利用烟草废弃物制作生物农药的探究

潘昌滨 刘青锋 安登龙 郭敏杰

(茅台学院，贵州 仁怀 564500)

我国是烟草第1大种植国和消费国，近5a烟草的年产量达230万t[1]，烟草种植及其产品加工在国民经济发展中发挥重要的作用[2]。据栾倩倩[3]研究，烟草加工产生的废弃物约占烟草产量18%～25%，每年产生的烟草废弃物在41.4万t以上，并且大部分废弃物未得到有效利用[4]。

烟草(Nicotiana tabacum L.)是茄科烟草属植物[5]，一年生或有限多年生草本，全体被腺毛，根粗壮，茎秆高0.7～2m且直立，基部稍木质化，烟草制品除了吸食外，还有很多潜在价值。目前烟草已经鉴定出的化合物高达3000多种，其中叶绿素、蛋白质、淀粉、烟碱、茄尼醇及香料等成分含量较高，具有很高的应用价值[6]。

烟秆及其废弃物中含有烟碱、茄尼醇、果胶、蛋白质、氨基酸、有机酸和糖类等重要化合物，其中烟碱、茄尼醇等物质是其所特有的组分并且含量很高[7]，一定剂量的烟碱可预防老年痴呆症、帕金森氏综合症和药物性胃溃疡的生成[8]，茄尼醇是合成治疗心血管疾病、抗癌、抗溃疡等新型药物的中间体，如辅酶Q10和维生素K2等[9]药物合成的中间体，本身具有抗菌、消炎、止血的作用[10]。目前烟草种植管理技术以及生产经营方式较为粗放，在采摘烟叶后，大部分的烟秆被丢弃或焚烧，不仅造成烟草秸秆资源浪费[11]，而且会影响生态环境[12]。因此，探究烟草废弃物制作生物农药，为烟草废弃物资源化利用做铺垫。

1 材料与方法

1.1 试验材料

烟草春季种植，秋天采摘，烟草废弃物产生于采摘过程中的残次烟叶、采摘结束后的废弃秸秆以及烘烤产生的烟叶边角料，试验用的烟草废弃物是烘烤残次烟叶和烟草秸秆,2021年9月取于贵州省贞丰县。利用EM菌种、红糖、水和烟草废弃物(烟秆、烟叶)混匀厌氧发酵3个月制成生物农药[13]，其中水、红糖与烟秆、烟叶(干重计)的比例为5∶1.2∶1。

红薯叶于7月初采集于贵州省仁怀市某红薯地，剪碎的红薯叶经揉搓后按重量1∶1与水混匀，用两层纱布过滤的滤液放在烧杯中备用。生物碳粉是酱香型酒糟经过高温热解制成后，利用固体粉碎机(常州亿通分析仪器制造有限公司，型号XA-1)粉碎并经过100目筛制成。农药指的是高效氯氟氰菊酯类，其有效成分及含量是高效氯氟氰菊酯类5%、水乳剂、中等毒。

红糖购买于广西马山南华糖业有限公司，EM菌种购买于河南南华千牧生物科技有限公司，黏虫(Mythimna separata Walker)、豌豆蚜虫(Acyrthosiphon pisum)均采集于贵州省仁怀市高粱地。

1.2 试验方法

1.2.1 烟碱含量检测方法

在《烟草及烟草制品总植物碱的测定 光度法》(GB/T 23225-2008)标准基础上，参考钱建瑞等[14]、储志兵等[15]研究，利用标准品(烟碱浓度1.08mg·mL-1)制作标准曲线，烟叶经前处理得到待测样品，利用安捷伦1260高效液相色谱仪检测烟碱含量。

1.2.2 黏虫试验(时间2h)

第1阶段分为6个组(烟叶液、烟秆液、红薯叶、农药、碳粉、空白组)，每组选用45只相近的黏虫幼虫，每隔15min左右喷洒1次药剂，观察并记录黏虫的行为及死亡情况；第2节阶段分为5个组(100%烟叶液、50%烟叶液、25%烟叶液、10%烟叶液、农药)，每组投放30只相近的黏虫幼虫，每隔约15min喷洒1次药剂，观察并记录黏虫的行为及死亡情况。

1.2.3 蚜虫试验(时间4h)

数30只大小相近的豌豆蚜虫分别放在4个培养皿(1个对照组、3个烟叶组)中，用100mL的0%、25%、50%和100%发酵液比例倒入喷壶中，向培养皿的蚜虫喷洒2次后盖上盖子观察半数死亡时间和全部死亡时间，试验时间是4h。

1.3 数据分析

参考绝对致死剂量(Absolute lethal dose，LD100)、半数致死剂量(Median lethal dose，LD50)的定义[16]，试虫致死数指在一定时间内使用某药剂使试虫死亡的数量，当试虫致死数量占到总数1/2的时间称为半数死亡时间，全部试虫死亡的时间称为全数死亡时间。该试验的农药(高效氯氟氰菊酯类)和烟碱[17]是神经性毒物，有试虫晕死一段时间后再恢复爬行的现象，这里把晕死定义为试虫出现不动且会恢复爬动或死亡的现象，死亡指试虫超过15min不动即认为死亡。

烟草废弃物生物农药试验的指标有烟碱浓度、致死数、有半数死亡时间和全数死亡时间，试验数据的记录和分析采用Excel 2013，结果以“平均值(M)±标准误(SE)”表示。

2 结果与分析

2.1 废弃烟叶的烟碱含量

烟草废弃物的烟秆干燥物的硬度太大，无法使用固体粉碎机(型号XA-1)粉碎，在本研究中没有检测其烟碱含量。烟草烘烤后的废弃烟叶烟碱含量在1.98%～2.06%，结果是(2.01±0.03)%，与刘项[18]的研究成果相近。假设废叶的烟碱全部溶解在液体中，则100%、50%、25%和10%试验组的烟碱浓度是2.79mg·mL-1、1.39mg·mL-1、0.70mg·mL-1、0.28mg·mL-1。

表1 废弃烟叶样品中烟碱的含量

表2 不同烟叶液浓度对蚜虫的毒性试验

2.2 不同药剂对黏虫毒性作用

在烟叶液、烟秆液、红薯叶液、农药和碳粉液等不同药剂试验中，对照组不喷洒任何液剂，见表3。第1次喷洒后，喷烟叶液和碳粉液的黏虫立即出现逃避现象，烟秆液和红薯叶液的黏虫在喷洒2min后开始逃避，农药组的逃避现象不明显。最早出现死亡的是烟叶组(14∶32，10只)，其次农药组在14∶37死亡1只、14∶40死亡2只，烟秆液组在15∶10死亡2只，其他组无死亡现象。烟叶液组的半数死亡时间出现在15∶36—15∶50、全数死亡时间是16∶22，其次是农药组死亡6只、烟秆组死亡2只，其他组无死亡现象。试验期间，对照组黏虫始终正常如初，碳粉液组始终逃避，红薯叶液组后期少数不动外其他一直逃避，烟秆液组后期有部分黏虫与农药组相似。此外，试验发现有的黏虫在死亡后一段时间出现恢复爬动的现象，主要与烟草废弃物的烟碱及农药的氯氟氰菊酯类都是神经性毒素有关。因此，不同药剂对黏虫幼虫的毒性作用效果从强到弱为烟叶液﹥农药﹥烟秆液﹥碳粉液﹥红薯叶液。

2.3 不同浓度烟叶液对黏虫的毒性作用

前面研究发现烟叶液对黏虫的毒性作用效果最好，为了进一步探究不同浓度烟叶液的杀虫效果，设计100%烟叶液(原液)、50%烟叶液、25%烟叶液、10%烟叶和对照组(农药)对黏虫幼虫的作用效果，见表4。第1次喷药剂后，100%烟叶液组逃避最强烈、50%组和对照组相近、25%组较强烈、10%组不明显。100%烟叶组在14∶19死亡1只，对照组在14∶21晕死1只但在4min后恢复爬动，25%组在15∶04死亡2只，其他组无死亡。同浓度烟叶液组随给药次数增加，黏虫的逃避行为先增强后减弱；黏虫的逃避行为强度随着烟叶液浓度降低而下降，并且浓度越低与农药组的晕死态越相似。烟叶液在15∶45时添加碳粉，但对黏虫几乎无影响。总之，不同浓度药剂的毒性试验从强到弱为100%烟叶液﹥25%烟叶液﹥农药﹥50%烟叶液﹥10%烟叶液。

表4 不同浓度烟叶液对黏虫的毒性作用

2.4 不同浓度烟叶液对蚜虫的毒性作用

不同烟叶液浓度对蚜虫的半数死亡时间、全数死亡时间不同，见表2。其中,25%的半数死亡率时间是60min，50%和100%的半数死亡率时间都是50min。在240min内只有100%组全部死亡，50%组死亡率是96.67%、25%组死亡率是93.33%、对照组死亡率是3.33%，说明烟叶液浓度越高对蚜虫的毒害作用越强。

3 讨论与结论

本研究参考了LD50、LD100[16]和KT50[19]，定义半数死亡时间和全数死亡时间。尽管试验内容有不同药剂浓度，但试验时间只有2h或4h，因此有异于LD50、LD100的试验设计，将来可进一步进行烟草废弃物的LD50、LD100和KT50研究。

试验观察用到死亡、恢复和晕死的状态记录，是由于农药(高效氯氟氰菊酯类)及烟碱[17]都是神经类毒物，使试虫的晕死和死亡状态难以真实区分，因此在记录过程中常有晕死和死亡交叉记录的情况。

烟草废弃物的烟碱含量只检测了烟叶中烟碱含量是由于烟秆在干燥后硬度极高，实验室的破碎设备无法破碎，所以在本试验中没有检测，建议将来补充烟叶、烟秆中烟碱含量的检测。表3中烟秆液的杀虫效果比烟叶液差，可能与烟秆的烟碱含量[20]低于烟叶烟碱含量有关。

表4中100%烟叶液组比表3的烟叶液的毒杀效果差，可能与表4的试虫日龄大于表3的虫龄，导致试虫抗药性增加有关。此外，表3给药方式是喷洒，而表4是蘸刷，表4给药效果比表3的差，因此给药对试药效果也有影响。在表4中，25%烟叶浓度对黏虫的毒性作用强于50%可能与毛笔蘸刷不均匀有关。

红薯叶液组后期有少数黏虫不爬动，可能与前期一直逃避过度消耗能量有关，也可能是红薯叶里某些成分开始起作用。黏虫遇到红薯叶会逃避的真实原因尚需进一步研究，将来可尝试高粱与红薯套种防治黏虫的效果以推进酒用高粱的生物防治。

试验中蚜虫全数死亡时间是黏虫的2倍，可能与给药形式不同有关，蚜虫只给药1次(喷2下)而黏虫给药7次(喷2下/次)，黏虫的给药剂量远大于蚜虫；此外可能与试验气候有关，蚜虫试验在阴冷潮湿的3月，黏虫试验在炎热干燥的7月。

农药(氯氟氰菊酯类)是常用的广谱性高效杀虫剂，由于对蚜虫和黏虫等效果较好，近年来得到广泛应用[21]，但是其在植物[22]、动物[23]有残留，影响人类健康安全和生态环境安全。本研究初步证明,利用烟草废弃物(烟叶液、烟秆液)防治豌豆蚜虫、黏虫有效果，将进一步研究烟草废弃物防治酒用高粱等作物害虫的半数击倒时间(KT50)、致死浓度和给药方式等，以早日实现生产应用。

试验结果表明，烟草废弃物中烟叶的烟碱含量是(2.01±0.03)%；不同药剂对黏虫幼虫的毒性作用效果从强到弱为烟叶液﹥农药﹥烟秆液﹥碳粉液﹥红薯叶液，其中烟叶液的全数死亡时间是112min；不同浓度药剂的毒性试验从强到弱为100%烟叶液﹥25%烟叶液﹥农药﹥50%烟叶液﹥10%烟叶液；烟叶液对豌豆蚜虫的防治效果与其浓度呈正比，其100%组的全数死亡时间是240min、半数死亡时间是50min。因此，初步证明利用烟草废弃物(烟叶、烟杆)制作生物农药是可行的。