孜然精油对三种储粮害虫控制作用

李国林,毕 阳,张 忠,王 毅,朱 艳

(1.甘肃农业大学食品科学与工程学院,甘肃兰州 730070；2.贵州省农业科学院现代农业发展研究所,贵州贵阳 550006)

孜然精油对三种储粮害虫控制作用

李国林1,2,毕 阳1,*,张 忠1,王 毅1,朱 艳1

(1.甘肃农业大学食品科学与工程学院,甘肃兰州 730070；2.贵州省农业科学院现代农业发展研究所,贵州贵阳 550006)

储粮害虫是影响储粮安全的重要因素。本研究采用水蒸馏法提取的孜然精油处理玉米象(Sitophiluszeamais),谷蠹(Rhizoperthadominica)和长角扁谷盗(Cryptolestespusillus)三种储粮害虫,测定了孜然精油的趋避,熏蒸及触杀活性,确定了熏蒸活性的半致死浓度LC50和半致死时间LT50。结果表明,孜然精油对三种储粮害虫均具有良好的控制效果,但三种控制作用随昆虫种类的不同存在差异,C.pusillus对趋避和熏蒸作用最敏感,明显高于其他两种试虫,但在触杀实验中R.dominica对孜然精油表现最敏感。

孜然精油,储粮害虫,控制

储粮害虫是导致粮食贮藏损失和品质下降的重要因素[1-2]。粮食在储藏期间,储粮害虫的危害十分严重。据统计,全世界每年因储藏物害虫造成的粮食、豆类、油料的损失约占总储存量的5%,经济损失达1.2～2.4亿美元[3]。一直以来,储粮害虫的控制主要依靠溴甲烷、磷化氢等人工合成的化学防护剂和熏蒸剂[4]。这些化学试剂的长期使用会导致药物残留、环境污染及昆虫抗药性等问题,因此,亟需开发更加安全高效的储粮害虫控制方法[5]。

植物在长期进化的过程中会产生多种次级代谢产物来抵御各种害虫的危害[6-8],其中植物精油在抵御储粮害虫危害中发挥了重要作用[9-11]。

孜然(CuminumcyminumL.)是伞形科(Umbelliferae)孜然芹属(Cuminum)植物,主要分布于我国的西北地区[12]。孜然种子营养丰富,富含蛋白质、不饱和脂肪酸、无机盐等多种营养成分[13]。孜然精油具有独特的风味,广泛应用于多种食物的调味[14]。有研究表明,孜然精油不仅对储粮害虫杂拟谷盗(Triboliumconfusum),地中海粉螟(Ephestiakuehniella)和赤拟谷盗(Triboliumcastaneum)有杀灭和趋避作用,而且对田间害虫朱砂叶螨(Tetranychuscinnabarinus)及畜牧养殖中的害虫微小牛蜱(Rhipicephalusmicroplus)均有毒杀作用[15-18]。但是孜然精油对玉米象(Sitophiluszeamais),谷蠹(Rhizoperthadominica)和长角扁谷盗(Cryptolestespusillus)三种储粮害虫作用的研究较少。

本研究的目的在于测定孜然精油对S.zeamais,R.dominica和C.pusillus三种常见储粮害虫的趋避,熏蒸和触杀活性,探究孜然精油处理时间、浓度与三种害虫的控制作用间的关系,由于熏蒸作用是最易应用于实践的处理方法,故本实验只测定熏蒸作用的LC50和LT50值,以期为日后植物精油类防虫剂的研制提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

供试孜然种子(品种敦玉一号) 产地新疆吐鲁番市,由敦煌种业有限公司提供;供试玉米象(S.zeamais),谷蠹(R.dominica)和长角扁谷盗(C.pusillus) 均由华中农业大学城市有害生物防治研究所提供。实验所用试剂均为分析纯。

DHG-9245A型电热鼓风箱、DHP-9162型恒温培养箱 上海一恒科技有限公司;珠江牌培养箱 韶关市泰宏医疗器械有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 精油提取 参照李大强[19]水蒸馏法。孜然经电动粉碎机粉碎过40目筛,物料比1∶10 (w/w)蒸馏时间为2～3 h,馏出液用冷凝水冷凝收集,用无水乙醚萃取,萃取液以无水硫酸钠干燥后用旋转蒸发仪除去溶剂获得精油,收集的精油在4 ℃冰箱中保存备用,并按下式计算提取率。

1.2.2 试虫培养 试虫饲养方法参照姚英娟等[20]方法,试虫培养于罐头瓶中,其中,S.zeamais以整粒小麦饲养;R.dominica以半碎麦粒饲养;C.pusillus采用麦麸和面粉以7∶3的比例混匀饲养。饲料使用前均放入烘箱在80 ℃温度下消毒2 h,含水量调至13%±1%,分装于罐头瓶中。接入成虫后,置于温度(27±1) ℃,相对湿度75%±5%,黑暗培养箱中饲养。7～10 d后筛去成虫,待下一代成虫大量出现后1～2周,筛出成虫供试。在测定过程中,以针触及成虫尾部、触角及足不动视为死亡。

1.2.3 驱避活性的测定 采用Zapata[21]的方法并修改。根据滤纸的面积将孜然精油用丙酮稀释成0.001、0.002、0.004、0.008、0.016、0.032 μL/cm26个浓度。将直径9 cm的圆形滤纸裁成两半,均匀滴加孜然精油的丙酮稀释液0.5 mL,另一半滤纸滴加等量的丙酮作为对照,在通风橱中待丙酮完全挥发后,将两片滤纸在反面用透明胶粘合在一起(注意不留缝隙,以防止试虫钻到滤纸下面)后置入同直径的培养皿内。每皿内接入试虫20头,每个处理设3次重复。将培养皿移入与培养条件相同的培养箱中,2、4、8、12 h后观察培养皿内试虫的分布情况,计算驱避率[22]。

趋避率(%)=(对照边试虫数-处理边试虫数)/试虫总数×100

1.2.4 熏蒸活性的测定 采用侯华民[23]等的方法并略加修改。先将滤纸剪成10 cm×1 cm的滤纸条,取250 mL的容量瓶,每瓶中接入20头试虫,根据预试实验结果设置处理剂量梯度:S.zeamais的熏蒸浓度为2.50、5.00、10.00、20.00、30.00 μL/L、R.dominica的熏蒸浓度为2.5、5.0、10.0、15.0、20.0 μL/L,C.pusillus的熏蒸浓度为0.31、0.63、1.25、2.50 μL/L。用微量进样器将相应量的孜然精油滴加到滤纸条的中部(对照组不加精油),粘在试剂瓶瓶口,将瓶盖拧紧密封,每个处理设3次重复,将试剂瓶移入与培养条件相同的培养箱中,分别于处理2、4、8、12、24 h后观察死亡的试虫数,观察时先将瓶盖打开散气10 min后进行观察。并按照公式计算死亡率和校正死亡率:

校正死亡率(%)=(处理组死亡率-对照组死亡率)/(1-对照组死亡率)×100

1.2.5 触杀活性测定 采用点滴法[24],根据预试实验结果设置处理剂量梯度:S.zeamais处理浓度为8、16、32、64 mL/L,R.dominica处理浓度为:4、8、16、32 mL/L,C.pusillus的处理浓度为8、16、32、48 mL/L。用微量进样器将上述浓度的精油丙酮稀释液滴加在试虫的前胸背板上,其中S.zeamais,R.dominica滴加1 μL,因C.pusillus体积较小,1 μL的稀释液会将试虫淹没,故滴加0.5 μL,对照组滴加等量的丙酮。每个处理设3次重复,处理完后将试虫放入培养皿中,并用保鲜膜封口移入与培养条件相同的培养箱中,2、4、8、12、24 h后观察记录死亡的虫数,并计算死亡率和校正死亡率。

1.2.6 数据处理 实验全部重复三次,全部实验数据采用Microsoft Excel 2010和SPSS 18.0(SPSS Inc.,USA)数据处理系统进行分析,并计算毒力回归方程和LC50,LT50等参数,用Duncan’s法进行多重显著性分析和标准偏差(±SE)计算。

2 结果与分析

2.1 孜然精油对三种储粮害虫的驱避活性

经水蒸馏法提取到的孜然精油提取率为2.38%,其对三种储粮害虫均表现出了良好的驱避活性,不同种类昆虫对孜然精油的敏感程度存在差异(表1)。同样时间条件下,趋避率随精油浓度的增加而迅速增大;在相同处理浓度下,趋避率同处理时间呈正相关关系。考虑到孜然精油较强的挥发性,本实验选取驱避实验的最长处理时间为12 h,熏蒸和触杀处理的最长时间为24 h。在0.032 μL/cm2处理12 h后,S.zeamais、R.dominica和C.pusillus的趋避率分别达到了60.00%、73.33%和100.00%,其中以C.pusillus对孜然精油最为敏感,在0.001 μL/cm2下处理2 h,趋避率就达23.33%,12 h后,趋避率增至80.00%,当处理浓度增至0.008 μL/cm2和0.016 μL/cm2时,C.pusillus分别在12 h和4 h后达到完全驱避。

表1 孜然精油对三种储粮害虫的驱避活性Table 1 Percentage repellency of CEO against three adult insects

注：表中数据为平均数±标准偏差。表中不同字母代表同列数据之间达到差异显著水平(p≤0.05),相同字母表示差异不显著,表2、表3同。

表2 孜然精油对三种储粮害虫的熏蒸活性Table 2 Fumigant toxicity of CEO against three adult insects

注：“-”表示C.pusillus全部死亡。

2.2 孜然精油对三种储粮害虫的熏蒸活性

孜然精油对三种储粮害虫的熏蒸效果存在差异(表2)。相同处理时间下,校正死亡率随着浓度的增大而增大,由前期预实验得到三种试虫的熏蒸浓度,且熏蒸浓度存在差异。其中,R.dominica最高熏蒸浓度为20 μL/L,在此浓度下熏蒸24 h,R.dominica的校正死亡率达98%以上,S.zeamais在2.5 μL/L浓度处理下,24 h后的校正死亡率不足50%,当浓度升至30 μL/L时,校正死亡率24 h后达到83%。C.pusillus的最高熏蒸浓度为2.5 μL/L,仅为S.zeamais和R.dominica的1/12和1/8,但效果最为明显,处理仅4 h后,供试试虫已全部死亡。说明,C.pusillus对孜然精油的熏蒸最敏感。C.pusillus对植物精油的熏蒸敏感性与洪承昊[25]的实验结果相类似。为了保证熏蒸实验结果的准确性,熏蒸后的试虫从试剂瓶中倒出10 min后再计算死亡试虫数,防止出现假死现象。Moises[26]实验显示,孜然精油可以熏蒸杀灭R.microplus的幼虫,Chaubey[18]研究表明孜然精油同样对T.confusum和E.kuehniella的虫卵有熏蒸杀虫的活性,在0.5 μL/L熏蒸2～3 d可以造成T.cinnabarinus和棉蚜99%的死亡[15]。我们前期的实验结果揭示,孜然精油及其主要成分枯茗醛对S.zeamais和T.confusum都有良好的熏蒸杀虫活性,T.confusum对孜然精油的敏感性高于枯茗醛,而枯茗醛则对S.zeamais的作用效果明显,

表3 孜然精油对三种储粮害虫的触杀活性Table 3 Contact toxicity of CEO against three adult insects

表4 孜然精油对三种储粮害虫熏蒸的半致死剂量(LC50)Table 4 LC50 value of CEO fumigant against three insects after 24 h(12 h)

注：95% FL指95%的置信区间;LC50的浓度为μL/L。

表5 孜然精油对三种储粮害虫熏蒸的半致死时间(LT50)Table 5 LT50 value of CEO fumigant against three insects after 24 h(12 h)

注：95% FL指95%的置信区间;LT50的单位为h。并测定了孜然精油的杀虫机理,推断孜然精油是通过抑制谷胱甘肽转移酶的活性起到杀虫的作用[14,27]。本次实验用孜然精油经前期实验测定共含有27种成分,其中2-蒈烯-10-醛(40.239%),枯茗醛(26.144%),3-蒈烯-10-醛(16.882%)为主要成分,其次γ-松油烯,对伞花烃,α-蒎烯等成分也有检出[19]。许多单萜类化合物都具有杀虫作用,Martinez-Velazquez等人证实枯茗醛、γ-松油烯和2-蒈烯-10-醛可杀灭R.microplus的虫卵[17]。孜然精油对厉眼蕈蚊(Lycoriella ingénue)具有很高的毒性,在低浓度时(10×10-3mg/mL)试虫全部死亡,γ-松油烯对L.ingénue虫卵同样具有杀灭作用[28]。

2.3 触杀活性

触杀活性随试虫种类的不同存在差异(表3),S.zeamais采用的触杀浓度较C.pusillus和R.dominica高,触杀活性随浓度的增大和时间的延长而增大。在相同浓度32 mL/L,处理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触杀24 h后校正死亡率为83.33%,C.pusillus在相同浓度触杀时,不到2 h内全部死亡,R.dominica接触到48 mL/L孜然精油2 h内也全部死亡(数据未列出),因此选择R.dominica和C.pusillus的最高浓度触杀分别为32 mL/L和48 mL/L,由此可见,R.dominica对孜然精油的触杀作用最敏感,其次为C.pusillus和S.zeamais。在所选处理时间范围内,触杀作用与处理时间呈现正相关关系。Yeom等[29]研究证明,枯茗醛对德国小蠊(Blattellagermanica)也有较高的触杀活性。本实验发现在利用“点滴法”进行触杀活性测定时,试虫在精油较高剂量(8～64 mL/L)使用下才会死亡,可能是因为供试的三种储粮害虫均属于鞘翅目昆虫且均为成虫,在培养皿中爬动快,加之精油属于挥发性物质,在试虫体表有蒸发,以至于试虫吸收的精油量减少,导致作用减弱[30]。实验中发现触杀法易产生误差,主要原因为试虫体积小,滴加在试虫体表的精油稀释液会包裹试虫全身,药液从试虫的口腔或气门进入到试虫体内,影响测定结果。

2.4 熏蒸的半致死剂量(LC50)及半致死时间

对三种储粮害虫熏蒸结果做probit回归求得熏蒸毒力方程(表4,表5),从结果我们可以看出,S.zeamais,R.dominica和C.pusillus的LC50分别为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回归求得LT50值,LT50分别为7.521,4.282、1.702 h。C.pusillus的LC50仅为S.zeamais的1/10,熏蒸浓度也远低于其他两种,由此可见,C.pusillus对孜然精油的熏蒸最敏感,可见,C.pusillus是对孜然精油最敏感的试虫。

3 结论

孜然精油对S.zeamais、R.dominica和C.pusillus这三种常见的储粮害虫均具有良好的控制作用,在三种作用中,C.pusillus除在触杀活性中敏感性低于R.dominica外,在驱避和熏蒸活性的测定中,C.pusillus均表现出对孜然精油强烈的敏感性,熏蒸的LC50和LT50都远远低于其他两种试虫,C.pusillus的这种敏感性可能与昆虫种类和内部的生理构造不同有关,Nenaah等[31]发现,各种昆虫会因为它们内在的生理和形态上的不同而会对外界的刺激产生不同的反应。孜然精油的杀虫活性与精油的组分相关,由此推断,孜然精油对三种储粮害虫的控制作用是精油中多种成分相互影响的共同结果。

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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

李国林(1987-)，男，硕士，助理研究员，研究方向：农产品加工与贮藏，E-mail：lgl292@163.com。

*通讯作者:毕阳(1962-)，男，博士，教授，研究方向：采收生物学与技术，E-mail：biyang@gsau.edu.cn。

黔农科院院专项[2016]026号；贵州省特色农产品辐照保鲜技术服务企业行动计划(黔科合平台人才[2016]5712)；贵州省特色农产品辐照保鲜与加工工程技术研究中心(2016GZ67305)。

TS221

A

1002-0306(2017)15-0097-06

10.13386/j.issn1002-0306.2017.15.019