4种植物次生物质对黄粉虫生长发育的影响及维生素B1的增效作用

汪彤，史东霞，张爽,，杜克久,

(1 河北农业大学 林学院, 河北 保定 071000；2 河北林木种质资源与森林保护重点实验室, 河北 保定 071000)

植物与昆虫的协同进化过程中，存在多种防御和适应机制。其中，在植物对昆虫的防御过程中，植物次生物质发挥着至关重要的作用。植物次生物质种类繁多，主要包括萜类、酚类、黄酮类及生物碱类，目前有近40万种植物次生物质被广泛报道[1]。绿原酸(Chlorogenic acid)属于正双羟基酚类，主要存在于双子叶植物及蕨类植物中，可以毒杀昆虫。王晓丽等研究发现在舞毒蛾人工饲料中添加0.3%的绿原酸可以增强其死亡率[2]。刘海晶等研究发现在舞毒蛾(Lymantriadispar)的人工饲料中添加适量的绿原酸可以提高Ld NPV对舞毒蛾幼虫的致病力[3]。槲皮素、芦丁属于黄酮类物质，主要存在于花、叶和果实中[4]。研究表明3%的槲皮素可以抑制家蚕(Bombyxmori)幼虫生长发育，延迟其生命周期[5]。此外，槲皮素还可以抑制棉铃虫(Helicoverpaarmigera)体重生长，延长其生活史，使其化蛹困难，增加畸形蛹数量[5]。芦丁能抑制棉铃虫(H.armigera)、斜纹夜蛾(Spodopteralitura)体重的增加，降低化蛹率，降低玉米螟(Pyraustanubilalis)的存活率[5]。京尼平属于环烯醚萜类，是栀子苷经β-葡萄糖苷酶水解后的产物[6]，是一类重要的抗虫物质，对害虫有趋避、拒食、触杀等作用[7]，白涛等研究发现京尼平可以抑制白鼠体重的增加[8]。

B族维生素是一种辅酶，主要参与脂肪、糖、蛋白质代谢[9]。研究表明在杜仲枝叶浸泡的浓液中放入害虫活体，浸泡至溶化后加入适量的维生素B1、B2和维生素P可以增强增效液的穿透力[10]。维生素B1即硫胺素，是一类具有生物活性的有机物，是动植物生长发育不可或缺的物质，具有抗氧化作用[11]，它可以调节动植物的代谢，影响动植物的健康。陈桂霞等研究发现维生素B1对蘑菇酪氨酸酶的单酚酶和二酚酶活性均有抑制作用[12]；过高或过低的维生素添加量都会对禽畜生长发育造成不良影响[13]。因此，适量的维生素可应用于害虫的防治。

鞘翅目昆虫对林木、果树、仓储等的危害较大，化学防治效果不显著且容易产生抗性、环境污染等问题。目前研究的植物次生物质对昆虫的影响主要集中在鳞翅目昆虫上，本试验探讨植物次生物质对黄粉虫(Tenebriomolitor)的触杀作用及对其生长发育的影响，并通过添加VB1研究其对植物次生物质的增效作用，从而为植物次生物质用于鞘翅目害虫的防治，减少或避免害虫抗药性的形成，达到药剂的合理选择和科学使用，减少环境污染提供科学理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

黄粉虫幼虫购于山东省泰安市，于实验室培养箱内饲养直至成虫产卵孵化幼虫。饲养条件：光周期12L:12D，相对湿度20%～25%，温度27±0.5 ℃。槲皮素、芦丁、京尼平、绿原酸标品购于陕西绿清生物工程有限公司，槲皮素、芦丁用无水乙醇溶解，京尼平和绿原酸用蒸馏水溶解，分别配成0.1%、0.5%、1%、3%的梯度溶液，VB1配成0.3%的溶液备用。

1.2 不同植物次生物质对黄粉虫生物触杀作用

采用浸渍法研究0.1%、0.5%、1%、3%等4个浓度下槲皮素、芦丁、京尼平、绿原酸4种植物次生物质对黄粉虫的触杀作用及VB1对4种植物次生物质的增效作用。

通过筛选4个浓度下4种植物次生物质对黄粉虫的死亡率影响，发现3%的植物次生物质对黄粉虫的触杀效果最好，所以以下试验采用3%的植物次生物质进行各项研究。

将黄粉虫分别在5 mL浓度为3%的植物次生物质中浸泡30 s，取出用滤纸吸干多余浸渍液后放于铺有滤纸的培养皿中观察，每个处理组选用30只刚孵化的幼虫，设3个重复，芦丁、槲皮素对照组用无水乙醇，绿原酸、京尼平对照组用蒸馏水，分别于2 h、4 h、6 h、8 h、12 h、24 h、48 h后统计不同处理组试虫死亡率。

添加VB1的处理中用4 mL植物次生物质和1 mL的VB1混合均匀，对照组分别用4 mL蒸馏水加1 mL VB1或4 mL无水乙醇加1 mL VB1，其余同上。

植物次生物质两两组合的处理：将植物次生物质各2.5 mL两两组合并混合均匀，对照组用5 mL蒸馏水或5 mL无水乙醇，其余同上。

植物次生物质两两组合并添加VB1的处理：植物次生物质各2 mL两两组合，与1 mL VB1混合均匀，对照组分别用4 mL蒸馏水加1 mL VB1或4 mL无水乙醇加1 mL VB1，其余方法同上。

1.3 不同植物次生物质对黄粉虫生长发育的影响

用电子分析天平称取1 g麦麸，分别加入1 mL 3%植物次生物质于麦麸中，用枪头搅拌，以保证麦麸受药均匀，晾干后放于养虫瓶中，每个处理组选用30只刚孵化并饥饿12 h的幼虫，瓶口用保鲜膜封住并扎几个小孔防止水分蒸发，设3个重复，芦丁、槲皮素试验用无水乙醇作对照，绿原酸、京尼平试验用蒸馏水作对照。每隔1 d更换1次饲料并称重记录黄粉虫的死亡情况、体重、发育历期、化蛹时间、蛹重、羽化时间、羽化率、卵质量、幼虫孵化率等指标。

添加VB1的处理中用1 mL植物次生物质加0.5 mL VB1，对照组用1 mL蒸馏水加0.5 mL VB1或1 mL无水乙醇加0.5 mL VB1，其余同上。

植物次生物质两两组合的处理：将3%的植物次生物质各0.5 mL两两组合并混合均匀，加入1 g麦麸中搅拌均匀，对照组用1 mL蒸馏水或1 mL无水乙醇，其余同上。

植物次生物质两两组合添加VB1的处理：植物次生物质各0.5 mL两两组合再加0.5 mL VB1混合均匀，对照组为1 mL蒸馏水加0.5 mL VB1或1 mL无水乙醇加0.5 mL VB1，其余方法同上。

1.4 数据统计分析

利用Excel对比不同时间的植物次生物质对黄粉虫触杀率并作图分析。用SPSS21.0单因素(ANOVA)方差分析中的LSD法检验不同植物次生物质对黄粉虫幼虫生长发育的差异显著性。

2 结果与分析

2.1 不同种类植物次生物质对黄粉虫的触杀作用

4种植物次生物质及添加VB1时对黄粉虫幼虫触杀作用情况见图1图2。

图1 4种植物次生物质对黄粉虫幼虫触杀毒力Figure 1 The toxicity of four plant secondary metabolitesagainst T. molitor larvae

图2 添加VB1的4种植物次生物质对黄粉虫幼虫触杀毒力Figure 2 The toxicity of four plant secondary metabolites added with VB1 to T.molitor larvae

将黄粉虫放于植物次生物质中浸渍30 s，分别于2 h、4 h、6 h、8 h、12 h、24 h、48 h统计不同处理组黄粉虫死亡率。结果表明，不同种类的次生物质对黄粉虫的触杀效果不同。不同植物次生物质对黄粉虫触杀效果和对照相比差异极显著(P<0.01)，随着处理时间的延长，触杀效果逐渐提高，处理48 h时京尼平的触杀率达到35%，槲皮素、芦丁分别为19%和18%，绿原酸对黄粉虫的触杀率为17%，其中京尼平处理组和其他3组之间差异极显著(P<0.01)，槲皮素、芦丁、绿原酸处理组之间无显著差异。

植物次生物质添加VB1后对黄粉虫的触杀效果明显增强(见图2)，其中效果最好的是京尼平处理组，触杀死亡率达55%和对照差异极显著(P<0.01)，槲皮素、芦丁处理组黄粉虫死亡率分别为35%、33%，和对照差异显著(P<0.05)，绿原酸处理组的死亡率为 22%和对照差异显著(P<0.05)。其中京尼平处理组和其他3个处理组之间差异极显著(P<0.01)，槲皮素和芦丁处理组之间无显著差异，绿原酸处理组和槲皮素、芦丁处理组差异显著(P<0.05)。

植物次生物质两两组合及添加VB1对黄粉虫幼虫触杀效果见图3图4。

图3 植物次生物质两两组合对黄粉虫幼虫触杀毒力Figure 3 Pairwise combination of plant secondary metabolitesto the contact toxicity of T. molitor larvae

图4 植物次生物质两两组合添加VB1对黄粉虫幼虫触杀毒力Figure 4 Pairwise combination of plant secondary metabolitesadded VB1 to the contact toxicity of T. molitor larvae

由图3可知，植物次生物质两两组合混合均匀后，将黄粉虫放于浸渍液中，分别于2 h、4 h、6 h、8 h、12 h、24 h、48 h统计黄粉虫的触杀死亡率,结果表明，植物次生物质两两组合后触杀效果比单独使用1种次生物质效果好。不同处理组和对照之间差异显著(P<0.01)，其中最佳组合为京尼平和槲皮素，触杀率达63%，其次为京尼平和芦丁，触杀死亡率达55%，触杀率较低的为绿原酸和芦丁处理组，死亡率约为46%，其余3组的触杀死亡率大多在50%左右，其中，京槲、京芦处理组和其他处理组之间差异极显著(P<0.01)，京绿处理组和绿槲、槲芦处理组之间无显著差异，绿芦处理组和槲芦处理组之间差异显著(P<0.05)。

由图4可知，各个处理组和对照之间差异极显著(P<0.01)，且和图3相比黄粉虫死亡率均提高，其中死亡率最高的为添加VB1的京尼平和槲皮素处理组，死亡率达75%，其次为添加VB1的槲皮素和芦丁处理组，死亡率在65%左右，死亡率最低的为添加VB1的绿原酸和芦丁处理组仅为45%，其中绿芦+和槲芦+2个处理组之间无显著差异，其他处理组之间差异极显著(P<0.01)。

综上所述，多数处理添加VB1后对黄粉虫的触杀效果明显增强，其中不添加VB1和添加VB1的京尼平、芦丁、槲皮素处理组之间差异极显著(P<0.01)，不添加VB1和添加VB1的绿原酸处理组之间差异显著(P<0.05)。植物次生物质两两组合后不添加VB1和添加VB1的京绿、绿槲、绿芦处理组之间无显著差异，其余3组之间差异极显著(P<0.01)。

2.2 不同植物次生物质对黄粉虫生长发育的影响

植物次生物质对黄粉虫幼虫历期、蛹重、蛹存活率、产卵量及幼虫孵化率的影响见表1，添加VB1的植物次生物质对黄粉虫幼虫历期、蛹重、蛹存活率、产卵量及幼虫孵化率的影响见表2。

表1 植物次生物质对黄粉虫幼虫历期、蛹重、蛹存活率、产卵量及幼虫孵化率的影响Table 1 Effects of different plant secondary metabolites on the duration of T. molitor larvae, pupal weight,pupal survival rate, egg production and hatching rate

表1(续)

表2 添加VB1的植物次生物质对黄粉虫幼虫历期、蛹重、蛹存活率、产卵量及幼虫孵化率的影响Table 2 Effects of plant secondary metabolites added with VB1 on the duration of T. molitor larvae, pupal weight,pupal survival rate, egg production and hatching rate

由表1可知，在麦麸中添加3%的植物次生物质饲养黄粉虫，黄粉虫取食含有京尼平的饲料后虫体活动缓慢，不能正常蜕皮，幼虫历期明显延长，蛹重减轻、存活蛹数减少，与对照组差异极显著(P<0.01)。4种植物次生物质均能降低黄粉虫的蛹重，添加京尼平处理组的黄粉虫蛹存活率低，存活率仅为54.78%和对照差异极显著(P<0.01)，即使能存活，蛹体大多瘦小、干瘪不能羽化为成虫。添加京尼平的处理组黄粉虫产卵量、幼虫孵化率明显低于对照组且差异极显著(P<0.01)，添加京尼平的处理组黄粉虫的产卵量为132粒，约为对照的40%，幼虫孵化率仅为46.67%。除京尼平处理组外，其他几组黄粉虫的幼虫发育历期和对照组无显著差异。槲皮素处理组黄粉虫产卵量为212粒，约为对照组的76%，绿原酸处理组黄粉虫蛹的存活率为85.53%，产卵量为236粒，约为对照的72%，与对照差异极显著(P<0.01)。芦丁处理组产卵量为253粒，约为对照的90%，幼虫孵化率为69.28%，和对照差异显著(P<0.05)。

植物次生物质两两组合后对黄粉虫的抑制作用增强，其中，京槲、京芦、京绿处理组的幼虫发育历期、蛹重、产卵量、幼虫孵化率都和对照组之间存在极显著差异。绿槲处理组的产卵量为184粒，蛹存活率为67.91%，与对照差异极显著(P<0.01)，幼虫孵化率为64.67%，与对照差异显著(P<0.05)。绿芦处理组产卵量为175粒，蛹存活率为66.06%，幼虫孵化率为55.41%，与对照差异极显著。槲芦处理组蛹存活率为68.18%，产卵量为168粒，与对照差异极显著(P<0.01)，幼虫孵化率为70.03%，与对照差异显著(P<0.05)。

由表2可知，植物次生物质中添加0.3%的VB1饲养黄粉虫，京尼平+处理组的黄粉虫各指标和对照组差异极显著(P<0.01)，槲皮素+处理组产卵量为217粒，与对照差异极显著(P<0.01)，幼虫孵化率为67.18%，与对照差异显著(P<0.05)，绿原酸+处理组蛹存活率为81.45%，产卵量为241粒，与对照差异极显著(P<0.01)，幼虫孵化率为75.33%，与对照差异显著(P<0.05)。芦丁+处理组蛹存活率为74.81%，与对照差异极显著(P<0.01)，产卵量为248粒，幼虫孵化率为71.37%，与对照差异显著(P<0.05)。3%的植物次生物质两两组合并添加VB1饲养黄粉虫，黄粉虫的生长发育受到明显抑制，幼虫历期显著延长、化蛹率低且畸形蛹较多，羽化的成虫弱小几乎不能进行交配，即使成虫能交配产卵也难以孵化成幼虫。其中，京槲+、绿芦+和京芦+处理组的各个指标都和对照组差异极显著(P<0.01)，京绿+处理组幼虫发育历期为192 d，蛹存活率为60.00%，产卵量为150粒，幼虫孵化率为41.17%，和对照组差异极显著(P<0.01)，绿槲+处理组幼虫发育历期为152 d，幼虫孵化率为63.67%，和对照差异显著(P<0.05)，蛹存活率为66.07%，产卵量为178粒，和对照差异极显著(P<0.01)。

由表1、表2可知，对黄粉虫生长发育抑制最强的是京尼平和槲皮素的处理组，和对照组差异极显著(P<0.01)，幼虫期达183 d，蛹存活率仅为50.52%，产卵量为123粒，幼虫孵化率仅为40.07%。因此，2种次生物质组合使用对黄粉虫生长发育的抑制作用更为显著。

3 结论与讨论

自然界中存在很多植物次生物质引起昆虫趋避、抑制昆虫生长发育的现象[14]。问荣荣研究发现鱼藤酮对舞毒蛾幼虫具有触杀作用[15]，胡晓研究发现舞毒蛾对紫杉醇有强烈拒食效果[16]，杨振德研究发现苦豆子碱可以明显抑制柳蓝叶甲产卵[17]。本研究触杀试验表明4种植物次生物质对黄粉虫都有不同程度的触杀作用。经饲喂试验结果表明，4种植物可显著影响黄粉虫幼虫历期、蛹重、蛹存活率、产卵量及幼虫孵化率。具体来说：3%的京尼平对黄粉虫生长发育的抑制作用最强，其次是芦丁和槲皮素，绿原酸的抑制作用最弱。3%京尼平处理组的黄粉虫活动缓慢、体重增长率低，不能正常蜕皮、化蛹率较低且畸形蛹较多，几乎不能完成生活周期。植物次生物质两两组合后对黄粉虫的抑制效果比单独使用1种植物次生物质好，其中最佳组合为京尼平和槲皮素。魏辉应用不同植物提取物联合控制小菜蛾过程中，结果也表明一些植物次生物质间会发生相互作用现象，如增效作用，拮抗作用，而有的则没有显著影响[18]。

VB1作为一种微量元素在体内主要参与糖和氨基酸的代谢[19]。本试验在植物次生物质中添加0.3%VB1对黄粉虫的触杀效果，结果发现，添加VB1研究其处理组的黄粉虫，处理6 h时虫体活动缓慢，以后随着时间延长逐渐失去活动能力，死亡的黄粉虫虫体大多发黑。但在麦麸中添加植物次生物质和VB1饲喂黄粉虫与仅添加植物次生物质相比，未发现对黄粉虫生长发育有显著的抑制作用，而且通过后期测定其解毒酶活性发现添加VB1处理组和不添加VB1处理组的解毒酶活性并无显著差异。因此，我们推测VB1并没有通过胃毒作用影响黄粉虫的生长发育，而是通过接触黄粉虫表皮，加速了植物次生物质对黄粉虫体壁的穿透力，增强了植物次生物质对黄粉虫体壁的渗透作用，因此可作为增效剂加以开发利用，但其具体的作用机理有待后续试验进一步探讨论证。