入侵植物勝紅薊精油對小貫小綠葉蟬的忌避和熏蒸活性研究

王奇志，劉育梅，李書明

1. 華僑大學園藝系，福建 廈門 361021；2. 廈門華僑亞熱帶植物引種園，福建 廈門 361002

入侵植物勝紅薊精油對小貫小綠葉蟬的忌避和熏蒸活性研究

王奇志1，劉育梅2，李書明1

1. 華僑大學園藝系，福建 廈門 361021；2. 廈門華僑亞熱帶植物引種園，福建 廈門 361002

本文研究了入侵植物勝紅薊（Ageratum conyzoides L.）精油對小貫小綠葉蟬（Empoasca onukii Matsuda）的生物活性。分別使用植株選擇著落法、Y形嗅覺儀和改良熏蒸法，檢測不同濃度的勝紅薊精油對小貫小綠葉蟬的忌避和熏蒸活性。并且采用氣質聯用儀（GC-MS）分析了勝紅薊精油的化學成分，初步探討了化學成分與活性的關系。研究結果表明：不同濃度的勝紅薊精油對小貫小綠葉蟬均具有忌避和熏蒸活性，濃度越高，效果越佳。精油含量為200 μL·mL-1，忌避率達到100.00%；精油含量為100 μL·mL-1和50 μL·mL-1時，處理小貫小綠葉蟬 5 min，忌避率分別為 91.67%±1.67%和 76.67%±1.67%；精油含量為 5 μL·mL-1時熏蒸小貫小綠葉蟬12 h，死亡率為 100%。并且勝紅薊精油中檢測出 24種化合物，其主要成分是 β-石竹烯（61.53%）、早熟素 I（11.09%）和早熟素 II（7.79%）。勝紅薊精油對小貫小綠葉蟬的忌避和熏蒸活性可能與其主要成分的協同作用有關。研究結果證明，勝紅薊精油對小貫小綠葉蟬有明顯的生物活性，具有開發成防治小貫小綠葉蟬植物源農藥的潛力。

勝紅薊；小貫小綠葉蟬；化學成分；生物活性

勝紅薊（Ageratum conyzoides L.）是菊科藿香薊屬植物，又稱藿香薊、臭爐草、白花草、山羊草等[1-2]。原產于南美，有較強的入侵性，對入侵地的生態系統造成了嚴重的危害[3]。目前該植物通過人工引種的方式傳入中國，對海南、廣東、廣西和福建等地入侵嚴重，被列為區域性惡性雜草[4-6]，亟需防除。

目前植物精油活性越來越受到大家的關注[7-11]，其中勝紅薊的精油在農業領域具有殺蟲活性[12-16]，對其進行資源化利用，是害蟲綠色防治的新思路。勝紅薊精油的主要成分早熟素Ⅰ和Ⅱ是昆蟲的保幼激素[12]，能有效阻止昆蟲的胚胎發育，昆蟲的幼蟲早熟變態，導致幼蟲體型短小、活力下降，引起幼蟲死亡[13]，從而防御昆蟲侵食。研究表明勝紅薊揮發油對玉米象（Sitophilus zeamais）具有很好的毒殺活性[7]，以 250 mg·kg-1勝紅薊揮發油熏蒸處理谷物赤擬谷盜（Tribolium castaneum），死亡率為100%[14]。勝紅薊的單體化合物早熟素和石竹烯對曼氏血吸蟲（Schistosoma mansoni）的活性弱于精油，但是兩者之間的互配效果與精油效果差異不顯著[15]。單體香豆素對甜瓜絹野螟（Diaphania hyalinata）、家蠅（Musca domestica）、美洲大蠊（Periplaneta americana）和谷蠹（Rhyzopertha dominica）4種害蟲都具有顯著的殺蟲活性[16]，但目前勝紅薊精油對小貫小綠葉蟬（Empoasca onukii Matsuda）的生物活性還未見報道。

小貫小綠葉蟬是中國茶園茶小綠葉蟬（E. spp.）的優勢種[17]，是茶區的重大刺吸式害蟲，分布范圍廣且產生量大，一年發生多代重疊[18]。該蟲刺吸茶樹嫩梢，同時雌蟲在嫩梢上產卵，破壞輸導組織，導致受害芽葉萎縮、卷曲和硬化，造成干茶碎片多，有焦末和澀味，嚴重影響茶葉產量和品質，制約了茶葉的出口創匯[19]。對小貫小綠葉蟬的防治以往主要依賴化學農藥，但隨著施用時間和數量的增加，導致了農藥殘留和害蟲抗藥性等問題的出現[20]，尋找防治害蟲的生物源活性物質勢在必行。勝紅薊也是茶園的常見入侵雜草，已有田間種植勝紅薊利于減輕小貫小綠葉蟬危害的報道[21]，以及其他植物精油對小貫小綠葉蟬具有活性的研究報道[22-24]，因此探討勝紅薊精油對小貫小綠葉蟬的活性研究具有可行性和必要性。

本研究對勝紅薊精油進行了提取鑒定，檢測其對小貫小綠葉蟬的忌避和熏蒸活性，初步探討化學成分與生物活性間的關系，為合理開發勝紅薊資源進行茶樹害蟲的防治提供科學參考。

1 材料與方法

1.1 供試植物和蟲源

取勝紅薊莖葉部位（采于廈門市郊區），置于陰涼通風處陰干5 d，粉碎并過40目篩，于 4℃冰箱保存。試驗茶樹品種為鐵觀音（Camellia sinensis cv. Tie-guanyin）。

在福建省農業科學院植物保護研究所中試基地室內飼養小貫小綠葉蟬，采用水培茶枝法飼養獲得小貫小綠葉蟬成蟲[25]。飼養溫度25℃±1℃，相對濕度60%～80%，光照條件12 h∶12 h（L∶D）。

1.2 方法

1.2.1 勝紅薊精油提取

采用水蒸氣蒸餾法[26]提取勝紅薊精油，取植物粉末100 g，料夜比1∶20，提取5 h，收集分層后的上層液，將上層液用無水硫酸鈉脫水獲得精油，置于4℃冰箱備用。

精油產率=精油質量/植物粉末質量×100%

1.2.2 勝紅薊精油生物活性測定

（1）忌避作用：用丙酮稀釋勝紅薊精油，配置成精油含量分別為10、20、50、100、200 μL·mL-1的勝紅薊精油溶液。在同樣規格（90 cm×90 cm×90 cm）的尼龍網養蟲籠中放置6盆水培茶枝，每盆水培茶枝留 4苗，每個濃度處理組3盆，設對照3盆，取3 mL藥劑均勻噴施于每盆水培茶枝上，以丙酮為對照，待丙酮揮發至無氣味后接入羽化2 d的40頭小貫小綠葉蟬成蟲，分別于接蟲后8、l6、24 h檢查各茶枝上的成蟲數量，試驗重復3次，計算忌避率。

防治措施：對于大直徑樁，可采用沿樁周圍均勻布置3～4孔以便探明地質。通過幾個孔位的綜合地質資料可以較好地反應溶洞的發育及走向情況，但同樣存在盲區。目前地質雷達、超聲探測、電場探測的方法已經普遍應用，可以在空間上全真顯示地層性狀，對于溶洞大小、分布、走向等能反應完整信息，在樁基施工前利用上述探測方法將取得很好的效果。

忌避率=（對照組著落蟲數－處理組著落蟲數）/對照組著落蟲數×100%

（2）行為反應作用：測定裝置采用Y型嗅覺儀。Y形嗅覺儀兩臂長5 cm，基管長5 cm，兩臂夾角45°，直徑1 cm。調節空氣壓縮機和玻璃轉子流量計，使嗅覺儀內氣流以 0.5 L·min-1速率平穩流動。取 50 μL不同濃度精油藥劑或對照溶液，滴在潔凈濾紙片上，放入Y形管兩臂最前端作為味源，然后將羽化 3 d的20頭小貫小綠葉蟬接入到嗅覺儀直臂中，觀察其行為選擇反應和在 Y形管各部位的滯留時間。當試蟲越過某臂，且停留時間超過30 s，則視為對兩臂作出選擇；5 min內不作選擇，或在前臂停留時間不超過30 s，則記無反應。每個處理重復3次。比較試蟲在5、15、30、45 min的忌避反應率。

忌避反應率=對照臂蟲數/測試總蟲數× 100%

（3）熏蒸作用：采用三角瓶改良熏蒸法，在250 mL三角瓶中接入20頭羽化5 d的小貫小綠葉蟬成蟲，加入適量新鮮茶樹嫩枝作為飼料。把滴加200 μL不同濃度的植物精油的棉花團置于瓶底，用打孔的保鮮膜封住瓶口，并設置丙酮為空白對照組。每個濃度重復 3次，觀察試蟲死亡情況，計算死亡率和校正死亡率。

死亡率=死亡蟲數/總蟲數×100%

校正死亡率=（處理死亡率－對照死亡率）/（1－對照死亡率）×100%

精密量取15 μL精油，用正己烷以體積比為1∶100稀釋并搖勻，然后用有機濾膜（0.22 μm）過濾。精油在氣相色譜-質譜聯用儀（GC/MS-QP2010，日本島津）上進樣，石英毛細管柱 Rtx-5（30 m×0.25 μm×0.25 μm），利用計算機標準質譜圖庫（NIST），對組分進行定性，用面積歸一法表示各成分的相對含量。程序升溫和質譜條件參閱前人報道并調整[27]。

程序升溫：柱起始溫度60℃，保留2 min；以 5℃·min-1升至 125℃，然后以 3℃·min-1升至180℃；最后以8℃·min-1升至220℃，進樣口溫度220℃。載氣為He，流速1 mL·min-1，分流比為50∶1，進樣量1 μL，溶劑延遲3 min。

質譜條件：質譜的電離方式為 EI，電離電壓為 70 eV，離子源溫度 200℃，掃描范圍為35～450 amu。

1.3 數據處理

本文采用SPSS 22.0軟件進行統計分析。忌避率、忌避反應率、死亡率和校正死亡率均為 3次重復試驗的平均值±標準偏差，采用Duncan新復極差分析不同濃度處理組于 0.05水平下的差異顯著性。

2 結果與分析

2.1 忌避作用結果

勝紅薊精油不同濃度處理對小貫小綠葉蟬均具有忌避作用（表1），當精油含量為200 μL·mL-1時，8 h室內忌避活性最好，忌避率為 100%；作用 8 h時，不同處理組對小貫小綠葉蟬的忌避率均高于80%，隨著作用時間的延長，忌避活性有所下降。然而，當精油含量大于10 μL·mL-1時，作用8、16、24 h對小貫小綠葉蟬的室內忌避率均高于60%。

2.2 行為反應結果

隨著勝紅薊精油濃度的提高，對小貫小綠葉蟬成蟲的忌避活力增強；隨著處理時間的延長，趨避率有所下降（表2）。100 μL·mL-1和50 μL·mL-1的勝紅薊精油對小貫小綠葉蟬具有很強的趨避活性，5 min時的趨避率分別為91.67%±1.67%和76.67%±1.67%。

2.3 熏蒸活性結果

當勝紅薊精油含量為5 μL·mL-1時，對小貫小綠葉蟬成蟲的致死率在12 h時即達到100%；隨著濃度的升高，致死率差異不顯著。丙酮對照組試蟲的死亡率為0.033%±0.029%（表3）。

表3 勝紅薊精油對小貫小綠葉蟬熏蒸活性Table 3 Fumigant activity of essential oil of A. conyzoides against E. onukii

2.4 勝紅薊精油化學成分分析

勝紅薊精油化學成分分析結果見表4和圖1。試驗從勝紅薊精油中檢測出單萜類、酮類和脂類等多種化合物，共鑒定出24種化合物，其中β-石竹烯（61.53%）、早熟素Ⅰ（11.09%）和早熟素Ⅱ（7.79%）是其主要成分（80.41%）。

表4 勝紅薊精油化合物及相對含量Table 4 Composition and relative contents of essential oil from A. conyzoides

3 結果與討論

植物精油是植物重要的次生代謝物質，這些物質通常都具有特異的生物活性[28]，是植物源殺蟲劑的活性成分來源，通常毒性較低，使用安全，因此植物源殺蟲劑的應用前景廣闊[29]。本研究表明，勝紅薊精油對小貫小綠葉蟬具有顯著的忌避和熏蒸活性，其精油的組成成分與前人報道有差異，可能與采集地點和時間有關。但其精油中檢測出早熟素Ⅰ、早熟素Ⅱ和β-石竹烯是其主要成分，與前人報道一致[9,30]。勝紅薊精油對小貫小綠葉蟬具有顯著的忌避和熏蒸活性，可能是精油中的多種揮發性成分協同作用的結果，與勝紅薊精油的主要成分能抑制昆蟲生長報道一致[12-13]。因此需要進一步加強活性成分與協同關系的探討，可以為勝紅薊精油驅蟲活性的深入研究提供參考和依據，為小貫小綠葉蟬植物源精油趨避劑的研制提供指導。

勝紅薊是中國南方常見的入侵植物，不僅材料來源豐富，而且其精油提取物與印楝[31]、魚藤根[32]和喜樹葉提取物[33]一樣，對小貫小綠葉蟬具有生物活性，具有防控茶園小貫小綠葉蟬的應用潛力。隨著勝紅薊活性物質及作用機理研究的深入，在農業等領域可將其變害為益、變廢為寶，且有望進一步將其轉化為小貫小綠葉蟬的植物源防蟲劑。

致謝：勝紅薊精油對小貫小綠葉蟬的忌避和熏蒸活性的檢測在福建省農業科學院植物保護研究所中試基地完成，特別感謝李建宇和史夢竹助理研究員及福建農林大學的研究生在試驗中提供的指導和幫助，特此致謝！感謝美國伊利諾伊州立大學植物生物系Stephen R. Downie教授對本文英文提供修改意見。

圖1 勝紅薊精油的氣相色譜-質譜總離子流圖Fig. 1 Total ionic flows of GC-MS of A. conyzoides essential oil

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The Repellency and Fumigant Activity of Essential Oil from Invasive Plant (Ageratum conyzoides) against Leafhopper (Empoasca onukii)

WANG Qizhi1, LIU Yumei2, LI Shuming1

1. Department of Horticulture, Huaqiao University, Xiamen 361021, China; 2. Xiamen Overseas Chinese Subtropical Plant Introduction Garden, Xiamen 361002, China

The biological activity of essential oil from the invasive plant species Ageratum conyzoides L. to leafhopper Empoasca onukii Matsuda was reported in this study. The effects of essential oil concentrations on E. onukii were also investigated by selecting different plants and using Y-tube olfactometer and modified fumigation methods. The chemical composition of essential oil was examined using gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS) and their relative activities was also analyzed. The results indicated that essential oil concentrations from A. conyzoides had significant effects on fumigant and repellent properties against E. onukii. High concentrations of essential oil displayed significant powerful effects. At an oil concentration of 200 μL·mL-1, the repellent rate was100%. At concentrations of 100 μL·mL-1and 50 μL·mL-1, the repellent rates were 91.67%±1.67% and 76.67%±1.67%, respectively. At a concentration of 5 μL·mL-1, the fumigant mortality rate at 12 h was 100%. Twenty-four essential oil constituents were identified, with the major constituents being β-caryophyllene (61.53%), precocene I (11.09%), and precocene II (7.79%). Main synergistic composition could effectively increase the repellency and fumigant activity against E. onukii. The results showed that the essential oil of A. conyzoides had significant effects against E. onukii and potential benefits as a botanical pesticide to control E. onukii.

Ageratum conyzoides, Empoasca onukii, chemical components, biological activity

S571.1；S435.711

A

1000-369X(2017)05-442-07

2017-03-09

2017-05-23

國家自然科學基金青年科學基金項目（31500162）、福建省農業重點自然科學基金項目（2014N0026）、泉州市校（院）地協同創新專項（重點）項目（2014Z101）、廈門市企業合作項目（2015-3502-04-001831）

王奇志，女，博士，講師，主要從事植物源農藥研發，E-mail：wqz@hqu.edu.cn