鸡骨柴挥发油及其主要组分γ-萜品烯对赤拟谷盗成虫和幼虫的防治作用

侯志波， 王旭东， 吴昊书， 安 越， 张 继,2， 王俊龙,2， 梁俊玉,2

(西北师范大学生命科学学院1，兰州 730070) (西北师范大学新农村发展研究院2，兰州 730070)

储藏食品中的害虫污染是食品工业关注的一个主要控制性问题，目前有600多种害虫在对储藏食品进行数量和质量上的危害[1]。在储藏害虫中，赤拟谷盗Triboliumcastaneum(Herbst)是一种世界性的危害较大的害虫，以各种各样的储藏产品为食，包括谷物、玉米、小麦、干果、坚果和中药材等[2]，其数量增长快且寿命较长，繁殖寿命为几个月甚至一年[3]。除了对商品造成直接损害外，其分泌的醌类致癌物质对人类健康造成间接危害[4]。化学杀虫剂一直是仓储害虫防治最有效的工具，但长期使用不但使得害虫产生耐药性而且药剂残留对食品安全及人类健康造成极大影响[5]。因此，研究高效、低毒、易降解新型杀虫剂成为人们关注的焦点。

研究发现，桃金娘科、樟科、唇形科和菊科植物挥发油能有效地控制仓储害虫[6]。例如，香青兰和蒌蒿挥发油对仓储害虫嗜卷书虱表现出明显熏蒸活性，LC50分别为0.2、0.7 mg/L[7]；牛尾蒿和灌木亚菊挥发油对烟草甲表现出明显的触杀活性，LD50分别为19.30、25.92 μg/头[8]；罗勒和薄荷挥发油对玉米象表现出明显熏蒸活性，半数致死中量分别可达到5.476、5.840 μL/L[9]。从天然植物中获得的挥发性化合物对哺乳动物具有低毒性且分解速度快，经过较长时间后在食品和环境中只有很少的残留物[7]。

鸡骨柴Elsholtziafruticose为唇形科香薷属落叶灌木，广泛分布于我国甘肃、湖北、四川、云南、贵州和广西等地[10]。香薷属植物用于害虫防治的研究已有报道，例如木香薷E.stauntonii提取物对仓储害虫锯谷盗具有明显的杀虫活性(LD50为30.6μL/L)[11]；香薷E.ciliate挥发油对赤拟谷盗毒杀作用显著(LD50为7.79 μg/头)[12]，且香薷挥发油对嗜卷书虱也表现出一定的杀虫活性(LD50为145.5μg/cm2)[13]。研究发现，鸡骨柴挥发油对马铃薯茎线虫具有明显的毒杀作用，EC50为0.16 mg/mL，但有关鸡骨柴挥发油对仓储害虫防治作用的研究鲜见报道。鸡骨柴挥发油共鉴定出23种化合物，主要组分为桉叶油醇(40.1%)、γ-萜品烯(15.8%)和柠檬烯(9.3%)[14]，其中桉叶油醇在大多数植物挥发油中被研究报道。本实验以鸡骨柴挥发油及其主要组分γ-萜品烯为材料，评价其对仓储害虫赤拟谷盗成虫和幼虫的杀虫活性，旨在为开发新型植物源杀虫剂提供参考。

1 材料与方法

1.1 试虫饲养

赤拟谷盗饲养于容积为0.5 L玻璃瓶中，用小麦粉与酵母粉质量比10∶1作为饲料。饲养温度28～30 ℃，相对湿度为70%～80%。供试成虫均为羽化1～2周活性较好的成虫，供试幼虫均选择6日龄幼虫进行活性实验[15]。

1.2 样品及试剂

鸡骨柴挥发油(实验室前期制备并已发表[14])、γ-萜品烯(纯度95%)、除虫菊酯(纯度27%)、避蚊胺(纯度99%)、丙酮(分析纯)。

1.3 触杀活性测定

鸡骨柴挥发油及γ-萜品烯对赤拟谷盗的触杀活性测定参照文献[16]。用丙酮将鸡骨柴挥发油及γ-萜品烯稀释成5个浓度梯度的稀释液，通过预实验寻找最适的用量范围。将成虫或幼虫放在放到培养皿中置于冰袋上，用移液枪吸取0.5 μL丙酮稀释液滴于试虫的前胸背板上(幼虫直接滴于背部)，丙酮和除虫菊酯分别作为阴性对照和阳性对照。每个处理重复5次，每次10头。处理后的试虫放入直径2.5 cm，高5.5 cm的玻璃瓶中，置于培养箱培养24 h，观察并记录死亡情况。利用SPSS22.0统计分析计算半数致死剂量LD50。

1.4 熏蒸活性测定

鸡骨柴挥发油及γ-萜品烯对赤拟谷盗的熏蒸活性测定参照文献[16]。用丙酮将鸡骨柴挥发油及γ-萜品烯稀释成5个浓度梯度的稀释液，通过预实验寻找最适的用量范围。选10只试虫置于直径为2.5 cm、高为5.5 cm的玻璃瓶中并将事前准备好的直径为2.0 cm的圆形滤纸片置于瓶盖中。用移液枪吸取10 μL稀释液滴于滤纸片，待滤纸片溶液挥发20s后迅速拧上瓶盖并用封口膜密封。用丙酮和甲基溴分别作为阴性对照和阳性对照(幼虫阳性对照为辛硫磷)，每个浓度梯度重复5次，处理后的试虫置于培养箱培养24 h，观察并记录死亡情况。利用SPSS22.0统计分析计算半数致死浓度LC50。

1.5 驱避活性测定

鸡骨柴挥发油及γ-萜品烯对赤拟谷盗的驱避活性测定参照文献[17]。将挥发油用丙酮稀释为5、1、0.2、0.04 mg/mL的稀释液。准备直径为9 cm的圆形滤纸片并将其对半剪开，一半滴加500 μL不同浓度梯度稀释液(相当于同量分别为78.63、15.73、3.15、0.63、0.13 μL/cm2)，另一半滴加500 μL丙酮作为对照。待溶剂自然挥发后，将两半滤纸片对接粘在一个直径为9 cm的培养皿底部，将20只试虫置于培养皿中盖上皿盖，丙酮和避蚊胺分别作为阴性对照和阳性对照。每个浓度重复5次，分别在处理2、4 h后观察并记录滤纸上试虫分布情况，并计算驱避率(PR)。

PR=[(Nc-Nt)/(Nc+Nt)]×100%

式中：Nc为出现在无药区域的试虫数；Nt为出现在试验区域(具有挥发油或阳性对照)试虫数。

2 结果与讨论

2.1 触杀活性

鸡骨柴挥发油及γ-萜品烯对赤拟谷盗成虫和幼虫的触杀活性结果见表1。由表1可知，鸡骨柴挥发油及γ-萜品烯对赤拟谷盗成虫均表现出明显的触杀作用，LD50分别为26.64、33.04 μg/头。鸡骨柴挥发油对赤拟谷盗幼虫具有一定的触杀活性，LD50为111.72 μg/头，而γ-萜品烯对赤拟谷盗幼虫未表现出触杀活性。鸡骨柴挥发油对赤拟谷盗的触杀作用较γ-萜品烯更强，且鸡骨柴挥发油对赤拟谷盗幼虫的触杀作用弱于成虫。

鸡骨柴挥发油及γ-萜品烯对赤拟谷盗的触杀活性均弱于阳性对照除虫菊酯，但与其他文献报道的三桠苦挥发油[18]和柳叶亚菊挥发油[19]对赤拟谷盗成虫触杀活性(LD50分别为166.94、64.51 μg/头)的研究结果相比，鸡骨柴挥发油及其主要组分γ-萜品烯具有更强的触杀作用。赤拟谷盗幼虫对药物的敏感性弱于成虫，这与陈昉等[15]的研究赤拟谷盗幼虫对黄花蒿挥发油的敏感性弱于成虫相同。鸡骨柴挥发油主要化学组分为桉叶油醇、γ-萜品烯和柠檬烯[14]，其中桉叶油醇被报道对赤拟谷盗成虫触杀活性显著(LD50为19.0 μg/头)[20]。由此可初步推测桉叶油醇可能在鸡骨柴挥发油触杀活性中发挥主要作用。

表1 鸡骨柴挥发油及γ-萜品烯对赤拟谷盗成虫 和幼虫的触杀活性

2.2 熏蒸活性

鸡骨柴挥发油及γ-萜品烯对赤拟谷盗成虫和幼虫的熏蒸活性结果见表2。由表2可知，鸡骨柴挥发油及γ-萜品烯对赤拟谷盗成虫熏蒸活性显著，LC50分别为32.16、16.94 mg/L。鸡骨柴挥发油对赤拟谷盗幼虫具有一定的熏蒸活性，LC50为78.25mg/L，γ-萜品烯对赤拟谷盗幼虫未表现出熏蒸活性。鸡骨柴挥发油对赤拟谷盗熏蒸活性弱于γ-萜品烯，且鸡骨柴挥发油对赤拟谷盗幼虫的熏蒸活性弱于成虫。

虽然鸡骨柴挥发油及γ-萜品烯对赤拟谷盗成虫和幼虫的熏蒸活性均弱于阳性对照，但与采用相同活性评价方法的挥发油相比，鸡骨柴挥发油及γ-萜品烯具有更强的熏蒸活性。例如，肿柄菊挥发油[21]和牛尾蒿挥发油[22]对赤拟谷盗成虫的熏蒸活性(LC50分别为102.67、49.54 mg/L)，节鞭山姜挥发油[23]对赤拟谷盗成虫和幼虫的熏蒸活性(LC50分别为73、196 μL/L)及丁香酚[24]对赤拟谷盗幼虫的熏蒸活性(LC50为218.99 μL/mL)均弱于鸡骨柴挥发油及其主要组分γ-萜品烯。文献报道，桉叶油醇对赤拟谷盗成虫(LC50为5.47 mg/L)[20]以及柠檬烯对赤拟谷盗成虫和幼虫均具有明显的熏蒸活性(LC50分别为5.52、20.64 mg/L)[12]。γ-萜品烯对赤拟谷盗的熏蒸活性弱于桉叶油醇和柠檬烯而强于鸡骨柴挥发油，可能是由于不同化学组分之间相互作用影响鸡骨柴挥发油的熏蒸活性。

表2 鸡骨柴挥发油及γ-萜品烯对赤拟谷盗成虫和幼虫发熏蒸活性

2.3 驱避活性

鸡骨柴挥发油对赤拟谷盗成虫2、4、24 h的驱避作用效果见图1。由图1可知，鸡骨柴挥发油在78.63 nL/cm2条件下作用2、4 h后与阳性对照避蚊胺驱避率差异不显著，且鸡骨柴挥发油对赤拟谷盗成虫的驱避率值在2、4 h均达到在100%。同等作用条件下24 h后鸡骨柴挥发油对赤拟谷盗成虫驱避率仍可达到90%以上，且在78.63～3.15 nL/cm2条件处理之间，鸡骨柴挥发油对赤拟谷盗成虫的驱避作用优于避蚊胺。在3.15 nL/cm2作用条件下，鸡骨柴挥发油对赤拟谷盗成虫2、4、24 h驱避率值与阳性对照间无显著差异。随着用量的减小，鸡骨柴挥发油对赤拟谷盗成虫的驱避作用逐渐减弱且弱于阳性对照避蚊胺。

图1 鸡骨柴挥发油对赤拟谷盗成虫2、4、24 h的驱避活性

鸡骨柴挥发油对赤拟谷盗幼虫2、4、24 h的驱避作用效果见图2。由图2可知，鸡骨柴挥发油在78.63 nL/cm2条件下作用2 h后对赤拟谷盗幼虫的驱避率值超过90%。同等作用条件下4 h后，鸡骨柴挥发油对赤拟谷盗幼虫驱避率值达到80%且与阳性对照避蚊胺无显著差异。在最高用量下作用24 h后，鸡骨柴挥发油对赤拟谷盗幼虫的驱避率值为50%。

鸡骨柴挥发油对赤拟谷盗成虫和幼虫均具有明显的驱避作用，且对赤拟谷盗成虫作用较幼虫更强。在最高用量下鸡骨柴挥发油赤拟谷盗成虫2、4 h驱避率值均可达100%，对赤拟谷盗幼虫2、4 h驱避率值均超过80%，同等作用条件下24 h后，鸡骨柴挥发油对赤拟谷盗成虫和幼虫的驱避作用均减弱但对赤拟谷盗成虫的驱避率值仍可达到90%。此外，在较高用量下，鸡骨柴挥发油对赤拟谷盗成虫和幼虫的驱避作用均强于阳性对照避蚊胺，可见鸡骨柴挥发油赤拟谷盗成虫和幼虫均具有显著的驱避活性。γ-萜品烯对赤拟谷盗成虫和幼虫均未表现出明显的驱避活性。

图2 鸡骨柴挥发油对赤拟谷盗幼虫2、4、24 h的驱避活性

鸡骨柴挥发油对赤拟谷盗成虫和幼虫以及γ-萜品烯对赤拟谷盗成虫具有明显的防治作用。触杀、熏蒸和驱避活性测试结果显示，鸡骨柴挥发油对赤拟谷盗幼虫防治作用弱于成虫，且触杀和熏蒸活性表明，鸡骨柴挥发油对赤拟谷盗幼虫的LD50和LC50分别是成虫的4.2倍和2.4倍。研究表明，不同发育阶段赤拟谷盗体内蛋白质、氨基酸、脂肪酸和矿物质含量均有所差异，其中幼虫体内钾和锌的含量明显高于成虫，这种差异可能会导致不同发阶段赤拟谷盗表皮渗透性和持久性发生改变从而对药物表现出不同的敏感性[25]。植物挥发油由多种不同化合物按不同比例组成，其对靶标试虫的作用机制相对复杂[26]。从鸡骨柴挥发油及其主要化合物对赤拟谷盗的活性结果测试可知，鸡骨柴挥发油对赤拟谷盗的毒杀作用可能与其主要组分桉叶油醇、γ-萜品烯和柠檬烯或其他含量较少的化合物之间相互作用有关。有关鸡骨柴挥发油及其主要化合物间的相互作用与其生物活性关系还尚不明确，有待进一步研究。

3 结论

本研究分析了鸡骨柴挥发油及其主要组分γ-萜品烯对赤拟谷盗成虫和幼虫的触杀、熏蒸和驱避活性。结果表明，鸡骨柴挥发油对赤拟谷盗成虫和幼虫均具有显著的触杀、熏蒸和驱避作用。γ-萜品烯对赤拟谷盗成虫具有明显的触杀和熏蒸作用。植物源杀虫剂较化学杀虫剂，具有低毒，易降解等优点，且我国植物资源丰富，将鸡骨柴挥发油及其主要组分开发为新型植物源杀虫剂用于仓储害虫防治。