李國林,畢 陽,張 忠,王 毅,朱 艷

(1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院,甘肅蘭州 730070；2.貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展研究所,貴州貴陽 550006)

孜然精油對三種儲糧害蟲控制作用

李國林1,2,畢 陽1,*,張 忠1,王 毅1,朱 艷1

(1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院,甘肅蘭州 730070；2.貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展研究所,貴州貴陽 550006)

儲糧害蟲是影響儲糧安全的重要因素。本研究采用水蒸餾法提取的孜然精油處理玉米象(Sitophiluszeamais),谷蠹(Rhizoperthadominica)和長角扁谷盜(Cryptolestespusillus)三種儲糧害蟲,測定了孜然精油的趨避,熏蒸及觸殺活性,確定了熏蒸活性的半致死濃度LC50和半致死時間LT50。結(jié)果表明,孜然精油對三種儲糧害蟲均具有良好的控制效果,但三種控制作用隨昆蟲種類的不同存在差異,C.pusillus對趨避和熏蒸作用最敏感,明顯高于其他兩種試蟲,但在觸殺實驗中R.dominica對孜然精油表現(xiàn)最敏感。

孜然精油,儲糧害蟲,控制

儲糧害蟲是導(dǎo)致糧食貯藏?fù)p失和品質(zhì)下降的重要因素[1-2]。糧食在儲藏期間,儲糧害蟲的危害十分嚴(yán)重。據(jù)統(tǒng)計,全世界每年因儲藏物害蟲造成的糧食、豆類、油料的損失約占總儲存量的5%,經(jīng)濟(jì)損失達(dá)1.2～2.4億美元[3]。一直以來,儲糧害蟲的控制主要依靠溴甲烷、磷化氫等人工合成的化學(xué)防護(hù)劑和熏蒸劑[4]。這些化學(xué)試劑的長期使用會導(dǎo)致藥物殘留、環(huán)境污染及昆蟲抗藥性等問題,因此,亟需開發(fā)更加安全高效的儲糧害蟲控制方法[5]。

植物在長期進(jìn)化的過程中會產(chǎn)生多種次級代謝產(chǎn)物來抵御各種害蟲的危害[6-8],其中植物精油在抵御儲糧害蟲危害中發(fā)揮了重要作用[9-11]。

孜然(CuminumcyminumL.)是傘形科(Umbelliferae)孜然芹屬(Cuminum)植物,主要分布于我國的西北地區(qū)[12]。孜然種子營養(yǎng)豐富,富含蛋白質(zhì)、不飽和脂肪酸、無機(jī)鹽等多種營養(yǎng)成分[13]。孜然精油具有獨特的風(fēng)味,廣泛應(yīng)用于多種食物的調(diào)味[14]。有研究表明,孜然精油不僅對儲糧害蟲雜擬谷盜(Triboliumconfusum),地中海粉螟(Ephestiakuehniella)和赤擬谷盜(Triboliumcastaneum)有殺滅和趨避作用,而且對田間害蟲朱砂葉螨(Tetranychuscinnabarinus)及畜牧養(yǎng)殖中的害蟲微小牛蜱(Rhipicephalusmicroplus)均有毒殺作用[15-18]。但是孜然精油對玉米象(Sitophiluszeamais),谷蠹(Rhizoperthadominica)和長角扁谷盜(Cryptolestespusillus)三種儲糧害蟲作用的研究較少。

本研究的目的在于測定孜然精油對S.zeamais,R.dominica和C.pusillus三種常見儲糧害蟲的趨避,熏蒸和觸殺活性,探究孜然精油處理時間、濃度與三種害蟲的控制作用間的關(guān)系,由于熏蒸作用是最易應(yīng)用于實踐的處理方法,故本實驗只測定熏蒸作用的LC50和LT50值,以期為日后植物精油類防蟲劑的研制提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

供試孜然種子(品種敦玉一號) 產(chǎn)地新疆吐魯番市,由敦煌種業(yè)有限公司提供;供試玉米象(S.zeamais),谷蠹(R.dominica)和長角扁谷盜(C.pusillus) 均由華中農(nóng)業(yè)大學(xué)城市有害生物防治研究所提供。實驗所用試劑均為分析純。

DHG-9245A型電熱鼓風(fēng)箱、DHP-9162型恒溫培養(yǎng)箱 上海一恒科技有限公司;珠江牌培養(yǎng)箱 韶關(guān)市泰宏醫(yī)療器械有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 精油提取 參照李大強(qiáng)[19]水蒸餾法。孜然經(jīng)電動粉碎機(jī)粉碎過40目篩,物料比1∶10 (w/w)蒸餾時間為2～3 h,餾出液用冷凝水冷凝收集,用無水乙醚萃取,萃取液以無水硫酸鈉干燥后用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀除去溶劑獲得精油,收集的精油在4 ℃冰箱中保存?zhèn)溆?并按下式計算提取率。

1.2.2 試蟲培養(yǎng) 試蟲飼養(yǎng)方法參照姚英娟等[20]方法,試蟲培養(yǎng)于罐頭瓶中,其中,S.zeamais以整粒小麥飼養(yǎng);R.dominica以半碎麥粒飼養(yǎng);C.pusillus采用麥麩和面粉以7∶3的比例混勻飼養(yǎng)。飼料使用前均放入烘箱在80 ℃溫度下消毒2 h,含水量調(diào)至13%±1%,分裝于罐頭瓶中。接入成蟲后,置于溫度(27±1) ℃,相對濕度75%±5%,黑暗培養(yǎng)箱中飼養(yǎng)。7～10 d后篩去成蟲,待下一代成蟲大量出現(xiàn)后1～2周,篩出成蟲供試。在測定過程中,以針觸及成蟲尾部、觸角及足不動視為死亡。

1.2.3 驅(qū)避活性的測定 采用Zapata[21]的方法并修改。根據(jù)濾紙的面積將孜然精油用丙酮稀釋成0.001、0.002、0.004、0.008、0.016、0.032 μL/cm26個濃度。將直徑9 cm的圓形濾紙裁成兩半,均勻滴加孜然精油的丙酮稀釋液0.5 mL,另一半濾紙滴加等量的丙酮作為對照,在通風(fēng)櫥中待丙酮完全揮發(fā)后,將兩片濾紙在反面用透明膠粘合在一起(注意不留縫隙,以防止試蟲鉆到濾紙下面)后置入同直徑的培養(yǎng)皿內(nèi)。每皿內(nèi)接入試蟲20頭,每個處理設(shè)3次重復(fù)。將培養(yǎng)皿移入與培養(yǎng)條件相同的培養(yǎng)箱中,2、4、8、12 h后觀察培養(yǎng)皿內(nèi)試蟲的分布情況,計算驅(qū)避率[22]。

趨避率(%)=(對照邊試蟲數(shù)-處理邊試蟲數(shù))/試蟲總數(shù)×100

1.2.4 熏蒸活性的測定 采用侯華民[23]等的方法并略加修改。先將濾紙剪成10 cm×1 cm的濾紙條,取250 mL的容量瓶,每瓶中接入20頭試蟲,根據(jù)預(yù)試實驗結(jié)果設(shè)置處理劑量梯度:S.zeamais的熏蒸濃度為2.50、5.00、10.00、20.00、30.00 μL/L、R.dominica的熏蒸濃度為2.5、5.0、10.0、15.0、20.0 μL/L,C.pusillus的熏蒸濃度為0.31、0.63、1.25、2.50 μL/L。用微量進(jìn)樣器將相應(yīng)量的孜然精油滴加到濾紙條的中部(對照組不加精油),粘在試劑瓶瓶口,將瓶蓋擰緊密封,每個處理設(shè)3次重復(fù),將試劑瓶移入與培養(yǎng)條件相同的培養(yǎng)箱中,分別于處理2、4、8、12、24 h后觀察死亡的試蟲數(shù),觀察時先將瓶蓋打開散氣10 min后進(jìn)行觀察。并按照公式計算死亡率和校正死亡率:

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

1.2.5 觸殺活性測定 采用點滴法[24],根據(jù)預(yù)試實驗結(jié)果設(shè)置處理劑量梯度:S.zeamais處理濃度為8、16、32、64 mL/L,R.dominica處理濃度為:4、8、16、32 mL/L,C.pusillus的處理濃度為8、16、32、48 mL/L。用微量進(jìn)樣器將上述濃度的精油丙酮稀釋液滴加在試蟲的前胸背板上,其中S.zeamais,R.dominica滴加1 μL,因C.pusillus體積較小,1 μL的稀釋液會將試蟲淹沒,故滴加0.5 μL,對照組滴加等量的丙酮。每個處理設(shè)3次重復(fù),處理完后將試蟲放入培養(yǎng)皿中,并用保鮮膜封口移入與培養(yǎng)條件相同的培養(yǎng)箱中,2、4、8、12、24 h后觀察記錄死亡的蟲數(shù),并計算死亡率和校正死亡率。

1.2.6 數(shù)據(jù)處理 實驗全部重復(fù)三次,全部實驗數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2010和SPSS 18.0(SPSS Inc.,USA)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行分析,并計算毒力回歸方程和LC50,LT50等參數(shù),用Duncan’s法進(jìn)行多重顯著性分析和標(biāo)準(zhǔn)偏差(±SE)計算。

2 結(jié)果與分析

2.1 孜然精油對三種儲糧害蟲的驅(qū)避活性

經(jīng)水蒸餾法提取到的孜然精油提取率為2.38%,其對三種儲糧害蟲均表現(xiàn)出了良好的驅(qū)避活性,不同種類昆蟲對孜然精油的敏感程度存在差異(表1)。同樣時間條件下,趨避率隨精油濃度的增加而迅速增大;在相同處理濃度下,趨避率同處理時間呈正相關(guān)關(guān)系?？紤]到孜然精油較強(qiáng)的揮發(fā)性,本實驗選取驅(qū)避實驗的最長處理時間為12 h,熏蒸和觸殺處理的最長時間為24 h。在0.032 μL/cm2處理12 h后,S.zeamais、R.dominica和C.pusillus的趨避率分別達(dá)到了60.00%、73.33%和100.00%,其中以C.pusillus對孜然精油最為敏感,在0.001 μL/cm2下處理2 h,趨避率就達(dá)23.33%,12 h后,趨避率增至80.00%,當(dāng)處理濃度增至0.008 μL/cm2和0.016 μL/cm2時,C.pusillus分別在12 h和4 h后達(dá)到完全驅(qū)避。

表1 孜然精油對三種儲糧害蟲的驅(qū)避活性Table 1 Percentage repellency of CEO against three adult insects

注：表中數(shù)據(jù)為平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)偏差。表中不同字母代表同列數(shù)據(jù)之間達(dá)到差異顯著水平(p≤0.05),相同字母表示差異不顯著,表2、表3同。

表2 孜然精油對三種儲糧害蟲的熏蒸活性Table 2 Fumigant toxicity of CEO against three adult insects

注：“-”表示C.pusillus全部死亡。

2.2 孜然精油對三種儲糧害蟲的熏蒸活性

孜然精油對三種儲糧害蟲的熏蒸效果存在差異(表2)。相同處理時間下,校正死亡率隨著濃度的增大而增大,由前期預(yù)實驗得到三種試蟲的熏蒸濃度,且熏蒸濃度存在差異。其中,R.dominica最高熏蒸濃度為20 μL/L,在此濃度下熏蒸24 h,R.dominica的校正死亡率達(dá)98%以上,S.zeamais在2.5 μL/L濃度處理下,24 h后的校正死亡率不足50%,當(dāng)濃度升至30 μL/L時,校正死亡率24 h后達(dá)到83%。C.pusillus的最高熏蒸濃度為2.5 μL/L,僅為S.zeamais和R.dominica的1/12和1/8,但效果最為明顯,處理僅4 h后,供試試蟲已全部死亡。說明,C.pusillus對孜然精油的熏蒸最敏感。C.pusillus對植物精油的熏蒸敏感性與洪承昊[25]的實驗結(jié)果相類似。為了保證熏蒸實驗結(jié)果的準(zhǔn)確性,熏蒸后的試蟲從試劑瓶中倒出10 min后再計算死亡試蟲數(shù),防止出現(xiàn)假死現(xiàn)象。Moises[26]實驗顯示,孜然精油可以熏蒸殺滅R.microplus的幼蟲,Chaubey[18]研究表明孜然精油同樣對T.confusum和E.kuehniella的蟲卵有熏蒸殺蟲的活性,在0.5 μL/L熏蒸2～3 d可以造成T.cinnabarinus和棉蚜99%的死亡[15]。我們前期的實驗結(jié)果揭示,孜然精油及其主要成分枯茗醛對S.zeamais和T.confusum都有良好的熏蒸殺蟲活性,T.confusum對孜然精油的敏感性高于枯茗醛,而枯茗醛則對S.zeamais的作用效果明顯,

表3 孜然精油對三種儲糧害蟲的觸殺活性Table 3 Contact toxicity of CEO against three adult insects

表4 孜然精油對三種儲糧害蟲熏蒸的半致死劑量(LC50)Table 4 LC50 value of CEO fumigant against three insects after 24 h(12 h)

注：95% FL指95%的置信區(qū)間;LC50的濃度為μL/L。

表5 孜然精油對三種儲糧害蟲熏蒸的半致死時間(LT50)Table 5 LT50 value of CEO fumigant against three insects after 24 h(12 h)

注：95% FL指95%的置信區(qū)間;LT50的單位為h。并測定了孜然精油的殺蟲機(jī)理,推斷孜然精油是通過抑制谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶的活性起到殺蟲的作用[14,27]。本次實驗用孜然精油經(jīng)前期實驗測定共含有27種成分,其中2-蒈烯-10-醛(40.239%),枯茗醛(26.144%),3-蒈烯-10-醛(16.882%)為主要成分,其次γ-松油烯,對傘花烴,α-蒎烯等成分也有檢出[19]。許多單萜類化合物都具有殺蟲作用,Martinez-Velazquez等人證實枯茗醛、γ-松油烯和2-蒈烯-10-醛可殺滅R.microplus的蟲卵[17]。孜然精油對厲眼蕈蚊(Lycoriella ingénue)具有很高的毒性,在低濃度時(10×10-3mg/mL)試蟲全部死亡,γ-松油烯對L.ingénue蟲卵同樣具有殺滅作用[28]。

2.3 觸殺活性

觸殺活性隨試蟲種類的不同存在差異(表3),S.zeamais采用的觸殺濃度較C.pusillus和R.dominica高,觸殺活性隨濃度的增大和時間的延長而增大。在相同濃度32 mL/L,處理24 h后,R.dominica的死亡率(68.33%)大于S.zeamais(65.00%)和C.pusillus(60.00%)。S.zeamais64 mL/L觸殺24 h后校正死亡率為83.33%,C.pusillus在相同濃度觸殺時,不到2 h內(nèi)全部死亡,R.dominica接觸到48 mL/L孜然精油2 h內(nèi)也全部死亡(數(shù)據(jù)未列出),因此選擇R.dominica和C.pusillus的最高濃度觸殺分別為32 mL/L和48 mL/L,由此可見,R.dominica對孜然精油的觸殺作用最敏感,其次為C.pusillus和S.zeamais。在所選處理時間范圍內(nèi),觸殺作用與處理時間呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系。Yeom等[29]研究證明,枯茗醛對德國小蠊(Blattellagermanica)也有較高的觸殺活性。本實驗發(fā)現(xiàn)在利用“點滴法”進(jìn)行觸殺活性測定時,試蟲在精油較高劑量(8～64 mL/L)使用下才會死亡,可能是因為供試的三種儲糧害蟲均屬于鞘翅目昆蟲且均為成蟲,在培養(yǎng)皿中爬動快,加之精油屬于揮發(fā)性物質(zhì),在試蟲體表有蒸發(fā),以至于試蟲吸收的精油量減少,導(dǎo)致作用減弱[30]。實驗中發(fā)現(xiàn)觸殺法易產(chǎn)生誤差,主要原因為試蟲體積小,滴加在試蟲體表的精油稀釋液會包裹試蟲全身,藥液從試蟲的口腔或氣門進(jìn)入到試蟲體內(nèi),影響測定結(jié)果。

2.4 熏蒸的半致死劑量(LC50)及半致死時間

對三種儲糧害蟲熏蒸結(jié)果做probit回歸求得熏蒸毒力方程(表4,表5),從結(jié)果我們可以看出,S.zeamais,R.dominica和C.pusillus的LC50分別為3.309,2.465,0.391 μL/L。S.zeamais和R.dominica在20 μL/L,C.pusillus在1.25 μL/L熏蒸后做probit回歸求得LT50值,LT50分別為7.521,4.282、1.702 h。C.pusillus的LC50僅為S.zeamais的1/10,熏蒸濃度也遠(yuǎn)低于其他兩種,由此可見,C.pusillus對孜然精油的熏蒸最敏感,可見,C.pusillus是對孜然精油最敏感的試蟲。

3 結(jié)論

孜然精油對S.zeamais、R.dominica和C.pusillus這三種常見的儲糧害蟲均具有良好的控制作用,在三種作用中,C.pusillus除在觸殺活性中敏感性低于R.dominica外,在驅(qū)避和熏蒸活性的測定中,C.pusillus均表現(xiàn)出對孜然精油強(qiáng)烈的敏感性,熏蒸的LC50和LT50都遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其他兩種試蟲,C.pusillus的這種敏感性可能與昆蟲種類和內(nèi)部的生理構(gòu)造不同有關(guān),Nenaah等[31]發(fā)現(xiàn),各種昆蟲會因為它們內(nèi)在的生理和形態(tài)上的不同而會對外界的刺激產(chǎn)生不同的反應(yīng)。孜然精油的殺蟲活性與精油的組分相關(guān),由此推斷,孜然精油對三種儲糧害蟲的控制作用是精油中多種成分相互影響的共同結(jié)果。

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Control effect of cumin essential oils on three stored-product insects

LI Guo-lin1,2,BI Yang1,*,ZHANG Zhong1,WANG Yi1,ZHU Yan1

(1.College of Food Science and Engineering,Gansu Agricultural University,Lanzhou 730070,China；(2.Integrated Agricultural Development Research Institute,Guizhou Academy of Agricultural Sciences,Guiyang 550006,China)

The stored-product insects were vital factor for safety of grain storage.Sitophiluszeamais,Rhizoperthadominica,Cryptolestespusilluswere treated with cumin essential oils(CEO),which were extracted by water distillation method. The toxicity of repellency,fumigant and contact of CEO against three stored-product adult insects were tested as well as LC50and LT50of fumigant toxicity were determined. The result indicated that the control effects of CEO against three kinds of insects were different.C.pusilluswas more susceptible on repellency and fumigant than other two insects,however,R.dominicashowed the most susceptible on contact toxicity.

cumin essential oil;stored-product insects;control effect

2016-12-29

李國林(1987-)，男，碩士，助理研究員，研究方向：農(nóng)產(chǎn)品加工與貯藏，E-mail：lgl292@163.com。

*通訊作者:畢陽(1962-)，男，博士，教授，研究方向：采收生物學(xué)與技術(shù)，E-mail：biyang@gsau.edu.cn。

黔農(nóng)科院院專項[2016]026號；貴州省特色農(nóng)產(chǎn)品輻照保鮮技術(shù)服務(wù)企業(yè)行動計劃(黔科合平臺人才[2016]5712)；貴州省特色農(nóng)產(chǎn)品輻照保鮮與加工工程技術(shù)研究中心(2016GZ67305)。

TS221

A

1002-0306(2017)15-0097-06

10.13386/j.issn1002-0306.2017.15.019