1.
农业应用新技术北京市重点实验室 北京102206;
2.
山西农业大学农学院 太谷030801
收稿日期:2006-02-28
基金项目:北京市自然科学基金重点项目(6071001),北京市科委区县专项资金项目(2006)和北京市都市农业学科群项目(XK100190553);北京市属市管高校人才强教计划(PXM2007_014207_044536);北京市属市管高校引进人才计划(PXM2007_014207_044538);山西省青年科学基金资助项目(20051036,2006021033)
通讯作者:师光禄
1. Key Lab. of New Technology of Agricultural Application of Beijing Beijing 102206;
2. College of Agriculture, Shanxi Agricultural University Taigu 030801
植食性螨类个体小、繁殖快、种群密度大、危害重,是公认的难以防治的有害生物群落。多年来,由于大量重复使用非专一性化学杀螨剂,许多螨类已迅速产生抗药性(唐除痴等,1998),且杀螨剂的化学结构在一个时期内有一定的倾向性,这种近似的结构加速了螨类对某一类杀螨剂产生交互抗性(王旭等,1997)。另一方面,化学农药在杀灭害螨的同时,也杀伤了天敌及其他有益生物,破坏了生态平衡,引起害螨的再猖獗,造成了化学农药应用的恶性循环(普定一,1994)。近年来,化学农药的一些缺点正在不断为人们所认识,寻找新型、高效、安全的杀螨剂已成为植保工作者的一个重要课题。植物源农药具有广谱、低毒、安全等优点(张斌,2002;柴承佑等,2002;刘俊华,2002),许多植物中含有杀螨活性物质,植物源杀螨剂的研究开发具有重要的意义。
地肤(Kochia scoparia),俗名扫帚菜、扫帚苗,属藜科地肤属1年生草本植物,是我国的传统野菜(曹瑞玲等,2003),也是一种传统的中药材,自古就有益智明目的记载(朱学文,1996)。目前,对地肤的研究以医药为主。例如,地肤苗入药,有清热解毒“利尿通淋”的功效;地肤子为植物地肤的干燥成熟果实,始载于《神农本草经》,具有“治膀胱热,利小便,益精气”等功效,久服能“耳聪目明,轻身,耐老”(国家药典委员会,2000;夏玉风等,2002),可治赤白痢、泄泻、热淋、目赤、雀盲、皮肤内热赤肿(曹瑞玲等,2003)。在植物源农药的研究与开发方面,侯辉等(2004)研究了地肤全株提取物对害螨的生物活性。但到目前为止,未见有不同部位提取物对农业害螨的生物活性等方面的系统研究报道。为了全面了解地肤对农业有害生物的作用特点,本文系统测定了地肤不同部位提取物对山楂叶螨卵和雌成螨的生物活性,并进一步进行了系统的分离提纯,为开发出一种经济、安全、有效的新型杀螨剂提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 材料
按植物不同部位(根、茎、叶和籽)采集地肤,洗净后室内阴干(约25 ℃),放入恒温箱内(40~45 ℃)烘干、磨碎,过60目筛,放入冰箱中备用。山楂叶螨(Tetranychus viennensis)为室内饲养的敏感品系,养虫的温度(25±1) ℃,相对湿度(50±10)%,光照(L:D)为18 h:6 h。
1.2 提取方法
准确称取一定量的植物干粉,装入广口瓶内,加入干粉5倍量的有机溶剂(氯仿),室温下(30±2) ℃分别浸提3次,每次3~5 d,减压浓缩,合并3次的提取物,称质量。
1.3 活性成分的分离
1.3.1 萃取分离
采用液-液分配法。地肤子氯仿提取物生物活性最强,因此对其进一步分离纯化。称取地肤子氯仿提取物5 g,用10倍量的氯仿溶解,装入分液漏斗中,依次用石油醚、氯仿、甲醇、水4种溶剂各萃取3次,分别合并萃取液,减压浓缩至稠膏状,称质量。
1.3.2 柱层析分离
选用规格合适的层析柱,洗净、烘干,将其垂直固定在铁架台上备用。称取需分离萃取物40倍的硅胶(100~200目),与适量的洗脱液混匀,迅速注入层析柱中,并用橡胶锤轻敲柱壁,排除溶液中混有的气泡,同时,打开层析柱底端的旋塞,使溶液缓慢下移,带动硅胶颗粒向下移动,紧密沉集在柱底。取萃取物8 g用少量初始洗脱液使之充分溶解,待柱内溶液表面距硅胶表面1 cm左右时,用吸管将待分离物质沿柱内壁均匀地加入,等需分离物质移动到硅胶表面以下时,覆盖一层石英砂,然后用氯仿、甲醇溶剂系统进行洗脱淋柱。洗脱液的流速为3~4滴·s-1,每流分收集50 mL,共得流分236个,经薄层层析(TLC)后,置于荧光检测灯(254、356 nm)下检测,做好标记。将成分相同者合并,最终得到流分11个。将11个流分减压浓缩后,进行生物活性测定,确定活性成分所在部位。
1.4 生物活性的测定
1.4.1 触杀作用
玻片浸渍法(FAO,1980):用双面胶带纸将健康活泼、大小一致的雌成螨背部向下粘于载玻片的一端,并在解剖镜下剔除死亡或受伤个体,保证每玻片叶螨数为30头,在药液中浸5 s后取出,用滤纸轻轻吸掉浮药,于24 h后观察其死亡情况,接触动者为活,不动者为死,计算校正死亡率。
1.4.2 杀卵作用
叶片残毒法(朱丽梅等,2002):采集新鲜的苹果(Malus pumila)叶片,叶柄截去0.5 cm,并在叶柄上包上湿棉球,放在水培养台上,每片叶片接雌成螨20头,置于(25±1) ℃下任其产卵24 h,去除雌成螨,检查记录卵粒数后,置于25 ℃恒温培养箱中,当卵龄达到36~48 h时,将带卵的叶片浸入各药液5 s,然后放在吸水纸上阴干,放回水培养台上,待对照组卵孵化并发育至若螨阶段,约120 h后检查统计各处理死亡率。
1.5 分析方法
将所得数据用Finney机率分析法求出毒力回归式,并对该方程式进行卡方适合性检验。当回归式符合实际情况后,求出LC50以及LC50的95%置信限。所有数据采用EXCEL和SPSS(1999)软件处理。
2 结果与分析
2.1 提取率与最佳活性部位
结果表明:各部位之间的提取率存在明显的差异(P < 0.05),即地肤子(7.32±0.029)%>叶(1.95±0.018)%>茎(0.76±0.003)%>根(0.58±0.01)%。将地肤各部位提取物配制成浓度为2 mg·mL-1的溶液进行生物活性测定,对照为1%吐温80溶液,结果见表 1。地肤子提取物对山楂叶螨的卵和雌成螨的生物活性明显(P < 0.05)高于与其他各部位,即24 h后的校正死亡率分别达到63.37%和70.02%。
表 1 地肤各部位提取物对山楂叶螨卵及成螨的生物活性①
Tab.1
Extraction of each part of K. scoparia against eggs and adults of T. viennensis
表 1 地肤各部位提取物对山楂叶螨卵及成螨的生物活性①
Tab.1
Extraction of each part of K. scoparia against eggs and adults of T. viennensis
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将地肤子提取物稀释成5个浓度(4、2、1、0.5、0.25 mg·mL-1)对山楂叶螨进行生物活性测定,求出毒力回归方程及致死中量(LC50),见表 2。它们的LC50分别为1.058和0.694 mg·mL-1,具有很好的生物活性。可见,地肤子含有较高的对山楂叶螨的卵和雌成螨的活性成分。所以,选用地肤子提取物作进一步萃取。
表 2 地肤子提取物对山楂叶螨卵及成螨的生物活性
Tab.2
Activity against adults and eggs of T. viennensis with extracts of K. scoparia seeds
表 2 地肤子提取物对山楂叶螨卵及成螨的生物活性
Tab.2
Activity against adults and eggs of T. viennensis with extracts of K. scoparia seeds
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2.2 最佳萃取物及其生物活性
采用液-液分配法对地肤子提取物进一步萃取,对萃取物生物活性测定,对照为1%吐温80溶液。4种不同溶剂之间萃取率存在明显差异(P < 0.05),即石油醚(71.60±0.002) > 氯仿(16.66±0.002) > 水(6.84±0.002) > 甲醇(4.29±0.002)。但从山楂叶螨的卵及成螨的生物活性来看,氯仿对山楂叶螨的卵和成螨24 h后的校正死亡率分别达到46.17%和92.08%,明显(P < 0.05)高于其他萃取物的校正死亡率,可见,在4种溶剂中,氯仿是提取和萃取地肤子中对山楂叶螨的卵和成螨有效活性成分的最佳溶剂(表 3)。
表 3 地肤子萃取物对山楂叶螨卵及成螨的生物活性的比较
Tab.3
Activity of purified extract of K. scoparia seeds against eggs and adults of T. viennensis
表 3 地肤子萃取物对山楂叶螨卵及成螨的生物活性的比较
Tab.3
Activity of purified extract of K. scoparia seeds against eggs and adults of T. viennensis
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将地肤子氯仿萃取物用对半稀释法配成5个不同梯度浓度(4、2、1、0.5、0.25 mg·mL-1)进行生物活性测定,分别求出毒力回归方程及致死中量(LC50)。氯仿萃取物对成螨有较高活性,其LC50为0.760 mg·mL-1,也有较好的杀卵效果,LC50为1.081 mg·mL-1(表 4)。地肤子氯仿萃取物具有很好的杀螨活性。
表 4 氯仿萃取物对山楂叶螨卵及成螨的生物活性
Tab.4
Mortality of T. viennensis contacted with extracts of chloroform
表 4 氯仿萃取物对山楂叶螨卵及成螨的生物活性
Tab.4
Mortality of T. viennensis contacted with extracts of chloroform
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2.3 最佳流分
为进一步了解地肤子中的活性成分,采用常压柱层析对其氯仿萃取物进行分离,共得到流分236个,经TLC检测后,相同成分合并得到11个流分。将这11个流分分别配成浓度为1 mg·mL-1的溶液,进行生物活性测定,结果见表 5。卵的死亡率在50%以上的只有流分2,达到68.01%;成螨死亡率达到50%以上的有流分2和流分8、9、10、11,分别为87.10%,67.50%,58.47%,60.63%,60.18%,其中以流分2的效果最好;提取率来最高的也为流分2。总之,无论从提取率还是生物活性,均以流分2的效果最佳。
表 5 氯仿萃取物各流份对山楂叶螨卵及成螨的生物活性①
Tab.5
Mortality of T. viennensis contacted with fractions
表 5 氯仿萃取物各流份对山楂叶螨卵及成螨的生物活性①
Tab.5
Mortality of T. viennensis contacted with fractions
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3 结论与讨论
植物源杀虫剂的研究,国内外学者已经做了大量的工作(贝纳新等,2002;杜小风,2000),但是到目前为止,植物源杀螨剂报道甚少。地肤在我国分布很广,可野生或人工栽培。地肤子中主要成分为三萜皂苷及甾类化合物等(中国药科大学,1993),其中三萜皂甙类具有抗炎、抗过敏和抗搔痒等作用(Kubo et al., 1997; Matauda et al., 1997)。在杀螨剂的研究方面,侯辉等(2004)发现地肤全株氯仿提取物对二斑叶螨(T. urticae)和朱砂叶螨(T. cinnabarinus)有很好的生物活性,并对氯仿提取物进行了萃取,其中以氯仿相的杀螨活性最高。
本研究也表现出地肤子的提取物对山楂叶螨的生物活性最高。通过症状观察发现,用流分2处理成螨后,螨先是静止不动,经过短暂地兴奋后,虫体大量进入麻痹期,经过长达8 h的麻痹期后,进入死亡期,而且产卵量急剧下降,蜕皮大量减少,并有黑色排泄物,这表明流分2对山楂叶螨可能具有胃毒、抑制生长发育、抑制繁殖等作用。到目前为止,报导地肤子中的药用化学成分主要为三萜皂甙类(文晔等,1993),而其杀螨活性成分是否与药理活性成分相同,还需作进一步的研究。