7種中藥材揮發物測定及對印度谷螟幼蟲引誘效果研究

劉鑫宇 王殿軒 馬曉輝 黃依林 張志明 王嘎

摘要

中藥材揮發性成分及其對害蟲的引誘作用與中藥材的儲存和害蟲科學治理緊密相關。本文測定了28℃下黃芪、白芷、防風、板藍根、射干、山藥和地黃等7種中藥材的揮發性物質種類、相對含量及這些中藥材對印度谷螟幼蟲Plodia interpunctella的引誘率。采用HSSPMEGCMS法測得7種中藥材含有烷、烯、醛、醇、酸、酮、酯和其他等8類物質。黃芪、白芷、防風、板藍根、射干、山藥和地黃的揮發性成分種類數量分別為54、46、45、43、43、35種和33種，β甜沒藥烯、己醇、丁內酯、6甲基5庚烯2酮等為7種中藥材共同有的揮發性物質。黃芪、白芷、防風和山藥對印度谷螟幼蟲的引誘率分別為35%、33%、32%和25%;射干、板藍根和地黃對印度谷螟幼蟲的引誘率分別為12%、13%和17%。十六烷、柏木烯、β蒎烯、檸檬烯、庚醇、己醛在黃芪、白芷、防風中的相對含量較高，壬酸、2丁酮、（E）6，10二甲基5，9十一碳二烯2酮、甲氧基苯肟、2，6二叔丁基1，4苯醌在射干、板藍根和地黃中的相對含量較高。中藥材中的這些揮發性成分對害蟲的趨向性行為作用值得進一步研究。

??關鍵詞

中藥材;揮發物;印度谷螟;幼蟲;引誘

中圖分類號：

S379.5

文獻標識碼：A

DOI：10.16688/j.zwbh.2020624

Volatiles from seven species of Chinese medicinal materials and their attractant effect on the larvae of Plodia interpunctella Hübner

LIU Xinyu1，WANG Dianxuan1*，MA Xiaohui1，HUANG Yilin1，ZHANG Zhiming2，WANG Ga3

（1. College of Food Science and Engineering， Henan University of Technology， National Grain Industry （Storage

Insect Pests Control） Technology Innovation Center， Grain Storage and Logistic National Engineering Research Center，

Zhengzhou450001，China; 2. Henan Huamei Biological Engineering Company Limited， Zhengzhou450001，

China; 3. Henan Pharmaceutical Supply Company Limited， Zhengzhou450000， China）

Abstract

The volatiles of Chinese medicinal materials and their attraction to storedproduct insects are closely related to the commodity storage and scientific pest management. The categories and relative percentages of volatile organic compounds from seven species of Chinese medicinal materials and their attracting effect on the larvae of Plodia interpunctella? were measured at 28℃. Eight categories of volatiles were detected from seven species of herbs， by HSSPMEGCMS at 28℃ including alkanes， alkenes， aldehydes， alcohols， acids， ketones， esters， and others. The numbers of volatile species from Astragalus mongholicus， Angelica dahurica， Saposhnikovia divaricata， Isatis tinctoria， Belamcanda chinensis， Dioscorea polystachya， and Rehmannia glutinosa were 54， 46， 45， 43， 43， 35 and 33， respectively. All the tested herbs contained βbisabolene， hexanol， butyrolactone and 6methyl5heptene2one. The attraction rates of A.mongholicus， A.dahurica， S.divaricata， and D.polystachya to P.interpuctella larvae were 35%， 33%， 32% and 25%， separately. While the attracting percentage of B.chinensis， I.tinctoria， and R.glutinosa was only 12%， 13% and 17%， respectively. The relative content of hexadecane， cedrene， βpinene， limonene， heptanol， and hexanal were high in A.mongholicus， A.dahurica and S.divaricata. The relative percentages of nonanoic acid， 2butanone， methoxyphenyloxime， （E）6，10dimethyl5，9undecadiene2one and 2，6ditertbutyl1，4benzoquinone from B.chinensis， I.tinctoria and R.glutinosa were higher than from other herbs. Further attention should be paid to these volatile organic compounds for their attraction to the storedproduct insect pests.

Key words

Chinese medicinal materials;volatile organic compound;Plodia interpunctella;larva;attraction

印度谷螟Plodia interpunctella Hübner是世界性分布的主要儲藏物害蟲[1]，在我國分布廣泛，發生頻率高[2]，其為害的儲藏物達170余種[3]，涉及糧食、糖果、堅果、干果、藥材、干蔬菜等[4 -7]。印度谷螟能夠對其卵周圍21～276 m內的儲藏物造成為害[8]，其孵化出的幼蟲可鉆透包裝，取食為害儲藏物，或吐絲、排泄污染儲藏物，導致儲藏物品質下降，造成巨大經濟損失[9- 11]。了解印度谷螟幼蟲對儲藏物品的趨向選擇和取食行為習性，對減少其幼蟲為害和科學防治具有重要意義。

在儲藏物害蟲防治中，應用廣泛的技術包括化學熏蒸、低溫儲藏、氣調儲藏、輻照殺蟲等，這些技術各有其適用特性[12- 14]。從減少化學藥劑使用、強化害蟲綜合治理的角度出發，利用害蟲對儲藏物品及其揮發物的趨向性，或取食偏好性，如利用儲藏物中含有的揮發性物質引誘捕獲防治害蟲[15 -17]，具有取材方便、綠色環保、生態友好等特點，關于此方面的研究也在逐漸增多[18- 19]。利用儲藏物害蟲趨向習性加以引誘的研究多見于甲蟲，如鋸谷盜Oryzaephilus surinamensis Linnaeus、米象Sitophilus oryzae （Linnaeus）、玉米象Sitophilus zeamais Motschulsky、赤擬谷盜Tribolium castaneum （Herbst）、雜擬谷盜Tribolium confusum Du Val和四紋豆象Callosobruchus maculatus Fabricius等[20- 24]。對鱗翅目害蟲誘捕的研究多見于成蟲[18，25 -28]。有研究表明花生對印度谷螟成蟲的引誘效果比小麥、玉米和稻谷更加顯著[29]。印度谷螟雌雄成蟲對巧克力揮發物乙基香蘭素、苯乙醛和壬醛的觸角電位（EAG）反應顯著[30]。小麥揮發物對印度谷螟成蟲的引誘效果也較為明顯[31]。有的香水中的丙酸異戊酯、檸檬醛和乙酸乙酯對印度谷螟幼蟲具有引誘作用[32]。迄今，鱗翅目幼蟲對儲藏物揮發性物質趨向性的研究依然偏少，更缺乏印度谷螟幼蟲對中藥材及其揮發物選擇趨向性的報道。

中藥材是我國中醫藥產業發展的基礎，年產量達300多萬t，相關產業產值規模已超7 000億元，具有重要的經濟意義[33]。中藥材種類繁多，且多為植物源物質[34]，易受到儲藏物害蟲為害。印度谷螟幼蟲食性復雜，可為害包括人參Panax ginseng、白芷Angelica dahurica、當歸Angelica sinensis等多種名貴中藥材，致使其品質下降，甚至喪失藥用功效[35- 36]。有關中藥材的害蟲防治，已報道的有植物材料對害蟲生長發育的影響、藥材精油熏蒸殺蟲等[37- 41]，少有害蟲對藥材的趨向行為研究。我國中藥材儲藏中有“對抗同貯法”的應用，即將一些具有驅蟲、防霉作用的特殊氣味的藥材與易生蟲、發霉的藥材共儲，以達到防蟲霉安全儲藏的目的[42]。這些實踐印證了中藥材中存在某些對害蟲具有吸引或驅避作用的特殊揮發物。研究害蟲對中藥材的趨向行為，明確中藥材中具有吸引/驅避特性的物質，有助于利用其組分對害蟲的引誘/驅避作用防控，促進害蟲誘捕技術的運用。藥材甲Stegobium paniceum對天麻Gastrodia elata、三七Panax notoginseng、前胡Peucedanum praeruptorum和當歸等4種中藥材具有顯著的選擇偏好性[43]，丁香Syzygium aromaticum和吳茱萸Tetradium ruticarpum對赤擬谷盜具有防蟲效果[42]，未見中藥材揮發物對印度谷螟幼蟲趨向性行為影響的報道。本文測定了印度谷螟幼蟲對白芷、地黃Rehmannia glutinosa、射干Belamcanda chinensis、防風Saposhnikovia divaricata、板藍根Isatis tinctoria、山藥Dioscorea polystachya、黃芪Astragalus mongholicus等7種中藥材的趨向行為，并測定了28℃下7種中藥材的揮發物種類、成分及相對含量，以期發現對害蟲的趨向性行為作用值得進一步研究的揮發性物質成分，為害蟲綜合防治研究提供參考。

1材料與方法

1.1試蟲

試驗用印度谷螟種群采自鄭州某糧庫，于河南工業大學儲藏物昆蟲研究室生化培養箱（BSP250， 上海博訊實業有限公司）中純化培養多代。培養飼料為燕麥片與酵母質量比19 ∶1的混合物。培養環境：溫度（28±1）℃、相對濕度（75±5）%、L∥D=16 h∥8 h。 采用孵化后3齡（10～15 d）幼蟲為試蟲。齡期采用幼蟲頭殼寬度[44]判斷。

1.2中藥材樣品

使用的中藥材均為未使用過化學藥劑處理的生藥，由河南華美生物工程有限公司提供，參照2000版《中國藥典》附錄IX H水分測定法第一法烘干法測定水分含量。測試中各中藥材的水分含量分別為白芷12.5%、地黃15.0%、射干10.5%、防風11.0%、板藍根12.0%、山藥12.0%、黃芪12.0%。試驗前樣品用中藥材粉碎機（FW135，天津泰斯特儀器有限公司）粉碎，取20目篩的篩上物，置于自封袋中在 4℃冰箱（FCD268SEA，青島海爾電冰柜有限公司）中保存，測試前24 h移至室溫待用。

1.3揮發物測定

采用頂空取樣固相微萃?。℉SSPME）法提取樣品揮發物。使用氣相色譜質譜聯用儀（GCMS）分析揮發物成分。

萃取方法：稱取3 g樣品于10 mL頂空萃取瓶中，封蓋后于（28±1）℃下平衡24 h，用230℃活化5 min的固相微萃取纖維頭（50/30 μm DVB/CAR/PDMS）在28℃下頂空萃取30 min。后插入250℃的進樣口中解析3 min，進行分析。

色譜條件：色譜柱為Agilent DB5MS石英毛細管柱（0.25 mm×30 m×0.25 μm）。進樣口溫度250℃，不分流進樣。色譜柱起始溫度60℃，2℃/min升溫至100℃，保持5 min;再以5℃/min升溫至200℃，保持5 min。載氣采用純度99.99%氦氣，柱流量1.22 mL/min。

質譜條件：電離方式為EI，電離能量70 eV。離子源溫度230℃，接口溫度200℃。全掃描采集模式，質量范圍35～500 amu。

1.4印度谷螟幼蟲選擇參數測定

試驗使用Y形嗅覺儀測定印度谷螟幼蟲趨性反應。Y形嗅覺儀由抽氣泵、Y形透明玻璃管（適應臂長30 cm，處理臂、對照臂長20 cm，兩臂之間夾角75°，直徑4 cm）、食料投放瓶、活性炭空氣過濾裝置、空氣加濕裝置、氣體流量計組成，以橡膠管依次連接。氣流經除雜加濕后由Y形管處理臂和對照臂端通向適應臂端。試驗前將Y形嗅覺儀置于（28±1）℃、 （75±5）% RH，空氣潔凈的環境中，以400 mL/min通氣10 min至穩定。試驗時，在處理臂所連食料投放瓶中加入3 g中藥材樣品（20目篩的篩上物），對照臂端為空。將20頭饑餓12 h的印度谷螟3齡幼蟲放入Y形管適應臂中心處，黑色遮光布覆蓋下以400 mL/min流速通入空氣，試蟲選擇20 min后觀察并記錄Y形管三臂中試蟲數量，試蟲（包括蟲體2/3以上）運動至處理臂或對照臂超過3管結合部10 cm處視為做出選擇，否則視為對該樣品沒有選擇。每種藥材樣品進行10次平行試驗，每3次試驗后調換處理臂與對照臂位置，每5次試驗后用75%乙醇清洗Y形管和食料投放瓶，待其干燥后繼續試驗。以對照臂和處理臂中均不加入食料為空白對照。按下列公式計算反應率、引誘率[45]和選擇系數[44]。其中，反應率高反映試蟲總體上有行為反應的數量多，引誘率高反映試蟲被中藥材揮發物引誘的數量多，選擇系數大則反映趨向中藥材的試蟲數量明顯多于對照臂中的試蟲數量。

選擇系數=（處理臂試蟲數 對照臂試蟲數）/（處理臂試蟲數+對照臂試蟲數）;

引誘率=處理臂試蟲數/測試總試蟲數×100%;

反應率=（處理臂試蟲數+對照臂試蟲數）/測試總試蟲數×100%。

1.5數據處理

數據采用Microsoft Excel 2010處理，通過SPSS 22.0數據處理系統進行 χ 2檢驗，用Duncan氏新復極差法進行多重比較。

2結果與分析

2.1測試中藥材揮發物類別、種類數量及相對含量

7種中藥材的揮發物類別及物質種類數量見表1。 測試條件下中藥材所含有機化合物包括烷、烯、醛、醇、酸、酮、酯、其他等8類物質，除地黃中未檢出醛類物質外，其他每種中藥材中均檢出了以上8類物質。測試中藥材中所含揮發物成分數量存在明顯差異，數量最多的黃芪，達54種，白芷為46種，防風為45種，山藥有35種。成分種類數量較少的為地黃，有33種。同類物質在不同藥材中的數量差異明顯，烷烴類物質從射干中僅檢測到2種，從山藥中檢測到10種，烯烴類物質在白芷、防風、黃芪中檢測到14～17種而山藥中僅檢測到3種，醇類物質在白芷中檢測到8種而地黃和板藍根中僅檢測到3種， 酸類物質板藍根中最多，檢測到11種，白芷中只檢測到3種。醛（除地黃外其他6種中藥材）、酯、酮以及其他類別物質種類數量則在1～7種。7種中藥材中烯烴、烷烴、酸類物質種類數量差異較大，醇、醛、酯和其他類別物質種類數量差異相對較小。

圖1表明不同藥材所含物質類別的相對含量差異明顯，烷烴類在山藥中相對含量最高，烯烴類在白芷、防風和黃芪中含量最高，酸類在地黃和板藍根中相對含量最高，射干中酮類相對含量最高。白芷、防風和黃芪中醇類揮發物相對含量均高于10%。地黃中其他揮發物相對含量高達20.34%。

通過常溫頂空取樣GCMS分析7種中藥材樣品主要成分如表2所示。相同測試條件下中藥材的揮發物質種類差異明顯，多種揮發性物質在3種以上的中藥材中有檢測出，且相對含量存在差異;有的則僅為某種藥材特有。β甜沒藥烯、己醇、十六烷酸、丁內酯、6甲基5庚烯2酮為7種測定中藥材中都含有的物質，但其在不同藥材中的相對含量存在差異。除地黃外所有中藥材中均含有α蒎烯和壬醛，2己酰呋喃在除山藥外的6種中藥材中檢出，且其在不同藥材中的相對含量有明顯差異。香橙烯、（Z）2壬烯醛和癸酸分別為防風、山藥和射干特有揮發性成分，相對含量均為最高。地黃、板藍根、白芷和黃芪中相對含量最高的揮發性成分分別為甲氧基苯肟、十六烷酸、柏木烯和壬醛。

2.2印度谷螟幼蟲對中藥材的趨向性

表3顯示，幼蟲對不同中藥材的趨向性差異顯著，其對白芷、黃芪、防風、山藥的選擇系數均大于0，即試蟲對以上中藥材表現出正趨向性。對應地，幼蟲對板藍根、地黃、射干總體表現出負趨向性。試蟲在有中藥材的環境中的反應率明顯大于不含中藥材的對照環境，而試蟲對不同中藥材反應率的變化與選擇系數的變化順序有不一致的情況，其原因可能是有些個體受中藥材揮發物的影響其運動的方向性不明顯。從引誘率的結果看，即使存在試蟲個體運動方向性不明顯的情況下，白芷、黃芪和防風3種中藥材仍對試蟲總體表現出了較高的引誘率，比板藍根、地黃、射干可明顯引誘更多害蟲。這可能與白芷、黃芪、防風含有較多吸引試蟲的揮發物質種類，或某種揮發物質相對含量較高，或含有某些或某種特有揮發物質，或以上因素的綜合作用有關。

從測試中藥材的揮發成分種類看，試蟲正趨向性較大（或引誘率較高）的白芷、黃芪和防風中烯烴類物質相對含量和成分種類數量都為最高，且醇類相對含量均大于10%，明顯高于其他藥材;試蟲負趨向性明顯的地黃、射干和板藍根中酸類相對含量均高于20%，這些因素可能與試蟲的選擇行為有較大的關系。十六烷、柏木烯、β蒎烯、β欖香烯、β芹子烯、別香橙烯、檸檬烯、庚醇、月桂醇、己醛、癸酸癸酯和2壬酮僅存在于具有引誘效果的中藥材中，松油烯、壬酸、十六烷酸甲酯、2丁酮、（E）6，10二甲基5，9十一碳二烯2酮、香葉丙基酮、甲氧基苯肟、2，6二叔丁基1，4苯醌僅出現在對印度谷螟幼蟲驅避性明顯的中藥材中，這些物質可能與試蟲的趨向性關系密切。防風和山藥的特有揮發性成分香橙烯和（Z）2壬烯醛的相對含量最高，可能是吸引試蟲的重要物質，試蟲對射干產生的負趨向性也可能是因為其含有特有揮發性成分癸酸。這些可能影響害蟲趨向性的揮發性成分值得進一步研究。

3討論

在采用頂空 固相微萃取法與氣相色譜法聯用分析中藥材中揮發性成分或進行質量檢測的研究[46 -50]中， 多采用升溫萃取的方式提高氣相中揮發性成分含量，萃取溫度一般為40～90℃。生產實踐中中藥材多在常溫儲藏時受到害蟲為害，掌握常溫下中藥材的揮發物與害蟲發生更為實際。印度谷螟的為害建立在其對食料選擇的基礎上，中藥材對此害蟲的吸引作用與其含有的揮發物質應有重要關系。了解中藥材儲存或常溫條件下的揮發性成分，尤其是與引誘害蟲關系密切的揮發物可為中藥材儲藏中利用引誘物誘捕害蟲提供依據。白芷、黃芪和防風在高溫條件下測得的揮發物成分數量分別達56、91種和71種[46- 48]，遠多于本研究常溫條件下檢出的物質種類數量46、54種和45種。相同試驗條件下小麥、玉米和稻谷對印度谷螟幼蟲的引誘率小于白芷、黃芪和防風[51]。常溫條件下小麥、玉米和稻谷中揮發性成分僅有12、13種和14種[29]，小于本研究檢出的中藥材揮發性成分種類數量，說明中藥材中有更多的揮發性物質值得在誘捕害蟲防治中加以關注。

鱗翅目成蟲對食料選擇的偏好性基于其產卵與卵的后期存活，幼蟲對食料選擇偏好性則是基于其取食喜好和后期生長和發育。食物及其揮發物對煙草甲Lasioderma serricorne （Fabricius）、谷蠹Rhizopertha dominica （Fabricus）、赤擬谷盜和印度谷螟等害蟲的趨性行為有一定影響[29，52- 54]?；ㄉ?、核桃、玉米、杏仁、小麥、可可等食物吸引印度谷螟[31，55- 59]。牛至Origanum vulgare （L.） ssp. hirtum的精油驅避印度谷螟幼蟲[60]等都涉及揮發物對害蟲的影響。本研究中白芷、黃芪、防風和山藥的揮發物對印度谷螟幼蟲有顯著引誘效果，地黃、射干和板藍根則對該害蟲表現出一定驅避作用。在中藥材儲藏中會表現出白芷較其他幾種中藥材更易于受到印度谷螟幼蟲為害，地黃、射干和板藍根則不易被其為害。從害蟲治理角度看，白芷、黃芪等更具有開發引誘劑的潛力，地黃、射干等則有望用于驅避害蟲以減少甚至避免印度谷螟發生。

不同中藥材的揮發性成分、不同類別的成分數量及其相對含量有很多差異，且不同中藥材有其各自的特有成分。單一揮發物作用、多種揮發物聯合作用、各種揮發物的濃度、劑量和比例均可能成為影響害蟲趨向性的重要因素[17]。烯炔類和酸類揮發物可能有助于引誘印度谷螟成蟲[29]，本研究中烯類和醇類物質在具有引誘效果的中藥材中含量較高，酸類、酮類和其他類物質在具有驅避效果的藥材中相對較多，表明烯類揮發物可能對吸引印度谷螟具有重要作用，酸類揮發物可能對不同蟲態印度谷螟的吸引作用不同，這兩類揮發物值得進一步研究。壬醛能夠有效引誘印度谷螟成蟲[30-31]，十六烷酸對亞洲玉米螟Ostrinia furnacalis Guenée驅避效果顯著，被認為是其抗聚集信息素[61]。壬醛和十六烷酸在測試藥材中多次檢出，而其相對含量與所測藥材對試蟲的引誘率相關性不明顯，可能還與揮發物的含量、其他物質的干擾等有關。β蒎烯相對含量最高的前胡對藥材甲引誘效果顯著[43]，本研究中也從引誘效果顯著的中藥材中檢測到β蒎烯，進一步說明β蒎烯可能是吸引印度谷螟的重要物質。十六烷、柏木烯、檸檬烯、β蒎烯、β欖香烯、β芹子烯、別香橙烯、庚醇、月桂醇、己醛、癸酸癸酯和2壬酮僅存在于具有引誘效果的中藥材中，松油烯、壬酸、十六烷酸甲酯、2丁酮、（E）6，10二甲基5，9十一碳二烯2酮、香葉丙基酮、甲氧基苯肟、2，6二叔丁基1，4苯醌在具有驅避效果的中藥材中發現。壬醛、柏木烯、香橙烯在黃芪、白芷和防風中相對含量最高，癸酸和甲氧基苯肟在射干和地黃中相對含量最高，這些揮發物可能也是影響印度谷螟幼蟲趨向性的重要物質。

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收稿日期：2020 11 22修訂日期：2020 12 29

基金項目：

國家重點研發計劃（2017YFC1600800）

* 通信作者

Email：wangdianxuan62@126.com