直茎蒿挥发油化学成分分析及其对仓储害虫的杀虫活性研究

周 峰， 逯 靖， 王书红， 侯志波， 安 越， 张 继， 梁俊玉

(西北师范大学生命科学学院，兰州 730070)

赤拟谷盗(Triboliumcastaneum)和烟草甲(Lasiodermaserricorne)是2种最普遍的仓储害虫，分布遍及世界各地。这2种仓储害虫食性广，可为害谷物、油料、中药材及动物性产品等。赤拟谷盗主要为害小麦粉，该虫有臭腺分泌臭液，使小麦粉变色发臭不能食用，其分泌物还包含致癌物苯醌[1]。烟草甲危害茶叶、烟草、禾谷类、豆类、干枣、 油籽、动植物标本、皮革、藤竹制品等 ,尤其是烟草商品受害严重[2]。烟草甲及其幼虫蛀食储藏期的烟叶和茶叶，且导致霉变，也可蛀入粮粒等储藏物内取食，造成严重的经济损失，尤其烟草受害最为严重[3-6]。

化学合成杀虫剂的过度使用使得害虫耐受性增强、农药残留所引起的环境污染和人体健康隐患等问题凸显[7]。植物源杀虫剂具有资源丰富、作用机制多样、低毒低残留、环境友好等优点, 对高等动物及害虫天敌较为安全[8,9]。植物挥发油是植物次级代谢产物，是目前研究较多的一类挥发性成分，具有高度选择性，易于分解，对人畜安全性高等优点[10]。植物挥发油气味芳香，害虫不易产生抗药性，在自然环境中也易于降解，将其应用于昆虫生物防治具有广阔的前景[11]。许多唇形科、菊科植物挥发油在仓储害虫、马铃薯茎线虫等的防治方面已有重大研究进展[12-17]。

直茎蒿(Artemisiastricta)是菊科蒿属植物，主要分布于青海、甘肃、新疆等地区，具有清热利湿之功效，常用于肝炎、胆囊炎、气管炎等的防治[18,19]。目前，有很多蒿属植物已被证明具有良好的杀虫活性，如黄花蒿挥发油对赤拟谷盗成虫和幼虫均具有良好的触杀和趋避作用[20]，牛尾蒿挥发油对烟草甲具有一定的触杀与熏蒸活性[21]，牛尾蒿、灰苞蒿、红足蒿、白莲蒿、华北米蒿5种蒿属挥发油对烟草甲和嗜卷书虱均有一定的趋避活性[22]。但是目前对于直茎蒿杀虫活性方面的研究鲜有报道。本项目研究了直茎蒿挥发油的化学成分及其对赤拟谷盗和烟草甲2种仓储害虫成虫的触杀、熏蒸活性，为植物挥发油防治害虫进行基础研究。

1 材料与方法

1.1 植物材料和挥发油提取

直茎蒿于2017年8月采于甘肃省天祝县打柴沟镇(海拔2 630 m，东经102°59′13″，北纬37°5′31″)。将直茎蒿的新鲜叶片风干后切碎，采用水蒸气蒸馏法对500 g样品进行挥发油提取，持续提取6 h。粗挥发油经无水硫酸钠脱水处理后得到直茎蒿挥发油，密封于4 ℃冰箱中保存。

1.2 试虫饲养

将烟草甲和赤拟谷盗均饲于质量比为10∶1的小麦粉和酵母粉混合饲料中，在温度为(29±1) ℃，相对湿度为70%～80%的恒温培养箱中进行培养。所用的昆虫均为羽化后1～2周的成虫。

1.3 挥发油的GC/MS分析

实验采用6890N气相色谱(FID检测器)和5973N型质谱联用仪器来对挥发油化学组分进行分析。色谱柱为HP-5MS型(30 m×0.25 mm×0.25 μm)，气相色谱升温程序为60 ℃开始持续2分钟，后以10 ℃/min速度升到180 ℃并持续1 min，再以20 ℃/min速度升到280 ℃并持续15 min；进样量为1 μL(用正己烷稀释到1%)，载气为氦气；分流比1∶10；流速1.0 mL/min。与NIST数据库对比鉴定挥发油的每种组分，其相对百分含量通过面积归一法获得[23，24]。

1.4 触杀活性实验

参照文献[25，26]的方法测定直茎蒿挥发油对烟草甲和赤拟谷盗的触杀活性。用移液枪移取0.5 μL样品的正己烷稀释液分别滴于2种试虫的前胸背板上，对直茎蒿挥发油进行烟草甲和赤拟谷盗的触杀活性的测定，后置入直径2.5 cm，高5.5 cm的玻璃瓶中进行恒温培养。以正己烷为空白对照，除虫菊素为阳性对照，设5个浓度梯度，每个浓度重复5次，每次试虫10头。24 h后，观察和记录死亡情况，并计算死亡率与校正死亡率。采用SPSS 22.0 统计软件分析计算半致死剂量LD50(μg/头)。

1.5 熏蒸活性实验

参照文献[27]的方法测定挥发油对害虫的熏蒸活性。挑10只试虫放入直径为2.5 cm，高为5.5 cm，容积为25 mL的玻璃瓶中。取10 μL的正己烷稀释液滴在直径为2.0 cm的滤纸片上。待溶剂挥发20 s后，将滤纸片迅速放入瓶盖内部，再将瓶盖旋紧在瓶子上，最后用封口膜将瓶口密封以形成封闭的空间。每个浓度的稀释液进行5次平行实验，每个实验重复10头试虫。24 h后统计昆虫的死亡数。采用 SPSS 22.0 软件分析计算半致死浓度LC50(mg/L)。

2 结果与分析

2.1 直茎蒿挥发油的化学组分

植物材料采集于甘肃省天祝县，样品由西北师范大学梁俊玉副教授鉴定为直茎蒿Artemisiastricta，植物标本保存于西北师范大学生命科学学院。经分析，直茎蒿出油率为0.7%。直茎蒿挥发油中共鉴定出23种化合物，占全部成分的95.45%，主要成分为桉叶油醇(18.68%)、樟脑(18.30%)、侧柏酮(6.51%)、荜澄茄油烯(6.33%)，结果见表1。

目前，对于直茎蒿挥发油化学成分分析的报道较少，对其他蒿属植物挥发油化学成分研究报道较多。程昉等[20]报道了采于甘肃省兰州市的黄花蒿挥发油(采于8月)，其主要成分为蒿酮(13.2%)、β-芹子烯(12.3%)、樟脑(12.2%)、桉叶油醇(10.3%)；黄文瑜[28]对采自湖南衡山的青蒿挥发油进行分离提纯得到42种化合物，鉴定出其中39种化合物，主要成分蒿酮、桉叶油醇、樟脑，相对含量分别为22.73%、10.51%、8.73%；胡世林等[29]对采自北京香山的白莲蒿(花果期)的叶及嫩枝进行挥发油提取，分离鉴定其主要成分为桉叶油醇、樟脑、龙脑和蒿酮。黄花蒿、青蒿、白莲蒿等蒿属植物挥发油与本研究中直茎蒿挥发油主要成分中都含有桉叶油醇和樟脑，但含量存在差异。不同采集地点、采集时间、提取部位对直茎蒿挥发油化学成分的影响还有待进一步研究。

表1 直茎蒿挥发油化学组分及其相对含量

2.2 触杀活性

直茎蒿挥发油对赤拟谷盗和烟草甲成虫的触杀活性结果见表2。结果表明，直茎蒿挥发油对赤拟谷盗和烟草甲成虫均具有较强的触杀活性，其LD50分别为33.65 μg/头和46.90 μg/头。虽然与阳性对照相比，直茎蒿挥发油杀虫效果较弱，但是相比于其他有报道的挥发油，直茎蒿挥发油在对赤拟谷盗和烟草甲的触杀方面更具优势。例如侧柏挥发油[10](LD50分别为50.45、48.59 μg/头)，珠光香青挥发油[30](赤拟谷盗，LD50为41.25 μg/头)，并且挥发油具有易降解、对人畜毒性低的特点, 且不污染环境和不破坏生态平衡[31]。因此，黄花蒿挥发油在赤拟谷盗和烟草甲的防治中具有一定的研究潜力。

表2 直茎蒿挥发油及主要成分对赤拟谷盗和烟草甲成虫的触杀活性

2.3 熏蒸活性

直茎蒿挥发油对赤拟谷盗和烟草甲成虫熏蒸活性的相关数据见表3。结果显示，直茎蒿挥发油对烟草甲成虫的熏蒸效果明显(LC50=38.65 mg/L)，对赤拟谷盗成虫的熏蒸效果较弱(LC50=121.93mg/L)，其熏蒸活性弱于各自的阳性对照。直茎蒿挥发油对烟草甲的熏蒸活性不仅强于对赤拟谷盗的熏蒸活性，并且与侧柏叶挥发油[10](LC50=145.40mg/L)、牛尾蒿挥发油[21](LC50=50.89 mg/L)以及川甘亚菊挥发油[33](LC50=41.05 mg/L)对烟草甲的熏蒸活性相比，也有很明显作用效果。因此，直茎蒿挥发油在烟草甲的防治方面，具有一定的优势。与触杀活性相比，直茎蒿挥发油对两种试虫均有明显的触杀活性，而对两种试虫的熏蒸活性差异较大。推测触杀方式在虫体内作用途径相似，作用靶标接近。而熏蒸给药方式与触杀差异较大，药剂进入虫体的方式不同，熏蒸作用主要通过呼吸系统进入虫体，影响神经系统，而不同昆虫的神经系统作用靶标存在差异，这可能是同一挥发油对两种试虫的熏蒸活性存在差异的原因[34]。

综合发现直茎蒿挥发油对赤拟谷盗和烟草甲的触杀活性比熏蒸活性更好，尤其是在赤拟谷盗的防治方面，触杀活性明显强于熏蒸活性。可能是与直茎蒿挥发油中发挥杀虫活性的物质有关。结合前期研究发现，直茎蒿挥发油中的主要物质桉叶油醇和樟脑对赤拟谷盗和烟草甲均具有较强的杀虫活性，桉叶油醇[35,36]对赤拟谷盗、烟草甲均具有较强的触杀活性(LD50分别为19.00、15.58 μg/头)和熏蒸活性(LC50分别为5.47、5.18 mg/L)，而樟脑[37]则对烟草甲具有明显的触杀活性LD50为11.3 μg/头、熏蒸活性LC50为2.91 mg/L。直茎蒿挥发油的杀虫活性可能与这两种物质有关。

李媛等[34]报道了细叶亚菊挥发油主要组分，其中含量最高的为桉叶油醇(23.64%)、樟脑(28.92%)和冰片(6.52%)，其中桉叶油醇和樟脑在细叶亚菊挥发油中的含量比例接近1∶1。而直茎蒿挥发油中樟脑(12.20%)和桉叶油醇(10.30%)的含量比也接近1∶1，但其与细叶亚菊挥发油相比，含量较低。并且细叶亚菊挥发油对这两种试虫具有明显的熏蒸活性，而直茎蒿挥发油则在触杀活性种更有优质，可能是由于这两种主要成分在挥发油中含量的不同，而导致挥发油杀虫活性的差异，也可能是由于挥发油中其他不同组分影响挥发油的杀虫活性。

表3 直茎蒿挥发油及其主要成分对赤拟谷盗和烟草甲成虫的熏蒸活性

3 结论

本实验通过 GC/MS 分析得出直茎蒿挥发油的主要成分为桉叶油醇(18.68%)，樟脑(18.30%)，侧柏酮(6.51%)，荜澄茄油烯(6.33%)等，通过杀虫活性筛选发现直茎蒿挥发油对赤拟谷盗和烟草甲成虫的触杀、熏蒸活性存在差异，其中对赤拟谷盗成虫的触杀活性较强，而对烟草甲成虫的熏蒸活性则更显著。

直茎蒿资源十分丰富，植物源杀虫剂具有易降解、对人畜毒性低等特点。因此，将其开发为新型绿色环保的植物源杀虫剂具有重要的理论与应用意义。另一方面，本实验测试了直茎蒿挥发油对赤拟谷盗成虫和烟草甲成虫的杀虫活性，对幼虫和卵的活性测试及作用机理方面仍需要进一步深入研究。