6种植物精油对黑腹果蝇行为影响及活性成分研究

王照国 杨雪 余帅 黄裕兵 金军 李��

摘要 黑腹果蠅Drosophila melanogaster 是多种水果生产中为害最为严重的害虫。植物精油可影响多种昆虫的行为。本试验提取了辣椒Capsicum annuum、小香葱Allium cepiforme、韭菜A.tuberosum 、洋葱A.cepa 、薄荷Mentha canadensis及大黄Rheum officinale 的精油，测试了各精油对黑腹果蝇行为的影响并分析了主要化学成分，在此基础上，测试了5种精油中主要化合物对黑腹果蝇行为的影响。结果表明：6种植物精油均对黑腹果蝇表现出一定的驱避活性，活性次序为：薄荷>洋葱>韭菜>大黄>小香葱>辣椒。各精油中所含的主要化合物为长叶薄荷酮、草蒿脑、茴香脑、大黄酸、3-甲氧基苯酚。长叶薄荷酮、草蒿脑及茴香脑对黑腹果蝇表现出显著的驱避活性，当浓度为62.5 mg/L时，它们对黑腹果蝇的驱避率均高于90%，15.62 mg/L的大黄酸和3-甲氧基苯酚表现出显著的引诱活性，驱避率分别为-87.50%和-117.76%。长叶薄荷酮、草蒿脑、3-甲氧基苯酚具有开发为昆虫驱避剂和引诱剂的潜力。

关键词 植物精油; 黑腹果蝇; 行为影响; 成分分析; 活性化合物

中图分类号： S 436.639

文献标识码： A

DOI： 10.16688/j.zwbh.2020350

Behavioral effects of six plant essential oils on Drosophila melanogaster Meigen and their active compounds

WANG Zhaoguo， YANG Xue， YU Shuai， HUANG Yubing， JIN Jun， LI Yan*

（State Key Laboratory of Functions and Applications of Medicinal Plants， The Key Laboratory of

Chemistry for Natural Products of Guizhou Province and Chinese Academy of Sciences，Guizhou

Provincial Engineering Research Center for Natural Drugs， Guiyang 550014， China）

Abstract

Drosophila melanogaster Meigen is the most harmful pest for the production of various economic fruits. Some plant essential oils impose behavioral effects on such pests. This study extracted essential oils from Capsicum annuum， Allium cepiforme， A.tuberosum， A.cepa， Mentha canadensis， and Rheum officinale. These essential oils were then tested for their behavioral effects on Dmelanogaster， and their chemical compositions were analyzed by GC-MS. Five compounds， belonging to the main ingredients of the essential oils， were tested for their behavioral effect on D.melanogaster. The results showed that all six plant essential oils showed repellent activity in the order from high to low as followed： M.canadensis， A.cepa， A.tuberosum， R.officinale， A.cepiforme， and C.annuum. The main components contained in each essential oil were pulegone， estragole， anethole， rhein， and 3-methoxyphenol. Pulegone， estragole and anethole showed significant repellent activity against Dmelanogaster， all with a repelling rate higher than 90% at 62.5 mg/L. Rhein and 3-methoxyphenol showed significant attractive activity， with a repelling rate of -87.50% and -117.76% at 15.62 mg/L， respectively. Therefore， pulegone， estragole and 3-methoxyphenol can potentially be developed as insect repellents and attractants.

Key words

plant essential oils; Drosophila melanogaster; behavior effect; analysis of chemical constituents;active compounds

黑腹果蝇Drosophila melanogaster Meigen属双翅目果蝇科果蝇属昆虫，以腐烂的水果或植物体为食，寄主植物广泛，已知寄主涉及18科60多种水果，包括香蕉、猕猴桃、柿、无花果、草莓、樱桃、李、油桃、西洋梨、黑莓、树莓、蓝莓、葡萄等。黑腹果蝇为钻蛀性害虫，喜欢将卵产到水果的皮下，幼虫孵化后就吸食水果果肉汁液，随着幼虫的蛀食，被取食果软化、腐烂、脱落[1-5]，降低了水果的品质和经济效益。黑腹果蝇为害期长且难以防治，严重影响寄主水果市场销售及种植效益[6]。因黑腹果蝇的钻蛀性特性，化学杀虫剂往往很难到达靶标生物，防治效果较差，且长期使用化学杀虫剂，不仅破坏果园生态环境，还导致害虫抗药性增强，故化学合成农药不能有效防控黑腹果蝇的为害。目前，黑腹果蝇已经成为樱桃、蓝莓等水果生产中的主要害虫[7]。

植物精油是植物体内的一类次生代谢产物，包括脂肪酸衍生物、芳香族化合物、单萜和倍半萜等化合物，也包含一些含氮和含硫化合物[8]，具有抑菌、抗氧化、驱虫及保鲜等多种功效[9-16]。彭映辉等[11]研究发现，绒柏Chamaecyparis pisifera cv. Squarrosa Ohwi精油对白纹伊蚊Aedes albopictus具有较强的驱避活性。研究表明，植物精油对黑腹果蝇亦具有较好的驱避及毒杀活性，徐莉[17]在其研究中发现生姜Zingiber officinale Rosc.精油对黑腹果蝇成虫具有一定的驱避活性且对雌虫的驱避活性大于雄性;陈哲等[18]研究了28种植物精油对黑腹果蝇雌成虫的驱避活性，发现葡萄柚Citrus paradisi Macf. 精油的驱避活性最好。鉴于植物精油具有毒性较小，不易产生耐药性[19-20]的优点，本试验采用水蒸气蒸馏法提取了辣椒Capsicum annuum L.、小香葱Allium cepiforme G. Don、韭菜A.tuberosum Rottler ex Sprengle、洋葱A.cepa L.、薄荷Mentha canadensis Linnaeus.及大黄Rheum officinale Baill.的精油，测试了其对黑腹果蝇行为的影响，并采用气相色谱-质谱联用仪（GC-MS）分析了6种植物精油的主要化学成分，测试了这些精油中的主要化合物对黑腹果蝇行为的影响，以期为植物精油绿色防控农业害虫提供理论依据，为开发植物精油在植物保护学中的应用价值奠定基础。

1 材料与方法

1.1 供试植物精油及主要化合物

干辣椒果实、小香葱鲜叶、韭菜鲜叶、洋葱鳞茎购自贵阳中坝农贸市场。薄荷叶、大黄根购自贵阳同济堂中山西路店，为中药饮片。长叶薄荷酮、草蒿脑、茴香脑、大黄酸和3-甲氧基苯酚纯品为萨恩化学技术（上海）有限公司产品。

1.2 植物精油的提取

采用水蒸气蒸馏法提取所选植物的精油：将植物各干样品粉碎，过20目筛，称量500 g，各鲜样品切碎，称量1 000 g，分别置于1 000 mL圆底烧瓶中，加水500～900 mL，浸泡12 h，连接好水蒸气蒸馏装置。用电热套缓缓加热圆底烧瓶至沸腾，并一直保持微沸的状态约5 h，直至无油状物流出为止。用等体积的乙醚萃取馏出液3次，合并乙醚层，用无水硫酸钠进行干燥，过滤掉无水硫酸钠，用旋转蒸发仪去除乙醚，得到精油，密封后4℃保存备用。

1.3 供试昆虫

将适量的腐烂香蕉放置在一次性纸杯中，并将纸杯放置在窗台上，待香蕉上有较多黑腹果蝇幼虫时将纸杯移入养虫笼中。当幼虫羽化后，用少量乙醚麻醉，将黑腹果蝇的雌雄成虫挑出，然后转移到新的养虫笼中，以香蕉为饲料饲养果蝇，控制养虫室适宜温度约为25℃且相对湿度为70%～90%，光照条件为L∥D=12 h∥12 h，3周更换一次香蕉。挑选新羽化的黑腹果蝇成虫用于生物活性测定。

1.4 植物精油对黑腹果蝇驱避活性测试方法

参考金异开的方法进行测试[21]：用丙酮将辣椒精油、小香葱精油、韭菜精油、洋葱精油、薄荷精油、大黄精油分别配制成500，100 mg/L及20 mg/L的溶液，将

经成分分析确定精油中含量较多且可购买到的5种成分：

长叶薄荷酮、草蒿脑、茴香脑、大黄酸和3-甲氧基苯酚，分别用丙酮配制成1 000 mg/L的溶液，二倍稀释法梯度稀释。将100头果蝇放入一个25 cm×25 cm×25 cm的纱笼中饥饿1 h，将2滴待测样品滴加到1 cm×1 cm×1 cm的腐烂香蕉块上，放入直径7.5 cm的培养皿中，对照皿中只滴加等量丙酮。待溶剂挥发掉后将处理皿和对照皿同时放入果蝇笼中，每样品3个重复。将培养皿放入昆虫笼后3 min记录对照皿和处理皿中的香蕉块上的果蝇数，然后将果蝇驱散，过3 min后再记录一次，如此重复3～5次，按照下面公式计算驱避率。

驱避率=（对照皿果蝇平均数-处理皿果蝇平均数）/对照皿果蝇平均数×100%。

1.5 精油的主要化学成分分析

6种植物精油用气相色谱-质谱-计算机联用仪进行分析鉴定，各峰经质谱计算机数据系统检索，标准图谱库 Nist 2005 和 Wiley 275，确定精油中的化合物结构，用峰面积归一化法确定各化学成分的相对含量。

气相色谱条件：色谱柱为弹性石英毛细管柱（ZB-5MSI，30 m×0.25 μm×250 μm）。用正己烷将植物精油配制成150 mg/mL的溶液。程序升温：薄荷精油初始温度45℃保持 2 min，以升温速度5℃/min升至260℃，再以10℃/min的速度升至 310℃，以310℃保持 8 min，运行58 min升温;其他5种精油初始温度从46℃保持2 min，以升温速度4℃/min升至260℃，再以8℃/min的速度升至 310℃，以310℃保持7 min，大黃精油运行65 min升温，韭菜精油运行62 min升温，辣椒精油运行68 min升温，小香葱精油运行64 min升温，洋葱精油运行63 min升温。柱参数：汽化室温度250℃，接口温度280℃，进样量1 μL，载气为99.99%的高纯氦气，柱前压52.74 kPa，载气流量1.0 mL/min，分流比20∶1，溶剂滞后时间 4.0 min。

质谱条件：电子能量70 eV，离子源为EI源，EI源温度230℃，发射电流34.6 μA，四极杆温度150℃，倍增器电压1 482 V，质量范围29～500 amu。

1.6 数据分析

利用Excel进行数据处理，计算驱避率及SD。利用 SPSS 24.0软件，采用单因素ANOVA法进行显著性分析。

2 结果与分析

2.1 6种植物精油对黑腹果蝇行为的影响

表1为6种植物精油对黑腹果蝇行为影响的结果。由表1可知，6种植物精油均对黑腹果蝇表现出一定的驱避作用。薄荷精油的活性最好，当浓度为500 mg/L时，驱避率为96.81%，随着浓度的降低，其驱避活性也降低，20 mg/L时驱避率降至7126%;其次为洋葱精油和韭菜精油，当浓度为500 mg/L时，驅避率分别为79.59%和77.99%;辣椒精油的活性最差，当浓度为500 mg/L时，驱避率仅有39.62%。大黄精油和小香葱精油表现出“高抑低促”的现象，即高浓度时表现为驱避作用，而低浓度时则表现出引诱作用。当浓度为500 mg/L时，大黄精油和小香葱精油的驱避率分别为6464%和6315%，当浓度为20 mg/L时，它们的驱避率分别为-15.55%和-8.34%，表现出较弱的引诱活性。

2.2 6种植物精油化学成分分析

GC-MS分析6种植物精油主要化学成分的结果见表2。由表2可知，薄荷精油中含量最多的化合物为异薄荷脑（15.265%），其次为反-胡椒酮氧化物（11.957%）。大黄酸是大黄精油中的主要化学成分，其含量达到34.932%，其次是二十烷，含量仅为6.34%，远远小于大黄酸的含量。小香葱精油中含量最多的是4-乙烯基-2-甲氧基苯酚，含量为19075%;其次是顺-苯甲酸叶醇酯，含量为5292%。韭菜精油中含量较多的为饱和烃，占总含量的75.708%，含量最多的为4-乙烯基-2-甲氧基苯酚和二十三烷，含量分别为11.509%和10152%。洋葱精油中含量最高的为2-十一（烷）酮（30663%），其次为油酸酰胺（22.599%），这2个化合物含量占53.262%，超过了总含量的一半。茴香脑是辣椒精油中含量最多的化合物，含量高达71825%，其次为2，4-癸二烯醛，含量为4.648%。

2.3 纯品对黑腹果蝇的驱避和引诱活性

从市面上购买到长叶薄荷酮、草蒿脑、茴香脑、大黄酸及3-甲氧基苯酚这5个化合物，故只测试了这5个化合物对黑腹果蝇行为的影响，结果见表3。长叶薄荷酮、草蒿脑和茴香脑对黑腹果蝇均具有强烈的驱避作用，当浓度为62.5 mg/L时，它们对黑腹果蝇的驱避率均高于90%，但随着浓度的减小，驱避率减小，当浓度为3.90 mg/L时，驱避率分别为71.21%、69.77%、31.28%。大黄酸和3-甲氧基苯酚驱避作用活性较差，当浓度为1 000 mg/L时，驱避率也仅为69.52%和6647%，随着浓度的减小，它们均表现出引诱活性，当浓度为15.62 mg/L时，驱避率分别为-87.50%和-117.76%。长叶薄荷酮和草蒿脑具有开发为昆虫驱避剂，3-甲氧基苯酚具有开发为昆虫引诱剂的潜力。

3 讨论

本试验通过水蒸气蒸馏法提取了6种植物的精油，对黑腹果蝇行为影响的测试结果表明，除辣椒精油外，其他5种所选植物精油对黑腹果蝇均具有显著的驱避作用，当浓度降低时，大黄精油和小香葱精油还表现出较弱的引诱活性。GC-MS分析了6种植物精油的主要化学成分，测试了5个精油中含量较高且可购买到的化合物以及前人研究发现具有较好杀虫活性的化合物对黑腹果蝇行为的影响，结果显示长叶薄荷酮、草蒿脑、茴香脑对黑腹果蝇具有显著的驱避作用，低浓度的大黄酸和3-甲氧基苯酚具有显著的引诱作用。

对薄荷精油进行GC-MS分析，发现其主要成分为异薄荷脑、反-胡椒酮氧化物、薄荷烯酮醚和长叶薄荷酮等;另外，不同的薄荷品种及采摘时间对薄荷精油的主要成分会产生一定影响[22]。薄荷精油对黑腹果蝇的驱避活性最好，20 mg/L时驱避率达到71.62%，长叶薄荷酮是薄荷精油中含量较多的化合物，含量达到8.24%，3.9 mg/L的长叶薄荷酮驱避率为71.21%，据此可以推测长叶薄荷酮可能是薄荷精油中的主要活性成分。

韭菜精油和洋葱精油对黑腹果蝇的驱避活性较薄荷精油的弱，500 mg/L时的驱避率分别为7799%和79.59%。韭菜精油中含有茴香脑（0595%），洋葱精油中含有草蒿脑（0.365%），但含量很少，推测这2种精油中还含有其他对黑腹果蝇具有驱避作用的化合物。韭菜精油中4-乙烯基-2-甲氧基苯酚含量最多，为11.509%，洋葱精油中2-十一（烷）酮含量最多，为30.663%，因这2种化合物购买不到，本次试验并未测试它们对黑腹果蝇行为的影响，在以后的试验中还需进一步验证。

大黄精油的主要化学成分为大黄酸，低浓度的大黄酸和3-甲氧基苯酚对黑腹果蝇表现出显著的引诱活性，但3-甲氧基苯酚在大黄精油中含量较少，为2.589%，同时，大黄精油中含有茴香脑（1.743%）和草蒿脑（0.547%），可能是引诱成分和驱避成分混合作用导致了大黄精油的“高抑低促”现象。

辣椒精油的活性最差，500 mg/L时对黑腹果蝇的驱避率仅为39.62%，然而，辣椒精油中含量最多的为茴香脑，含量达到71.825%，草蒿脑的含量也达到了1.305%，推测辣椒精油中可能具有对黑腹果蝇有引诱作用的化合物，而且作用较强，导致辣椒精油的活性最差。还有部分精油中的主要化合物因未购买到纯品，故本次试验并未测试这些化合物的活性，后期还需进一步分离测定这些化合物的活性。

高全[23]在其研究中发现，在浓度为5 μL/mL时，韭菜精油对小菜蛾Plutella xylostella （Linnaeus）的驱避率达到96.67%±0.82%，主要活性成分是韭菜中的吡嗪类化合物。李红莉等[24]研究发现薄荷精油对茶橙瘿螨Acaphylla theae （Watt）有一定的驱避作用。陆驰宇等[25]研究发现茴香脑对赤拟谷盗Tribolium castaneum （Herbst）具有较好的熏蒸活性。徐汉虹等[26]利用活性跟踪试验确认了草蒿脑是齿叶黄皮Clausena dunniana Levl.精油的有效杀虫成分， 对赤拟谷盗等仓库害虫具有较好的防治作用。吕建华等[27]研究发现辣椒精油对小眼书虱Liposcelis paeta Pearman具有较强的驱避作用。以上可见本试验选取的部分植物精油及活性成分在其他害虫驱避活性研究中已有应用，而将其应用于黑腹果蝇的研究却罕见报道，本试验将丰富这方面的研究，具有较大的创新意义，且本试验所提取的精油均来源常见的植物，易于后期大量提取应用于实践。

本研究所测试的长叶薄荷酮、草蒿脑和茴香脑也是一种结构简单的化合物，易于化学合成，便于推广。更为重要的是，长叶薄荷酮、草蒿脑和茴香脑在3.9 mg/L浓度的时候就对黑腹果蝇表现出较好的驱避性。本课题组后期将对这些活性化合物继续展开研究，为进一步将其应用于大田防治黑腹果蝇提供技术支撑。

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（责任编辑：田 喆）