全 文 :薇甘菊挥发油的化学成分及其对昆虫的生物活性 3
张茂新 3 3 凌 冰 孔垂华 庞雄飞 梁广文
(华南农业大学昆虫生态研究室 , 广州 510642)
【摘要】 用 GC/ MS分析了薇甘菊挥发油的化学成分 ,共鉴定了 22 个化合物 ,单萜和倍半萜及其醇和酮
的衍生物是其主要成分 ,并研究了薇甘菊挥发油对昆虫的生物活性. 结果表明 ,在 5~10μl·株 - 1的用量时 ,
它们对小菜蛾、黄曲条跳甲和猿叶虫有显著的产卵驱避作用. 同时也具有一定的触杀毒力 ,在 500、750、
1000mg·L - 1浓度时 ,对萝卜蚜的校正虫口减退率分别为 50. 0 %、59. 86 %和 62. 51 %. 然而 ,在 500mg·L - 1
浓度时 ,对萝卜蚜、小菜蛾和黄曲条跳甲等不同受试虫态却无熏蒸毒杀作用.
关键词 薇甘菊 挥发油 昆虫 生物活性
文章编号 1001 - 9332 (2003) 01 - 0093 - 04 中图分类号 Q949. 783. 5 文献标识码 A
Chemical components of volatile oil from Mikania micrantha and its biological activity on insects. ZHAN G
Maoxin , L IN G Bing , KON G Chuihua , PAN G Xiongfei , L IAN G Guangwen ( L aboratory of Insect Ecology ,
South China A gricultural U niversity , Guangz hou 510642 , China) . 2Chin. J . A ppl . Ecol . ,2003 ,14 (1) :93~
96.
The chemical components of volatile oil from Mikania micrantha were analyzed by GC/ MS. Twenty2two com2
pounds were identified , and monoterpenes and sesquiterpenes as well as alcohol and ketone with their derivatives
were major components. Biological activity of volatile oil on insect was investigated. The results showed that the
volatile oil had significant deterrent effect on oviposition of Plutella xylostella , Phyllot reta st riolata and Phae2
don brassicae at dose of 5~10μl·plant - 1 . They also possessed established contacting toxicity , and their rectifying
reduce rates for L ipaphis erysimi were 50. 0 % , 59. 86 % , 62. 51 % at concentration of 500 , 750 , and 1000mg
·L - 1 ,respectively. However , they had not fumigating toxicity for virginogeniae , L . erysimi , 2nd instar larvae
of P. xylostella , and adult of P. st riolata at concentration of 500mg·L - 1 .
Key words Mikania micrantha , Volatile oil , Insects , Biological activity.
3 国家自然科学基金重点项目 (39930120)和国家自然科学基金资助
项目 (39870441) .3 3 通讯联系人.
2002 - 03 - 15 收稿 ,2002 - 07 - 25 接受.
1 引 言
薇甘菊 ( M ikania m icrantha ) 是菊科、假泽兰
属的多年生藤本植物 ,原产于中南美洲 ,后传入东南
亚和香港 ,严重危害经济作物和森林植被[2 ] . 1984
年在中国深圳银湖发现[7 ] ,现已广泛分布于广东省
的东莞、番禺、广州、南海等地[3 ] . 薇甘菊生命力极
强 ,可以微小的种子繁殖并随风进行远距离传播 ,也
可以由茎节落地生根繁殖. 尤其在温暖多湿润地段 ,
薇甘菊生长速度极快 ,短期内即能缠绕和覆盖在其
他植物上导致植物枯亡 ,俗称“植物杀手”. 因此 ,如
何防治薇甘菊 ,减少其对生态系统的危害已成为近
年华南地区的重点攻关课题. 然而 ,薇甘菊在原产地
也作草药和饲料使用[14 ] . 在华南地区 ,作为一个外
来入侵种 ,薇甘菊必然会利用其化学机制保证自身
的生存和壮大. 而先锋和入侵植物种具有较强的化
学防御功能已得到广泛的承认[4 ,19 ] .
事实上 ,无论在自然生态系统还是人工生态系
统 ,植物均可通过产生和释放次生代谢物质来影响
邻近生物 ,这是植物长期以来为生存竞争而产生的
自然化学调控现象[8 ] . 植物产生和释放的次生物质
不仅影响其邻近植物的生长发育 ,而且对昆虫、病原
菌同样产生影响 ,一物多用的生态功能在植物次生
物质中是普遍存在的[6 ] . 本研究将聚焦于薇甘菊的
次生物质 ,系统探讨薇甘菊次生物质的生态功能 ,全
面评价薇甘菊与其它生物之间的化学关系 ,并开发
薇甘菊次生物质在病虫草害防治上的应用价值 ,“变
害为宝”也是对薇甘菊控制的一条途径. 本文首先研
究薇甘菊挥发油的化学成分及其对昆虫的生物活
性 ,以期为薇甘菊次生物质在害虫综合治理中的应
用提供依据.
2 材料与方法
211 实验材料
薇甘菊采自深圳市布吉镇 . 选用花期地上部分剪碎 ,风
应 用 生 态 学 报 2003 年 1 月 第 14 卷 第 1 期
CHIN ESE JOURNAL OF APPL IED ECOLO GY ,Jan. 2003 ,14 (1)∶93~96
干.经水蒸汽蒸馏 ,正己烷萃取 ,无水硫酸钠干燥 ,过滤后除
去溶剂 ,得挥发油. 提取率 (油/ 干重) 0. 2 %~0. 4 %. 供试昆
虫小菜蛾 ( Plutella xylostella) 、黄曲条跳甲 ( Phyllot reta st rio2
lata) 、猿叶虫 ( Phaedon brassicae) 和萝卜蚜 ( L ipaphis erysim2
i)均采自华南农业大学校园.
212 化学成分分析方法
采用 HP5972 GC/ MSD ,色谱条件 : HP25 毛细管 ,柱长
30m ,内径 0. 25mm. 始温 70 ℃,保持 2min 后 ,以 20 ℃·min - 1
速度升至 150 ℃,再以 10 ℃·min - 1速度升至 180 ℃. 在 180 ℃
维持 5min 后 ,再以 10 ℃·min - 1升至 280 ℃. 质谱条件 : EI 电
离方式 , 70ev 轰击电压 ,扫描范围 35~450amu. 各成份经
N IST98 版计算机分子库检索面积在 1 %以上的色谱峰质
谱 ,大部分成份被确定 ,个别化合物用标样对照确证结构.
213 生物测定方法
对昆虫触杀作用的测定采用浸渍法 ,将一定量的薇甘菊
挥发油先用少量丙酮稀释 ,然后用 0. 2 %吐温水溶液稀释成
500、750、1000mg·L - 13 个浓度 ,分别置于烧杯中 ,将带有萝
卜蚜的甘蓝 ( B rassica chinensis) 叶片在药液中浸渍 5s ,取出
后用吸水纸吸去叶缘液滴 ,记录蚜虫数 ,叶柄基用湿棉花包
住 ,置于垫有滤纸的培养皿 (11cm) 内 ,用扎有小孔的保鲜膜
封口 ,每一浓度重复 3 次 ,对照用 0. 2 %吐温水溶液. 置于
25 ℃的恒温箱内 ,于 24h 内调查活蚜数 ,计算虫口减退率和
校正虫口减退率.
对昆虫熏蒸作用的测定参照慕立义 [10 ]方法 ,取 2 个相
同体积的干燥器 ,在干燥器底部中央放置一个垫有滤纸的培
养皿. 采集 3~4 叶期菜心 ( B rassica parachinesis) 叶片 ,叶柄
基用湿棉花包住 ,放入垫有滤纸的塑料杯内 (2 片/ 杯) ,按以
下数量分别接入供试昆虫 :萝卜蚜 (有翅若蚜) 30 头/ 杯 ,萝
卜蚜 (无翅成蚜) 30 头/ 杯 ,黄曲条跳甲 (成虫) 15 头/ 杯 ,小菜
蛾 (2 龄幼虫) 15 头/ 杯 ,并用尼龙纱网封口 ,不同试虫各 2
杯 ,置于同一干燥器内的有孔隔板上 ,. 按 500mg·L - 1的浓度
将挥发油滴在培养皿的滤纸上 ,对照滴蒸馏水. 加盖密封 ,置
于 25 ℃的恒温箱内 ,于 24h 和 48h 调查试虫的存活状况.
对昆虫产卵驱避作用的测定以铝合金纱网笼罩 (30cm
×30cm ×30cm)作为生测装置. 用塑料杯栽种菜心 (3~4 叶)
作为试虫的寄主植物 ,每杯 1 株. 将 1 张折成 3 折的滤纸片
(1. 5cm ×2cm)插到菜心苗旁边 ,将挥发油 (5~10μl) 滴在滤
纸片上 ,对照滴蒸馏水. 每笼罩内呈对角线放置处理和对照
各 2 杯 ,重复 5 次 ,每笼罩内分别接入已交配的黄曲条跳甲
成虫或猿叶虫成虫 5 对 ,或羽化 2~3d 已开始产卵的小菜蛾
5 对. 24h 后分别调查小菜蛾或猿叶虫在叶片上产的卵数. 黄
曲条跳甲产卵量的调查采用张茂新设制的装置 [18 ] . 各处理
均用昆虫产卵抑制指数 ( Oviposition Deterrent Indices ,
ODI) [9 ]来评价挥发油对昆虫产卵的驱避活性.
ODI = 100 ×( C - T) / ( C + T)
式中 , C 为对照组全部落卵量 , T 为处理组全部落卵量. 当
ODI > 0 时 ,表明被测物为产卵抑制 ; ODI 接近于 0 时 ,表明
雌虫对被测物无反应 ; ODI < 0 时 ,表明被测物能引诱成虫
产卵.
3 结果与讨论
311 薇甘菊挥发油的化学成分
薇甘菊挥发油经 GC/ MS 进行化学成分分析
( 图1) . 结果显示薇甘菊挥发油主要成分是单萜和
图 1 薇甘菊挥发油 GC/ MS 分析结果
Fig. 1 Analytical results of essential oil from Mikania micrantha by GC/ MS.
a) 22丁胺 (22Butanamine ,10 %) ;b) 苎烯 (Limonene ,4. 8 %) ;c)β2古巴烯 (β2Copaene ,5. 5 %) ;d)β2松油烯 (β2Terpinene ,1. 8 %) ;e)α2松油烯 (α2Ter2
pinene ,0. 9 %) ;f)α2长蒎烯 (α2Longipinene ,9. 5 %) 3 ; g)α2香柠檬烯 (α2Bergamotene ,2. 7 %) 3 3 ; h)α2姜烯 (α2Zingiberene ,1. 3 %) ; I) 页蒿萜醇
(Carveol ,2. 1 %) ;j)里哪醇 (Linalol ,5. 3 %) ; k)α2 草烯 (α2Humulene ,7. 8 %) ; l) 对2伞花烯 ( P2Cymene222ol , 1. 9 %) ; m)β2石竹烯 (β2Caryophy2
lene ,4. 4 %) ; n) 薄荷醇 ( Menthol ,3. 2 %) ;o) 姜黄烯 ( Curcumene ,6. 3 %) ;p)β2雪松烯 (β2Himachalene ,7. 1 %) ; q)β2荜澄茄烯 (β2Cubebene ,5.
7 %) ;r)马鞭草烯酮 (Verbenone ,5. 9 %) ; s)松油烯242醇 ( Terpinene242ol ,1. 9 %) ; t)香茅醇 ( Geraniol ,2. 8 %) ;u) 杜松萜烯 (Cadinene ,5. 4 %) ;v)
β2大根香叶烯 (β2Germacrene ,3. 1 %) .
49 应 用 生 态 学 报 14 卷
倍半萜及其醇和酮的衍生物 ,其中大多数化学成分
也存在于其它植物的挥发油中[6 ] ,这些普遍的萜类
物质如β2石竹烯、α 2草烯、β2雪松烯等均被证明对
植物、微生物和昆虫具有不同程度的生物活性[16 ] .
然而 ,22丁胺和α2长蒎烯以高含量存在于薇甘菊挥
发油中值得注意. 薇甘菊挥发油的化学成分国外曾
有研究[13 ] ,但许多化学成分未能给出确切的结构 ,
我们的结果与文献有较大的差异 ,特别在许多化学
组分的含量方面 ,这表明薇甘菊在原生地和新生长
地产生释放的挥发物质有显著的差异. 事实上 ,植物
产生和释放次生物质的种类和含量是与环境因子显
著有关的 ,尤其是在胁迫条件下 ,植物往往产生和释
放更多种类和高浓度的次生物质[5 ] .
312 薇甘菊挥发油对昆虫的生物活性
薇甘菊挥发油对萝卜蚜有一定的触杀毒力 ,且
随着浓度的增加而加强 ,但对萝卜蚜、小菜蛾、黄曲
条跳甲不同受试虫态却无熏蒸毒杀作用 (表 1) . 然
而 ,薇甘菊挥发油对小菜蛾、黄曲条跳甲、猿叶虫却
具有显著的产卵驱避作用 (表 2) . 结果表明 ,薇甘菊
挥发油对昆虫不以毒杀方式显示活性 ,而是通过干
扰昆虫的产卵驱避作用来减少昆虫的种群危害.
表 1 薇甘菊挥发油对昆虫的触杀和熏蒸作用
Table 1 Contacting and fumigating toxicity of the volatile of Mikania
micrantha on insects
测试项目
Item
测试昆虫
Insect species
浓度
Concent2
ration
(mg·L - 1)
虫口减退率
Reduced
rate ( %)
校正虫口减
退率 Rectifying
reduce rate ( %)
备注
Remarks
触杀作用 萝卜蚜 500 58. 19 50. 00 对照虫口为
Contacting (有翅和无翅若蚜) 750 66. 43 59. 86 减退率
toxicity L ipaphis erysimi 1000 68. 64 62. 51 16. 36 %
熏蒸作用 萝卜蚜 (有翅若蚜) L . erysimi 500 0 0 处理 24h
fumigating 萝卜蚜 (无翅成蚜) L . erysimi 500 0 0 和 48h后各对
toxicity 黄曲条跳甲 (成虫) Phyllotreta striolata 500 0 0 照组的死
小菜蛾 (2 龄幼虫) Plutella xylostella 500 0 0 亡率均为 0
表 2 薇甘菊挥发油对昆虫的产卵驱避作用 3
Table 2 Oviposition deterrent effects of the volatile of Mikania micran2
tha on insects
测试昆虫
Insect
species
用量
Dose
(μl·plant - 1)
产卵数
Oviposition
numbers
(eggs·plant - 1)
产卵抑制指数 3
ODI( %)
小菜蛾 10 3. 7 ±1. 09 72. 77 ±4. 92 a
Plutella xylostella CK 21. 0 ±2. 91
黄曲条跳甲 10 6. 5 ±0. 20 55. 22 ±4. 26 b
Phyllot reta st riolata CK 21. 7 ±3. 85
猿叶虫 Phaedon brassicae 5 1. 7 ±0. 55 86. 49 ±4. 25 a
CK 27. 0 ±1. 823根据新复极差测验 ,同列标有相同字母者表示差异不显著 ( P = 0. 05) .
Means in the same column followed by a common letter do not differ significantly
(P = 0. 05) according to duncan’s test.
产卵是植食性昆虫行为活动中的一个重要环
节 ,很多植食性昆虫对产卵场所的选择常与本身或
其后代的食性和营养有密切关系. 因此 ,产卵活动能
反映昆虫与植物相互作用的某些特点 ,一定程度上
规定了植食性昆虫对植物利用的策略 ,从而影响昆
虫种群的演化和繁衍[15 ] . 植物的产卵刺激物质和驱
避物质在调节昆虫产卵行为过程中起着十分重要的
作用. 在复杂的生态系统中 ,植食性昆虫选择寄主植
物的行为是一连锁过程 ,在寻找寄主阶段 ,寄主植物
的挥发性次生物质通过昆虫嗅觉感受器引诱昆虫到
达植物 ,在与植物接触后 ,通过味觉感受器感知植物
中营养成分比例、取食刺激素或抑制素的存在. 因
此 ,植物气味对昆虫的嗅觉作用在寄主选择中处于
首要地位[1 ] . 植食性昆虫与寄主植物长期协同演化
的结果使每种昆虫都具有其特定的嗅觉化学感受
器 ,只能对特定的植物挥发物产生嗅觉反应. 多种非
寄主植物挥发物不仅对寄主气味具有掩蔽 ( mask2
ing)作用 ,而且对植食性昆虫还具有驱避作用. 如接
骨木 ( S am bucus si m psoni ) 挥发油能大大减少烟蚜
夜蛾 ( Heliothis vi rescens) 对棉花和烟草的访问率 ,
从而使其在棉花和烟草上的产卵量显著降低[17 ] . 豆
茅蚜 ( A phis f abae) 能被其豆类寄主植物的气味所
吸引 ,其非寄主植物如薄荷 ( S at ureia hortensis) 和
艾菊 ( Tanacet um v ulgare) 的挥发物对其则有驱避
作用[11 ,12 ] . 小菜蛾、黄曲条跳甲、猿叶虫都是十字花
科蔬菜的重要害虫 ,它们都是寡食性害虫 ,能释放烯
丙基异硫氰酸酯的十字花科植物可引诱、刺激它们
取食和产卵[15 ] . 本项研究表明 ,薇甘菊挥发油的气
味能干扰这些害虫对十字花科寄主植物的反应 ,使
其在喜食的寄主植物上的产卵量明显减少 ,从而在
害虫取食危害之前保护了植物免遭害虫的侵害 ,这
对农业害虫的防治有重要价值. 有害生物综合治理
( IPM )策略 ,并不总是以毒杀有害生物为目标 ,而
强调充分利用各种措施将有害生物种群控制在经济
允许的受害水平之下 ,达到适合农林业可持续发展
的需求平衡. 薇甘菊挥发油对试验昆虫的非毒杀产
卵驱避效应正符合有害生物综合治理策略 ,值得深
入研究. 很显然薇甘菊挥发油对昆虫的生物活性是
与其化学成分相关的 ,进一步的研究将分离挥发油
中的有效成分 ,全面评价各个成分对昆虫的生物活
性及各成分之间的相互作用效应.
致谢 南开大学元素有机化学国家重点实验室提供 GC/ MS
测试 ,特此致谢.
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tha. Chin J A ppl Ecol (应用生态学报) ,13 (10) :1300~1302 (in
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作者简介 张茂新 ,男 ,1957 年生 ,博士 ,副教授 ,主要从事
昆虫种群生态学和昆虫与植物协同进化研究. 发表论文 30
篇. E2mail : mxzhang @scau. edu. cn
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69 应 用 生 态 学 报 14 卷