利用煙草廢棄物制作生物農藥的探究

潘昌濱 劉青鋒 安登龍 郭敏杰

(茅臺學院，貴州 仁懷 564500)

我國是煙草第1大種植國和消費國，近5a煙草的年產量達230萬t[1]，煙草種植及其產品加工在國民經濟發展中發揮重要的作用[2]。據欒倩倩[3]研究，煙草加工產生的廢棄物約占煙草產量18%～25%，每年產生的煙草廢棄物在41.4萬t以上，并且大部分廢棄物未得到有效利用[4]。

煙草(Nicotiana tabacum L.)是茄科煙草屬植物[5]，一年生或有限多年生草本，全體被腺毛，根粗壯，莖稈高0.7～2m且直立，基部稍木質化，煙草制品除了吸食外，還有很多潛在價值。目前煙草已經鑒定出的化合物高達3000多種，其中葉綠素、蛋白質、淀粉、煙堿、茄尼醇及香料等成分含量較高，具有很高的應用價值[6]。

煙稈及其廢棄物中含有煙堿、茄尼醇、果膠、蛋白質、氨基酸、有機酸和糖類等重要化合物，其中煙堿、茄尼醇等物質是其所特有的組分并且含量很高[7]，一定劑量的煙堿可預防老年癡呆癥、帕金森氏綜合癥和藥物性胃潰瘍的生成[8]，茄尼醇是合成治療心血管疾病、抗癌、抗潰瘍等新型藥物的中間體，如輔酶Q10和維生素K2等[9]藥物合成的中間體，本身具有抗菌、消炎、止血的作用[10]。目前煙草種植管理技術以及生產經營方式較為粗放，在采摘煙葉后，大部分的煙稈被丟棄或焚燒，不僅造成煙草秸稈資源浪費[11]，而且會影響生態環境[12]。因此，探究煙草廢棄物制作生物農藥，為煙草廢棄物資源化利用做鋪墊。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

煙草春季種植，秋天采摘，煙草廢棄物產生于采摘過程中的殘次煙葉、采摘結束后的廢棄秸稈以及烘烤產生的煙葉邊角料，試驗用的煙草廢棄物是烘烤殘次煙葉和煙草秸稈,2021年9月取于貴州省貞豐縣。利用EM菌種、紅糖、水和煙草廢棄物(煙稈、煙葉)混勻厭氧發酵3個月制成生物農藥[13]，其中水、紅糖與煙稈、煙葉(干重計)的比例為5∶1.2∶1。

紅薯葉于7月初采集于貴州省仁懷市某紅薯地，剪碎的紅薯葉經揉搓后按重量1∶1與水混勻，用兩層紗布過濾的濾液放在燒杯中備用。生物碳粉是醬香型酒糟經過高溫熱解制成后，利用固體粉碎機(常州億通分析儀器制造有限公司，型號XA-1)粉碎并經過100目篩制成。農藥指的是高效氯氟氰菊酯類，其有效成分及含量是高效氯氟氰菊酯類5%、水乳劑、中等毒。

紅糖購買于廣西馬山南華糖業有限公司，EM菌種購買于河南南華千牧生物科技有限公司，黏蟲(Mythimna separata Walker)、豌豆蚜蟲(Acyrthosiphon pisum)均采集于貴州省仁懷市高粱地。

1.2 試驗方法

1.2.1 煙堿含量檢測方法

在《煙草及煙草制品總植物堿的測定 光度法》(GB/T 23225-2008)標準基礎上，參考錢建瑞等[14]、儲志兵等[15]研究，利用標準品(煙堿濃度1.08mg·mL-1)制作標準曲線，煙葉經前處理得到待測樣品，利用安捷倫1260高效液相色譜儀檢測煙堿含量。

1.2.2 黏蟲試驗(時間2h)

第1階段分為6個組(煙葉液、煙稈液、紅薯葉、農藥、碳粉、空白組)，每組選用45只相近的黏蟲幼蟲，每隔15min左右噴灑1次藥劑，觀察并記錄黏蟲的行為及死亡情況；第2節階段分為5個組(100%煙葉液、50%煙葉液、25%煙葉液、10%煙葉液、農藥)，每組投放30只相近的黏蟲幼蟲，每隔約15min噴灑1次藥劑，觀察并記錄黏蟲的行為及死亡情況。

1.2.3 蚜蟲試驗(時間4h)

數30只大小相近的豌豆蚜蟲分別放在4個培養皿(1個對照組、3個煙葉組)中，用100mL的0%、25%、50%和100%發酵液比例倒入噴壺中，向培養皿的蚜蟲噴灑2次后蓋上蓋子觀察半數死亡時間和全部死亡時間，試驗時間是4h。

1.3 數據分析

參考絕對致死劑量(Absolute lethal dose，LD100)、半數致死劑量(Median lethal dose，LD50)的定義[16]，試蟲致死數指在一定時間內使用某藥劑使試蟲死亡的數量，當試蟲致死數量占到總數1/2的時間稱為半數死亡時間，全部試蟲死亡的時間稱為全數死亡時間。該試驗的農藥(高效氯氟氰菊酯類)和煙堿[17]是神經性毒物，有試蟲暈死一段時間后再恢復爬行的現象，這里把暈死定義為試蟲出現不動且會恢復爬動或死亡的現象，死亡指試蟲超過15min不動即認為死亡。

煙草廢棄物生物農藥試驗的指標有煙堿濃度、致死數、有半數死亡時間和全數死亡時間，試驗數據的記錄和分析采用Excel 2013，結果以“平均值(M)±標準誤(SE)”表示。

2 結果與分析

2.1 廢棄煙葉的煙堿含量

煙草廢棄物的煙稈干燥物的硬度太大，無法使用固體粉碎機(型號XA-1)粉碎，在本研究中沒有檢測其煙堿含量。煙草烘烤后的廢棄煙葉煙堿含量在1.98%～2.06%，結果是(2.01±0.03)%，與劉項[18]的研究成果相近。假設廢葉的煙堿全部溶解在液體中，則100%、50%、25%和10%試驗組的煙堿濃度是2.79mg·mL-1、1.39mg·mL-1、0.70mg·mL-1、0.28mg·mL-1。

表1 廢棄煙葉樣品中煙堿的含量

表2 不同煙葉液濃度對蚜蟲的毒性試驗

2.2 不同藥劑對黏蟲毒性作用

在煙葉液、煙稈液、紅薯葉液、農藥和碳粉液等不同藥劑試驗中，對照組不噴灑任何液劑，見表3。第1次噴灑后，噴煙葉液和碳粉液的黏蟲立即出現逃避現象，煙稈液和紅薯葉液的黏蟲在噴灑2min后開始逃避，農藥組的逃避現象不明顯。最早出現死亡的是煙葉組(14∶32，10只)，其次農藥組在14∶37死亡1只、14∶40死亡2只，煙稈液組在15∶10死亡2只，其他組無死亡現象。煙葉液組的半數死亡時間出現在15∶36—15∶50、全數死亡時間是16∶22，其次是農藥組死亡6只、煙稈組死亡2只，其他組無死亡現象。試驗期間，對照組黏蟲始終正常如初，碳粉液組始終逃避，紅薯葉液組后期少數不動外其他一直逃避，煙稈液組后期有部分黏蟲與農藥組相似。此外，試驗發現有的黏蟲在死亡后一段時間出現恢復爬動的現象，主要與煙草廢棄物的煙堿及農藥的氯氟氰菊酯類都是神經性毒素有關。因此，不同藥劑對黏蟲幼蟲的毒性作用效果從強到弱為煙葉液﹥農藥﹥煙稈液﹥碳粉液﹥紅薯葉液。

2.3 不同濃度煙葉液對黏蟲的毒性作用

前面研究發現煙葉液對黏蟲的毒性作用效果最好，為了進一步探究不同濃度煙葉液的殺蟲效果，設計100%煙葉液(原液)、50%煙葉液、25%煙葉液、10%煙葉和對照組(農藥)對黏蟲幼蟲的作用效果，見表4。第1次噴藥劑后，100%煙葉液組逃避最強烈、50%組和對照組相近、25%組較強烈、10%組不明顯。100%煙葉組在14∶19死亡1只，對照組在14∶21暈死1只但在4min后恢復爬動，25%組在15∶04死亡2只，其他組無死亡。同濃度煙葉液組隨給藥次數增加，黏蟲的逃避行為先增強后減弱；黏蟲的逃避行為強度隨著煙葉液濃度降低而下降，并且濃度越低與農藥組的暈死態越相似。煙葉液在15∶45時添加碳粉，但對黏蟲幾乎無影響。總之，不同濃度藥劑的毒性試驗從強到弱為100%煙葉液﹥25%煙葉液﹥農藥﹥50%煙葉液﹥10%煙葉液。

表4 不同濃度煙葉液對黏蟲的毒性作用

2.4 不同濃度煙葉液對蚜蟲的毒性作用

不同煙葉液濃度對蚜蟲的半數死亡時間、全數死亡時間不同，見表2。其中,25%的半數死亡率時間是60min，50%和100%的半數死亡率時間都是50min。在240min內只有100%組全部死亡，50%組死亡率是96.67%、25%組死亡率是93.33%、對照組死亡率是3.33%，說明煙葉液濃度越高對蚜蟲的毒害作用越強。

3 討論與結論

本研究參考了LD50、LD100[16]和KT50[19]，定義半數死亡時間和全數死亡時間。盡管試驗內容有不同藥劑濃度，但試驗時間只有2h或4h，因此有異于LD50、LD100的試驗設計，將來可進一步進行煙草廢棄物的LD50、LD100和KT50研究。

試驗觀察用到死亡、恢復和暈死的狀態記錄，是由于農藥(高效氯氟氰菊酯類)及煙堿[17]都是神經類毒物，使試蟲的暈死和死亡狀態難以真實區分，因此在記錄過程中常有暈死和死亡交叉記錄的情況。

煙草廢棄物的煙堿含量只檢測了煙葉中煙堿含量是由于煙稈在干燥后硬度極高，實驗室的破碎設備無法破碎，所以在本試驗中沒有檢測，建議將來補充煙葉、煙稈中煙堿含量的檢測。表3中煙稈液的殺蟲效果比煙葉液差，可能與煙稈的煙堿含量[20]低于煙葉煙堿含量有關。

表4中100%煙葉液組比表3的煙葉液的毒殺效果差，可能與表4的試蟲日齡大于表3的蟲齡，導致試蟲抗藥性增加有關。此外，表3給藥方式是噴灑，而表4是蘸刷，表4給藥效果比表3的差，因此給藥對試藥效果也有影響。在表4中，25%煙葉濃度對黏蟲的毒性作用強于50%可能與毛筆蘸刷不均勻有關。

紅薯葉液組后期有少數黏蟲不爬動，可能與前期一直逃避過度消耗能量有關，也可能是紅薯葉里某些成分開始起作用。黏蟲遇到紅薯葉會逃避的真實原因尚需進一步研究，將來可嘗試高粱與紅薯套種防治黏蟲的效果以推進酒用高粱的生物防治。

試驗中蚜蟲全數死亡時間是黏蟲的2倍，可能與給藥形式不同有關，蚜蟲只給藥1次(噴2下)而黏蟲給藥7次(噴2下/次)，黏蟲的給藥劑量遠大于蚜蟲；此外可能與試驗氣候有關，蚜蟲試驗在陰冷潮濕的3月，黏蟲試驗在炎熱干燥的7月。

農藥(氯氟氰菊酯類)是常用的廣譜性高效殺蟲劑，由于對蚜蟲和黏蟲等效果較好，近年來得到廣泛應用[21]，但是其在植物[22]、動物[23]有殘留，影響人類健康安全和生態環境安全。本研究初步證明,利用煙草廢棄物(煙葉液、煙稈液)防治豌豆蚜蟲、黏蟲有效果，將進一步研究煙草廢棄物防治酒用高粱等作物害蟲的半數擊倒時間(KT50)、致死濃度和給藥方式等，以早日實現生產應用。

試驗結果表明，煙草廢棄物中煙葉的煙堿含量是(2.01±0.03)%；不同藥劑對黏蟲幼蟲的毒性作用效果從強到弱為煙葉液﹥農藥﹥煙稈液﹥碳粉液﹥紅薯葉液，其中煙葉液的全數死亡時間是112min；不同濃度藥劑的毒性試驗從強到弱為100%煙葉液﹥25%煙葉液﹥農藥﹥50%煙葉液﹥10%煙葉液；煙葉液對豌豆蚜蟲的防治效果與其濃度呈正比，其100%組的全數死亡時間是240min、半數死亡時間是50min。因此，初步證明利用煙草廢棄物(煙葉、煙桿)制作生物農藥是可行的。