入侵植物胜红蓟精油对小贯小绿叶蝉的忌避和熏蒸活性研究

王奇志，刘育梅，李书明

1. 华侨大学园艺系，福建 厦门 361021；2. 厦门华侨亚热带植物引种园，福建 厦门 361002

入侵植物胜红蓟精油对小贯小绿叶蝉的忌避和熏蒸活性研究

王奇志1，刘育梅2，李书明1

1. 华侨大学园艺系，福建 厦门 361021；2. 厦门华侨亚热带植物引种园，福建 厦门 361002

本文研究了入侵植物胜红蓟（Ageratum conyzoides L.）精油对小贯小绿叶蝉（Empoasca onukii Matsuda）的生物活性。分别使用植株选择着落法、Y形嗅觉仪和改良熏蒸法，检测不同浓度的胜红蓟精油对小贯小绿叶蝉的忌避和熏蒸活性。并且采用气质联用仪（GC-MS）分析了胜红蓟精油的化学成分，初步探讨了化学成分与活性的关系。研究结果表明：不同浓度的胜红蓟精油对小贯小绿叶蝉均具有忌避和熏蒸活性，浓度越高，效果越佳。精油含量为200 μL·mL-1，忌避率达到100.00%；精油含量为100 μL·mL-1和50 μL·mL-1时，处理小贯小绿叶蝉 5 min，忌避率分别为 91.67%±1.67%和 76.67%±1.67%；精油含量为 5 μL·mL-1时熏蒸小贯小绿叶蝉12 h，死亡率为 100%。并且胜红蓟精油中检测出 24种化合物，其主要成分是 β-石竹烯（61.53%）、早熟素 I（11.09%）和早熟素 II（7.79%）。胜红蓟精油对小贯小绿叶蝉的忌避和熏蒸活性可能与其主要成分的协同作用有关。研究结果证明，胜红蓟精油对小贯小绿叶蝉有明显的生物活性，具有开发成防治小贯小绿叶蝉植物源农药的潜力。

胜红蓟；小贯小绿叶蝉；化学成分；生物活性

胜红蓟（Ageratum conyzoides L.）是菊科藿香蓟属植物，又称藿香蓟、臭炉草、白花草、山羊草等[1-2]。原产于南美，有较强的入侵性，对入侵地的生态系统造成了严重的危害[3]。目前该植物通过人工引种的方式传入中国，对海南、广东、广西和福建等地入侵严重，被列为区域性恶性杂草[4-6]，亟需防除。

目前植物精油活性越来越受到大家的关注[7-11]，其中胜红蓟的精油在农业领域具有杀虫活性[12-16]，对其进行资源化利用，是害虫绿色防治的新思路。胜红蓟精油的主要成分早熟素Ⅰ和Ⅱ是昆虫的保幼激素[12]，能有效阻止昆虫的胚胎发育，昆虫的幼虫早熟变态，导致幼虫体型短小、活力下降，引起幼虫死亡[13]，从而防御昆虫侵食。研究表明胜红蓟挥发油对玉米象（Sitophilus zeamais）具有很好的毒杀活性[7]，以 250 mg·kg-1胜红蓟挥发油熏蒸处理谷物赤拟谷盗（Tribolium castaneum），死亡率为100%[14]。胜红蓟的单体化合物早熟素和石竹烯对曼氏血吸虫（Schistosoma mansoni）的活性弱于精油，但是两者之间的互配效果与精油效果差异不显著[15]。单体香豆素对甜瓜绢野螟（Diaphania hyalinata）、家蝇（Musca domestica）、美洲大蠊（Periplaneta americana）和谷蠹（Rhyzopertha dominica）4种害虫都具有显著的杀虫活性[16]，但目前胜红蓟精油对小贯小绿叶蝉（Empoasca onukii Matsuda）的生物活性还未见报道。

小贯小绿叶蝉是中国茶园茶小绿叶蝉（E. spp.）的优势种[17]，是茶区的重大刺吸式害虫，分布范围广且产生量大，一年发生多代重叠[18]。该虫刺吸茶树嫩梢，同时雌虫在嫩梢上产卵，破坏输导组织，导致受害芽叶萎缩、卷曲和硬化，造成干茶碎片多，有焦末和涩味，严重影响茶叶产量和品质，制约了茶叶的出口创汇[19]。对小贯小绿叶蝉的防治以往主要依赖化学农药，但随着施用时间和数量的增加，导致了农药残留和害虫抗药性等问题的出现[20]，寻找防治害虫的生物源活性物质势在必行。胜红蓟也是茶园的常见入侵杂草，已有田间种植胜红蓟利于减轻小贯小绿叶蝉危害的报道[21]，以及其他植物精油对小贯小绿叶蝉具有活性的研究报道[22-24]，因此探讨胜红蓟精油对小贯小绿叶蝉的活性研究具有可行性和必要性。

本研究对胜红蓟精油进行了提取鉴定，检测其对小贯小绿叶蝉的忌避和熏蒸活性，初步探讨化学成分与生物活性间的关系，为合理开发胜红蓟资源进行茶树害虫的防治提供科学参考。

1 材料与方法

1.1 供试植物和虫源

取胜红蓟茎叶部位（采于厦门市郊区），置于阴凉通风处阴干5 d，粉碎并过40目筛，于 4℃冰箱保存。试验茶树品种为铁观音（Camellia sinensis cv. Tie-guanyin）。

在福建省农业科学院植物保护研究所中试基地室内饲养小贯小绿叶蝉，采用水培茶枝法饲养获得小贯小绿叶蝉成虫[25]。饲养温度25℃±1℃，相对湿度60%～80%，光照条件12 h∶12 h（L∶D）。

1.2 方法

1.2.1 胜红蓟精油提取

采用水蒸气蒸馏法[26]提取胜红蓟精油，取植物粉末100 g，料夜比1∶20，提取5 h，收集分层后的上层液，将上层液用无水硫酸钠脱水获得精油，置于4℃冰箱备用。

精油产率=精油质量/植物粉末质量×100%

1.2.2 胜红蓟精油生物活性测定

（1）忌避作用：用丙酮稀释胜红蓟精油，配置成精油含量分别为10、20、50、100、200 μL·mL-1的胜红蓟精油溶液。在同样规格（90 cm×90 cm×90 cm）的尼龙网养虫笼中放置6盆水培茶枝，每盆水培茶枝留 4苗，每个浓度处理组3盆，设对照3盆，取3 mL药剂均匀喷施于每盆水培茶枝上，以丙酮为对照，待丙酮挥发至无气味后接入羽化2 d的40头小贯小绿叶蝉成虫，分别于接虫后8、l6、24 h检查各茶枝上的成虫数量，试验重复3次，计算忌避率。

防治措施：对于大直径桩，可采用沿桩周围均匀布置3～4孔以便探明地质。通过几个孔位的综合地质资料可以较好地反应溶洞的发育及走向情况，但同样存在盲区。目前地质雷达、超声探测、电场探测的方法已经普遍应用，可以在空间上全真显示地层性状，对于溶洞大小、分布、走向等能反应完整信息，在桩基施工前利用上述探测方法将取得很好的效果。

忌避率=（对照组着落虫数－处理组着落虫数）/对照组着落虫数×100%

（2）行为反应作用：测定装置采用Y型嗅觉仪。Y形嗅觉仪两臂长5 cm，基管长5 cm，两臂夹角45°，直径1 cm。调节空气压缩机和玻璃转子流量计，使嗅觉仪内气流以 0.5 L·min-1速率平稳流动。取 50 μL不同浓度精油药剂或对照溶液，滴在洁净滤纸片上，放入Y形管两臂最前端作为味源，然后将羽化 3 d的20头小贯小绿叶蝉接入到嗅觉仪直臂中，观察其行为选择反应和在 Y形管各部位的滞留时间。当试虫越过某臂，且停留时间超过30 s，则视为对两臂作出选择；5 min内不作选择，或在前臂停留时间不超过30 s，则记无反应。每个处理重复3次。比较试虫在5、15、30、45 min的忌避反应率。

忌避反应率=对照臂虫数/测试总虫数× 100%

（3）熏蒸作用：采用三角瓶改良熏蒸法，在250 mL三角瓶中接入20头羽化5 d的小贯小绿叶蝉成虫，加入适量新鲜茶树嫩枝作为饲料。把滴加200 μL不同浓度的植物精油的棉花团置于瓶底，用打孔的保鲜膜封住瓶口，并设置丙酮为空白对照组。每个浓度重复 3次，观察试虫死亡情况，计算死亡率和校正死亡率。

死亡率=死亡虫数/总虫数×100%

校正死亡率=（处理死亡率－对照死亡率）/（1－对照死亡率）×100%

精密量取15 μL精油，用正己烷以体积比为1∶100稀释并摇匀，然后用有机滤膜（0.22 μm）过滤。精油在气相色谱-质谱联用仪（GC/MS-QP2010，日本岛津）上进样，石英毛细管柱 Rtx-5（30 m×0.25 μm×0.25 μm），利用计算机标准质谱图库（NIST），对组分进行定性，用面积归一法表示各成分的相对含量。程序升温和质谱条件参阅前人报道并调整[27]。

程序升温：柱起始温度60℃，保留2 min；以 5℃·min-1升至 125℃，然后以 3℃·min-1升至180℃；最后以8℃·min-1升至220℃，进样口温度220℃。载气为He，流速1 mL·min-1，分流比为50∶1，进样量1 μL，溶剂延迟3 min。

质谱条件：质谱的电离方式为 EI，电离电压为 70 eV，离子源温度 200℃，扫描范围为35～450 amu。

1.3 数据处理

本文采用SPSS 22.0软件进行统计分析。忌避率、忌避反应率、死亡率和校正死亡率均为 3次重复试验的平均值±标准偏差，采用Duncan新复极差分析不同浓度处理组于 0.05水平下的差异显著性。

2 结果与分析

2.1 忌避作用结果

胜红蓟精油不同浓度处理对小贯小绿叶蝉均具有忌避作用（表1），当精油含量为200 μL·mL-1时，8 h室内忌避活性最好，忌避率为 100%；作用 8 h时，不同处理组对小贯小绿叶蝉的忌避率均高于80%，随着作用时间的延长，忌避活性有所下降。然而，当精油含量大于10 μL·mL-1时，作用8、16、24 h对小贯小绿叶蝉的室内忌避率均高于60%。

2.2 行为反应结果

随着胜红蓟精油浓度的提高，对小贯小绿叶蝉成虫的忌避活力增强；随着处理时间的延长，趋避率有所下降（表2）。100 μL·mL-1和50 μL·mL-1的胜红蓟精油对小贯小绿叶蝉具有很强的趋避活性，5 min时的趋避率分别为91.67%±1.67%和76.67%±1.67%。

2.3 熏蒸活性结果

当胜红蓟精油含量为5 μL·mL-1时，对小贯小绿叶蝉成虫的致死率在12 h时即达到100%；随着浓度的升高，致死率差异不显著。丙酮对照组试虫的死亡率为0.033%±0.029%（表3）。

表3 胜红蓟精油对小贯小绿叶蝉熏蒸活性Table 3 Fumigant activity of essential oil of A. conyzoides against E. onukii

2.4 胜红蓟精油化学成分分析

胜红蓟精油化学成分分析结果见表4和图1。试验从胜红蓟精油中检测出单萜类、酮类和脂类等多种化合物，共鉴定出24种化合物，其中β-石竹烯（61.53%）、早熟素Ⅰ（11.09%）和早熟素Ⅱ（7.79%）是其主要成分（80.41%）。

表4 胜红蓟精油化合物及相对含量Table 4 Composition and relative contents of essential oil from A. conyzoides

3 结果与讨论

植物精油是植物重要的次生代谢物质，这些物质通常都具有特异的生物活性[28]，是植物源杀虫剂的活性成分来源，通常毒性较低，使用安全，因此植物源杀虫剂的应用前景广阔[29]。本研究表明，胜红蓟精油对小贯小绿叶蝉具有显著的忌避和熏蒸活性，其精油的组成成分与前人报道有差异，可能与采集地点和时间有关。但其精油中检测出早熟素Ⅰ、早熟素Ⅱ和β-石竹烯是其主要成分，与前人报道一致[9,30]。胜红蓟精油对小贯小绿叶蝉具有显著的忌避和熏蒸活性，可能是精油中的多种挥发性成分协同作用的结果，与胜红蓟精油的主要成分能抑制昆虫生长报道一致[12-13]。因此需要进一步加强活性成分与协同关系的探讨，可以为胜红蓟精油驱虫活性的深入研究提供参考和依据，为小贯小绿叶蝉植物源精油趋避剂的研制提供指导。

胜红蓟是中国南方常见的入侵植物，不仅材料来源丰富，而且其精油提取物与印楝[31]、鱼藤根[32]和喜树叶提取物[33]一样，对小贯小绿叶蝉具有生物活性，具有防控茶园小贯小绿叶蝉的应用潜力。随着胜红蓟活性物质及作用机理研究的深入，在农业等领域可将其变害为益、变废为宝，且有望进一步将其转化为小贯小绿叶蝉的植物源防虫剂。

致谢：胜红蓟精油对小贯小绿叶蝉的忌避和熏蒸活性的检测在福建省农业科学院植物保护研究所中试基地完成，特别感谢李建宇和史梦竹助理研究员及福建农林大学的研究生在试验中提供的指导和帮助，特此致谢！感谢美国伊利诺伊州立大学植物生物系Stephen R. Downie教授对本文英文提供修改意见。

图1 胜红蓟精油的气相色谱-质谱总离子流图Fig. 1 Total ionic flows of GC-MS of A. conyzoides essential oil

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The Repellency and Fumigant Activity of Essential Oil from Invasive Plant (Ageratum conyzoides) against Leafhopper (Empoasca onukii)

WANG Qizhi1, LIU Yumei2, LI Shuming1

1. Department of Horticulture, Huaqiao University, Xiamen 361021, China; 2. Xiamen Overseas Chinese Subtropical Plant Introduction Garden, Xiamen 361002, China

The biological activity of essential oil from the invasive plant species Ageratum conyzoides L. to leafhopper Empoasca onukii Matsuda was reported in this study. The effects of essential oil concentrations on E. onukii were also investigated by selecting different plants and using Y-tube olfactometer and modified fumigation methods. The chemical composition of essential oil was examined using gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS) and their relative activities was also analyzed. The results indicated that essential oil concentrations from A. conyzoides had significant effects on fumigant and repellent properties against E. onukii. High concentrations of essential oil displayed significant powerful effects. At an oil concentration of 200 μL·mL-1, the repellent rate was100%. At concentrations of 100 μL·mL-1and 50 μL·mL-1, the repellent rates were 91.67%±1.67% and 76.67%±1.67%, respectively. At a concentration of 5 μL·mL-1, the fumigant mortality rate at 12 h was 100%. Twenty-four essential oil constituents were identified, with the major constituents being β-caryophyllene (61.53%), precocene I (11.09%), and precocene II (7.79%). Main synergistic composition could effectively increase the repellency and fumigant activity against E. onukii. The results showed that the essential oil of A. conyzoides had significant effects against E. onukii and potential benefits as a botanical pesticide to control E. onukii.

Ageratum conyzoides, Empoasca onukii, chemical components, biological activity

S571.1；S435.711

A

1000-369X(2017)05-442-07

2017-03-09

2017-05-23

国家自然科学基金青年科学基金项目（31500162）、福建省农业重点自然科学基金项目（2014N0026）、泉州市校（院）地协同创新专项（重点）项目（2014Z101）、厦门市企业合作项目（2015-3502-04-001831）

王奇志，女，博士，讲师，主要从事植物源农药研发，E-mail：wqz@hqu.edu.cn