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Controlling Effects of Alcohol Extract of Artocarpus heteropyhllus on the Population of Diamondback Moth and First Analyzing the Active Chemical Composition

菠萝蜜乙醇提取物对小菜蛾的控制效果及其活性成分初步分析



全 文 :园 艺 学 报 2007,34(6):1387—1394
Acta Horticuhurae Sinica
菠萝蜜乙醇提取物对小菜蛾的控制效果及其活性成
分初步分析
覃伟权 ,彭正强 ,张茂新
( 中国热带农业科学院椰子研究所 ,海南文昌 571339; 中国热带农业科学院环境与植物保护研究所,海南儋州
571737; 华南农业大学资环学院昆虫生态研究室,广州 510642)
摘 要:测定菠萝蜜乙醇提取物不同施用浓度 (A)和不同施用次数 (B)处理对小菜蛾 自然种群的
干扰作用控制指数 IIPC(Y),并用二次多项式逐步回归 ,得到回归方程 Y=0.4628—10.6164A一0.0212B
+117.1290A 一0.7762AB (F=4 999.8125)。运用方程 Y拟合得出菠萝蜜乙醇提取物 6种施用浓度和 3种
施用次数处理组合对小菜蛾 自然种群的干扰作用控制指数 IIPC,其中0.05 g·mL ×3次组合干扰控制作
用效果最好,干扰作用控制指 数为 0.0448;其次是 0.04 g·mL ×3次组合 ,干扰作用控制指数为
0.0688。用5种不同极性的有机溶剂洗提分离菠萝蜜乙醇提取物 ,获得 5种洗提分离物。生物活性测定表
明,乙酸乙酯洗提分离物 对小菜蛾 的产卵驱避 率和拒食率 最高,产 卵驱避率 为 59.16%,拒食率 为
57.34%。对乙酸乙酯洗提分离物进一步进行硅胶柱层析分离,获得 20种柱层析分离物,经过对其进行生
物测定,分离物 L。、Ll3、L。 和 L。 对小菜蛾幼虫拒食作用最明显,拒食率分别为 85.71%、73.33%、
78.57% 和 88.87% 。
关键词:菠萝蜜;乙醇提取物;菜薹;小菜蛾;种群控制;生命表;活性成分分离
中图分类号:S 667.8;S 634.5;S436 文献标识码:A 文章编号:0513—353X (2007)06—1387-08
Control Efects of Alcohol Extract of Artocarpus heteropyhllus on the Popula-
tion of Diamondback Moth and Preliminary Analysis of the Active Chemical
Compositions
QIN Wei—quanh,PENG Zheng—qiang ,and ZHANG Mao—xin
( Coconut Research s e,Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences,Wenehang,Hainan 571339,China;
Environment and Plant Pro~ctmn Research Institute,Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences,Danzhou,Hainan
57 1737,China; Laboratory of Insect Ecology,South China Agricultural University,Gnangzhou 5 10642,China)
Abstract:In the field,the uniform design was used to test the index of interference of population control
(IIPC)of alcohol extract of Artocarpus heteropyhlus against the natural population of diamondback moth Plute—
la xylostela(L.)by diferent concentrations and span of times.Through assaying and returning of quadratic
equation,a model depicting the corelation between IPC and two factors(A and B)using uniform design was
obtained.The model equation is Y=0.4628—10.6164A一0.0212B+117.1290A 一0.7762AB (Y —IIPC,
A—concentration,B—times).Actually,this model equation was used to check IIPC under the natural condi—
tion,the result showed that the composition of 0.05 g·mL~ ×3 times gave the best effect of influencing,
IIPC was 0.0448,followed by the composition of 0.04 g-mL~ ×3 times,and IIPC was 0.0688.The alco—
hol extracts of Artocarpus heterophyllus was isolated by immersing five kinds of organic solvates,and the core—
sponding extracts have been separated out.The extracts of first isolating were surveyed about the bioassay.The
result showed that ethyl acetate extract of the alcohol extracts of A.heterophylus had marked effect of oviposi一
收稿 日期:2007—07—18;修回日期:2007—1O一1O
基金项目:国家 自然科学基金项目 (39930120)
通讯作者Author for corespondence(E—mail:qwq268@sohu.corn;Tel:0898-63330684)
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园 艺 学 报 34卷
tion deterrent and antifeedant on diamondback moth,and their rates were 59.16% and 57.34% ,respective-
ly.Twenty fractions were obtained using silica gel column from the ethyl acetate extract of the alcohol extracts
of A.heterophylus.By the bioassay,the fractions of Ll,Ll3,Ll8,and Ll9 showed strong antifeeding effect,
their antifeeding rates were 85.71% ,73.33% ,78.57% ,88.87% ,respectively.
Key words:Artocarpus heteropyhlus;Alcohol extract;Brasica parachinensis;Plutela xylostela(dia-
mondback moth);Population control;Life table;Analyzing of active chemical composition
不同分类单元 (科、属、种)植物中存在特有的次生化合物,这些次生化合物对大多数昆虫
起化学防御作用。在长期的协同进化过程中,植食性昆虫为了适应植物的化学防御物质,形成独
特的食性专化性。利用非 嗜食植物 的次生化学物,植物可 以阻止其它生物的侵害 (庞雄飞,
1999)。从植物中寻找新型次生化合物质,判明结构,并以此为模板合成一些化学物质,是创制新
农药品种的重要途径。
菠萝蜜 (Artocarpus heteropyhlus Lam.)是一种典型的热带植物。2004年作者报道了菠萝蜜乙醇
提取物对小菜蛾 [Plutela xylostela(L.)]试验种群有较好的产卵驱避和拒食作用,其产卵驱避率
和拒食率分别高达88.89%和76.38% (覃伟权 等,2004a,2004b)。
为了进一步探讨菠萝蜜乙醇提取物对小菜蛾的田间应用效果及其活性成分,本试验中应用平均龄
期法,对小菜蛾自然种群各虫态的存活率进行估算,并组建以作用因子组配的生命表 (庞雄飞和梁
广文,1995),同时利用干扰作用控制指数 IIPC (庞雄飞 等,2000)评价不同浓度和不同施用次数
下,菠萝蜜乙醇提取物对小菜蛾自然种群的控制作用,并对菠萝蜜乙醇提取物中的活性成分进行逐步
分离和活性跟踪。
1 材料与方法
1.1 乙醇提取物的提取
菠萝蜜乙醇提取物 (膏状物)由华南农业大学昆虫生态研究室从菠萝蜜叶片的干粉中用索氏提
取法提取 (覃伟权 等,2004a,2004b;魏辉 等,2005;冼继东 等,2005)。
将菠萝蜜的叶片采下洗净,晾干表面水分后放入 45~50%的恒温箱内,鼓风烘干至叶片发脆。
然后用植物粉碎机 (DWF-100)粉碎、称量,再装入密封的瓶内保存备用。
提取时,称取适量的干粉用索氏提取器提取,加入干粉4~5倍量的95%乙醇在 80~95%下循环
回流24 h水浴提取。
提取液经减压抽滤后,用旋转蒸发仪在80—95%、0.05~0.10 MPa条件下减压浓缩成膏状物,
将膏状物转入棕色广口瓶,称量并计算提取率,存于冰箱中备用。
1.2 田间试验区概况和栽培管理措施
试验于2004年2~4月在海南省文昌市中国热带农业科学院椰子研究所试验基地进行。供试
蔬菜是菜薹 (Brasica parachinensis Bailey)。菜地共42畦,畦长 ×宽为5 m×1 m,每6个畦为 1个
小区,共 7个小区。6个小区为分别施用不同浓度菠萝蜜乙醇提取物的处理区,另 1个小区为对照
区 。
整个试验菜地栽培过程中不施用其它任何药剂。试验过程中温度为 18~24~(2,相对湿度为
80% ~90% 。
1.3 田间试验设计与方法
采用均匀设计方法 (方开泰,1994;方开泰和王元,1996),设两个因子,菠萝蜜乙醇提取物施
用浓度 (A)和施用次数 (B)。浓度 (以干质量计)设 0.005、0.01、0.02、0.03、0.04和 0.05
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g·mL 6个水平,次数设 1、2、3次3个水平,每处理重复 3次。
将不同浓度的菠萝蜜乙醇提取物用喷雾器喷在菜薹苗叶片的正反两面,用 2 mL 95%乙醇 +98
mL清水 +1滴吐温 80的溶液作对照。
在上一代小菜蛾成虫产卵的高峰期前,调查小菜蛾的虫口基数 ,并于当天第 1次用药,此后
每隔5 d分别进行第 2次、第 3次喷药。
从小菜蛾卵期开始,逐 日调查小菜蛾 自然种群动态,并随机采取卵、各龄幼虫、蛹各 100~
200粒 (或头)带回室内培养 ,逐 日观察与分析各虫态的死亡数量和原因。
蛹羽化后统计小菜蛾雌虫比率,并让其 自由产卵于不经任何处理的菜薹苗上,每天检查产卵
量,记下逐 日产卵动态,以此估计小菜蛾 自然种群成虫的单雌产卵量。
1.4 室内活性跟踪
从田间采集小菜蛾的大龄幼虫,在室内用菜薹苗继代饲养、繁殖,建立试验种群,用于室内活性
跟踪;供试植物是菜薹苗,用塑料钵栽种,每钵 1株,长至2~3片真叶期供试。
1.5 菠萝蜜乙醇提取物不同化学组分的洗提分离及其活性测定
根据孔垂华和徐效华 (2003)的方法,对菠萝蜜乙醇提取物进行初步洗提分离。首先将 400 g菠
萝蜜乙醇提取物 (膏状物)用少量无水乙醇在温水中水浴,将膏状物溶解后吸附在硅藻土上,并置
于温水中水浴将溶剂慢慢挥发干;然后采用梯度极性溶剂逐步洗提分离各种化学组分,依照极性由弱
到强的次序,先后用正已烷、氯仿、乙酸乙酯、正丁醇、甲醇洗提分离,得出不同极性部位的若干化
学组分。
将洗提分离物分别配成0.01 g·mL 的浓度,用 2 mL相应的洗提溶剂 +1滴吐温 80+98 mL清
水为对照,每处理设 5次重复,测定洗提分离物对小菜蛾成虫的产卵驱避作用和对3龄幼虫的拒食活
性 (覃伟权 等,2004a,2004b)。
1.6 洗提分离物——乙酸乙酯分离物硅胶柱层析分离及其活性测定
参照孔垂华和徐效华 (2003)的方法,取菠萝蜜乙醇提取物的乙酸乙酯洗提分离物进行硅胶柱
层析分离。以氯仿与甲醇的混合液 (4:1)作为基础洗脱液,按氯仿与甲醇不同比例配成系列极性洗
脱液,用长 100 cm,直径4 cm的层析柱,采用湿样上柱法将乙酸乙酯洗提分离物逐步洗脱。从低极
性洗脱液开始洗脱,然后根据层析分离情况,不断提高洗脱液的极性。然后将层析分离物减压旋转蒸
馏浓缩成2 mL后,用薄层层析预测板点样,在365 am的紫外线下观察,将分开点数和跑板距离相同
的浓缩液合并。
上述柱层析分离物用少量甲醇稀释,用清水配制成 0.1 g·mL 浓度,用 1 mL乙酸乙酯 +1 mL
甲醇 +98 mL清水 +1滴吐温80作对照,测定其对小菜蛾幼虫的拒食活性。每处理重复5次,24 h后
用透明坐标胶片测定各叶片被取食面积。
1.7 评价方法
拒食率 (%)=(对照被取食面积 一处理被取食面积)/(对照被取食面积 +处理被取食面积)
×100。
产卵驱避率 (%)=(对照卵量 一处理卵量)/(对照卵量 +处理卵量)×100。
种群趋势指数 I=S。s:S ⋯SKFP P P [P (S ) ],其中 F为设定的标准卵量,P 为达到标准
卵量概率,P 为雌性比率,P 为成虫迁移后的存活率,P 为成虫逐 日产卵概率,(S ) 为成虫逐 日
存活率,s。s:s ⋯s 为各作用因子存活率。
种群干扰作用控制指数 (interference index of population control,IIPC)=I(i)/10,其中10为未受干
扰的种群趋势指数,I㈩为因子 j受干扰后的种群趋势指数 (庞雄飞 等,2000;侯有明 等,2002a,
2002b)。
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2 结果与分析
2.1 菠萝蜜乙醇提取物对小菜蛾自然种群生长的影响
表 1是田间试验和同期室内活性跟踪获得的结果,是菠萝蜜乙醇提取物 6种处理组合 (不同
浓度和不同施用次数)下组建的小菜蛾 自然种群生命表。
小菜蛾种群在自然条件 (对照)下的种群趋势指数 (I)为 11.8248,即说明在没有施用菠萝
蜜乙醇提取物情况下小菜蛾 自然种群下代数量增长倍数为 1 1.8248。但在菠萝蜜乙醇提取物 (施用
浓度 ×施用次数)处理下,种群趋势指数降低,即在 0.005 g·mL ×2次、0.O1 g·mL ×3次、
0.02 g·mL ×1次、0.03 g·mL ×3次、0.04 g·mL ×1次、0.05 g·mL ×2次处理下,分别
为4.2867、3.3289、3.0817、1.3756、2.0498和 1.2396,干扰作用控制 指数 (IPC)分别 为
0.3625、0.2815、0.2606、0.1163、0.1733和0.1048,说明菠萝蜜乙醇提取物不同施用浓度和不同
施用次数处理组合对小菜蛾自然种群数量增长有一定的抑制作用,这6种组合的种群干扰作用分
别达到63.75%、71.85%、73.94%、88.37%、82.67%和89.52%,其中0.03 g·mL ×3次和
0.05 g·mL ×2次这两种组合干扰作用最明显。
表 1 菠萝蜜乙醇提取物不同施用浓度和不同施用次数处理下小菜蛾自然种群生命表
Table 1 The life table in diference concentrations and span of times of alcohol extract of
A.heteropyhllus on the natural population of diamondback moth
虫态 作用因子
Stage Acting fact0r
处理(浓度 ×次数)的存活率
Survival rate in treatment(concentration×time)(%)
对照 Control 0.005×2 0.O1×3 0.02×1 0.03×3 0.04×1 0.05×2
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2.2 菠萝蜜乙醇提取物对小菜蛾自然种干扰控制作用模型检验结果
将表 1中干扰作用控制指数 (IIPC)进行二次多项式逐步回归,得到菠萝蜜乙醇提取物不同施用
浓度 (A)和不同施用次数 (B)处理下对小菜蛾干扰作用控制指数 IIPC(Y)的回归方程 Y=0.4628
— 10.6164A 一0.0212B+1 17.1290A 一0.7762AB。
2.3 小菜蛾自然种群干扰作用控制指数实际观测值与回归方程拟合
将回归方程 Y进行拟合,拟合相关系数 R为 1.0000,F检验值为4 999.8125,显著水平 P为
0.0021,拟合的偏相关系数均达到极显著水平,表明该模型能较好地拟合菠萝蜜乙醇提取物施用后的
种群干扰作用控制指数 (IPC)与施用浓度和施用次数之间的关系。
经拟合,拟合误差均为0,说明菠萝蜜乙醇提取物对自然种群的干扰作用控制指数 (IIPC)的实
际观察值与回归方程的拟合值一致,证明回归方程Y能如实反映菠萝蜜乙醇提取物对小菜蛾自然种
群的干扰控制作用。
表2是应用该方程拟合出的菠萝蜜乙醇提取物不同施用浓度和不同施用次数对小菜蛾自然种群的
干扰作用控制指数。
在 18种组合中,0.05 g·mL ×3次组合干扰控制作用效果最好,其干扰作用控制指数为
0.0448;其次是 0.04 g·mL ×3次组合,其干扰作用控制指数为0.0688。
表 2 回归拟合菠萝蜜乙醇提取物不同施用浓度和不同施用次数
对小菜蛾自然种群的干扰作用控制指数 (ⅢC)
Table 2 The index of interference of population control(IPC)by checking of
quadratic equationin different concentrations and span of times
2.4 菠萝蜜乙醇提取物不同化学组分的初步洗提分离和活性测定结果
用正已烷、氯仿、乙酸乙酯 、正丁醇和甲醇5种系列梯度极性溶剂分别对菠萝蜜乙醇提取物进行
洗提分离,获得相应的5种洗提分离物。
5种洗提分离物对小菜蛾产卵驱避作用和拒食作用的测定结果 (表 3)表明,正已烷、氯仿、乙
酸乙酯和正丁醇4种溶剂的洗提分离物处理卵量均与对照差异显著,而甲醇洗提分离物处理与对照差
异不显著;氯仿、乙酸乙酯、正丁醇、甲醇4种溶剂的洗提分离物处理取食面积均与对照差异显著,
而正已烷洗提分离物处理与对照差异不显著。
在 5种洗提分离物中,乙酸乙酯洗提分离物产卵驱避率和拒食率最高,产卵驱避率为 59.16% ,
拒食率为57.34%。
2.5 菠萝蜜乙酸乙酯洗提分离物的柱层析分离与拒食活性测定结果
选取菠萝蜜乙醇提取物的乙酸乙酯洗提分离物进行柱层析分离,结果见表4。经梯度极性溶剂
层析得到 20种分离物 (流分)L ~L 。。
经拒食作用生物活性测定,有 8种分离物处理取食面积与对照差异显著,其中 L-、L-,、L s和
L 。最明显 ,拒食率分别为85.71%、73.33%、78.57%和 88.87%,其层析分离使用的氯仿和甲醇
混合洗脱液的比例 (氯仿:甲醇)分别为 1:15、1:5、1:4和 1:1。
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表3 菠萝蜜乙醇提取物初步洗提分离物对小菜蛾成虫的驱避产卵作用和对幼虫的拒食作用
Table 3 Oviposition deterrent efects on adult and antifeedant efects on larvae of the diamondback moth
witlIthe extracts offirstisolatingfrom the alcohol extract ofA.heteropyhllus
正 已烷 Hexane
对照 Control
氯仿 Chloroform
对照 Control
乙酸乙酯 Ethyl acetate
对照Control
正丁醇 N—butyl alcohol
对照 Control
甲醇 Methanol
对照 Control
15.40±2.16 32.75
30.40 ±1.03
l3.80±0.86 41.53
33.40 ±1.89
7.80±0.86 59.16
30.40 ±1.2l
l4.00±1.00 41.67
34.00±2.49
24.40±1.89
32.60±1.86
30.60±2.93
37.20±4.77
29.80±4.85 30.53
56.00±8.90
l8.50±4.88 57.34
68.60±8.42
27.60±2.93‘ 24.80
45.80±2.92
77.40 ±7.85
91.40±6.73
注: 表示处理与对照经 t检验在0.05水平差异显著。
Note: showed that it was significantly diference between treatment and control at the level of 0.05 by t-test
表4 菠萝蜜乙酸乙酯洗提取物柱层析分离及其拒食作用
Table 4 Isolating of silica gel colmnn from the ethyl acetate extract fro m the alcohol extracts of
A.heterophllus and its antifeedant efects
注: 表示处理与对照经t检验在0.05水平差异显著。
Note: showned that it was sign ificantly diference between treatment and control at the level of 0.05 by t-test
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3 讨论
在自然界中,每一种植食性昆虫能适应的植物次生化合物并不多,其嗜食植物也是很少的 (钦
俊德,1987)。从非嗜食性植物的次生物质中筛选出对害虫有产卵驱避和拒食作用的化合物并加以利
用,有可能保护植物免受害虫的为害。
利用植物次生化合物来控制害虫,开发植物保护剂是近年的研究热点,并取得了一定的进展
(庞雄飞,1999;庞雄飞 等,2000;侯有明 等,2002a,2002b;魏辉 等,2005;翁群芳 等,2005;
冼继东 等,2005;)。覃伟权等 (2004a,2004b)首次报道了菠萝蜜乙醇提取物对小菜蛾试验种群具
有较好的产卵驱避和拒食作用 ,但对小菜蛾自然种群的控制作用、活性分离和活性跟踪等未进行深人
研究。
本研究采用生命表的方法来综合评价菠萝蜜乙醇提取物对小菜蛾 自然种群的控制作用,证明菠萝
蜜乙醇提取物对小菜蛾自然种群的下一代种群增长有明显的干扰作用;并对菠萝蜜乙醇提取物中的活
性成分进行初步分离和活性跟踪测定,试验证明菠萝蜜乙醇提取物的乙酸乙酯洗提分离物对小菜蛾的
产卵驱避与拒食作用效果最好,其硅胶柱层析流分 L L,的拒食作用最明显。这些为进一步开发利
用菠萝蜜奠定了初步基础。
非嗜食植物对害虫的防御作用是由于植物中含有不同次生代谢物质造成的,这种作用可能是单一
化学成分引起,也可能是多种化学成分混合作用而导致 (钦俊德,1987)。如果把非嗜食植物的次生
化合物进一步分离,获得活性化合物并模拟合成该化合物,制作成适用的应用剂型,即植物保护剂,
将是人类充分利用自然资源持续控制害虫、保护生态环境的重大突破。
本试验对菠萝蜜乙醇提取物的活性跟踪与分离,虽然获得了较好的活性分离物,但仍未解析出单
一 化学结晶,说明所获得的分离物可能是多种化合成分的混合液,要获得具有活性作用的单一的化学
物还需要进一步研究探讨。因此,还需要不断深人开展利用菠萝蜜乙醇提取物开发相应的植物保护剂
的研究。
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中国园艺学会梨分会第二届代表大会
暨第五届全国梨科研、生产与产业化研讨会在上海召开
由中国园艺学会梨分会主办,上海市林业总站、上海市梨树研究所和上海市松江区林业站共同承办的 “中国园艺
学会梨分会第二届代表大会暨全国第五届梨科研、生产与产业化研讨会”于 2007年 l0月 l3~14日在上海市松江区
召开。中国工程院院士、中国园艺学会梨分会名誉理事长、山东农业大学博士生导师束怀瑞教授向大会发来贺信。上
海市松江区人民政府、上海市林业局和上海市农业科学院有关领导出席了开幕式。来自全国26个省、市、自治区的
科研 、生产、营销及业务主管部门的代表共计 137人参加了大会。
大会换届选举产生了中国园艺学会梨分会第二届理事会,中国工程院院士、山东农业大学束怀瑞教授任名誉理事
长,河北农业大学园艺学院院长张玉星教授再次当选为理事长,张江红博士任秘书长。理事会成员共计 105名 ,来 自
全国25个省、市 、自治区。
会议按栽培技术、资源与育种和产业化研究方向进行了分组交流,内容涉及品种选育、优质丰产栽培技术、梨树
生理与分子生物学、梨果产业化创新经验等。这次会议较全面地总结交流了我国梨科研、生产和产业化发展的成就。
共收到论文 110余篇,将选择其中的优秀论文编入 《梨科研与生产进展》(四)论文集。与会代表还参观了上海市梨
研究所生产示范基地和上海市仓桥水晶梨发展有限公司。
中国园艺学会梨分会 供稿
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