13种植物甲醇提取物对瓜蚜生物活性的影响

张洁 ,  王晓娥

甘肃农业大学学报 ›› 2024, Vol. 59 ›› Issue (04) : 169 -177.

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甘肃农业大学学报 ›› 2024, Vol. 59 ›› Issue (04) : 169 -177. DOI: 10.13432/j.cnki.jgsau.2024.04.021
农学·园艺·植保

13种植物甲醇提取物对瓜蚜生物活性的影响

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Effects of the insecticidal activity of methanol extract from 13 plant species against Aphis gossypii

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摘要

目的 为了明确植物提取物对瓜蚜(Aphis gossypii Glover)的生物活性,为植物源农药开发利用提供新途径。 方法 本研究采用喷雾法施药,测定13种植物甲醇提取物对瓜蚜的室内杀虫活性与趋避活性;将具有良好活性的黄连木(P.chinensis)和川牛膝(C.officinalis)植物提取物制备成乳油,通过田间试验测定制剂防效。 结果 在杀虫活性测定中,处理72 h后,黄连木甲醇提取物对瓜蚜的活性最高,校正死亡率达到了81.11%;在对瓜蚜趋避活性测定中,毛泡桐(P.tomentosa)甲醇提取物对瓜蚜24 h的驱避率达到75.14%,薄荷(M.pulegium)、糙苏(P.umbrosa)和川牛膝甲醇提取物对瓜蚜的趋避率均高于50%;在不同植物甲醇提取物混配活性测定试验中,黄连木甲醇提取物与川牛膝、糙苏、毛泡桐、短序荚蒾(Viburnum brevipes)甲醇提取物的混配效果优于其他组合;试验研制了20%黄连木和川牛膝甲醇提取物乳油,配方为黄连木甲醇提取物10%、川牛膝甲醇提取物10%、二甲基亚砜47%、农乳500#25%、NP-2乳化剂8%。田间试验方法测定20%黄连木川牛膝甲醇提取物乳油对瓜蚜的田间防效,以10%吡虫啉可湿性粉剂为阳性对照,试验结果表明20%黄连木川牛膝甲醇提取物制剂药后14 d防治效果达到了75.26%,与阳性对照无显著差异。 结论 黄连木、糙苏、毛泡桐和川牛膝的甲醇提取物对蚜虫具有一定的生物活性,值得进一步研究。

Abstract

Objective The study aimed to clarify the biological activity of plant extracts against Aphis gossypii Glover and provide a new way for the development and utilization of plant-derived pesticides. Method This study employed spray application to determine the indoor insecticidal and repellent activities of methanol extracts from 13 plants against Aphis gossypii Glover.The extracts of Pistacia chinensis and Achyranthes bidentata,showing good activity,were prepared into an emulsifiable concentrate,and the control effect of the preparation was determined through field experiments. Result In the test of insecticidal activity,the methanol extract of Pistacia chinensis exhibited the highest activity against Aphis gossypii Glover after 72 hours of treatment,with the corrected mortality rate reaching 81.11%.The repellent rate of methanol extracts from Paulowniatomentosa against Aphis gossypii Glover was 75.14% within 24 hours,and the repellent rates of methanol extracts from Mentha haplocalyxPhlomis umbrosa,and Radix Cyathulae were all higher than 50%.In the test of mixing activity of methanol extracts from different plants,the combination of methanol extracts from Pistacia chinensis with methanol extracts from Achyranthes bidentataPhragmites australisPaulownia tomentosa,and Viburnum breviscapus showed better results than other combinations.A 20% emulsifiable concentrate of Pistacia chinensis and Radix Cyathulae methanol extract was developed.The formula consisted of 10% of Pistacia chinensis methanol extract,10% of Radix Cyathulae methanol extract,47% of dimethyl sulfoxide,25% of pesticide emulsifier 500#,and 8% of NP-2 emulsifier.Field tests were conducted to determine the field control effect of the 20% methanol extract EC of Radix Cyathulae Pistaciae on Aphis gossypii Glover,with 10% imidacloprid wettable powder used as the positive control.The test results showed that the control effect of the 20% methanol extract EC of Radix Cyathulae Pistaciae reached 75.26% 14 days after treatment. Conclusion It was suggested that the methanol extract from Pistacia chinensis bunge,Phlomis umbrosaPaulownia tomentosa,and Medicinal Cyathula root was effective to A.gossypii.

关键词

植物源杀虫剂 / 瓜蚜 / 杀虫活性 / 田间防效

Key words

botanical insecticide / Aphis gossypii Glover / insecticidal activity / field efficacy

Author summay

张洁,博士,副教授,主要从事植物源杀虫剂研究。E-mail:

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张洁,王晓娥. 13种植物甲醇提取物对瓜蚜生物活性的影响[J]. 甘肃农业大学学报, 2024, 59(04): 169-177 DOI:10.13432/j.cnki.jgsau.2024.04.021

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瓜蚜(Aphis gossypii Glover)是一种广泛分布于热带、亚热带和温带地区的世界性多食性害虫,目前已知的瓜蚜寄主多达116科900余种1,可传播柑橘花叶病毒(CTV)、黄瓜花叶病毒(CMV)和马铃薯病毒Y(PVY)等60余种植物病毒2-4。瓜蚜存在于世界上所有的棉花种植区,在我国主要危害田间和温室中的棉花及瓜类蔬菜5-6。瓜蚜在取食的过程中会对植株造成直接损害,导致植株叶片变形甚至枯萎,其分泌的蜜露或传播的病毒会对植物造成间接损害,为害严重时会影响植株叶片正常的光合作用,对瓜类蔬菜的质量造成较大影响。因其寄主植物种类繁多,传播范围广,是目前棉花和瓜类蔬菜上需重点防治的害虫之一7-8
瓜蚜的防治方法主要有4种,分别是物理防治、化学防治、生物防治和农业防治。化学防治是目前见效最快也是最主要的防治手段,常用的防治瓜蚜的化学药剂有吡虫啉、氟啶虫酰胺等。在实际生产中,农户为了快速控制其为害,盲目混用药剂,加大药剂的使用量,提高药剂的使用频率,造成过量使用农药,不仅污染了环境,同时加速了害虫抗药性的发生9-10。自上世纪70年代,我国首次报道瓜蚜对有机磷类杀虫剂的硫磷和内吸磷产生了23倍和148倍的抗性以来11,全国各地对瓜蚜的抗性报道时有发生。包括对氨基甲酸酯类12-13、拟虫菊酯类14和新烟碱类杀虫剂15均出现了相当倍数的抗性,抗性水平总体呈上升趋势16。近些年来瓜蚜抗药性问题日益突出,可供选择的化学药剂越来越少,探究瓜蚜防治新型产品势在必行。
与传统的化学农药相比,植物源农药环保,使用后易分解,生物活性和作用方式多样,多种活性物质共同发挥作用,害虫不易产生抗性,对非靶标生物也安全17。植物源杀虫剂对害虫具有拒食、触杀、忌避、抑制生长发育等杀虫活性,抑制细胞呼吸代谢产生细胞毒作用,损害昆虫中肠干扰消化系统,麻醉昆虫神经系统18-20。从植物中找寻生物活性物质是研制新型农药的重要途径之一,也是绿色环保农药的理想来源21。当前,不少次生代谢物质如生物碱类、黄酮类,萜烯类、酚类、甾体等均具有杀虫活性22。Das等23发现印楝(Azadirachta indica)、夹竹桃(Calotropis procera)、水蓼(Polygonum hydropiper)和毛茎薯(Ipomoea sepiaria)的提取物在控制豆类蚜虫(Aphis craccivora)方面很有效。随后,Digilio等24的研究验证了马郁兰(Majorana hortensis)精油对豌豆蚜(Acyrthosiphon pisum) 和桃蚜(Myzus persicae具有很高的杀虫活性。还有研究表明法国万寿菊(French marigold),熊耳草(Ageratum houstonianum) 和罗勒(Ocimum basilicum)对绣线菊蚜(Aphis spiraecola)的趋避作用以及垂枝赤桉(Eucalyptus camaldulensis) 和月桂(Laurus nobilis)对瓜蚜具有毒性作用25-26。此外,Chaieb和Pavela指出罗勒、唇萼薄荷(M.pulegium)、辣薄荷(M.piperita)、茴香(Foeniculum vulgare)和茴芹(Pimpinella anisum)的粗提物精油作用7 d时对蚜虫有94%的致死率27
我国是植物多样性最为丰富的国家之一,物种组成丰富,具有重要的生态服务功能,对生态文明的建设及动植物种质资源的保护具有重要意义。本研究利用前期自秦岭地区采集到的13种植物对瓜蚜进行杀虫活性筛选,对活性高的植物进行进一步的活性测定,以期为植物源杀虫剂的合理开发提供新的植物资源,为害虫的绿色防治提供新思路。

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.1.1 植物材料

试验所需的13种植物薄荷(M.pulegium)、黄连木(P.chinensis)、香茶菜(Rabdosia amethystoides)、穿心莲(Andrographis paniculata)、糙苏(P.umbrosa)、毛泡桐(P.tomentosa)、短序荚蒾(Viburnum brevipes)、地黄(Rehmannia glutinosa)、鸡矢藤(Paederia scandens)、檫木(Sassafras tzumu)、紫麻(Oreocnide frutescens)、川牛膝(C.officinalis)和刺参(Oplopanax elatus)于2022年4月采自秦岭国家植物园。将所采集的植物全株用清水充分清洗,去除病叶,将水分沥干,放置在通风处阴干至发脆状态后,45 ℃恒温烘干,粉碎,过孔径0.355 mm筛,再以网筛过滤,取干粉,将其装入到塑料密封袋内,25 ℃密封备用。

1.1.2 供试昆虫

瓜蚜(Aphis gossypii Glove),用毛笔选取在室内饲养,饲养要求相对湿度(70%±5)%,温度(25±1)℃,光暗周期12 L∶12 D。个体、虫态均一致的健康成虫参试。

1.1.3 主要仪器

中药粉碎机(精诚药业,型号:WKX-160 不锈钢);电子天平(梅特勒-托利多,型号:XPE204S);干燥箱(Galainer 公司,型号:GN160A);旋转蒸发仪(上海 舍岩仪器有限公司,型号:C-2L-MRE);循环水真空泵(上海万经泵业制造有限公司,型号:2BV 型);喷雾器(上海嘉定医疗设备,型号:L56-13 型);离心机(湘仪,型号:L-550)等。

1.2 研究方法

1.2.1 供试药液制备

1.2.1.1 甲醇提取液的制备

常温下,称取各植物干粉100 g于烧杯中,按体积比1∶10的比例加入甲醇溶液,浸泡48 h期间不断搅拌,48 h后更换甲醇溶液,重复3次后合并提取液,将混合物倒入布氏漏斗中进行抽滤,抽滤后将残渣冲洗两次,最终得到澄清透明的提取液。

1.2.1.2 样品的制备

将得到的提取液经旋转蒸发(水浴锅温度35 ℃,旋转速率为210 r/min)除去多余的溶剂,得到膏状的粘稠物,然后将此膏状物称质量移入棕色细口瓶中放入冰箱中保存。

取出各膏状物总质量的十分之一,以丙酮将制备好的植物甲醇提取物稀释成100 mg/mL 的母液。分别取一定量的母液进行稀释,将其配制成质量浓度分别为1、5、25 、75、100 mg/mL的溶液待用。

1.2.2 杀虫活性测试

1.2.2.1 甲醇提取物对瓜蚜的杀虫活性测试

利用Potter喷雾塔测定25 mg/mL的13种植物提取物对蚜虫的触杀毒力。在培养皿中放置一片新鲜的黄瓜叶片,挑选大小一致的蚜虫30头于培养皿中,用移液枪移取1 mL不同植物的提取液于喷雾塔试管中,植物提取物经喷雾塔均匀喷洒在叶片和蚜虫表面,以丙酮为对照,每处理重复3次。观察培养皿中试虫存活情况,用毛笔轻触蚜虫,多次触碰不动者计为死亡,于24、48、72 h记录试虫死亡数,以公式(1)计算试虫死亡率 ,公式(2)计算校正死亡率。筛选出具有良好触杀活性的植物提取物,测定其质量浓度分别为1、5、25、75、100 mg/mL时对瓜蚜的触杀活性,方法同上,利用SPSS进行分析,计算LC50

死亡率(%)=死亡数量供试数量×100%
校正死亡率(%)=处理组死亡率-对照组死亡率1-对照组死亡率×100%

采用培养皿内选择法28对蚜虫进行趋避率测定。将新鲜的黄瓜叶片,用剪刀剪成大小一致的叶碟(d=4 cm),用镊子夹住叶碟的一侧,将其一半浸泡在植物提取物溶液中,3 min后取出晾干,利用同样的方法,将叶碟的另一侧在丙酮中浸泡3 min后,取出晾干。将处理好的叶碟放置于培养中(d=12 cm),利用含水棉球保湿,在叶片中央接入蚜虫40头,用保鲜膜封住皿口,在保鲜膜上用针扎多个透气孔,每个处理重复3次,将处理好的培养皿用黑布盖好,然后将其放入25 ℃ 恒温养虫室内,观察24 h驱避率,观察结果时,以叶碟的中线为界,分为对照区和处理区,在对照区以内的蚜虫算作对照组虫数(包括活虫和死虫),同样在处理区以内的蚜虫算作处理组虫数(包括活虫和死虫),以公式(3)计算试虫趋避率。

驱避率(%)=对照区试虫数-处理区试虫数对照区试虫数+处理区试虫数×100%

1.2.2.2 不同植物提取物混配对蚜虫的活性测定方法

根据蚜虫触杀毒力活性结果,将黄连木、糙苏、毛泡桐、短序荚蒾、川牛膝分别在各自最佳浓度下以1∶1的比例进行两两混配,测试其对蚜虫的活性,试验方法和计算公式同1.2.2.1,参照《中华人民共和国农业行业标准农药室内生物测定试验准则》的方法计算混配剂的共毒系数(CTC)29,计算公式如下:

CTC= (S/M)×100TIA×PA+TIB×PB

式中:S为标准杀虫剂的LC50M为混剂的LC50TIA为A药剂毒力指数;PA为A药剂在混剂中的百分含量;TIB为B药剂毒力指数;PB为B药剂在混剂中的百分含量。当CTC≥120表现为增效作用;CTC≤80表现为拮抗作用;0<CTC<120表现为相加作用。

1.2.2.3 乳油配方筛选

根据室内试验结果选择研制黄连木川牛膝提取物乳油,溶剂为二甲基亚砜,乳化剂选择农乳500#和NP-2乳化剂复配使用。将黄连木和川牛膝提取物各10 g置于烧杯中,加入二甲基亚砜至其完全溶解,得到黄连木和川牛膝提取物溶液。加入农乳500#10%、15%、20%、25%、30%,将烧杯置于水浴锅内30 ℃加热,不断搅拌,混合均匀,得到不同组成的黄连木川牛膝提取物乳油。将该乳油常温静置24 h,通过热贮稳定性测试及低温稳定性测试,筛选农乳500#的用量,在含有最佳农乳500#用量的乳油中加入NP-2乳化剂2%、4%、8%、16%、32%,以提高乳油的稳定性,筛选乳化剂NP-2的最佳用量。

热贮稳定性测试:在干净无菌的安培瓶中注入30 mL的试验样品,并将安培瓶置于冰盐浴中,同时用火焰迅速封住瓶口,防止试验样品挥发。取干净金属容器,将密封好的装有增效剂的安培瓶置于其中,放入(55±2)℃的恒温箱中。两周后取出,观察样品的变化情况。

低温稳定性测试:在离心管中加入100 mL试验样品,随后将离心管放入制冷器中冷却至1 ℃。并保持此温度1 h,在此1 h内每15 min搅拌1次,每次20 s左右,注意每次搅拌时观察有无析出油状物或固体产生。1 h后,将装有试验样品的离心管继续放入制冷器中在(0 ± 1)℃放置7 d。7 d后将离心管从制冷器中取出在常温下静置3.5 h。待其恢复室温后离心分离15 min,分离同时观察并记录离心管内底部体积,要求精确至0.03 mL。以最后的离析物小于0.30 mL为标准,如小于0.30 mL证明其稳定性合格。

1.2.2.4 田间试验

参考《农药田间药效试验准则(二)杀虫剂防治棉花蚜虫(GB/T 17980.75-2004)》。试验田在泾阳县试验基地,黄瓜品种为博新191,各小区黄瓜栽培条件、植株长势均一致,种植用药水平与当地常规一致,蚜虫防治未见明显抗性,周围有荒地作为保护行,施药当日多云。试验共设3个处理,处理1:20%黄连木川牛膝植物提取物乳油100倍液喷雾,处理2:10%吡虫啉可湿性粉剂1 000倍液喷雾,处理3:清水对照。每处理4次重复,共12个小区,每小区20 m2,按随机区组排列。

采用5点取样法,每小区5个取样点,每点2株黄瓜,每株固定中部有蚜叶片2片,分别于施药前、施药后第1、3、7天调查活虫数,按公式5公式6分别计算虫口减退率和校正死亡率。

虫口减退率(%)=药前虫口基数-药后活虫药前虫口基数×100%
防效(%)=处理区虫口减退率-对照区虫口减退率100%-对照区虫口减退率×100%

1.3 数据统计分析

用Excel对各数据进行分析处理,统计死亡率、校正死亡率、趋避率、虫口减退率及防治效果,用SPSS 17.0软件计算LC50值、相关系数、毒力回归方程及单因素方差分析。

2 结果与分析

2.1 13种植物甲醇提取物对瓜蚜的杀虫活性测试

不同植物的甲醇提取物对蚜虫的生物活性如表1所示,13种植物的甲醇提取物对瓜蚜均有一定的触杀效果,处理24 h后黄连木甲醇提取物对蚜虫的校正死亡率最高,达到(57.78±4.16)%,其次是糙苏、毛泡桐、川牛膝、短序荚蒾、地黄和檫木,其校正死亡率均在30%以上;处理48 h后,黄连木甲醇提取物对蚜虫的校正死亡率达到(68.89±1.57)%,其次是糙苏、毛泡桐、川牛膝、地黄、短序荚蒾和檫木,其校正死亡率相对于24 h有一定的提升,但均在50%以下。处理72 h后,黄连木对试虫的校正死亡率达到(81.11±4.16)%,其次是川牛膝,校正死亡率达到(70±5.44)%。从表1结果可知,黄连木对试虫具有良好的触杀活性,相对于其他植物具有显著差异(P<0.05)。

2.2 触杀活性毒力测定

对13种植物中的黄连木、糙苏、毛泡桐、短序荚蒾、川牛膝5种植物进行了毒力的测定如表2所示,黄连木触杀毒力最强,LC50值为13.148 mg/mL,其次为川牛膝,LC50值为49.873 mg/mL,毛泡桐和短序荚蒾的LC50值比较接近,分别为67.203和67.653 mg/mL,糙苏的触杀毒力最弱,LC50值为84.91 mg/mL。

2.3 甲醇提取物对蚜虫的驱避活性测试

表3可知,在相同的处理剂量下,毛泡桐甲醇提取物对瓜蚜24 h的驱避率为(75.14±6.31)%,糙苏甲醇提取物对瓜蚜24 h的驱避率为(66.27±7.30)%,表明毛泡桐和糙苏甲醇提取物对瓜蚜都具有良好的驱避活性,薄荷和川牛膝甲醇提取物对蚜虫也具有一定的驱避活性,驱避率分别为(57.78±1.60)%和(53.33±5.29)%,而短檫木和刺参甲醇提取物对瓜蚜的驱避率为负值,表明其对瓜蚜不具备驱避活性,可能还对瓜蚜存在一定的引诱作用。

2.4 不同植物混配对蚜虫的活性测定

根据表4可知,黄连木和川牛膝混配时,毒力效果最强,LC50值为10.443 mg/mL,共毒系数为115.25,表明黄连木和川牛膝提取物混合后其毒力具有相加作用。糙苏与毛泡桐、短序荚蒾和川牛膝3种植物混配其LC50值分别为67.525、72.064、73.653 mg/mL。毛泡桐与短序荚蒾和川牛膝混配的LC50值分别为56.772和33.634 mg/mL,短续荚蒾与川牛膝混配的LC50值为41.942 mg/mL。以上两种植物提取物混配后,共毒系数均大于80,表明其混合毒力为相加作用。

2.5 黄连木川牛膝乳油配方确定

表5中可以看出,在常温状态下,农乳500#的含量为10%~30%时,黄连木川牛膝提取液都能形成均相透明的液体,而在加热条件下,农乳500#的含量高于20%时,黄连木川牛膝提取液仍能保持均相透明状态,在低温条件下,农乳500#的含量高于25%时,黄连木川牛膝提取液能保持均相透明状态,所以农乳500#的含量选择25%。在含有25%农乳500#的乳油中添加不同含量的NP-2观测其稳定性,结果见表6。从表6中可以看出,在常温状态下,当乳化剂NP-2的含量大于4%时,黄连木川牛膝提取液都能形成均相透明的液体,8%的乳化剂浓度在热储条件下仍然稳定,但在低温条件下出现油珠。8%、16%、32%的乳化剂浓度下,热储和低温均保持稳定。因此,最终得到黄连木川牛膝乳油的配方为:黄连木提取物10%,川牛膝提取物10%,二甲基亚砜47%,农乳500#25%、NP-2乳化剂8%。

2.6 大田试验药效结果

根据表7可知,20%黄连木川牛膝植物提取物乳油剂对瓜蚜具有良好的防治效果,药后1 d,20%黄连木川牛膝植物提取物乳油剂对瓜蚜的防治效果为24.82%,阳性对照10%吡虫啉可湿性粉剂的防治效果为30.58%,两者之间差异显著(P<0.05);药后3 d,20%黄连木川牛膝植物提取物乳油剂对瓜蚜的防治效果为61.98%,低于阳性对照10%吡虫啉可湿性粉剂的防治效果;药后7 d,20%黄连木川牛膝植物提取物乳油剂的防治效果为65.68%,与阳性对照间差异不显著(P>0.05);药后14 d,防治效果最高,达到了75.26%,与阳性对照间差异不显著(P>0.05)。

3 讨论与结论

随着社会经济的快速发展,瓜蚜在黄瓜等葫芦科蔬菜上的危害愈发严重。瓜蚜繁殖速度较快,在短时间内即可形成高密度种群,加之在长期的化学防治过程中,缺乏科学的用药指导,杀虫剂的滥用,导致瓜蚜的抗药性倍数激增30。所以开发新型绿色环保农药品种势在必行,植物源杀虫剂正好具有避免和减缓抗性发展的优势。

一些植物在长期的自然进化中,在次生代谢过程中会产生一些特有物质,从而表现出特殊的生物活性。据不完全统计,全世界已有2 400多种植物具有防治有害生物的活性,其中1 000种高等植物具有杀虫活性,40余种具有杀螨活性,具有杀线虫和杀鼠活性的植物均有100余种,400余种植物可使昆虫产生拒食活性31。其中,部分植物产生的次生代谢产物已经被开发为高效、环保、低毒和害虫不易产生抗性的植物源杀虫剂而被广泛地应用于农业生产生活中32。Dang等33对小藜(Chenopodium ficifolium)的甲醇和乙醇粗提物进行了杀虫活性测定,结果发现在5 000 μg/mL质量浓度下,其对棉蚜的致死率达到80%以上。刘艳华等34用点滴法测定了75种植物的甲醇提取物对萝卜蚜虫的生物活性,发现朝天灌(Osbeckia opipara)等15种植物对萝卜蚜虫具有较好的触杀活性。本研究通过对采集到的13株植物进行甲醇萃取,采用瓜蚜进行了生物活性的测定,结果表明,黄连木提取物对瓜蚜具有较高的触杀活性,LC50值为13.148 mg/mL;毛泡桐、糙苏提取物对瓜蚜具有驱避活性,24 h后,驱避率分别为75.14%、66.27%;黄连木和川牛膝1∶1混配的毒力效果最强,LC50值为10.443 mg/mL,共毒系数为115.25,混配后毒力具有相加作用;大田试验表明,20%黄连木川牛膝提取物乳油对瓜蚜具有良好的防治效果,并且随着时间的增加,防效呈上升趋势,14 d后防治效果最高为75.26%,与阳性对照10%吡虫啉可湿性粉剂的防效相当。目前的研究已知黄连木、糙苏、毛泡桐和川牛膝作为植物杀虫活性植物,杀虫谱较广,因此需要在后期的研究中明确其主要杀虫活性成分,深入研究其作用机制和提取工艺,对进一步开发利用杀虫植物资源具有重要的依据和意义。

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基金资助

咸阳职业技术学院博士科研启动基金项目(2019BK004)

陕西省自然科学基础研究计划项目(2023-JC-QN-0240)

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