文章信息
- 郭明程, 李保同, 汤丽梅, 李晓花, 梁同军
- GUO Mingcheng, LI Baotong, TANG Limei, LI Xiaohua, LIANG Tongjun
- 爵床的甲醇提取物对小菜蛾的生物活性作用
- Bioactivity of methanol extracts from Justicia procumbens against Plutella xylostella
- 生态学报, 2015, 35(11): 3854-3861
- Acta Ecologica Sinica, 2015, 35(11): 3854-3861
- http://dx.doi.org/10.5846/stxb201307261957
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文章历史
- 收稿日期:2013-07-26
- 网络出版日期:2014-06-12
2. 江西庐山植物园, 庐山 332900
2. Jiangxi Lushan Arboretum, Lushan 332900, China
爵床Justicia procumbens为爵床科爵床属植物,别名小青草、六角英、赤眼老母草、节节寒等,在我国江西、广东、福建、台湾等南方各省均有分布,资源十分丰富[1, 2]。在医学上具有清热解毒、利尿消肿的功效,用于治疗感冒发热、咽痛、咳嗽、疟疾、肾盂肾炎等症,外用治疗痈疮疖肿、跌打损伤[3],是一种传统的中药材。张爱莲等[2, 3]报道爵床乙醇提取物主要成分为黄酮、木脂素和三萜类化合物,具有抗肿瘤、抗病毒及抗血小板凝集的生物活性[4, 5, 6]。因此,爵床提取物作为一种潜在的生物源杀虫杀菌剂,具有重要的研究价值。Grainge等[7]研究发现爵床可用于防治南方根结线虫和爪哇根结线虫,曾志红等[8]报道爵床提取物对金黄色葡萄球菌、大肠埃希氏菌和沙门氏菌有良好的抑制效果。关于爵床的杀虫活性虽有一些报道,如平新亮等[9, 10, 11]报道爵床提取物对白纹伊蚊、菜青虫和家蝇具有较强的杀虫活性,但不够深入和系统。为深入了解爵床提取物的杀虫活性,本研究以小菜蛾Plutella xylostella 为试虫,在室内系统地测定了爵床甲醇提取物对昆虫取食、存活、生长发育和产卵忌避的影响,以期为爵床的进一步开发利用提供依据。
1 材料与方法 1.1 试验材料 1.1.1 供试虫源试验所用小菜蛾为敏感品系,由江西农业大学昆虫化学生态实验室提供。该敏感品系在温度(25±1) ℃,相对湿度60%—70%,光照16 ∶ 8(L ∶ D)的人工气候箱内,连续饲养多年未接触任何药剂。
1.1.2 爵床提取物的制备爵床(J. procumbens)2011年10月采自江西庐山植物园,全株经清洗、晾干、40 ℃干燥后,小型粉碎机粉碎,过80目筛。称取50.0 g爵床粉碎物,用400 mL甲醇超声波提取30 min后,过滤,将滤渣再用200 mL甲醇提取2次,合并滤液,45 ℃浓缩至干,得到提取率为4.0%的膏状提取物。加入少量甲醇将膏状提取物溶解后,用0.1%吐温-80水溶液配制成32、16、8、4、2、1 mg/mL浓度的药液。
1.2 生物活性测定 1.2.1 触杀作用采用浸虫法[12]。选取小菜蛾3龄幼虫放入圆桶状滤网中,置于药液内浸渍5 s 后取出,用滤纸吸取试虫体表多余药液,转入装有新鲜甘蓝叶片并垫有保湿滤纸的培养皿(φ=9 cm)中,置于上述培养箱内饲养,每处理20头,以含少许甲醇的0.1%吐温-80水溶液作对照,重复3次。药后1、2、3 d分别调查试虫死亡情况,计算死亡率和校正死亡率。
死亡率(%)=死亡虫数/供试总虫数×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
1.2.2 拒食作用采用载毒叶片法[13]。将新鲜甘蓝叶片用圆形打孔器(φ=1.4 cm)打成叶碟,分别放入处理药液和对照溶液内浸渍3 s后,晾干,放入垫有湿润滤纸的培养皿中。选择性试验每皿等距离放入4个叶碟,即对照、处理叶碟各2个,十字交叉型排列;非选择性试验每皿放入4个处理叶碟或对照叶碟。每皿内接入已饥饿3 h的3龄幼虫1头,每处理重复20次,即总虫数20头(n=20)。试验中根据幼虫取食情况及时添加经相同处理的叶碟。药后1、2 d分别测量被取食的叶面积,按下式计算拒食率。
拒食率(%)=(对照取食叶面积-处理取食叶面积)/对照取食叶面积×100
1.2.3 胃毒作用采用叶碟添加法[14]。将甘蓝叶片在供试药液内浸渍5 s后,晾干,放入垫有湿润滤纸的培养皿中,每皿接入小菜蛾3龄幼虫20头,以含少许甲醇的0.1%吐温-80水溶液处理作对照,重复3次。连续饲喂7 d,每日观察试虫中毒死亡情况,计算死亡率和校正死亡率。
1.2.4 生长发育抑制作用采用饲喂称重法[15]。叶片处理同拒食作用,每皿2片叶碟,接入1头已饥饿3 h的3龄小菜蛾幼虫,每处理20头试虫,以含少许甲醇的0.1%吐温-80水溶液处理作对照,重复3次。药前和药后1、2 d分别称量试虫体重,按下式计算生长抑制率:
生长抑制率(%)=(对照组体重增加量-处理组体重增加量)/对照组体重增加量×100
1.2.5 产卵忌避作用参照周琼[16]的方法,将新鲜甘蓝叶片用圆形打孔器(φ=1.0 cm)打成叶碟,分别放入处理药液和对照溶液内浸渍3 s后,晾干。选择性产卵忌避试验将2个药液处理叶碟和2个对照叶碟交叉排列放入垫有湿润滤纸的500 mL广口瓶中,药液处理叶碟和对照叶碟均为1个正面朝上,1个背面朝上;非选择性产卵忌避试验广口瓶内放置4个处理叶碟或对照叶碟,处理叶碟和对照叶碟均为2个正面朝上,2个背面朝上。然后接入2对羽化1 d并于实验当天配对的小菜蛾成虫,用纱布封住瓶口,纱布上放置蘸有10%蜜糖水的脱脂棉球。以含少许甲醇的0.1%吐温-80水溶液作对照,重复3次。药后1、2、3 d检查各叶片上的产卵量,按下式计算忌避率:
忌避率(%)=(对照卵量-处理卵量)/对照卵量×100
1.3 统计方法试验结果采用Microsoft Excel软件进行数据整理,经DPS统计软件邓肯氏新复极差法进行多元统计分析,采用提取物浓度的对数-校正死亡率(或拒食率、生长抑制率、忌避率)几率值法计算求得致死中浓度(LC50)或拒食中浓度(AFC50)、抑制中浓度(IC50)、忌避中浓度(AOC50)及毒力回归方程。
2 结果与分析 2.1 对小菜蛾的触杀作用爵床提取物对小菜蛾具有较强的触杀作用,其活性与提取物的浓度呈正相关,药后1、2、3 d致死中浓度 (LC50)分别为5.17、4.05、3.06 mg/mL(表 1)。
浓度/(mg/mL) Concentration |
供试虫数/头 Insect number |
1 d | 2 d | 3 d | |||
死虫数/头 Dead insect number |
校正死亡率/% Correct mortality rate |
死虫数/头 Dead insect number |
校正死亡率/% Correct mortality rate |
死虫数/头 Dead insect number |
校正死亡率/% Correct mortality rate |
||
表中同列数据后不同小写字母表示在5%水平差异显著 | |||||||
32 | 20 | 16.67 | 83.33 a | 16.67 | 83.33 a | 18.00 | 90.00 a |
16 | 20 | 14.67 | 73.33 b | 15.33 | 76.67 b | 16.00 | 80.00 b |
8 | 20 | 12.67 | 63.33 c | 14.00 | 70.00 c | 14.67 | 73.33 c |
4 | 20 | 9.33 | 46.67 d | 10.67 | 53.33 d | 12.00 | 60.00 d |
2 | 20 | 5.33 | 26.67 e | 6.00 | 30.00 e | 7.33 | 36.67 e |
CK | 20 | 0 | 0 | 0 | |||
回归方程 Regression equation |
Y=4.0789+1.2911x, R2=0.9921 |
Y =4.2674+1.2051x, R2=0.9731 |
Y =4.3820+1.2732x, R2=0.9879 |
||||
致死中浓度 Median lethal concentration LC50/(mg/mL) |
5.17(4.43—6.03) | 4.05(2.95—5.58) | 3.06(2.40—3.90) |
爵床提取物对小菜蛾具有显著的拒食作用,其拒食率与提取物的浓度呈正相关。选择性拒食作用大于非选择性拒食作用,药后1 d的拒食活性明显高于药后2 d。在选择性条件下,药后1、2 d拒食中浓度(AFC50)分别为2.64、3.13 mg/mL(表 2)。在非选择性条件下,药后1、2 d的拒食中浓度(AFC50)分别为3.70、4.54 mg/mL(表 3)。
浓度/(mg/mL) Concentration |
1 d取食面积 1 d feeding area/mm2 |
1 d拒食率/% 1 d antifeedant rate |
2 d取食面积 2 d feeding area/mm2 | 2 d拒食率/% 2 d antifeedant rate |
||
处理Treatment | 对照 Contrast | 处理Treatment | 对照 Contrast | |||
32 | 1.30 | 38.30 | 96.55 a | 3.50 | 50.03 | 92.99 a |
16 | 4.30 | 37.17 | 88.45 b | 7.20 | 49.40 | 85.39 b |
8 | 9.10 | 36.69 | 74.92 c | 14.33 | 48.93 | 70.72 c |
4 | 14.74 | 35.72 | 58.68 d | 22.42 | 48.46 | 53.63 d |
2 | 18.94 | 35.57 | 46.65 e | 28.04 | 47.75 | 41.26 e |
回归方程 Regression equation |
Y=4.3297+1.5890x,R2=0.9922 | Y=4.2826+1.4464x,R2=0.9972 | ||||
拒食中浓度/(mg/mL) Median antifeedant concentration AFC50 |
2.64(2.14—3.26) | 3.13(2.79—3.51) |
浓度/(mg/mL) Concentration |
1 d取食面积/mm2 1 d feeding area | 1 d拒食率/% 1 d antifeedant rate |
2 d取食面积/mm2 2 d feeding area | 2 d拒食率/% 2 d antifeedant rate |
32 | 3.20 | 92.28 a | 6.20 | 88.83 a |
16 | 7.00 | 83.12 b | 11.30 | 79.65 b |
8 | 13.94 | 66.37 c | 20.94 | 62.28 c |
4 | 20.90 | 49.59 d | 30.82 | 44.49 d |
2 | 25.93 | 37.46 e | 37.57 | 32.32 e |
CK | 41.46 | 55.52 | ||
回归方程 Regression equation | Y=4.1581+1.4806x,R2=0.9959 | Y=4.0563+1.4352x,R2=0.9974 | ||
拒食中浓度/(mg/mL) Median antifeedant concentrationAFC50 |
3.70(3.26—4.21) | 4.54(4.14—4.99) |
爵床提取物对小菜蛾具有较强的胃毒作用,死亡率随提取物浓度的增加而升高。各处理药后1 d均未出现试虫死亡,32 mg/mL处理药后2 d 死亡率仅为16.67%,药后3 d死亡率为46.67%,药后4、5、6、7 d致死中浓度 (LC50)分别为8.13、3.65、2.88、2.23 mg/mL(表 4)。
浓度/(mg/mL) Concentration |
校正死亡率/% Correct mortality rate | |||||
2 d | 3 d | 4 d | 5 d | 6 d | 7 d | |
32 | 16.67 a | 46.67 a | 72.41 a | 89.66 a | 100.00 a | 100.00 a |
16 | 6.67 b | 33.33 b | 58.62 b | 72.41 b | 89.29 ab | 96.43 a |
8 | 0 b | 23.33 bc | 48.28b c | 62.07 bc | 78.57 bc | 89.29 a |
4 | 0 b | 16.67 cd | 37.93 cd | 51.72 cd | 67.86 cd | 78.57 b |
2 | 0 b | 10.00 de | 31.03 d | 41.38 d | 57.14 d | 67.86 c |
CK | 0 b | 0 e | 3.33 e | 3.33 e | 6.67 e | 6.67 d |
回归方程 Regression equation |
Y=4.1819+0.8987x R2=0.9927 |
Y=4.3443+1.1668x R2=0.9744 |
Y=3.4100+3.4609x R2=0.8334 |
Y=3.8350+3.3497x R2=0.8732 |
||
致死中浓度 Median lethal concentration LC50/(mg/mL) |
8.13(7.11—9.31) | 3.65(2.63—5.06) | 2.88(1.00—8.33) | 2.23(0.81—6.16) |
爵床提取物对小菜蛾生长发育具有显著的抑制作用,其抑制率与提取物的浓度呈正相关。幼虫的体重随提取物浓度的增加而减小,药液处理组与对照组间幼虫体重的差异显著。药后1、2 d的抑制中浓度(IC50)分别为2.02、1.40 mg/mL(表 5)。
浓度/ (mg/mL) Concentration |
幼虫体重 Larval body weight/(mg/头) | 生长抑制率/% Inhibitory growth rate | |||
0 d | 1 d | 2 d | 1 d | 2 d | |
32 | 1.39 a | 1.59 f | 1.61 f | 92.26 a | 94.48 a |
16 | 1.44 a | 1.85 e | 1.95 e | 84.13 b | 87.12 b |
8 | 1.35 a | 2.05 d | 2.19 d | 73.03 c | 79.01 c |
4 | 1.49 a | 2.44 c | 2.70 c | 63.10 d | 69.73 d |
2 | 1.44 a | 2.69 b | 3.10 b | 51.48 e | 58.28 e |
CK | 1.50 a | 4.08 a | 5.49 a | ||
回归方程 Regression equation |
Y=4.6506+1.1416x, R2=0.9958 |
Y=4.8352+1.1261x, R2=0.9952 |
|||
抑制中浓度/(mg/mL) Median inhibitory concentration IC50 |
2.02(1.70—2.41) | 1.40(1.12—1.75) |
爵床提取物对小菜蛾成虫产卵具有显著的忌避作用,其产卵忌避率与提取物的浓度呈正相关。成虫在处理叶碟上的产卵量随提取物浓度的增加而减小,且各处理间差异显著。同时,各药液处理产卵忌避率随处理时间的延长而降低。选择性产卵忌避作用大于非选择性产卵忌避作用,在选择性条件下药后1、2、3 d忌避中浓度(AOC50)分别为2.61、3.66、4.58 mg/mL(表 6),在非选择性条件下药后1、2、3 d的忌避中浓度(AOC50)分别为3.19、4.52、5.65 mg/mL(表 7)。
浓度/ (mg/mL) Concentration |
1 d卵量/粒 1 d number of eggs |
产卵忌避率/% Oviposition deterrent rates |
2 d卵量/粒 2 d number of eggs |
产卵忌避率/% Oviposition deterrent rates |
3 d卵量/粒 3 d number of eggs |
产卵忌避率/% Oviposition deterrent rates |
|||
处理 Treatment |
对照 Contrast |
处理 Treatment |
对照 Contrast |
处理 Treatment |
对照 Contrast |
||||
16 | 2.00 | 20.67 | 90.29a | 7.33 | 42.67 | 82.82a | 16.00 | 69.33 | 76.89a |
8 | 5.00 | 20.33 | 75.32b | 13.00 | 41.67 | 68.82b | 25.00 | 68.67 | 63.58b |
4 | 7.33 | 19.33 | 61.93c | 18.67 | 41.33 | 54.82c | 34.33 | 68.33 | 49.73c |
2 | 11.00 | 18.67 | 41.03d | 27.67 | 41.00 | 32.51d | 48.67 | 68.00 | 28.43d |
1 | 13.33 | 18.33 | 27.10e | 32.00 | 40.33 | 20.65e | 55.33 | 67.33 | 17.82e |
回归方程 Regression equation |
Y=4.3445+1.5704x, R2=0.9968 |
Y=4.1622+1.4868x, R2=0.9978 |
Y=4.0702+1.4059x, R2=0.9970 |
||||||
产卵忌避中浓度 Median anti-oviposition concentration AOC50/(mg/mL) |
2.61(2.37—2.88) | 3.66(3.40—3.94) | 4.58(4.20—5.00) |
浓度/(mg/mL) Concentration |
1 d卵量/粒 1 d number of eggs |
产卵忌避率/% Oviposition deterrent rates |
2 d卵量/粒 2 d number of eggs |
产卵忌避率/% Oviposition deterrent rates |
3 d卵量/粒 3 d number of eggs |
产卵忌避率/% Oviposition deterrent rates |
16 | 3.33 | 88.24 a | 10.67 | 79.35 a | 20.33 | 73.59 a |
8 | 7.67 | 72.94 b | 17.67 | 65.81 b | 30.67 | 60.17 b |
4 | 12.00 | 57.65 c | 26.00 | 49.68 c | 42.67 | 44.59 c |
2 | 18.33 | 35.29 d | 37.33 | 27.74 d | 58.67 | 23.81 d |
1 | 22.33 | 21.18 e | 44.00 | 14.84 e | 68.00 | 11.69 e |
CK | 28.33 | 51.67 | 77.00 | |||
回归方程 Regression equation |
Y=4.1701+1.6487x, R2=0.9986 |
Y=3.9724+1.5685x, R2=0.9979 |
Y=3.8473+1.5324x, R2=0.9964 |
|||
产卵忌避中浓度 Median anti-oviposition concentration AOC50/ (mg/mL) |
3.19 (3.00—3.39) | 4.52 (4.21—4.86) | 5.65(5.12—6.24) |
Kamaraj等[17]报道爵床甲醇、乙酸乙酯和正己烷提取物对白雪库蚊和致倦库蚊的成虫、幼虫均有较强的触杀活性,且对两种库蚊的成虫还有明显的驱避作用;平新亮等[9, 10, 11, 18]研究发现爵床甲醇提取物对白纹伊蚊、家蝇、菜青虫和亚洲玉米螟具有较强的触杀活性。本研究结果发现,爵床甲醇提取物对小菜蛾3龄幼虫具有触杀、拒食、抑制生长和胃毒作用。试虫在溶液中浸渍后,其死亡率随爵床提取物浓度的增加而上升,药后1、2 d触杀LC50分别为5.17和3.06 mg/mL,可见爵床提取物对小菜虫幼虫具有较强的触杀活性。在非选择性取食条件下,试虫的取食量随爵床提取物浓度的增加而逐渐减少;在选择性取食条件下,试虫在处理叶碟上的取食量随浓度的增加而逐渐减少,拒食率逐渐增加,总取食量随之减少。其原因可能是由于试虫在取食了少量的爵床提取物后,引起食欲减退所致。由此表明提取物中存在某种或几种化学物质,使试虫对食物的食欲降低,或消化食物的速度减缓,或引起生理上的不适,但具体原因还需通过行为学的直接观察和生理学的实验才能进一步确定。非选择性取食试验中的AFC50大于选择性取食试验中AFC50(表 2,表 3),这一结果与蔡霞等测定水葫芦乙醇提取物、雷公藤乙醇提取物、银杏叶粗提物对小菜蛾幼虫的拒食作用结果相似[19, 20, 21]。其原因可能是由于小菜蛾因极度饥饿而取食提取物处理过叶碟的缘故,也有可能是由于小菜蛾幼虫持续地暴露于提取物的环境后,感受器对提取物的敏感性下降所致。昆虫能很快地适应拒食剂,表现对拒食剂不敏感,这也是拒食剂应用中所存在的问题之一。
爵床提取物对小菜蛾幼虫有生长抑制和胃毒作用。用提取物处理的叶碟饲喂后,幼虫的体重增加缓慢;在较高浓度下,提取物还可使小菜蛾的幼虫死亡;小菜蛾取食提取物后,即使喂以新鲜未处理的叶碟,幼虫死亡率仍比对照明显增加,且随着时间延长而升高,导致最终完成幼虫期发育的百分率下降。其原因可能是试虫取食后引起体内代谢失调而使生长发育受到抑制所致。爵床提取物对小菜蛾成虫产卵有忌避作用。成虫在处理叶碟上的产卵量随提取物浓度的增加而减小,各药液处理产卵忌避率随处理时间的延长而降低,其中选择性产卵忌避作用大于非选择性产卵忌避作用,这一结果与Kamaraj等[17]报道相一致。其原因可能是由于提取物活性成分的挥发作用,致使叶碟上的浓度随着时间的延长而不断下降有关;也有可能是由于小菜蛾成虫持续地暴露于提取物的环境后,触角等感受器对提取物的敏感性下降所致。
植物中具有杀虫活性的化合物主要有萜类化合物及其衍生物、生物碱及蛋白质等含氮含硫化合物、脂肪类化合物和芳香族化合物等四大类,其中香精油是植物中常见的杀虫有效成分[22, 23]。刘文坤等[24]报道爵床属植物的主要成分为三萜、黄酮、木脂素、香豆素、生物碱和脂肪酸等类型化合物。以往研究发现爵床不同极性溶剂提取物对鳞翅目昆虫均有一定程度的杀虫作用,其中以甲醇提取物的活性最高[11]。由此可以初步推断爵床杀虫活性成分以中极性化合物较多,亲脂性化合物相对较少,其单体的杀虫活性和作用机理有待进一步研究。
剡根姣等[25]报道牛心朴子Cynanchum komarovii乙醇提取物药后1、2 d对小菜蛾3龄幼虫的触杀LC50分别为4.90和4.3 mg/mL;在选择性和非选择性的条件下,蔡霞等[19]研究发现水葫芦Eichhornia crassipes乙醇提取物药后2 d对小菜蛾3龄幼虫的AFC50分别为66.09和293.35 mg/mL,李进步等[26]证实半夏Pinellia ternat乙醇提取物药后2 d对小菜蛾3龄幼虫AFC50分别为39.16和21.32 mg/mL;徐向荣等[13]研究发现在非选择性的条件下牵牛子Pharbitis purpure甲醇提取物药后2 d对小菜蛾3龄幼虫的AFC50为34.60 mg/mL。本研究中,爵床甲醇提取物药后2、3 d对小菜蛾3龄幼虫的触杀LC50分别为4.05和3.06 mg/mL,在选择性和非选择性的条件下爵床甲醇提取物药后2 d对小菜蛾3龄幼虫AFC50分别为3.13和4.54 mg/mL,可见其活性明显高于牛心朴子、水葫芦、半夏和牵牛子提取物。因此,爵床具有开发为新型高效、低毒植物源农药的潜在价值。
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