两种植物精油对米象的驱避活性及其化学成分研究

胡华林，王梓懿，王治芬，马 秋，杨 华，李

（1.贵州医科大学药用植物功效与利用国家重点实验室/贵州省中国科学院天然产物化学重点实验室，贵州 贵阳 550014；2.贵阳市第九中学，贵州 贵阳 550002；3.贵州医科大学药学院，贵州 贵阳 550025；4.延安大学化学化工学院，陕西 延安 716000）

储粮害虫的防控一直是粮食储存面临的重大问题之一，储粮害虫不仅是导致储粮数量及品质下降的主要原因，还是粮食霉变、致病微生物传播的重要媒介，其严重危害了消费者的身心健康［1-2］。据有关文献［3］报道，国家粮库的损失率为0.2 %，农户的粮食储存损失率为8%～10 %。化学合成农药的使用虽能有效防治储粮害虫，但其所带来的负面效应也日益凸显，如对人体健康的影响、“3R”（Residue、Resistance、Resurgence）问题等。因此，找寻“新型绿色杀虫剂”的需求显得尤为突出。植物源杀虫剂在一定程度上可减轻储粮害虫的危害，且具有对非靶标生物安全及病虫害广谱等特点［4］，故对其研究已成为开发新型农药的热点之一。

植物精油又称挥发油，是一类具有芳香气味、在常温下能挥发的油状液体的总称。植物精油存在于植物的腺毛、油室、油管、分泌细胞或树脂道中，大多数成油滴状存在，也有些与树脂、黏液质共同存在。精油的成分中以萜类化合物为多见，有些含有脂肪族化合物或小分子的芳香族化合物。植物精油用于防控储粮害虫的研究较多［5-8］。研究表明，植物精油具有较高的生物活性，且其作用方式主要以触杀、熏蒸、抑制生长、驱避、引诱为主［9］。关于植物精油对米象（Sitophilus oryzae L.）生物活性的研究也有相关报道，如Philip等［6］研究了墨西哥柏木（Cupressus lusitanica Miller）和柳叶桉（Eucalyptus saligna Smith）植物精油对米象的驱避活性，结果显示两种精油在相同剂量和储存时间内均具较好的驱避作用，其驱避率为34%～52.4%；吕建华等［10］研究了柑桔（Citrus reticulata Banco）、臭椿（Ailanthus altissima）和辣椒（Capsicum annuum L.）3种植物精油对米象的生物活性，结果显示，3种植物精油均具有较强的驱避及触杀作用，其中臭椿树皮植物精油效果最好，米象成虫72 h驱避率可达Ⅴ级，触杀校正死亡率达76.5%。花椒（Zanthoxylum bungeanum Maxum.）和孜然（Cuminum cyminum L.）精油对储粮害虫生物活性的研究主要集中在赤拟谷盗（Tribolium castaneum Herbst）、玉米象（Sitophilus zeamais）和豆象（Bruchidae）上［11-16］，而其对于米象驱避活性的研究较少［17-18］。因此，本研究以水蒸气蒸馏法提取花椒和孜然精油作为原料，测试了两种精油对米象成虫的驱避活性，并采用GC-MS法分析了两种精油的主要化学成分。

1 材料与方法

1.1 试验材料

花椒和孜然样品购于贵阳市三桥批发市场；防虫丸（成分：精萘）购于重庆家鑫日用品有限公司。

供试昆虫米象由贵州省中国科学院天然产物化学重点实验室提供，饲养条件为温度25（±1）℃，相对湿度75（±5）%，用大米做饲料饲养。大米分装在罐头瓶中，将接入米象成虫的罐头瓶置于养虫室内饲养，7 d后筛除成虫，待新一代成虫羽化5～7 d后，筛出成虫供试验用。

仪器：N-1100型旋转蒸发仪（EYELA）、ZNHW型电热套（杭州明远仪器有限公司）、DL SB -5/20型低温冷却液循环泵（郑州长城科工贸有限公司）、HBM-106 型粉碎机（瑞安市瀚博机电有限公司）、FA2204B 万分之一电子天平（上海精密科学仪器有限公司）、1 000μL微量移液枪（Sartorius）、HP 6890/5975 C GC/MS联用仪（Agilent）。

试剂：二氯甲烷、丙酮均为市售分析纯试剂，蒸馏水为实验室自制。

1.2 试验方法

1.2.1 植物精油提取 植物精油的提取采用水蒸气蒸馏法。将市售10 kg花椒和5 kg孜然分别用粉碎机进行粉碎，过孔径0.850 mm筛。称取250 g粉末置于5 L圆底烧瓶中，并按1∶10的固液比加入一定量水，连接水蒸气蒸馏装置，用智能恒温电热套进行加热，收集馏出液，蒸馏时间为5～6 h。用分析纯二氯甲烷进行等体积萃取，取下层二氯甲烷萃取液，萃取液用无水硫酸钠干燥后置于旋转蒸发仪中去掉溶剂。重复数次，直至原料提取完毕，得176.53 g花椒精油和47.51 g孜然精油，置于冰箱中（5℃）保存备用。

1.2.2 驱避活性测试 采用滤纸片法测试米象成虫驱避活性。将花椒和孜然精油分别用丙酮配成浓度为5.0 mg/mL的药液，用移液枪将药液0.3 mL点在直径为5.5 cm的滤纸中央，待丙酮挥发干后随机摆放于60 cm×40 cm×50 cm的木制养虫笼中，每片滤纸中央放置少量大米。用丙酮作阴性对照，防虫丸（精萘）作阳性对照，每个处理3次重复。将600头米象成虫接入至养虫笼中，使其自由爬行，在养虫笼入口及其他有缝隙处涂抹爽身粉，以防止测试昆虫逃逸。处理24、48、72、96、120 h后检查滤纸片上米象成虫的数量，并计算驱避率。

分级标准［19］：0级，无驱避作用；Ⅰ级，驱避率0.01%～20%；Ⅱ级，驱避率20.01%～40%；Ⅲ级，驱避率40.01%～60%驱避率；Ⅳ级，驱避率，60.01%～80%；Ⅴ级，驱避率80.01%～100%。

1.2.3 化学成分的分析 采用气相色谱-质谱联用法（GC-MS）分析两种植物精油的化学成分。色谱柱为弹性石英毛细管柱（ZB-5MSI，30 m×0.25μm×250μm）。程序升温：初始温度从46℃保持2 min，以升温速度4℃/min升至206℃，再以8℃/min的速度升至310℃，然后花椒和孜然精油分别以310℃保持7 min，运行62 min和以310℃保持3 min，运行58 min升温。柱子参数：汽化室温度250℃，接口温度280℃，进样量1μL，载气为99.999%的高纯He，柱前压7.65 psi，载气流量1.0 mL/min，分流比20∶1，溶剂滞后时间4.0 min。质谱条件：电子能量70 eV，离子源为EI源，EI源温度230 ℃，发射电流34.6 μA，四极杆温度150℃，倍增器电压1482 V，质量范围29～500 amu。各峰经质谱计算机数据系统检索，标准图谱库Nist 2005和Wiley 275，确定精油的化合物结构，用峰面积归一化法确定各化学成分的相对含量。

釆用SPSS19.0统计学软件进行分析，试验数据采取χ2检验及Duncan进行差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 植物精油对米象成虫的驱避活性

表1 3种供试药剂对米象成虫的驱避活性

两种植物精油的驱避活性结果见表1，由表1可知，3个样品的活性均较好，不同时间段的活性均达到Ⅲ级以上。处理24 h后，花椒和孜然精油的驱避率均为57.1 %，高于市售的防虫丸，而处理48 h后，3个样品的趋避率均达到最大，其中孜然精油的驱避率最高，为100 %。理论上应该是处理24 h活性最好，可实验所得为处理48 h最好，推测其原因可能是在有限的空间内，处理48 h时空间内精油挥发浓度达最大。随后，3个样品的驱避率均呈下降趋势，花椒精油下降最多，处理120 h后下降为39.9 %，防虫丸下降最少，处理120 h后驱避率为60.0%，推测由于防虫丸是市场商品化的产品，其有效成分的挥发性更持久所致。表1多个处理的标准误与均值数据比较接近，反映出各重复间的数值波动较大，造成这一现象的原因可能是由于滤纸片随机摆放于木制养虫笼中的位置不同，其周围药物浓度不同所致。

2.2 植物精油化学成分GC-MS分析

图1 花椒精油GC-MS总离子流图谱

表2 花椒精油的化学成分分析

花椒精油GC-MS成分分析结果见表2，总离子流见图1。由表2可知，花椒精油中共鉴定出57种化合物，总含量达到98.887%，相对含

量最高的是芳樟醇L，达到26.071%，其次是萜烯醇、α-萜品醇和乙酸芳樟酯，相对含量分别为14.83%、12.75%、9.531%，这4种物质的含量占总含量的50.432%，是花椒精油中的主要化学物质。

（续表2）

孜然精油GC-MS成分分析结果见表3，总离子流见图2。由表3可知，孜然精油中共鉴定出24种化合物，总含量达到97.85 %，相对含量最高的是茴香甲醛，达到44.057 %，其次是茴香脑，相对含量为38.691 %，这两种物质的含量占总含量的82.748 %，是孜然精油中的主要化学物质。

图2 孜然精油GC-MS总离子流图谱

3 讨论

目前，我国防治米象等储粮害虫主要使用溴甲烷和磷化铝等有毒物质进行熏蒸，其中溴甲烷由于对臭氧层的破坏作用极强，已被联合国于1992年的《蒙特利尔议定书》列为环境受控物质，并规定2005年以前发达国家必须淘汰，2015年以前发展中国家必须停止使用［20］；磷化铝较溴甲烷的用量更大，但其遇水生成无色无味高毒的磷化氢气体，大于6～10 mg/m3的浓度即可引发致病作用［21］。磷化铝使用过程中产生的磷化氢气体会吸附于粮食的孔径内，即使深加工也不能完全消失，严重影响人畜的健康，更为严重的是，米象等储粮害虫已经对磷化铝产生抗药性。目前，传统的防治储粮害虫的药剂正处于被禁用和失效的境地，故开发高效、环保、安全的新型药剂是植物保护研究者迫切需要解决的问题。

植物精油广泛存在于自然界中，在日化、食品、医药卫生等方面得以广泛运用，其用于防治储粮害虫的研究在国内外已有文献报道［6，8］。本研究结果表明，花椒和孜然两种植物精油对米象成虫的驱避活性显著，72 h内平均驱避率分别为64.0%、75.7%，其驱避等级都为Ⅳ级，120 h内平均驱避率分别为51.8%、63.2%，其驱避等级分别为Ⅲ级和Ⅳ级。本研究结果显示花椒及孜然精油较其他植物精油对米象成虫具有更高效、持久的驱避活性［22，10］，具有开发成新型驱避剂的潜力。

GC-MS分析结果显示花椒精油含有多种化学成分，其主要成分为L-芳樟醇、萜烯醇、α-萜品醇和乙酸芳樟酯；孜然精油的主要化学成分为茴香甲醛、茴香脑、草蒿脑和γ-萜品烯，尽管本研究对花椒精油及孜然精油的化学成分进行了分析，但活性化合物还未明确，故本课题组下一步将利用气相色谱-触角电位仪（GCEAD）对其主要活性化合物成分进行研究，为将花椒和孜然精油开发为新型驱避剂提供理论依据。另外，本研究只是针对两种精油对米象成虫的驱避活性进行了研究，对于其他储粮害虫的驱避作用并未测试，故还需进一步研究验证。花椒和孜然为调味植物，其精油对人畜安全、对环境友好，并且其植物资源丰富，具备开发成新型绿色驱避剂的潜力，为储粮害虫的防治提供了一条新途径。

表3 孜然精油的化学成分分析

［1］Madrid F J，White N D G，Loschiavo S R. Insects in stored cereals and their association with farming practices in southern Manitoba［J］. Can Entomol，1990，122（3）：515-523.

［2］程小丽，武传欣，刘俊明，等. 储粮害虫防治研究进展［J］. 粮油仓储科技通讯，2010（6）：26-29.

［3］吕建华，张来林. 中国储粮害虫防治存在的主要问题及对策［J］. 粮食科技与经济，2010（1）：33-37.

［4］顾海莎. 植物源农药研究进展综述［J］. 安徽农业科学，2007，35（24）：7520-7521.

［5］李宁，胡奇，崔新仪. 柠檬精油对谷蠹的生物活性［J］. 农药，2013，52（3）：222-224.

［6］Philip K B，Arop L ，Joshua O O，et al. Residual contact toxicity and repellence of Cupressus lusitanica Miller and Eucalyptus saligna Smith essential oils against major stored product insect pests［J］. Industrial Crops and Products（2017），http：//dx. doi. org/10. 1016/j. indcrop.2017. 09. 046.

［7］Kaan P，Ömer C K，Yasemin Y Y，et al.Insecticidal activity of Salvia veneris Hedge.Essential oil against coleopteran stored product insects and Spodoptera exigua（Lepidoptera）［J］. Industrial Crops and Products，2017，97：93-100.

［8］Kestenholz C，Sterenson P C，Belmain S R. Comparativestudy of field and laboratory evaluations of the ethnobotanical Cassia sophera L. for bioactivity against the storagepests Callosobruchus maculatus（F.）and Sitophilus oryzae（L.）［J］. Journal of Stored Products Research，2006，42：112-119.

［9］徐汉虹，赵善欢. 利用植物精油防治害虫的研究进展［J］. 华南农业大学学报，1993，14（4）：145-154.

［10］吕建华，任信升，许建双，等. 三种植物精油对米象的控制作用［J］. 湖北农业科学，2006，45（4）：470-472.

［11］Cheng-fang Wang，Chun-xue You，Kai Yang，et al. Antifeedant activities of methanol extracts of four Zanthoxylumspecies and benzophenanthridines from stem bark of Zanthoxylum schinifolium against Tribolium castaneum［J］. Industrial Crops and Products，2015，（74）：407-411.

［12］聂霄艳. 花椒提取物对玉米象和赤拟谷盗的控制作用研究［D］. 重庆：西南大学，2007.

［13］刘祝琴. 几种植物提取物对杂拟谷盗成虫的生物活性及杀虫机理初步研究［D］. 合肥：安徽农业大学，2015.

［14］沈思. 花椒精油及甲酸乙酯对两种豆象的熏蒸活性研究［D］. 重庆：西南大学，2009.

［15］李国林，毕阳，张忠，等. 孜然精油对三种储粮害虫控制作用［J］. 食品工业科技，2017，38（15）：97-102.

［16］Akash K，Bhanu P，Prashant K M，et al. Biological activities of Cuminum cyminum seed oil and its major components against Callosobruchus chinensis and Sitophilus oryzae［J］. Journal of Asia-Pacific Entomology，2015，18（3）：383-388.

［17］Soon-Il Kim，Dae-Weon Lee. Toxicity of basil and orange essential oils and their components against two coleopteran stored products insect pests［J］. Journal of Asia-Pacific Entomology，2014，17：13-17.

［18］Sung-Woong Kim，Jaesoon Kang，Il-Kwon Park.Fumigant toxicity of Apiaceae essentialoils and their constituentsagainst Sitophilus oryzae and their acetylcholinesterase inhibitory activity［J］.Journal of Asia-Pacific Entomology. 2013，16：443-448.

［19］文必然，邓望喜. 黄冈仓花蝽对几种仓虫的模拟控制研究［J］. 植物保护学报，1988，14（4）：273-276.

［20］赵英杰. 熏蒸防治储粮害虫的几个问题［J］. 粮食科技与经济，2003（4）：35-37.

［21］岑衍华. 磷化铝中毒［J］. 华南预防医学，1989（4）：11-15.

［22］肖雅斌，石运庆，于航，等. 高良姜提取物对米象成虫的驱避作用研究［J］. 农业科技与装备，2012（7）：18-19.