白头翁(
Pulsatilla chinensis (Bge.) Regel)为毛茛科白头翁属多年生药用植物,广泛分布于我国东北和华北等地
[1]。白头翁具有抗肿瘤、抗病毒、抗菌、增强免疫功能和保护肝脏等多种药理活性,临床上常用来治疗腹泻、肠炎、细菌性痢疾和结直肠癌等疾病
[2-4]。研究表明,毛茛科植物体内的生物碱、原白头翁素等化学成分具有较强的杀虫、抑菌活性
[5],在国内常当作土农药和中草药使用
[6]。白头翁中的活性成分主要有白头翁素和原白头翁素
[5,7-8],具有抑菌、杀虫等多种效果。申晓慧等
[9-10]研究发现白头翁氯仿提取物对玉米小斑病、玉米纹枯病、红景天立枯病及玉米弯孢叶斑病具有抑制作用。赵玉婷
[11]试验发现白头翁甲醇提取物对人参黑斑病的的EC
50为21.58 µg/mL,优于其它提取溶液,且通过破坏细胞膜结构来抑制菌丝生长。吴恭谦等
[12]以拟白头翁素为主要成分配制成的农药对小麦赤霉病和水稻白叶枯病都有明显抑制作用。在杀虫方面,乔淑芬等
[13]研究发现白头翁乙醇浸提液对大豆荚螟具有触杀作用,LC
50为8.63 mg/mL,触杀致死率为96.5%。张明等
[14]使用白头翁乙醇提取液处理分月扇舟蛾、舞毒蛾、落叶松毛虫及花布灯蛾后,其校正死亡率分别为65.6%、83.3%、70.0%及56.7%。赵玉敏等
[15]研究发现白头翁根部乙醇提取液的浓度为37.50 mg/mL时,对菜青虫的变态率高达99.7%。但有关白头翁对粘虫和小菜蛾的杀虫活性鲜有报道。
粘虫(
Mythimna separata (Walker))是我国及东亚地区最具破坏性的迁飞性农业害虫,其幼虫暴食性危害玉米、小麦和水稻等主粮作物,2023年被农业农村部列为《一类农作物病虫害名录》首位防控对象,年均造成直接经济损失超50亿元
[16]。小菜蛾(
Plutella xylostella (Linnaeus))是全球范围内危害十字花科作物上最重要的害虫之一,因其繁殖周期短、抗药性强,每年造成全球经济损失超40亿美元,被FAO列为蔬菜生产中的头号防控难题
[17]。目前对这2种害虫的防治主要以化学防治为主,但长期的化学农药使用,不仅对生态环境造成破坏,还使粘虫和小菜蛾均产生了抗药性
[18-19],而植物源农药可以有效解决化学农药带来的上述问题。
为了挖掘中药白头翁在杀虫方面的应用潜力,本试验以粘虫和小菜蛾作为供试害虫,采用浸渍法、小叶碟添加法以及微量点滴法,测定白头翁乙醇提取物对这2种害虫的杀卵、拒食、胃毒以及触杀活性,明确中药白头翁在杀虫方面的应用价值,为进一步开发该中药资源提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 材料
1.1.1 供试中药
中药白头翁干样,安徽亳州药材市场。
1.1.2 供试昆虫
粘虫:虫源来自于山西农业大学植物保护学院养虫室,用新鲜玉米叶(‘先玉335’)饲喂。选取在温度:(25±1) ℃、RH = 60%~80%、L:D = 12 h:12 h的人工气候箱内,粘虫成虫产卵峰期所产的1日龄卵和3龄粘虫幼虫进行试验
[20]。
小菜蛾:来自于山西农业大学植物保护学院昆虫神经行为与感官生物学实验室,在养虫室用新鲜甘蓝叶(‘北方夏帝’)连续饲养多代的大小一致、健康的小菜蛾。选取在温度:(25±1) ℃、RH=60%~80%、L:D=14 h:10 h人工气候箱内,小菜蛾成虫产卵峰期所产的1日龄卵和3龄小菜蛾幼虫进行试验
[21]。
1.2 试验方法
1.2.1 白头翁乙醇提取物的制备
称取一定质量的中药白头翁干样,按照质量(g)∶体积(mL)=1∶20的比例分三次加入95%乙醇浸泡,用超声波提取3次,每次30 min,合并提取液浓缩得到乙醇提取物,称其重量,计算提取率,提取物放入4 ℃冰箱中保存备用
[22]。
提取率=(提取物质量/干样质量)×100%
1.2.2 杀卵活性的测定
采用浸渍法
[23-24]进行杀卵活性测定。挑选一定数量1日龄虫卵浸没到不同浓度待测药液中5~10 s后取出,放入培养皿进行培养,每日观察记录卵的孵化情况,计算孵化率,试验重复3次。
1.2.3 拒食和胃毒活性的测定
采用小叶碟添加法
[25-26]进行拒食、胃毒活性测定。挑选大小一致健康的3龄幼虫,饥饿4 h后投喂1 cm×1 cm的含有不同浓度待测药液的叶片,每12 h饲喂一次,共投喂4次,每次记录幼虫的取食面积。48 h后,换喂正常叶片,记录72、96及120 h幼虫的死亡情况,计算拒食率、死亡率,试验重复3次。
1.2.4 触杀活性的测定
采用点滴法
[27-28]进行触杀活性测定:用微量点滴器将1.0 μL的不同浓度待测药液滴到3龄幼虫的前胸背板上,然后正常饲喂,每隔12 h观察并记录试虫存活情况,连续观察72 h,计算死亡率,试验重复3次。
1.3 数据处理
利用SPSS 17.0与Excel 2010对数据的进行处理和统计分析,并用Duncan氏新复极差法进行处理间的差异显著性检验,显著性水平α=0.05。
2 结果与分析
2.1 白头翁乙醇提取物的制备
白头翁干样为500 g,乙醇提取物的质量为141 g,其提取率为28.2%。
2.2 白头翁对粘虫和小菜蛾的杀卵作用
从
表1可以看出,白头翁对粘虫和小菜蛾卵均具有显著的毒杀效果,其不同浓度处理下粘虫卵的孵化率之间存在显著差异(
F=854.819;
df=6,14;
P<0.05),不同浓度处理下小菜蛾卵的孵化率之间也存在显著差异(
F=837.279;
df=6,14;
P<0.05)。随着浓度的降低,粘虫和小菜蛾卵的孵化率显著升高,如100和20 mg/mL下,粘虫卵的孵化率分别为17.33%和93.00%;5和0.5 mg/mL下,小菜蛾卵的孵化率分别为17.33%和93.00%。
白头翁对粘虫有一定的杀卵活性,其LC
50值为57.72 mg/mL;对小菜蛾具有较强的杀卵活性,其LC
50值为2.22 mg/mL。说明中药白头翁对小菜蛾的杀卵活性显著好于对粘虫卵的(
表2)。
2.3 白头翁对粘虫和小菜蛾拒食和胃毒作用
2.3.1 白头翁对粘虫和小菜蛾的拒食作用
从
表3可以看出,白头翁可以抑制3龄粘虫幼虫的取食。相同处理时间不同白头翁浓度处理下粘虫幼虫拒食率之间存在显著性差异,如24 h的(
F=1 954.27;
df=5,12;
P<0.05)、48 h的(
F= 8 309.388;
df=5,12;
P<0.05)。相同处理时间下,随着白头翁浓度的降低,粘虫的拒食率显著降低,如24 h时,150和25 mg/mL下拒食率分别为84.15%和11.65%。随着处理时间的延长,白头翁对粘虫幼虫的拒食率逐渐升高,如25 mg/mL时,24和48 h的拒食率分别为11.65%和19.12%。
从
表4可以看出,白头翁可以显著抑制3龄小菜蛾幼虫的取食。相同处理时间不同浓度处理下小菜蛾幼虫拒食率之间存在显著性差异,如24 h的(
F=6 416.765;
df=8,18;
P<0.05)、48 h的(
F=8 895.256;
df=8,18;
P<0.05)。相同处理时间下,随着白头翁浓度的降低,小菜蛾的拒食率显著降低,如24 h时,80和1 mg/mL下的拒食率分别为89.72%和5.05%。随着处理时间的延长,白头翁对小菜蛾幼虫的拒食率逐渐升高,如40 mg/mL时,24和48 h的拒食率分别为50.53%和70.06%。
由
表5可见,白头翁对3龄粘虫幼虫具有一定的拒食作用,其24和48 h的AFC
50值分别为78.70和63.39 mg/mL。随着处理时间的延长,其拒食活性显著增强。白头翁对3龄小菜蛾幼虫具有较好的拒食作用,其24和48 h的AFC
50值分别为32.79和11.16 mg/mL。随着处理时间的延长,其拒食活性显著增强。白头翁对对小菜蛾幼虫的拒食活性显著高于对粘虫幼虫的。
2.3.2 白头翁对粘虫和小菜蛾的胃毒作用
从
表6可以看出,白头翁对3龄粘虫幼虫具有一定的胃毒活性。相同处理时间不同中药白头翁浓度处理下的粘虫幼虫死亡率之间存在显著差异,如72 h的(
F=70.694;
df=8,18;
P<0.05),96 h的(
F=105.107;
df=8,18;
P<0.05)、120 h的(
F=83.929;
df=8,18;
P<0.05)。相同处理时间下,随着白头翁浓度的降低,粘虫的死亡率显著降低,如72 h时,250和25 mg/mL下的死亡率分别为86.67%和3.33%。随着处理时间的延长,粘虫幼虫的死亡率逐渐升高,如75 mg/mL时,72、96及120 h的死亡率分别为33.33%、43.33%及56.67%。
白头翁对3龄粘虫幼虫具有一定的胃毒作用,其72、96及120 h的LC
50值分别为112.28、89.33及63.47 mg/mL。随着处理时间的延长,其胃毒活性显著增强(
表7)。
从
表8可以看出,白头翁对3龄小菜蛾幼虫具有较强的胃毒活性。相同处理时间不同浓度处理下的小菜蛾幼虫死亡率之间存在显著差异,如72 h的 (
F=147.587;
df=14,30;
P<0.05),96 h的(
F=198.143;
df=14,30;
P<0.05)、120 h的(
F=167.408;
df=14,30;
P<0.05)。相同处理时间下,随着白头翁浓度的降低,小菜蛾的死亡率显著降低,如72 h时,2000和500 μg/mL下的死亡率分别为86.67%和6.67%。随着处理时间的延长,小菜蛾幼虫的死亡率显著升高,如在500 μg/mL下,72、96及120 h的死亡率分别为6.67%、40.00%及83.33%。
白头翁对3龄小菜蛾幼虫具有较强的胃毒作用,其72、96及120 h的LC
50值分别为1 235.66 μg/mL、619.16及178.85 μg/mL。随着处理时间的延长,其胃毒活性显著增强(
表9)。
2.4 白头翁对粘虫和小菜蛾的触杀作用
用1~200 mg/mL的白头翁乙醇提取物处理3龄粘虫幼虫时,其24、48及72 h时均未出现死亡,说明白头翁对粘虫幼虫不具有触杀活性。
表10可以看出,白头翁对3龄小菜蛾幼虫具有较强的触杀活性。相同处理时间不同浓度处理下的小菜蛾幼虫死亡率之间存在显著性差异,如24 h的(
F=117.615;
df=13,28;
P<0.05),48 h的(
F=175.863;
df=13,28;
P<0.05)、72 h的(
F=164.577;
df=13,28;
P<0.05)。相同处理时间下,随着白头翁浓度的降低,小菜蛾的死亡率显著降低,如24 h时,80和10 mg/mL下的死亡率分别为73.33%和6.67%。随着处理时间的延长,小菜蛾幼虫的死亡率显著升高,如在20 mg/mL下,24、48及72 h的死亡率分别为13.33%、46.67%及90.00%。
白头翁对3龄小菜蛾幼虫具有较强的触杀作用,其24、48及72 h的LC
50值分别为51.48、20.52及2.06 mg/mL。随着处理时间的延长,其触杀活性显著增强(
表11)。
3 讨论
从传统中药中寻找和筛选对农业害虫具有杀虫活性的植物资源是开发植物源杀虫剂的重要途径。本研究发现,在杀卵作用方面,中药白头翁对小菜蛾的杀卵活性要显著高于对粘虫的,其LC
50分别为2.22和57.72 mg/mL,说明白头翁对小菜蛾具有较强的杀卵活性。但其对小菜蛾的杀卵活性低于宋玉泉等
[29]报道的95%丁醚脲原药对小菜蛾的杀卵活性(LC
50为11.79 μg/mL)。
在拒食作用方面,白头翁均可以抑制粘虫和小菜蛾的取食,其对小菜蛾的拒食活性显著高于对粘虫的,如48 h时,其AFC
50分别为11.16和63.39 mg/mL。白头翁对小菜蛾的48 h拒食活性低于五加皮丙酮提取物(AFC
50为4.32 mg/mL)
[30]和短序醉鱼草丙酮提取物(AFC
50为0.90 mg/mL)的
[31]。随着处理时间的延长,白头翁对粘虫和小菜蛾的拒食活性显著提高,这一趋势与其他研究中对粘虫和小菜蛾的拒食作用随时间变化趋势
[30-32]基本一致。
在胃毒作用方面,白头翁对小菜蛾幼虫的胃毒活性高于粘虫幼虫,当处理120 h时,其对3龄粘虫幼虫和小菜蛾幼虫的LC
50分别为63.47 mg/mL和178.85 μg/mL。白头翁对小菜蛾幼虫的胃毒活性要远高于蛇床子素的
[33]和喜旱莲子草不同溶剂提取物的
[34],这些药剂72 h的胃毒LC50分别为1235.66μg/mL、515.58 mg/mL(蛇床子素)、45.78 mg/mL(喜旱莲子草石油醚提取物)、22.96 mg/mL(喜旱莲子草氯仿提取物)、101.31 mg/mL(喜旱莲子草乙酸乙酯提取物)、98.20 mg/mL(喜旱莲子草正丁醇提取物)、172.45 mg/mL(喜旱莲子草水提取物)。本试验对粘虫的胃毒活性结果与孙文琰
[35]研究结果基本一致,孙文琰发现24和48 h时白头翁对粘虫的胃毒LC
50均在96.68 mg/mL以上,本试验中120 h以内的粘虫胃毒LC
50均在63.47 mg/mL以上,本试验结果与《中国土农药志》
[6]报道的也基本一致(配制毒饵毒杀粘虫的杀虫率为40%),说明白头翁对粘虫具有一定的胃毒活性。
在触杀作用方面,白头翁对粘虫幼虫没有触杀活性,对3龄小菜蛾具有较强的触杀活性。白头翁处理48 h对小菜蛾的触杀活性低于五加皮丙酮提取物
[30],其LC
50分别为20.52和15.32 mg/mL。但白头翁乙醇提取物处理72 h对小菜蛾的触杀活性高于其对大豆荚螟的
[13],其LC
50分别为2.06和8.63 mg/mL。白头翁对小菜蛾的触杀和胃毒作用的产生可能是由于白头翁提取物通过小菜蛾的口器和体表,改变了其表皮成分,影响其正常生长
[36]。
本试验发现中药白头翁对小菜蛾具有较强的杀虫活性,其作用方式多样,如杀卵、拒食、胃毒及触杀活性,其对小菜蛾幼虫的胃毒作用最为显著。文献报道白头翁的有效成分主要是白头翁素和原白头翁素
[5,7-8]。白头翁对小菜蛾的多种杀虫作用方式是否都是由这2种有效成分决定的,有待进一步确认。本试验杀虫作用方式的结果与周琳
[37]报道的一致,即与传统植物源农药低浓度为毒杀、高浓度为拒食作用不一样,其原因有待进一步证实。本试验结果与其它有关白头翁杀虫的文献报道的结果都证明白头翁乙醇提取物中含有多种杀虫活性物质,对多种害虫具有较好的杀虫活性
[13-15]。同时吴恭谦等
[38]也证明以乙醇作为提取溶剂时,白头翁的有效活性成分之一原白头翁素可以稳定存在其中,可以保证白头翁具有杀虫活性。
鉴于原白头翁素稳定性较差和白头翁对小菜蛾作用方式多样这2个原因,今后可以应用白头翁的提取物与其它农药进行复配在小菜蛾全生命周期里对其进行防治。
4 结论
综上,中药白头翁可以作为防治小菜蛾的植物源农药进行进一步研究开发。本试验结果扩展了中药白头翁的杀虫谱,为进一步将中药白头翁开发成植物源杀虫剂奠定了一定的理论基础。
山西省重点研发项目子课题(201903D211001-1-7)
山西省自然基金项目(20210302123387)