汪彤,史東霞,張爽,,杜克久,
(1 河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 林學(xué)院, 河北 保定 071000;2 河北林木種質(zhì)資源與森林保護(hù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 河北 保定 071000)
植物與昆蟲(chóng)的協(xié)同進(jìn)化過(guò)程中,存在多種防御和適應(yīng)機(jī)制。其中,在植物對(duì)昆蟲(chóng)的防御過(guò)程中,植物次生物質(zhì)發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。植物次生物質(zhì)種類(lèi)繁多,主要包括萜類(lèi)、酚類(lèi)、黃酮類(lèi)及生物堿類(lèi),目前有近40萬(wàn)種植物次生物質(zhì)被廣泛報(bào)道[1]。綠原酸(Chlorogenic acid)屬于正雙羥基酚類(lèi),主要存在于雙子葉植物及蕨類(lèi)植物中,可以毒殺昆蟲(chóng)。王曉麗等研究發(fā)現(xiàn)在舞毒蛾人工飼料中添加0.3%的綠原酸可以增強(qiáng)其死亡率[2]。劉海晶等研究發(fā)現(xiàn)在舞毒蛾(Lymantriadispar)的人工飼料中添加適量的綠原酸可以提高Ld NPV對(duì)舞毒蛾幼蟲(chóng)的致病力[3]。槲皮素、蘆丁屬于黃酮類(lèi)物質(zhì),主要存在于花、葉和果實(shí)中[4]。研究表明3%的槲皮素可以抑制家蠶(Bombyxmori)幼蟲(chóng)生長(zhǎng)發(fā)育,延遲其生命周期[5]。此外,槲皮素還可以抑制棉鈴蟲(chóng)(Helicoverpaarmigera)體重生長(zhǎng),延長(zhǎng)其生活史,使其化蛹困難,增加畸形蛹數(shù)量[5]。蘆丁能抑制棉鈴蟲(chóng)(H.armigera)、斜紋夜蛾(Spodopteralitura)體重的增加,降低化蛹率,降低玉米螟(Pyraustanubilalis)的存活率[5]。京尼平屬于環(huán)烯醚萜類(lèi),是梔子苷經(jīng)β-葡萄糖苷酶水解后的產(chǎn)物[6],是一類(lèi)重要的抗蟲(chóng)物質(zhì),對(duì)害蟲(chóng)有趨避、拒食、觸殺等作用[7],白濤等研究發(fā)現(xiàn)京尼平可以抑制白鼠體重的增加[8]。
B族維生素是一種輔酶,主要參與脂肪、糖、蛋白質(zhì)代謝[9]。研究表明在杜仲枝葉浸泡的濃液中放入害蟲(chóng)活體,浸泡至溶化后加入適量的維生素B1、B2和維生素P可以增強(qiáng)增效液的穿透力[10]。維生素B1即硫胺素,是一類(lèi)具有生物活性的有機(jī)物,是動(dòng)植物生長(zhǎng)發(fā)育不可或缺的物質(zhì),具有抗氧化作用[11],它可以調(diào)節(jié)動(dòng)植物的代謝,影響動(dòng)植物的健康。陳桂霞等研究發(fā)現(xiàn)維生素B1對(duì)蘑菇酪氨酸酶的單酚酶和二酚酶活性均有抑制作用[12];過(guò)高或過(guò)低的維生素添加量都會(huì)對(duì)禽畜生長(zhǎng)發(fā)育造成不良影響[13]。因此,適量的維生素可應(yīng)用于害蟲(chóng)的防治。
鞘翅目昆蟲(chóng)對(duì)林木、果樹(shù)、倉(cāng)儲(chǔ)等的危害較大,化學(xué)防治效果不顯著且容易產(chǎn)生抗性、環(huán)境污染等問(wèn)題。目前研究的植物次生物質(zhì)對(duì)昆蟲(chóng)的影響主要集中在鱗翅目昆蟲(chóng)上,本試驗(yàn)探討植物次生物質(zhì)對(duì)黃粉蟲(chóng)(Tenebriomolitor)的觸殺作用及對(duì)其生長(zhǎng)發(fā)育的影響,并通過(guò)添加VB1研究其對(duì)植物次生物質(zhì)的增效作用,從而為植物次生物質(zhì)用于鞘翅目害蟲(chóng)的防治,減少或避免害蟲(chóng)抗藥性的形成,達(dá)到藥劑的合理選擇和科學(xué)使用,減少環(huán)境污染提供科學(xué)理論依據(jù)。
黃粉蟲(chóng)幼蟲(chóng)購(gòu)于山東省泰安市,于實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)箱內(nèi)飼養(yǎng)直至成蟲(chóng)產(chǎn)卵孵化幼蟲(chóng)。飼養(yǎng)條件:光周期12L:12D,相對(duì)濕度20%~25%,溫度27±0.5 ℃。槲皮素、蘆丁、京尼平、綠原酸標(biāo)品購(gòu)于陜西綠清生物工程有限公司,槲皮素、蘆丁用無(wú)水乙醇溶解,京尼平和綠原酸用蒸餾水溶解,分別配成0.1%、0.5%、1%、3%的梯度溶液,VB1配成0.3%的溶液備用。
采用浸漬法研究0.1%、0.5%、1%、3%等4個(gè)濃度下槲皮素、蘆丁、京尼平、綠原酸4種植物次生物質(zhì)對(duì)黃粉蟲(chóng)的觸殺作用及VB1對(duì)4種植物次生物質(zhì)的增效作用。
通過(guò)篩選4個(gè)濃度下4種植物次生物質(zhì)對(duì)黃粉蟲(chóng)的死亡率影響,發(fā)現(xiàn)3%的植物次生物質(zhì)對(duì)黃粉蟲(chóng)的觸殺效果最好,所以以下試驗(yàn)采用3%的植物次生物質(zhì)進(jìn)行各項(xiàng)研究。
將黃粉蟲(chóng)分別在5 mL濃度為3%的植物次生物質(zhì)中浸泡30 s,取出用濾紙吸干多余浸漬液后放于鋪有濾紙的培養(yǎng)皿中觀察,每個(gè)處理組選用30只剛孵化的幼蟲(chóng),設(shè)3個(gè)重復(fù),蘆丁、槲皮素對(duì)照組用無(wú)水乙醇,綠原酸、京尼平對(duì)照組用蒸餾水,分別于2 h、4 h、6 h、8 h、12 h、24 h、48 h后統(tǒng)計(jì)不同處理組試蟲(chóng)死亡率。
添加VB1的處理中用4 mL植物次生物質(zhì)和1 mL的VB1混合均勻,對(duì)照組分別用4 mL蒸餾水加1 mL VB1或4 mL無(wú)水乙醇加1 mL VB1,其余同上。
植物次生物質(zhì)兩兩組合的處理:將植物次生物質(zhì)各2.5 mL兩兩組合并混合均勻,對(duì)照組用5 mL蒸餾水或5 mL無(wú)水乙醇,其余同上。
植物次生物質(zhì)兩兩組合并添加VB1的處理:植物次生物質(zhì)各2 mL兩兩組合,與1 mL VB1混合均勻,對(duì)照組分別用4 mL蒸餾水加1 mL VB1或4 mL無(wú)水乙醇加1 mL VB1,其余方法同上。
用電子分析天平稱(chēng)取1 g麥麩,分別加入1 mL 3%植物次生物質(zhì)于麥麩中,用槍頭攪拌,以保證麥麩受藥均勻,晾干后放于養(yǎng)蟲(chóng)瓶中,每個(gè)處理組選用30只剛孵化并饑餓12 h的幼蟲(chóng),瓶口用保鮮膜封住并扎幾個(gè)小孔防止水分蒸發(fā),設(shè)3個(gè)重復(fù),蘆丁、槲皮素試驗(yàn)用無(wú)水乙醇作對(duì)照,綠原酸、京尼平試驗(yàn)用蒸餾水作對(duì)照。每隔1 d更換1次飼料并稱(chēng)重記錄黃粉蟲(chóng)的死亡情況、體重、發(fā)育歷期、化蛹時(shí)間、蛹重、羽化時(shí)間、羽化率、卵質(zhì)量、幼蟲(chóng)孵化率等指標(biāo)。
添加VB1的處理中用1 mL植物次生物質(zhì)加0.5 mL VB1,對(duì)照組用1 mL蒸餾水加0.5 mL VB1或1 mL無(wú)水乙醇加0.5 mL VB1,其余同上。
植物次生物質(zhì)兩兩組合的處理:將3%的植物次生物質(zhì)各0.5 mL兩兩組合并混合均勻,加入1 g麥麩中攪拌均勻,對(duì)照組用1 mL蒸餾水或1 mL無(wú)水乙醇,其余同上。
植物次生物質(zhì)兩兩組合添加VB1的處理:植物次生物質(zhì)各0.5 mL兩兩組合再加0.5 mL VB1混合均勻,對(duì)照組為1 mL蒸餾水加0.5 mL VB1或1 mL無(wú)水乙醇加0.5 mL VB1,其余方法同上。
利用Excel對(duì)比不同時(shí)間的植物次生物質(zhì)對(duì)黃粉蟲(chóng)觸殺率并作圖分析。用SPSS21.0單因素(ANOVA)方差分析中的LSD法檢驗(yàn)不同植物次生物質(zhì)對(duì)黃粉蟲(chóng)幼蟲(chóng)生長(zhǎng)發(fā)育的差異顯著性。
4種植物次生物質(zhì)及添加VB1時(shí)對(duì)黃粉蟲(chóng)幼蟲(chóng)觸殺作用情況見(jiàn)圖1圖2。
圖1 4種植物次生物質(zhì)對(duì)黃粉蟲(chóng)幼蟲(chóng)觸殺毒力Figure 1 The toxicity of four plant secondary metabolitesagainst T. molitor larvae
圖2 添加VB1的4種植物次生物質(zhì)對(duì)黃粉蟲(chóng)幼蟲(chóng)觸殺毒力Figure 2 The toxicity of four plant secondary metabolites added with VB1 to T.molitor larvae
將黃粉蟲(chóng)放于植物次生物質(zhì)中浸漬30 s,分別于2 h、4 h、6 h、8 h、12 h、24 h、48 h統(tǒng)計(jì)不同處理組黃粉蟲(chóng)死亡率。結(jié)果表明,不同種類(lèi)的次生物質(zhì)對(duì)黃粉蟲(chóng)的觸殺效果不同。不同植物次生物質(zhì)對(duì)黃粉蟲(chóng)觸殺效果和對(duì)照相比差異極顯著(P<0.01),隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng),觸殺效果逐漸提高,處理48 h時(shí)京尼平的觸殺率達(dá)到35%,槲皮素、蘆丁分別為19%和18%,綠原酸對(duì)黃粉蟲(chóng)的觸殺率為17%,其中京尼平處理組和其他3組之間差異極顯著(P<0.01),槲皮素、蘆丁、綠原酸處理組之間無(wú)顯著差異。
植物次生物質(zhì)添加VB1后對(duì)黃粉蟲(chóng)的觸殺效果明顯增強(qiáng)(見(jiàn)圖2),其中效果最好的是京尼平處理組,觸殺死亡率達(dá)55%和對(duì)照差異極顯著(P<0.01),槲皮素、蘆丁處理組黃粉蟲(chóng)死亡率分別為35%、33%,和對(duì)照差異顯著(P<0.05),綠原酸處理組的死亡率為 22%和對(duì)照差異顯著(P<0.05)。其中京尼平處理組和其他3個(gè)處理組之間差異極顯著(P<0.01),槲皮素和蘆丁處理組之間無(wú)顯著差異,綠原酸處理組和槲皮素、蘆丁處理組差異顯著(P<0.05)。
植物次生物質(zhì)兩兩組合及添加VB1對(duì)黃粉蟲(chóng)幼蟲(chóng)觸殺效果見(jiàn)圖3圖4。
圖3 植物次生物質(zhì)兩兩組合對(duì)黃粉蟲(chóng)幼蟲(chóng)觸殺毒力Figure 3 Pairwise combination of plant secondary metabolitesto the contact toxicity of T. molitor larvae
圖4 植物次生物質(zhì)兩兩組合添加VB1對(duì)黃粉蟲(chóng)幼蟲(chóng)觸殺毒力Figure 4 Pairwise combination of plant secondary metabolitesadded VB1 to the contact toxicity of T. molitor larvae
由圖3可知,植物次生物質(zhì)兩兩組合混合均勻后,將黃粉蟲(chóng)放于浸漬液中,分別于2 h、4 h、6 h、8 h、12 h、24 h、48 h統(tǒng)計(jì)黃粉蟲(chóng)的觸殺死亡率,結(jié)果表明,植物次生物質(zhì)兩兩組合后觸殺效果比單獨(dú)使用1種次生物質(zhì)效果好。不同處理組和對(duì)照之間差異顯著(P<0.01),其中最佳組合為京尼平和槲皮素,觸殺率達(dá)63%,其次為京尼平和蘆丁,觸殺死亡率達(dá)55%,觸殺率較低的為綠原酸和蘆丁處理組,死亡率約為46%,其余3組的觸殺死亡率大多在50%左右,其中,京槲、京蘆處理組和其他處理組之間差異極顯著(P<0.01),京綠處理組和綠槲、槲蘆處理組之間無(wú)顯著差異,綠蘆處理組和槲蘆處理組之間差異顯著(P<0.05)。
由圖4可知,各個(gè)處理組和對(duì)照之間差異極顯著(P<0.01),且和圖3相比黃粉蟲(chóng)死亡率均提高,其中死亡率最高的為添加VB1的京尼平和槲皮素處理組,死亡率達(dá)75%,其次為添加VB1的槲皮素和蘆丁處理組,死亡率在65%左右,死亡率最低的為添加VB1的綠原酸和蘆丁處理組僅為45%,其中綠蘆+和槲蘆+2個(gè)處理組之間無(wú)顯著差異,其他處理組之間差異極顯著(P<0.01)。
綜上所述,多數(shù)處理添加VB1后對(duì)黃粉蟲(chóng)的觸殺效果明顯增強(qiáng),其中不添加VB1和添加VB1的京尼平、蘆丁、槲皮素處理組之間差異極顯著(P<0.01),不添加VB1和添加VB1的綠原酸處理組之間差異顯著(P<0.05)。植物次生物質(zhì)兩兩組合后不添加VB1和添加VB1的京綠、綠槲、綠蘆處理組之間無(wú)顯著差異,其余3組之間差異極顯著(P<0.01)。
植物次生物質(zhì)對(duì)黃粉蟲(chóng)幼蟲(chóng)歷期、蛹重、蛹存活率、產(chǎn)卵量及幼蟲(chóng)孵化率的影響見(jiàn)表1,添加VB1的植物次生物質(zhì)對(duì)黃粉蟲(chóng)幼蟲(chóng)歷期、蛹重、蛹存活率、產(chǎn)卵量及幼蟲(chóng)孵化率的影響見(jiàn)表2。
表1 植物次生物質(zhì)對(duì)黃粉蟲(chóng)幼蟲(chóng)歷期、蛹重、蛹存活率、產(chǎn)卵量及幼蟲(chóng)孵化率的影響Table 1 Effects of different plant secondary metabolites on the duration of T. molitor larvae, pupal weight,pupal survival rate, egg production and hatching rate
表1(續(xù))
表2 添加VB1的植物次生物質(zhì)對(duì)黃粉蟲(chóng)幼蟲(chóng)歷期、蛹重、蛹存活率、產(chǎn)卵量及幼蟲(chóng)孵化率的影響Table 2 Effects of plant secondary metabolites added with VB1 on the duration of T. molitor larvae, pupal weight,pupal survival rate, egg production and hatching rate
由表1可知,在麥麩中添加3%的植物次生物質(zhì)飼養(yǎng)黃粉蟲(chóng),黃粉蟲(chóng)取食含有京尼平的飼料后蟲(chóng)體活動(dòng)緩慢,不能正常蛻皮,幼蟲(chóng)歷期明顯延長(zhǎng),蛹重減輕、存活蛹數(shù)減少,與對(duì)照組差異極顯著(P<0.01)。4種植物次生物質(zhì)均能降低黃粉蟲(chóng)的蛹重,添加京尼平處理組的黃粉蟲(chóng)蛹存活率低,存活率僅為54.78%和對(duì)照差異極顯著(P<0.01),即使能存活,蛹體大多瘦小、干癟不能羽化為成蟲(chóng)。添加京尼平的處理組黃粉蟲(chóng)產(chǎn)卵量、幼蟲(chóng)孵化率明顯低于對(duì)照組且差異極顯著(P<0.01),添加京尼平的處理組黃粉蟲(chóng)的產(chǎn)卵量為132粒,約為對(duì)照的40%,幼蟲(chóng)孵化率僅為46.67%。除京尼平處理組外,其他幾組黃粉蟲(chóng)的幼蟲(chóng)發(fā)育歷期和對(duì)照組無(wú)顯著差異。槲皮素處理組黃粉蟲(chóng)產(chǎn)卵量為212粒,約為對(duì)照組的76%,綠原酸處理組黃粉蟲(chóng)蛹的存活率為85.53%,產(chǎn)卵量為236粒,約為對(duì)照的72%,與對(duì)照差異極顯著(P<0.01)。蘆丁處理組產(chǎn)卵量為253粒,約為對(duì)照的90%,幼蟲(chóng)孵化率為69.28%,和對(duì)照差異顯著(P<0.05)。
植物次生物質(zhì)兩兩組合后對(duì)黃粉蟲(chóng)的抑制作用增強(qiáng),其中,京槲、京蘆、京綠處理組的幼蟲(chóng)發(fā)育歷期、蛹重、產(chǎn)卵量、幼蟲(chóng)孵化率都和對(duì)照組之間存在極顯著差異。綠槲處理組的產(chǎn)卵量為184粒,蛹存活率為67.91%,與對(duì)照差異極顯著(P<0.01),幼蟲(chóng)孵化率為64.67%,與對(duì)照差異顯著(P<0.05)。綠蘆處理組產(chǎn)卵量為175粒,蛹存活率為66.06%,幼蟲(chóng)孵化率為55.41%,與對(duì)照差異極顯著。槲蘆處理組蛹存活率為68.18%,產(chǎn)卵量為168粒,與對(duì)照差異極顯著(P<0.01),幼蟲(chóng)孵化率為70.03%,與對(duì)照差異顯著(P<0.05)。
由表2可知,植物次生物質(zhì)中添加0.3%的VB1飼養(yǎng)黃粉蟲(chóng),京尼平+處理組的黃粉蟲(chóng)各指標(biāo)和對(duì)照組差異極顯著(P<0.01),槲皮素+處理組產(chǎn)卵量為217粒,與對(duì)照差異極顯著(P<0.01),幼蟲(chóng)孵化率為67.18%,與對(duì)照差異顯著(P<0.05),綠原酸+處理組蛹存活率為81.45%,產(chǎn)卵量為241粒,與對(duì)照差異極顯著(P<0.01),幼蟲(chóng)孵化率為75.33%,與對(duì)照差異顯著(P<0.05)。蘆丁+處理組蛹存活率為74.81%,與對(duì)照差異極顯著(P<0.01),產(chǎn)卵量為248粒,幼蟲(chóng)孵化率為71.37%,與對(duì)照差異顯著(P<0.05)。3%的植物次生物質(zhì)兩兩組合并添加VB1飼養(yǎng)黃粉蟲(chóng),黃粉蟲(chóng)的生長(zhǎng)發(fā)育受到明顯抑制,幼蟲(chóng)歷期顯著延長(zhǎng)、化蛹率低且畸形蛹較多,羽化的成蟲(chóng)弱小幾乎不能進(jìn)行交配,即使成蟲(chóng)能交配產(chǎn)卵也難以孵化成幼蟲(chóng)。其中,京槲+、綠蘆+和京蘆+處理組的各個(gè)指標(biāo)都和對(duì)照組差異極顯著(P<0.01),京綠+處理組幼蟲(chóng)發(fā)育歷期為192 d,蛹存活率為60.00%,產(chǎn)卵量為150粒,幼蟲(chóng)孵化率為41.17%,和對(duì)照組差異極顯著(P<0.01),綠槲+處理組幼蟲(chóng)發(fā)育歷期為152 d,幼蟲(chóng)孵化率為63.67%,和對(duì)照差異顯著(P<0.05),蛹存活率為66.07%,產(chǎn)卵量為178粒,和對(duì)照差異極顯著(P<0.01)。
由表1、表2可知,對(duì)黃粉蟲(chóng)生長(zhǎng)發(fā)育抑制最強(qiáng)的是京尼平和槲皮素的處理組,和對(duì)照組差異極顯著(P<0.01),幼蟲(chóng)期達(dá)183 d,蛹存活率僅為50.52%,產(chǎn)卵量為123粒,幼蟲(chóng)孵化率僅為40.07%。因此,2種次生物質(zhì)組合使用對(duì)黃粉蟲(chóng)生長(zhǎng)發(fā)育的抑制作用更為顯著。
自然界中存在很多植物次生物質(zhì)引起昆蟲(chóng)趨避、抑制昆蟲(chóng)生長(zhǎng)發(fā)育的現(xiàn)象[14]。問(wèn)榮榮研究發(fā)現(xiàn)魚(yú)藤酮對(duì)舞毒蛾幼蟲(chóng)具有觸殺作用[15],胡曉研究發(fā)現(xiàn)舞毒蛾對(duì)紫杉醇有強(qiáng)烈拒食效果[16],楊振德研究發(fā)現(xiàn)苦豆子堿可以明顯抑制柳藍(lán)葉甲產(chǎn)卵[17]。本研究觸殺試驗(yàn)表明4種植物次生物質(zhì)對(duì)黃粉蟲(chóng)都有不同程度的觸殺作用。經(jīng)飼喂試驗(yàn)結(jié)果表明,4種植物可顯著影響黃粉蟲(chóng)幼蟲(chóng)歷期、蛹重、蛹存活率、產(chǎn)卵量及幼蟲(chóng)孵化率。具體來(lái)說(shuō):3%的京尼平對(duì)黃粉蟲(chóng)生長(zhǎng)發(fā)育的抑制作用最強(qiáng),其次是蘆丁和槲皮素,綠原酸的抑制作用最弱。3%京尼平處理組的黃粉蟲(chóng)活動(dòng)緩慢、體重增長(zhǎng)率低,不能正常蛻皮、化蛹率較低且畸形蛹較多,幾乎不能完成生活周期。植物次生物質(zhì)兩兩組合后對(duì)黃粉蟲(chóng)的抑制效果比單獨(dú)使用1種植物次生物質(zhì)好,其中最佳組合為京尼平和槲皮素。魏輝應(yīng)用不同植物提取物聯(lián)合控制小菜蛾過(guò)程中,結(jié)果也表明一些植物次生物質(zhì)間會(huì)發(fā)生相互作用現(xiàn)象,如增效作用,拮抗作用,而有的則沒(méi)有顯著影響[18]。
VB1作為一種微量元素在體內(nèi)主要參與糖和氨基酸的代謝[19]。本試驗(yàn)在植物次生物質(zhì)中添加0.3%VB1對(duì)黃粉蟲(chóng)的觸殺效果,結(jié)果發(fā)現(xiàn),添加VB1研究其處理組的黃粉蟲(chóng),處理6 h時(shí)蟲(chóng)體活動(dòng)緩慢,以后隨著時(shí)間延長(zhǎng)逐漸失去活動(dòng)能力,死亡的黃粉蟲(chóng)蟲(chóng)體大多發(fā)黑。但在麥麩中添加植物次生物質(zhì)和VB1飼喂黃粉蟲(chóng)與僅添加植物次生物質(zhì)相比,未發(fā)現(xiàn)對(duì)黃粉蟲(chóng)生長(zhǎng)發(fā)育有顯著的抑制作用,而且通過(guò)后期測(cè)定其解毒酶活性發(fā)現(xiàn)添加VB1處理組和不添加VB1處理組的解毒酶活性并無(wú)顯著差異。因此,我們推測(cè)VB1并沒(méi)有通過(guò)胃毒作用影響黃粉蟲(chóng)的生長(zhǎng)發(fā)育,而是通過(guò)接觸黃粉蟲(chóng)表皮,加速了植物次生物質(zhì)對(duì)黃粉蟲(chóng)體壁的穿透力,增強(qiáng)了植物次生物質(zhì)對(duì)黃粉蟲(chóng)體壁的滲透作用,因此可作為增效劑加以開(kāi)發(fā)利用,但其具體的作用機(jī)理有待后續(xù)試驗(yàn)進(jìn)一步探討論證。