牛心朴(Cynancum komalovii Al. Iljinski)为萝摩科鹅绒藤属植物, 多生于荒漠化的土地上, 耐干旱、风沙, 被称为土地荒漠化的指示植物。该植物的化学成分已有研究报道(方圣鼎, 1989; 张瑞, 1991; 姚宇澄, 1996, 1997), 其提取物中含有具细胞毒素的生物碱(方圣鼎, 1989; 张瑞, 1991)。我们的研究表明其提取物对鳞翅目昆虫具很强的拒食作用(巨云为, 2000)。研究开发牛心朴等荒漠有毒灌草不仅具经济意义, 而且对防治西部地区荒漠化的防治和生态建设具重要意义(赵博光 1998, 2000)。

据报道川楝(Melia toosendan)和苦楝(Melia azedarach)的种核油对褐稻虱有拒食作用(赵善欢, 1983)。楝科植物油及种核粉油提物对稻瘿蚊(Orseolia oryzae)产卵有忌避作用(赵善欢, 1986)。苦楝果实中8种化学成分除了香草醛外对菜青虫均表现出一定的拒食作用, 其中, 苦楝酮等三萜类物质的作用较强(汪文陆等, 1994)。川楝对菜青虫体内多种酶具有生物活性(张兴等, 1992)。

天牛是一类重要的林业害虫。由于天牛一生中大部分时间生活在树木体内, 用普通防治方法难于控制。天牛的危害不仅使我国三北防护林带造成了很大的损失, 而且还威胁着农田防护林、经济林和用材林。桑天牛(Apriona germari Hope)是我国重要速生用材树种——杨树和蚕业树种——桑树的重要害虫, 严重危害着长江中下游的森林和蚕桑业。为寻找防治天牛的与环境相协调的新农药、新方法, 作者对苦楝果提取物和牛心朴生物碱对桑天牛产卵和卵孵化的影响做了研究。本文报道此项研究的结果。

1 材料和方法 1.1 试验材料 1.1.1 实验昆虫及饲养

刚羽化的桑天牛(Apriona germari Hope)于6月份采集于南京郊区, 根据鞘翅上及腹部绒毛没有受磨损的标准鉴别和采集尚未交尾的雌, 雄成虫。人工采集的构树(Broussonetia papyrifera Linn.)直径为0.5~1.0 cm左右的枝条, 去掉叶子, 剪成15~18 cm长, 作为饲养昆虫的饲料。

1.1.2 苦楝果提取物的制备

将苦楝果(300 g)粉碎后用75%的乙醇浸提24 h, 收集浸提液(共浸3次, 合并提取物液), 然后减压蒸馏至无乙醇味, 将得到的褐色浓缩物在50~60 ℃下干燥4 h, 得褐色粗提物(43.22 g), 其得率为: 14.40%。

1.1.3 牛心朴总生物碱的提取

将干燥的牛心朴地上部分(500 g)用75%乙醇浸液24 h, 3次, 将3次滤液合并, 并将滤液减压浓缩至无乙醇味, 加水至200~300 mL, 用10% NaOH调pH=10以上。用等体积氯仿萃取该水溶液5次, 合并萃取液, 用1% HCl水溶液300mL分3次每次100mL提取氯仿萃取液, 合并提取液用5% NaOH调pH=10, 然后用等体积氯仿(分析纯)提取5次, 合并氯仿液, 减压浓缩回收氯仿, 得牛心朴总碱(总碱为14.43 g, 得率为2.89%)。

1.2 孵化试验

收集产卵试验中天牛产下的卵, 卵收集到用湿滤纸保持湿度的培养皿中, 并放在黑暗条件下, 准备做卵孵化试验。将每对天牛每天产的卵放入一个培养皿, 分别标计虫号, 日期。每天观察卵孵化的情况, 并记录。

2 结果 2.1 苦楝果提取物1000μg·mL^-1对桑天牛产卵的影响

用苦楝果提取物配制成1000μg·mL^-1的乙醇溶剂喷在构树枝条上, 对照组只喷溶剂, 记录和分析产卵量, 结果如图 1。

图 1显示, 在15 d试验中, 用苦楝果提取物1000μg·mL^-1处理枝条处理组的7对天牛其日产卵量除第3、6两天与对照相同外, 其余所有日期的日产卵量均低于对照组数值, 有逐步降低的趋势。

2.2 牛心朴总生物碱300μg·mL^-1对桑天牛产卵的影响

用牛心朴总生物碱配制成300μg·mL^-1的乙醇溶剂喷在构树枝条上, 对照组只喷溶剂, 记录和分析产卵量, 结果如图 2。图 2表明, 在15 d试验中, 用牛心朴总生物碱300μg·mL^-1处理枝条处理组的7对天牛其日产卵均低于对照组数值, 有逐步降低的趋势, 而且第12 d及以后处理组不再产卵, 此阶段对照组产卵量却有上升所趋势。

2.3 牛心朴总碱和苦楝果提取物对天牛日总产卵量平均值的影响

将两处理组各7对天牛日总产卵量平均值与对照组7对天牛日总产卵量平均值绘图, 结果如图 3。

图 3表明, 用300μg·mL^-1牛心朴总碱处理天牛饲料的处理组的7对天牛15 d的日总产卵量平均值为3.53±4.18个, 用1000μg·mL^-1苦楝果提取物处理天牛饲料的处理组的7对天牛15 d的日总产卵量平均值为6.73±3.82个, 而对照组的为13.73±2.90个。300μg·mL^-1牛心朴总碱处理天牛饲料的处理组的日总产卵量平均值约为对照组的日总产卵量平均值的1/4;而1000μg·mL^-1苦楝果提取物处理组的日总产卵量平均值约为对照组的日总产卵量平均值的1/2。经t检验两种处理与对照结果间差异均为极显著(P值分别为5.365 ×10^-6和2.190 ×10^-8)。

2.4 牛心朴总碱和苦楝果提取物对桑天牛卵孵化率的影响

用300μg·mL^-1牛心朴总碱和1000μg·mL^-1苦楝果提取物处理构树枝条, 结果发现桑天牛取食处理枝条后所产的卵明显受到抑制, 卵孵化期延长, 孵化率降低。1000μg·mL^-1苦楝果提取物处理组的卵从第12 d开始有卵孵化, 至第15 d达到其最终孵化率87.12%。300μg·mL^-1牛心朴总碱处理组的卵从第14 d开始有卵孵化, 至第17 d达到其最终孵化率77.36%。而对照组的卵从第9 d就开始有卵孵化, 至第11 d达到其最终孵化率99.50%。见图 4。

上述结果表明: 300μg·mL^-1的牛心朴总生物碱和1000μg·mL的苦楝果提取物对桑天牛卵孵化均有显著影响。其影响表现在两方面: (1)处理组的卵孵化率降低。300μg·mL^-1牛心朴总生物碱处理组的卵最终孵化率为77.36%、而1000μg·mL^-1苦楝果提取物处理组的卵最终孵化率为87.12%;而对照组的为99.5%。(2)处理组的卵孵化期延长。在上述两处理组中, 牛心朴处理组的卵最终孵化期为17 d、苦楝果处理组的最终孵化期为15 d、而对照组的最终孵化期为11 d。两处理组的卵孵化率分别比对照组的延长6 d和4 d。

3 讨论

由于化学杀虫剂存在着环境污染及引起害虫抗性等方面的严重问题, 生态上合理而有效的控制害虫的新方法的研究受到越来越多的重视。生物农药、生物防治和利用基因工程培育新的作物和树木品种等方法是目前广泛研究、应用的领域。从天然化合物筛选出安全高效的杀虫物质, 或直接开发为新的生物农药或以其为模型合成新的更安全、高效的农药都是21世纪农药发展方向。另外, 通过利用植物源信号化合物控制昆虫行为来控制害虫种群新方法的研究由于其解决了化学农药的环境污染及害虫易产生抗性两大主要问题, 因而越来越受到国内外科学界及产业界的重视, 是新型生物农药研究的一个重要分枝。行为控制法本质上是利用昆虫与环境信息联系, 通过调控昆虫行为, 达到控制昆虫种群的目的。化学信号物质具有数量少、能量小而生物活性高的特点, 同时对不同昆虫种类的作用具有特异性, 因此利用化学信号物质的行为控制法具有应用范围广泛、高效和对生态系统中其它组分更为安全的特点。是治理害虫的新途径(张建平, 2000)。

许多天牛种类的成虫在补充营养时都有对寄主植物的选择性, 有的天牛成虫甚至具寡食性。例如桑天牛成虫就必须取食桑科植物, 否则成虫的生殖系统就不能正常发育(汪永俊等, 1986; 汪永俊, 1991; 秦旦仁等, 1994)。利用天牛成虫的这一取食特性, 设立引诱树或引诱植物, 通过诱杀天牛成虫可以有效地控制天牛子代虫口密度(赵博光等, 2001; 高瑞桐等, 1998)。

本文用实验证明牛心朴总生物碱或苦楝果提取物在亚致死量的条件下能有效地抑制桑天牛的产卵行为和卵孵化, 所以就能有效地降低桑天牛子代虫口密度, 达到控制害虫的目的。我们还将进行上述生物碱和提取物对桑天牛子代幼虫死亡率的影响的实验, 如果子代幼虫死亡率较对照增加, 那么该两种提取物对桑天牛的子代虫口的控制作用将更强。进一步研究天牛成虫对寄主植物的趋向行为和寄主植物的引诱天牛的活性物质将为开发利用植物源化合物通过调控昆虫行为控制害虫的新方法奠定基础。

本文采用的牛心朴总生物碱剂量300μg·mL^-1虽然约仅为苦楝果提取物1000μg·mL^-1的1/3, 但是牛心朴总生物碱对桑天牛无论是产卵还是卵孵化的抑制作用均较强。因此牛心朴总生物碱是有前途的防治桑天牛的天然化合物。有必要进一步研究开发和利用。

虽然苦楝果提取物药效较牛心朴总生物碱剂量弱, 但是其得率却约为牛心朴总生物碱的5倍(见1.12和1.13节)。而且我国丰富的苦楝果资源迄今大部分尚未被开发利用, 采集利用也不会破坏植被资源, 使这一植物资源得到可持续利用。进一步研究其抑制天牛产卵和卵孵化的有效成分, 改进提取方法和工艺将会提高其药效。因此, 苦楝果资源也应加以研究开发利用。