兩種植物精油對米象的驅避活性及其化學成分研究

胡華林，王梓懿，王治芬，馬 秋，楊 華，李

（1.貴州醫科大學藥用植物功效與利用國家重點實驗室/貴州省中國科學院天然產物化學重點實驗室，貴州 貴陽 550014；2.貴陽市第九中學，貴州 貴陽 550002；3.貴州醫科大學藥學院，貴州 貴陽 550025；4.延安大學化學化工學院，陜西 延安 716000）

儲糧害蟲的防控一直是糧食儲存面臨的重大問題之一，儲糧害蟲不僅是導致儲糧數量及品質下降的主要原因，還是糧食霉變、致病微生物傳播的重要媒介，其嚴重危害了消費者的身心健康［1-2］。據有關文獻［3］報道，國家糧庫的損失率為0.2 %，農戶的糧食儲存損失率為8%～10 %。化學合成農藥的使用雖能有效防治儲糧害蟲，但其所帶來的負面效應也日益凸顯，如對人體健康的影響、“3R”（Residue、Resistance、Resurgence）問題等。因此，找尋“新型綠色殺蟲劑”的需求顯得尤為突出。植物源殺蟲劑在一定程度上可減輕儲糧害蟲的危害，且具有對非靶標生物安全及病蟲害廣譜等特點［4］，故對其研究已成為開發新型農藥的熱點之一。

植物精油又稱揮發油，是一類具有芳香氣味、在常溫下能揮發的油狀液體的總稱。植物精油存在于植物的腺毛、油室、油管、分泌細胞或樹脂道中，大多數成油滴狀存在，也有些與樹脂、黏液質共同存在。精油的成分中以萜類化合物為多見，有些含有脂肪族化合物或小分子的芳香族化合物。植物精油用于防控儲糧害蟲的研究較多［5-8］。研究表明，植物精油具有較高的生物活性，且其作用方式主要以觸殺、熏蒸、抑制生長、驅避、引誘為主［9］。關于植物精油對米象（Sitophilus oryzae L.）生物活性的研究也有相關報道，如Philip等［6］研究了墨西哥柏木（Cupressus lusitanica Miller）和柳葉桉（Eucalyptus saligna Smith）植物精油對米象的驅避活性，結果顯示兩種精油在相同劑量和儲存時間內均具較好的驅避作用，其驅避率為34%～52.4%；呂建華等［10］研究了柑桔（Citrus reticulata Banco）、臭椿（Ailanthus altissima）和辣椒（Capsicum annuum L.）3種植物精油對米象的生物活性，結果顯示，3種植物精油均具有較強的驅避及觸殺作用，其中臭椿樹皮植物精油效果最好，米象成蟲72 h驅避率可達Ⅴ級，觸殺校正死亡率達76.5%。花椒（Zanthoxylum bungeanum Maxum.）和孜然（Cuminum cyminum L.）精油對儲糧害蟲生物活性的研究主要集中在赤擬谷盜（Tribolium castaneum Herbst）、玉米象（Sitophilus zeamais）和豆象（Bruchidae）上［11-16］，而其對于米象驅避活性的研究較少［17-18］。因此，本研究以水蒸氣蒸餾法提取花椒和孜然精油作為原料，測試了兩種精油對米象成蟲的驅避活性，并采用GC-MS法分析了兩種精油的主要化學成分。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

花椒和孜然樣品購于貴陽市三橋批發市場；防蟲丸（成分：精萘）購于重慶家鑫日用品有限公司。

供試昆蟲米象由貴州省中國科學院天然產物化學重點實驗室提供，飼養條件為溫度25（±1）℃，相對濕度75（±5）%，用大米做飼料飼養。大米分裝在罐頭瓶中，將接入米象成蟲的罐頭瓶置于養蟲室內飼養，7 d后篩除成蟲，待新一代成蟲羽化5～7 d后，篩出成蟲供試驗用。

儀器：N-1100型旋轉蒸發儀（EYELA）、ZNHW型電熱套（杭州明遠儀器有限公司）、DL SB -5/20型低溫冷卻液循環泵（鄭州長城科工貿有限公司）、HBM-106 型粉碎機（瑞安市瀚博機電有限公司）、FA2204B 萬分之一電子天平（上海精密科學儀器有限公司）、1 000μL微量移液槍（Sartorius）、HP 6890/5975 C GC/MS聯用儀（Agilent）。

試劑：二氯甲烷、丙酮均為市售分析純試劑，蒸餾水為實驗室自制。

1.2 試驗方法

1.2.1 植物精油提取 植物精油的提取采用水蒸氣蒸餾法。將市售10 kg花椒和5 kg孜然分別用粉碎機進行粉碎，過孔徑0.850 mm篩。稱取250 g粉末置于5 L圓底燒瓶中，并按1∶10的固液比加入一定量水，連接水蒸氣蒸餾裝置，用智能恒溫電熱套進行加熱，收集餾出液，蒸餾時間為5～6 h。用分析純二氯甲烷進行等體積萃取，取下層二氯甲烷萃取液，萃取液用無水硫酸鈉干燥后置于旋轉蒸發儀中去掉溶劑。重復數次，直至原料提取完畢，得176.53 g花椒精油和47.51 g孜然精油，置于冰箱中（5℃）保存備用。

1.2.2 驅避活性測試 采用濾紙片法測試米象成蟲驅避活性。將花椒和孜然精油分別用丙酮配成濃度為5.0 mg/mL的藥液，用移液槍將藥液0.3 mL點在直徑為5.5 cm的濾紙中央，待丙酮揮發干后隨機擺放于60 cm×40 cm×50 cm的木制養蟲籠中，每片濾紙中央放置少量大米。用丙酮作陰性對照，防蟲丸（精萘）作陽性對照，每個處理3次重復。將600頭米象成蟲接入至養蟲籠中，使其自由爬行，在養蟲籠入口及其他有縫隙處涂抹爽身粉，以防止測試昆蟲逃逸。處理24、48、72、96、120 h后檢查濾紙片上米象成蟲的數量，并計算驅避率。

分級標準［19］：0級，無驅避作用；Ⅰ級，驅避率0.01%～20%；Ⅱ級，驅避率20.01%～40%；Ⅲ級，驅避率40.01%～60%驅避率；Ⅳ級，驅避率，60.01%～80%；Ⅴ級，驅避率80.01%～100%。

1.2.3 化學成分的分析 采用氣相色譜-質譜聯用法（GC-MS）分析兩種植物精油的化學成分。色譜柱為彈性石英毛細管柱（ZB-5MSI，30 m×0.25μm×250μm）。程序升溫：初始溫度從46℃保持2 min，以升溫速度4℃/min升至206℃，再以8℃/min的速度升至310℃，然后花椒和孜然精油分別以310℃保持7 min，運行62 min和以310℃保持3 min，運行58 min升溫。柱子參數：汽化室溫度250℃，接口溫度280℃，進樣量1μL，載氣為99.999%的高純He，柱前壓7.65 psi，載氣流量1.0 mL/min，分流比20∶1，溶劑滯后時間4.0 min。質譜條件：電子能量70 eV，離子源為EI源，EI源溫度230 ℃，發射電流34.6 μA，四極桿溫度150℃，倍增器電壓1482 V，質量范圍29～500 amu。各峰經質譜計算機數據系統檢索，標準圖譜庫Nist 2005和Wiley 275，確定精油的化合物結構，用峰面積歸一化法確定各化學成分的相對含量。

釆用SPSS19.0統計學軟件進行分析，試驗數據采取χ2檢驗及Duncan進行差異顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 植物精油對米象成蟲的驅避活性

表1 3種供試藥劑對米象成蟲的驅避活性

兩種植物精油的驅避活性結果見表1，由表1可知，3個樣品的活性均較好，不同時間段的活性均達到Ⅲ級以上。處理24 h后，花椒和孜然精油的驅避率均為57.1 %，高于市售的防蟲丸，而處理48 h后，3個樣品的趨避率均達到最大，其中孜然精油的驅避率最高，為100 %。理論上應該是處理24 h活性最好，可實驗所得為處理48 h最好，推測其原因可能是在有限的空間內，處理48 h時空間內精油揮發濃度達最大。隨后，3個樣品的驅避率均呈下降趨勢，花椒精油下降最多，處理120 h后下降為39.9 %，防蟲丸下降最少，處理120 h后驅避率為60.0%，推測由于防蟲丸是市場商品化的產品，其有效成分的揮發性更持久所致。表1多個處理的標準誤與均值數據比較接近，反映出各重復間的數值波動較大，造成這一現象的原因可能是由于濾紙片隨機擺放于木制養蟲籠中的位置不同，其周圍藥物濃度不同所致。

2.2 植物精油化學成分GC-MS分析

圖1 花椒精油GC-MS總離子流圖譜

表2 花椒精油的化學成分分析

花椒精油GC-MS成分分析結果見表2，總離子流見圖1。由表2可知，花椒精油中共鑒定出57種化合物，總含量達到98.887%，相對含

量最高的是芳樟醇L，達到26.071%，其次是萜烯醇、α-萜品醇和乙酸芳樟酯，相對含量分別為14.83%、12.75%、9.531%，這4種物質的含量占總含量的50.432%，是花椒精油中的主要化學物質。

（續表2）

孜然精油GC-MS成分分析結果見表3，總離子流見圖2。由表3可知，孜然精油中共鑒定出24種化合物，總含量達到97.85 %，相對含量最高的是茴香甲醛，達到44.057 %，其次是茴香腦，相對含量為38.691 %，這兩種物質的含量占總含量的82.748 %，是孜然精油中的主要化學物質。

圖2 孜然精油GC-MS總離子流圖譜

3 討論

目前，我國防治米象等儲糧害蟲主要使用溴甲烷和磷化鋁等有毒物質進行熏蒸，其中溴甲烷由于對臭氧層的破壞作用極強，已被聯合國于1992年的《蒙特利爾議定書》列為環境受控物質，并規定2005年以前發達國家必須淘汰，2015年以前發展中國家必須停止使用［20］；磷化鋁較溴甲烷的用量更大，但其遇水生成無色無味高毒的磷化氫氣體，大于6～10 mg/m3的濃度即可引發致病作用［21］。磷化鋁使用過程中產生的磷化氫氣體會吸附于糧食的孔徑內，即使深加工也不能完全消失，嚴重影響人畜的健康，更為嚴重的是，米象等儲糧害蟲已經對磷化鋁產生抗藥性。目前，傳統的防治儲糧害蟲的藥劑正處于被禁用和失效的境地，故開發高效、環保、安全的新型藥劑是植物保護研究者迫切需要解決的問題。

植物精油廣泛存在于自然界中，在日化、食品、醫藥衛生等方面得以廣泛運用，其用于防治儲糧害蟲的研究在國內外已有文獻報道［6，8］。本研究結果表明，花椒和孜然兩種植物精油對米象成蟲的驅避活性顯著，72 h內平均驅避率分別為64.0%、75.7%，其驅避等級都為Ⅳ級，120 h內平均驅避率分別為51.8%、63.2%，其驅避等級分別為Ⅲ級和Ⅳ級。本研究結果顯示花椒及孜然精油較其他植物精油對米象成蟲具有更高效、持久的驅避活性［22，10］，具有開發成新型驅避劑的潛力。

GC-MS分析結果顯示花椒精油含有多種化學成分，其主要成分為L-芳樟醇、萜烯醇、α-萜品醇和乙酸芳樟酯；孜然精油的主要化學成分為茴香甲醛、茴香腦、草蒿腦和γ-萜品烯，盡管本研究對花椒精油及孜然精油的化學成分進行了分析，但活性化合物還未明確，故本課題組下一步將利用氣相色譜-觸角電位儀（GCEAD）對其主要活性化合物成分進行研究，為將花椒和孜然精油開發為新型驅避劑提供理論依據。另外，本研究只是針對兩種精油對米象成蟲的驅避活性進行了研究，對于其他儲糧害蟲的驅避作用并未測試，故還需進一步研究驗證。花椒和孜然為調味植物，其精油對人畜安全、對環境友好，并且其植物資源豐富，具備開發成新型綠色驅避劑的潛力，為儲糧害蟲的防治提供了一條新途徑。

表3 孜然精油的化學成分分析

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