荷精油的主要成分中柠檬烯对玉米象具有有效的熏杀效果，薄荷醇熏杀效果较弱。丁香酚体积分数为75 μL/L时，熏蒸96 h玉米象的校正死亡率为100%。熏蒸时间对玉米象的校正死亡率有显著影响。肉豆蔻酸异丙酯熏蒸24 h时，玉米象的校正死亡率为0，无熏蒸效果。熏蒸96 h时，玉米象的校正死亡率随精油浓度的增大而增大，不同浓度下有显著差异，体积分数为275 μL/L时，校正死亡率为50%。丁香酚相对肉豆蔻酸异丙酯对玉米象的熏蒸效果较好，丁香酚是罗勒精油中主要杀虫成分之一。薄荷精油和罗勒精油成分均较为复杂，其他成分对玉米象的熏杀效果还需进一步分析。

图2 柠檬烯、薄荷醇、丁香酚和肉豆蔻酸异丙酯对玉米象熏蒸24、48、72、96 h的校正死亡率

根据柠檬烯、薄荷醇和丁香酚、肉豆蔻酸异丙酯对玉米象的熏蒸效果，分别计算出其不同处理时间的毒力回归方程、致死中量及相关系数等。从表4可以看出柠檬烯熏蒸24 h的半数致死中量时96 h的4倍多，薄荷醇熏蒸24 h的半数致死中量是96 h的1.6倍，柠檬烯和薄荷醇对玉米象的半数致死中量随时间的延长不断减少。丁香酚熏蒸24 h时，玉米象的半数致死中量(LD50)是72 h的3倍多，熏蒸时间对熏蒸效果影响较大。肉豆蔻酸异丙酯熏蒸96 h时，玉米象的半数致死中量(LD50)为255.713 μL/L。四种成分对玉米象的毒力回归方程中相关系数(R2)均在0.90以上，说明对玉米象毒力测定的回归方程拟合度较好，与实际情况相符合。薄荷精油中柠檬烯的半数致死中量较薄荷醇小，说明柠檬烯对玉米象的熏蒸毒性较薄荷醇大。罗勒精油的中的丁香酚的半数致死量较肉豆蔻酸异丙酯小，说明丁香酚对玉米象的熏蒸毒性较大。

表4 柠檬烯、薄荷醇和丁香酚、肉豆蔻酸异丙酯对玉米象的熏蒸毒力回归分析

3 结论

在熏蒸24、48、72、96 h时，薄荷精油和罗勒精油对玉米象的熏蒸效果较好，两种精油在熏蒸72、96 h，体积分数为40.00 μL/L时，校正死亡率达到100%。罗勒精油熏蒸24、48、72 h时，LD50分别为44.569、 7.821、5.840 μL/L，薄荷精油熏蒸24、48、72 h时，LD50分别为18.124、 8.266、5.476 μL/L，相关系数(R2)均在90%以上，线性关系良好。采用气相-色谱联用仪对薄荷精油和罗勒精油分别进行了成分分析，薄荷精油分析出119种成分，主要有薄荷醇(21.17%)、柠檬烯(12.59%)，柠檬烯较薄荷醇对玉米象具有较强的熏杀效果；罗勒精油分析出分离出70种成分，主要为丁香酚(38.55%)、肉豆蔻酸异丙酯(29.43%)，罗勒精油的主要成分丁香酚对玉米象的熏蒸效果较肉豆蔻酸异丙酯好，说明丁香酚为罗勒精油熏玉米象的有效成分之一，其他成分尚需进一步研究确定。

综合玉米象熏蒸实验结果分析得出，薄荷精油对玉米象的熏杀效果最好，罗勒精油次之。因此，在防治储粮害虫方面比较有发展前景，可通过与其他精油进行复配，研制出新型绿色、安全植物源杀虫剂。