5種菊科入侵植物精油對紅火蟻的生物活性

摘要

紅火蟻Solenopsis invicta是一種對人類健康和生態環境危害極大的入侵生物，已被列為100種最具破壞力的入侵生物之一。菊科入侵植物在我國入侵植物中占比最多，危害較為嚴重。為探究假臭草Praxelis clematidea、南美蟛蜞菊Sphagneticola trilobata、微甘菊Mikania micrantha、白花鬼針草Bidens alba、飛機草Chromolaena odorata 5種菊科入侵植物精油對紅火蟻的生物活性，采用水蒸氣蒸餾法提取植物精油，運用密閉熏蒸法、點滴法測定植物精油對紅火蟻的熏蒸、觸殺活性。結果表明：5種植物精油均對紅火蟻具有熏蒸、觸殺活性，通過毒力分析發現，5種植物精油的熏蒸活性隨時間的延長而增強，而處理時間的延長對觸殺活性影響不大，其中飛機草精油的熏蒸活性最強，熏蒸6 h時LC50為2.53 μL/L，熏蒸8 h時LC50為1.50 μL/L;白花鬼針草和假臭草精油的觸殺活性最強，12 h時LD50分別為0.024、0.028 μL/頭，24 h時LD50分別為0.022、0.025 μL/頭。由此可見，5種菊科入侵植物精油對紅火蟻具有良好的生物活性，有望作為天然熏蒸劑、觸殺劑用于防控紅火蟻。

關鍵詞

菊科; 入侵植物; 精油; 紅火蟻; 熏蒸活性; 觸殺活性

中圖分類號：

S 433

文獻標識碼： A

DOI： 10.16688/j.zwbh.2024452

Biological activity of essential oils from five invasive Asteraceae plants against Solenopsis invicta

ZHOU Min1，2， LIU Yuqi1，2， JIANG Lu3， YANG Hangxin4， LI Jun2*， LI Chao1*

（1. Key Laboratory of Prevention and Control of Invasive Alien Species in Agriculture amp; Forestry of the NorthWestern

Desert Oasis （Coconstruction by Ministry and Province）， Ministry of Agriculture and Rural Affairs， College of Agronomy，

Xinjiang Agricultural University， Urumqi 830052， China; 2. Guangdong Key Laboratory of Animal Conservation and

Resource Utilization， Guangdong Public Laboratory of Wild Animal Conservation and Utilization， Institute of Zoology，

Guangdong Academy of Sciences， Guangzhou 510260， China; 3. Shenzhen Wildlife Conservation and Management

Office， Shenzhen Forestry Pest Monitoring and Control Center， Shenzhen 518040， China; 4. Lechang Branch，

Guangdong Shaoguan City Tobacco Co.， Ltd.， Shaoguan 512299， China）

Abstract

Solenopsis invicta poses substantial threats to human health and ecological systems， and has been listed among the 100 most destructive invasive species. In China， Asteraceae species represent the most dominant group among invasive plants， with particularly harmful impacts. The biological activity of essential oils extracted from five invasive Asteraceae plants， including Praxelis clematidea， Sphagneticola trilobata， Mikania micrantha， Bidens alba， and Chromolaena odorata， against S.invicta was evaluated. Essential oils were extracted via hydrodistillation， and their fumigation and contact toxicities against S.invicta were evaluated using sealed fumigation and topical application methods， respectively. The results showed that all five essential oils exhibited fumigation and contact toxicity against S.invicta. Fumigation toxicity increased over time， while prolonged exposure had minimal influence on contact toxicity. Among them， C.odorata essential oil showed the strongest fumigation activity， with LC50 values of 2.53 μL/L after 6 h of fumigation and 1.50 μL/L after 8 h of fumigation. B.alba and P.clematidea essential oils demonstrated the highest contact toxicity， with LC50 values of 0.024 μL/individual and 0.028 μL/individual 12 h after treatment， 0.022 μL/individual and 0.025 μL/individual 24 h after treatment， respectively. These results suggest that essential oils from invasive Asteraceae plants possess significant bioactivity and hold potential as natural fumigants and contact insecticides for the control of S.invicta.

Key words

Asteraceae; invasive plant; essential oils; Solenopsis invicta; fumigation activity; contact toxicity

紅火蟻Solenopsis invicta隸屬于膜翅目Hymenoptera，蟻科Formicidae，切葉蟻亞科Mymicinae，火蟻屬Solenopsis，是一種習性兇猛、繁殖力強、食性雜的昆蟲［12］。其原產于南美洲巴拉那河流域，我國最早于2003年10月在臺灣的桃園與嘉義地區發現，次年9月在廣東省吳川市出現［34］。據報道，在美國紅火蟻入侵地區，每年都會造成約50億美元的嚴重經濟損失［5］。紅火蟻對于生態系統具有高度破壞性，

會攻擊本地螞蟻、捕食無脊椎動物及脊椎動物，從而破壞入侵地的物種多樣性、豐度和群落結構［6］。

紅火蟻具有強烈的攻擊性和毒性，被其叮咬后會引起灼痛，隨后會出現發紅、腫脹，甚至導致休克。紅火蟻還會損害公共設施，對人類健康和生態平衡造成嚴重的影響［79］。

目前，紅火蟻的防治主要為化學防治，但長期使用化學農藥不僅會使紅火蟻產生抗性，而且會對生態環境及人類健康產生負面影響，因此尋求安全有效的防治方法成為目前研究的焦點之一。

植物精油是一種揮發性油狀液體，屬于植物次生代謝產物，由低分子量的化合物組成，可從植物的花、莖、葉、種子和根提取而來。不僅具有抑菌、防腐和殺蟲等生物活性，還具有無殘留、易降解、對環境無污染等優點［1012］。植物精油對多種害蟲具有引誘、驅避、拒食、殺蟲活性和抑制生長等作用［13］。目前，已有許多植物精油被證明在室內試驗條件下對紅火蟻具有熏蒸毒性，如斑鳩菊Strobocalyx esculenta、甜橙Citrus sinensis、檸檬Citrus×limon、肉桂Cinnamomum cassia、金錢蒲Acorus gramineus、石香薷Mosla chinensis、艾納香Blumea balsamifera、八角Illicium verum等，表明植物精油在作為植物源殺蟲劑防治紅火蟻方面具有一定的開發潛能［1416］。現已報道富含精油的植物主要為菊科Asteraceae、唇形科Lamiaceae、蕓香科Rutaceae、樟科Lauraceae、薔薇科Rosaceae等5個科的植物［17］。而我國現知入侵植物中危害最嚴重的為菊科、豆科Fabaceae、禾本科Poaceae植物，共計222種，在我國所有入侵植物中占比43.1%;其中菊科種類占比最多（92種）［1819］。菊科入侵植物嚴重危害了我國的農林牧業，造成了巨大的經濟損失［20］。假臭草Praxelis clematidea對養分、水等物質吸收力強，對其他植物產生極大的威脅，它的入侵使得一些農田、人工草地、果園受到了較嚴重的危害［21］。飛機草Chromolaena odorata的瘦果極易隨風飄揚，這使其能夠快速大量擴張，嚴重妨礙了交通道路，還導致多種名貴物種的消失［22］。微甘菊Mikania micrantha具有生長旺盛的蔓生莖，會攀援纏繞在其他植物上生長，覆蓋率達50%～90%，會影響其他植物進行光合作用，也被稱為“植物殺手”［23］。南美蟛蜞菊Sphagneticola trilobata曾被作為栽培觀賞植物引入，而后逸生成為園圃雜草，一般成片生長，常生長于草地和濕地，其與微甘菊已被列入“世界100種惡性外來入侵生物”［24］。白花鬼針草Bidens alba在我國分布范圍廣，屬于危害較大的外來入侵種，對我國的農林牧業以及自然生態系統造成了極大的威脅，降低了生物多樣性［25］。

紅火蟻發生嚴重地區主要集中于南方省份，如廣東、廣西、海南等地區。本文所采用的5種菊科入侵植物廣泛分布于廣東地區，且已有研究證實這5種菊科入侵植物具有殺蟲活性，但在紅火蟻防控方面未見報道。因此，本著以“害”治“害”、變“害”為寶的目的，本文選擇了假臭草、南美蟛蜞菊、微甘菊、白花鬼針草和飛機草這5種菊科入侵植物，旨在比較5種植物精油對紅火蟻的熏蒸、觸殺毒性，為植物精油作為防治紅火蟻的天然綠色殺蟲劑提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 供試昆蟲

紅火蟻在2024年1月采集于廣東省廣州市白云區寮采村（113°22′E，23°24′N），海拔15.3 m。將整個蟻巢裝入涂有滑石粉的塑料桶中，帶回室內穩定2～3 d后采用滴水法分巢，剛開始水流緩慢，直至蟻群浮在水面后可稍微加快水流，將蟻群轉移至涂有滑石粉的藍色飼養盒（33 cm×24 cm×12 cm）。供以火腿腸和10%蜂蜜水（V/V）飼養，提供水試管保濕，室溫為25～26℃，穩定7 d后供試。

1.2 植物材料

5種菊科入侵植物樣品的采集信息見表1。

1.3 植物精油的提取

采用水蒸氣蒸餾法提取植物精油，參考趙娜娜等［26］的方法并略作修改。采集新鮮白花鬼針草、南美蟛蜞菊、微甘菊、飛機草、假臭草的地上部分，在室內自然風干后，45℃恒溫鼓風干燥箱中烘干，用高速離心粉碎機粉碎。取250 g植物粉末加入800 mL蒸餾水，蒸餾2～3 h，收集精油，加入無水硫酸鎂干燥，過濾，獲得植物精油。

1.4 熏蒸活性

采用密閉熏蒸法。參照胡恒志等［27］的方法。選用250 mL藍蓋螺旋試劑瓶，先將中速定性濾紙裁剪為1 cm×10 cm的濾紙條，用雙面膠將其粘在瓶蓋上，用移液槍吸取不同劑量的精油滴加到濾紙底端，假臭草精油取1、1.5、2、2.5、3、3.5 μL，濃度為4、6、8、10、12、14 μL/L;飛機草精油取0.25、0.5、1、1.5、2、2.5 μL，濃度為1、2、4、6、8、10 μL/L;其余3種植物精油取0.5、1、1.5、2、2.5、3 μL，濃度為2、4、6、8、10、12 μL/L。每個處理挑選30頭大小、健康狀況基本一致的紅火蟻工蟻于試劑瓶內，穩定10 min左右，每組5個重復。以不滴加精油的處理作為對照組。處理6、8 h記錄死亡率。試驗中將蜷縮且無法站立的紅火蟻判斷為死亡，計算死亡率和校正死亡率。

死亡率=死亡蟲數供試蟲數×100%；

校正死亡率=處理組死亡率-對照組死亡率（1-對照組死亡率）×100%。

1.5 觸殺活性

采用點滴法。用丙酮溶液將植物精油配制為20、40、60、80、100 μL/mL 5個供試劑量。用5 μL微量進樣器取不同濃度植物精油點滴于紅火蟻工蟻的前胸背板上，每頭試蟲點滴1 μL（有效成分劑量分別為：0.02、0.04、0.06、0.08、0.1 μL/頭），轉移至50 mL塑料碗中，碗內測均勻涂抹滑石粉防止試蟲逃逸，提供10%蜂蜜水（V/V）以提供養分和水分，設置丙酮處理作為對照組。每個處理挑選20頭大小基本一致的工蟻，每個處理5個重復。分別于處理后12、24 h記錄死亡率。試驗中蜷縮且無法站立的紅火蟻判斷為死亡，計算死亡率和校正死亡率（計算公式同1.4）。

1.6 數據統計分析

所有數據均采用Excel 2019和SPSS 27.0軟件進行處理。采用Probit模型計算5種植物精油的致死中濃度（LC50）和半數致死劑量（LD50）。

2 結果與分析

2.1 5種植物精油對紅火蟻的熏蒸活性

熏蒸6 h時，飛機草精油對紅火蟻的熏蒸活性最強，LC50為2.53 μL/L，95%置信區間為1.85～3.21 μL/L;假臭草精油對紅火蟻的熏蒸活性最弱，LC50為10.90 μL/L，95%置信區間為9.60～12.97 μL/L。熏蒸8 h時，飛機草精油對紅火蟻的熏蒸活性最強LC50為1.50 μL/L，95%置信區間為1.10～1.88 μL/L;假臭草精油對紅火蟻的熏蒸活性最弱，LC50為6.88 μL/L，95%置信區間為4.01～9.14 μL/L（表2）。當熏蒸時間從6 h延長至8 h，5種植物的LC50均有所減小，表明熏蒸時間延長能增強精油的殺蟲活性。

2.2 5種植物精油對紅火蟻的觸殺活性

采用點滴法測定5種精油對紅火蟻的觸殺活性，結果表明，白花鬼針草精油和假臭草精油的觸殺活性最強，南美蟛蜞菊精油和飛機草精油的觸殺活性最弱。處理12 h，白花鬼針草精油的LD50為0.024 μL/頭，95%置信區間為0.019～0.028 μL/頭;南美蟛蜞菊精油的LD50為0.062 μL/頭，95%置信區間為0.055～0.068 μL/頭。觸殺24 h，白花鬼針草精油的LD50為0.022 μL/頭，95%置信區間為0.019～0.027 μL/頭;南美蟛蜞菊的LD50為0.055 μL/頭，95%置信區間為0.049～0.061 μL/頭（表3）。隨著處理時間的延長，5種精油的LD50均有所減小，但減小幅度較小，表明觸殺時間的延長對精油的殺蟲活性影響不大。

3 結論與討論

植物源殺蟲劑的有效成分主要為天然化合物，相比合成的化學殺蟲劑，具有靶標特異性強、對哺乳動物低毒、對環境友好等優點，有望替代傳統化學農藥［28］。天然產物作為熏蒸劑可被用于處理進出境貨物以及交通工具等方面，可阻斷有害生物的傳播［29］。在美國，已有許多天然產物被廣泛用于紅火蟻的觸殺型藥劑，包括常見的除蟲菊素、魚藤酮、甜橙精油［30］。梁銘榮等［31］采用藥膜法測定魚藤酮、除蟲菊素原藥對紅火蟻的觸殺毒力，結果表明，除蟲菊素觸殺效果較好，LC50為1.159 mg/L;魚藤酮效果較差，LC50為22.436 mg/L。田偉金等［32］用20%魚藤根粉劑對紅火蟻進行田間防治時，施藥后21 d工蟻防治效果達98.25%，滅巢效果達95.32%。Hu等［14］研究發現，用5 mg/管和10 mg/管甜橙精油處理紅火蟻12 h時，死亡率均在95%以上。Fu等［15］做了6種植物精油（檸檬、金錢蒲、石香薷、肉桂、艾納香、八角精油）做熏蒸劑對紅火蟻的活性影響，通過試驗發現除了檸檬精油之外，其他5種精油在濃度為10 μL/cm3、熏蒸24 h，對紅火蟻的致死率均達100%，而檸檬精油的致死率為63.25%。6種植物精油中的核心揮發成分為D檸檬烯，有望開發為紅火蟻殺蟲劑。鄺凡等［16］探討了斑鳩菊精油對紅火蟻的熏蒸活性研究，發現當精油處理濃度為200 μL/L和100 μL/L時，分別在處理4 h和6 h時致死率達到了100%。本文采用了水蒸氣蒸餾法提取5種菊科入侵植物精油，并探究了這5種植物精油對紅火蟻的熏蒸、觸殺活性。本研究提取的5種植物精油在常溫下均為液態，白花鬼針草精油呈深黃色，4℃保存時為固態，其余4種植物精油，呈淡黃色至透明，4℃時保存為液態，均有濃郁香味。通過生物活性測定試驗發現，5種植物精油均對紅火蟻具有熏蒸、觸殺活性，熏蒸活性隨著處理時間的延長而增強，而時間的延長對觸殺活性的影響不大。進行毒力分析發現，飛機草精油的熏蒸活性最強，白花鬼針草和假臭草精油的觸殺活性最強。

菊科入侵植物是入侵物種中具有代表性的類群，它們會分泌特殊的次生物質，天敵較少，具有化感力強和擴散能力強的優點［33］。菊科入侵植物在我國外來入侵物種中占比最大，不僅破壞了自然生態系統，還會造成巨大的經濟損失。近年來，菊科入侵植物精油被應用于害蟲防治領域，展現出良好的殺蟲活性。已有研究表明，假臭草精油對柑橘木虱Diaphorina citri具有熏蒸活性，熏蒸處理48 h后LC50為24.80 μL/mL［34］，本研究中假臭草精油熏蒸處理紅火蟻8 h后LC50為6.88 μL/L。南美蟛蜞菊精油對綠豆象Callosobruchus chinensis具有較強的熏蒸活性和觸殺活性，熏蒸48 h毒力LC50為0.93 μL/L，觸殺毒力LD50為1.18×10-5 μL/頭［35］，本研究中南美蟛蜞菊精油熏蒸8 h毒力LC50為3.87 μL/L。微甘菊甲醇提取物對棕櫚害蟲二疣犀甲Oryctes rhinoceros的3齡幼蟲具有拒食活性［36］。從白花鬼針草中分離鑒定出4個多烯炔類化合物，其中已有2種化合物已有研究證明具有殺蟲活性，如苯基1，3，5庚三炔對松材線蟲Bursaphelenchus xylophilus具殺蟲活性［3738］。飛機草精油對赤擬谷盜Tribolium castaneum具有一定的觸殺活性和驅避活性，觸殺24 h飛機草輕油和重油的LD50分別為58.83、62.73 μｇ/頭［39］，本研究中飛機草精油觸殺24 h的LD50為0.044 μL/頭。此外，5種植物精油熏蒸、觸殺處理后，紅火蟻工蟻會出現不斷梳理觸角、互相撕咬、在瓶底翻滾以及無法正常行走等情況，由此推斷5種菊科入侵植物精油會破壞紅火蟻的社會行為能力，從而逐漸導致死亡。本文以5種菊科入侵植物植物精油作為熏蒸劑、觸殺劑，測定其對紅火蟻的死亡率的影響，結果證實5種菊科入侵植物精油均對紅火蟻具有良好的毒殺活性。由此可見，5種菊科入侵植物精油在紅火蟻防控方面具有巨大的開發潛能。

本研究結果表明，5種菊科入侵植物精油中熏蒸活性最強的為飛機草精油，觸殺活性最強的為白花鬼針草精油，有望作為熏蒸劑、觸殺劑防控紅火蟻。但由于室內試驗條件與外界環境條件的差異，還需進一步進行相關熏蒸、觸殺試驗，以便更準確地評價5種菊科入侵植物精油對紅火蟻的熏蒸、觸殺活性，為開發菊科入侵植物精油在防控紅火蟻方面的應用提供科學依據。

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（責任編輯：張 雪）