王嘉辰,李欣諾,劉廣娜
(吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院,吉林 吉林 132101)
人參(Panax ginseng C.A.Mey)是多年生草本植物,五加科人參屬[1]。具有調(diào)節(jié)人體生理機(jī)能、促進(jìn)生物體內(nèi)新陳代謝、促進(jìn)生物體內(nèi)蛋白質(zhì)及核酸的形成、提高機(jī)體的免疫功能、增加機(jī)體解毒能力等作用。
蠐螬[2],別名核桃蟲、白土蠶,是成蟲金龜子的幼蟲。按照蠐螬的食性可將其分為糞食性、植食性和腐食性三類。其中植食性蠐螬食性廣泛,危害多種蔬菜和植物。如:花生若被蠐螬危害,莢果通常是沒有果仁的,危害嚴(yán)重的,甚至沒有完整的莢果且危害后的莢果開始腐爛;紅薯被害情況,一般塊根都是蟲道,降低商品品質(zhì)。蠐螬始終在地下活動(dòng),是世界性的地下害蟲。在中國分布范圍很廣,從黑龍江起至長江以南地區(qū)以及內(nèi)蒙古、陜西、西藏自治區(qū)等地區(qū)均有分布。
近年來研究發(fā)現(xiàn),人參皂苷是人參體內(nèi)主要的化感物質(zhì),是人參的主要次生代謝產(chǎn)物[3]之一,更是人參的主要藥效成分[4]。不僅在延緩衰老、抗腫瘤、抗疲勞等方面具有較好療效,對植食性動(dòng)物及昆蟲具有拒食、忌避或毒殺等生物活性。代謝解毒能力增強(qiáng)是指殺蟲劑進(jìn)入害蟲體內(nèi)到達(dá)靶標(biāo)之前,在體內(nèi)被各種代謝解毒酶[5]中多功能氧化酶(MFO)[6]、羧酸酯酶(CarE)[7]、谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶(GST)及乙酰膽堿酯酶(AchE)[8]等所分解,酶是昆蟲體內(nèi)新陳代謝的催化劑,昆蟲體內(nèi)酶越活躍,越完整,其生命就越健康;當(dāng)昆蟲體內(nèi)的酶活性受到打亂或者停止,生命代謝活動(dòng)也會(huì)隨之受影響。
昆蟲的中腸中存在解毒酶,解毒酶酶活性變化增強(qiáng)了昆蟲對植物防御物質(zhì)的代謝能力,從而使昆蟲更能夠適應(yīng)其寄主植物。小菜蛾體內(nèi)具有較多的酶系,例如:多功能氧化酶(MFO)是各類氧化代謝酶系中最重要的一類酶系,其主要作用不僅可以增強(qiáng)和降解農(nóng)藥的毒性也可影響其抗藥性;谷胱甘肽-S-轉(zhuǎn)移酶(GST)是解毒酶中的一種,GSTs是十分重要的Ⅱ型解毒酶[9],用來參加昆蟲體代謝降解外源有毒物質(zhì)。其作用機(jī)制主要是參與多種植物次生代謝中的解毒代謝,植物產(chǎn)生的次生物質(zhì)可誘導(dǎo) GST 基因的過量表達(dá),因?yàn)镚STs酶是對殺蟲劑產(chǎn)生代謝抗性酶中的一種關(guān)鍵性酶;昆蟲體內(nèi)存在多種形式的酯酶,常見的羧酸酯酶(CarE)就是其中一種脂肪族酯酶,可以有效地催化植物中次生物質(zhì)的水解[10],主要催化化學(xué)物質(zhì)的水解并與多種外源性化學(xué)物質(zhì)、環(huán)境中有害物質(zhì)、藥物及致癌物質(zhì)的解毒和代謝有關(guān);神經(jīng)系統(tǒng)酶中乙酰膽堿酯酶又名AchE,可調(diào)節(jié)和促進(jìn)體內(nèi)神經(jīng)元的發(fā)育、成熟和再生。
在前人的基礎(chǔ)上研究發(fā)現(xiàn),近些年關(guān)于人參皂苷的研究主要是集中在人參皂苷對人、以及動(dòng)物的藥理活性研究。人參皂苷作為主要的化感物質(zhì)[11]在人參連作障礙中被廣泛研究。研究發(fā)現(xiàn),人工栽培人參的地上部分很少受到害蟲的危害,而地下部分確時(shí)而有地下害蟲的危害,如螻蛄、地老虎、金龜子等。
隨著近年來研究發(fā)現(xiàn)化學(xué)農(nóng)藥污染問題日趨嚴(yán)重,防治蠐螬的難度也在不斷增大,蠐螬已經(jīng)成為植物和蔬菜生產(chǎn)的嚴(yán)重威脅。農(nóng)藥對于食物鏈和生態(tài)系統(tǒng)的破壞會(huì)帶來害蟲再增猖獗的結(jié)果;而且農(nóng)藥的殘留也會(huì)導(dǎo)致環(huán)境的污染等一系列嚴(yán)重的問題[12]。此后在大力提倡使用有機(jī)殺蟲劑背景下,生物防止病蟲害成為主要趨勢。昆蟲對農(nóng)藥的抗性主要有3種表現(xiàn) 降低其表皮和神經(jīng)膜的穿透能力;降低靶標(biāo)部位的敏感性;增強(qiáng)其對農(nóng)藥的代謝能力。
解毒酶是廣泛存在于昆蟲體內(nèi)重要的酶系,在殺蟲劑對昆蟲體內(nèi)的解毒代謝中起著非常重要的作用。解毒酶在昆蟲對殺蟲劑的解毒方面起著至關(guān)重要的作用,且與昆蟲抗藥性的形成有關(guān)。昆蟲體內(nèi)的解毒酶系主要是羧酸醋酶、谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶和羧酸酯酶。在昆蟲的頭部、中腸、馬氏管等組織中均有存在。昆蟲的CarE主要可以水解擬除蟲菊酯類、有機(jī)磷類和氨基甲酸酯類殺蟲劑,因此構(gòu)成了許多害蟲抗藥性的成分,所涉及的昆蟲種類包括鱗翅目、膜翅目、雙翅目、稍翅目等。其中包括棉蚜對溴氰菊酯的抗性;昆蟲對阿維菌素類殺蟲劑的抗性等。
植物源生物農(nóng)藥是指從植物中提取出對農(nóng)作物害蟲具有毒殺、拒食、麻醉、抑制昆蟲發(fā)育或干擾害蟲行為等的多種活性次生代謝物質(zhì)。植物源農(nóng)藥具有對非靶標(biāo)生物安全、不易使昆蟲產(chǎn)生抗藥性、特異性強(qiáng)、促進(jìn)作物生長、提高作物抗病性等特點(diǎn)。因此,植物源農(nóng)藥在水果、蔬菜、茶、桑、中草藥、花卉等作物方面得到了廣泛的應(yīng)用。劉廣娜等人研究表明人參莖葉總皂苷對2齡短額負(fù)蝗有顯著的趨避作用,且能抑制短額負(fù)蝗體內(nèi)解毒酶、神經(jīng)系統(tǒng)酶、消化酶及保護(hù)酶活性,從而抑制短額負(fù)蝗的生長水平。所以,對于十字花科作物蟲害防治的殺蟲劑開發(fā)的研究,應(yīng)當(dāng)在合理有效的時(shí)間內(nèi),用最佳處理濃度的人參總皂苷來抑制短額負(fù)蝗體內(nèi)的相關(guān)酶活性,達(dá)到最大程度的蟲害防治效果,同時(shí)人參莖葉總皂苷對2齡短額負(fù)蝗的趨避作用也對害蟲防治具有重要影響,因此對短額負(fù)蝗的防治處理時(shí)間和濃度為24h與30mg/mL,以此可作為防治害蟲取食的因素重要,其次為合理開發(fā)殺蟲劑,對安全與高效新型植物源殺蟲劑的研究奠定理論基礎(chǔ)。
由于近年來,蠐螬病蟲害的日趨嚴(yán)重,已經(jīng)嚴(yán)重影響到植物與蔬菜的經(jīng)濟(jì)價(jià)值以及食用的安全與品質(zhì)。隨著抗藥性研究的快速發(fā)展,導(dǎo)致防治效果迅速下降,如何才能最大程度的防止害蟲抗藥性的形成以成為研究領(lǐng)域的重中之重[13]。因此,通過載毒葉碟法[14],采用生物測定和酶標(biāo)法,來研究用人參皂苷處理蠐螬的最佳時(shí)間和最佳濃度,為以后殺蟲劑的科學(xué)管理、合理使用和安全性評價(jià)提供確切的基礎(chǔ)資料和理論指導(dǎo),同時(shí)也為我國害蟲的科學(xué)防治、生物多樣性的保護(hù)以及農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供理論依據(jù),對于發(fā)展生物農(nóng)藥,增加植物抗蟲性,制定合理的害蟲防治方法和保護(hù)生態(tài)安全具有積極而重要的指導(dǎo)意義。