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杀虫植物非洲山毛豆的研究


  摘要 非洲山毛豆原产于热带非洲,是一种优异的杀虫植物。本文对其生物活性、杀虫有效成分、作用机理、加工使用等方面进行了概述。
  关键词 农药学; 非洲山毛豆;杀虫植物;活性
  中图分类号 S 482.1
  非洲山毛豆(Tephrosia vogelii Hook f.)又称 福氏灰毛豆、窝氏灰叶,属豆科灰叶属,多年生灌木 或小乔木,具有优异的杀虫活性,原产于热带非洲, 主要分布于北纬15度至南纬20度的广大地区。关于 其生物活性和有效成分等都有较多的研究报 道。华南农业大学昆虫毒理研究室在20世纪80年 代从菲律宾和坦桑尼亚成功引进了非洲山毛豆紫花 品种和白花品种,在国内率先对其进行了系统研究。 目前,国内多家企业正在或准备发展非洲山毛豆类 植物性农药产品,其种植面积也迅速扩大。根据目 前的发展情况,结合非洲山毛豆的研究,本文对其作 一概述。
  
  1 引种和种植
  
  20世纪80年代,华南农业大学昆虫毒理研究 室从菲律宾和坦桑尼亚分别引进了非洲山毛豆紫花 品种和白花品种,并种植于华南农业大学杀虫植物 标本园内。该植物生长迅速,枝叶茂盛,可正常开花 结荚。种子于4月份成熟,并能正常发芽,发芽率 80%左右,180d即可长至2.0m左右,枝叶产量大, 全株均含有活性成分,但不同季节,其含量各不 相同。
  非洲山毛豆在华南地区种植时,因为华南地区 1、2月气温相对较低,光线不足,植株生长缓慢,叶 片枯黄,新叶生长很少。从3月起,气温回升,植株 生长加快,但从3月到6月,华南地区雨水过多,光 照不很充分,非洲山毛豆植株长势不旺,叶片中鱼藤 酮的含量也不高。从7月到12月,天气干燥,光线 充足,气温也非常适合植株生长。因而植株在这段 时间生长最快,长出大量新鲜叶片,鱼藤酮的含量也 较高。10、11月开始现蕾开花时,叶片中鱼藤酮的 含量达到最高,紫花品种鱼藤酮含量比白花品种高。
  非洲山毛豆根部含有固氮菌,为解决土壤退化 问题,广东省湛江市遂溪县雷洲林业局将其当作绿 肥,与桉树间种,为桉树提供营养。另外,广东省深 圳市华农生物工程有限公司准备开发非洲山毛豆植 物性杀虫剂,与当地政府签约,在广东省的河源、汕 尾等地种植大量非洲山毛豆,长势良好。在云南、广 西境内也种植有非洲山毛豆。
  
  2 生物活性
  
  非洲山毛豆生长迅速,枝叫—产量大,叶片有强烈 的杀虫活性。Tattersfield等发现非洲III毛豆叶的 乙醇提取物对酸模蚜(Aphisrumicis L.)高效,喷雾 处理与烟碱有相同的效果,对鳞翅目幼虫也有很强 的忌避作用。Norris报道该植物叶的提取物对 茶树上一种刺蛾幼虫有效;其种子亦有杀虫活性,种 子丙酮提取物(1:2 000)对Planorbisconeus有显 著效果。对根结线虫(Meloidogyne spp.)敏 感;叶片石油醚提取物可用作灭杀软体动物,药 剂含量400μg/mL对蜗牛(Biomphalariaglabra— cd)有很高的防效,但甲醇提取物却对软体动物没有 活性。
  非洲山毛豆叶丙酮提取物对菜粉蝶[Pieris rd- pae(Linnaeus)]幼虫具有明显的拒食、抑制生长发 育和杀卵作用,以及一定的急性胃毒作用。室内 非选择性叶碟法试验测定,该植物的复叶、茎皮、小 枝、豆荚和茎木丙酮提取物对5龄菜粉蝶幼虫的拒 食中浓度(AFC50)分别为:0.03%、0.08%、0.22%、 0.41%和1.64%。其中复叶和茎皮丙酮提取物 95%拒食率浓度(AFC95)分别为0.36%和0.52%。 该提取物对小菜蛾(Plutellamylostetla L.)、粘虫 [Mythimnaseparata(Walker)]和斜纹夜蛾[Spo— dopteralitura(F.)]幼虫亦有显著的拒食作用。 点滴处理能强烈抑制菜粉蝶幼虫的生长发育,使该 虫在蜕皮变态过程中变为畸形,最后死去。其中非 洲山毛豆叶和茎皮丙酮提取物的生物活性较强,对 5龄幼虫半数畸形死亡的有效中浓度(EC50)分别为 0.12%和0.24%(按植物干材料汁,ED50分别为 2.42、4.84μg/头)。0.05%~0.5%叶提取物点滴3 ~4龄幼虫均有显著效果,4龄小菜蛾接触取食叶和 茎皮丙酮提取物(10%)涂布处理的甘蓝叶后,畸形 死亡率分别为88%和75.5%)。叶丙酮提取物 (0.05%)对菜粉蝶卵具有很明显的杀卵效果,0.2% 浓度的杀卵率高达90%以上。5龄菜粉蝶幼虫对不 同浓度的饲喂反应差异较大,10~20倍高浓度有急 性胃毒作用,致死中量(L.D50)为291.7 μg/g;100~ 200倍则使90%以上的幼虫因拒食、生长发育受抑 制而缓慢死去。室外盆栽和田间小区防治试验结果 表明,0,5%~1.0%非洲山毛豆叶丙酮提取物和 400 μg/mi。氯仿提取物的常量喷雾可有效防治盛 发期危害的菜粉蝶幼虫,每10天喷药一次可达到良 好的防治效果。并经研究证实,鱼藤酮兼具强烈的 拒食和抑制生长发育活性,AFC50和EC50分别为 6.22 μg/mL和57.09μg/mL。另外,黄继光的 研究表明,非洲山毛豆粗分物对致倦库蚊和德国小 蠊的具有较高的击倒活性,对小菜蛾和萝卜蚜具有 明显的触杀活性。
  
  3 有效成分
  
  非洲山毛豆的主要有效成分为鱼藤酮类化合物, 最高含量可达4.25%。Hanriot从非洲山毛豆叶 中分离出2种物质,一种为黄色针状结晶,具有很强 芳香味,称为t.ephrosal(C10H16O);另一种为白色结 晶,当时鉴定分子式为C31H2610(熔点187℃),称之 为灰毛豆素(tephrosin)。1915年和1926年两位科学 家先后重复Hanroit的实验,同样获得该化合物,并发 现它有杀虫活性。Clark研究发现该物质是两种化合 物的混合结晶,分离鉴定出其中一种化合物是鱼藤素 (deguelin,C23H22O6,熔点171 C),另一种化合物为 无色结晶,分子C23H22O7,熔点198℃。随后 Worsley和Rangaswami等先后从该植物种子中 分离出灰毛豆素、鱼藤素、去氢鱼藤素(C23H22O6,熔 点233℃)以及一种浅黄绿色针状结晶(C18H14O7,熔 点284~286℃),Marston等将非洲山毛豆叶片的石 油醚提取物通过硅胶G快速柱层析和低压色谱,分离 出灰叶素和鱼藤素,冷冻干燥后,由于两者都不溶于 水,对软体动物不表现出活性。其中,叶片于粉中鱼 藤素的含量为0.29%,灰叶素更低,只有0.02%。他 们还从叶片的甲醇提取物中首次分离出3种黄酮类 化合物,芦丁、isoquercitrin和quercetm 3-○-arabinopy- ranoside。
  Pradhan和Basu用石油醚提取非洲山毛豆豆 荚,Al2O3作填充剂,柱层析分离得到户谷甾醇、正 甾醇、羊毛甾醇、灰叶素和鱼藤酮。这是首次从非洲 111毛豆中分离出甾醇类化合物,并且鱼藤酮类化合 物的含量占豆荚干重的1.4%。张业光从非洲山 毛豆叶中分离出了鱼藤酮、鱼藤醇酮(rotenolone)、 去氢鱼藤酮和鱼藤酚酮。去氢鱼藤酮的活性比鱼藤 酮低10余倍,并Ⅱ用气相色谱法测得引自菲律宾的 紫花品种所含活性成分以鱼藤酮为主,其次为鱼藤 醇酮;引自非洲坦桑尼亚的白花品种主要含有鱼藤 醇酮,而鱼藤酮的含量很低。两品种中去氢鱼藤酮 和鱼藤酚酮的含量均甚微。在整个植株体中,复叶 和茎皮中活性成分含量较丰富。紫花品种分别为 1.45%和0.934%,白花品种分别为1.42%和 2.68%。茎木和根活性成分含量较低。有的根、种 子、茎甚至全株都含有杀虫活性物质,不过,鱼藤酮 不如灰毛豆素在该属植物中普遍存在,几乎所有具 有杀虫活性的灰叶属植物都含有灰毛豆素,而有的 非洲山毛正品种中不含鱼藤酮。
  植株的叶片、茎杆、豆荚、根、种子等部位都含有 活性成分,其含量变化差异较大。黄继光等用索氏、 冷浸和振荡抽提3种方法和6种不同的溶剂对非洲 山毛豆叶片进行提取研究,并用HPI《测定了提取 物和植物叶片干粉中鱼藤酮的含量。结果表明,用 氯仿振荡抽提紫花品种叶片得到的粗提物中鱼藤酮 的含量最高,为9.70%;丙酮索氏抽提紫花品种叶 片所求得的植物干粉中鱼藤酮的含量最高,为 0.72%。中等极性溶剂如氯仿、苯、乙酸乙酯、丙酮 等对鱼藤酮的提取率较高,建议实验室内提取溶剂 用氯仿或丙酮、工厂化生产时用苯较好。
  
  4 作用机理
  
  非洲山毛豆中有效成分含有鱼藤酮及其类似 物,除了切断害虫的呼吸链等传统的作用机理外,研 究还发现可以抑制害虫表皮的形成,具有牛K发育 抑制作用。徐汉虹等研究了非洲山毛豆对菜粉蝶幼 虫化蛹以及体壁的影响,结果表明,非洲山毛豆能影 响菜粉蝶的发育,50倍丙酮提取物点滴菜粉蝶5龄 前期(蜕皮后1~8 h)幼虫后,74.4%出现死亡, 25.6%未死幼虫均变为畸形蛹;处理5龄中后期幼 虫时,绝大多数幼虫均在化蛹时出现畸形。对畸形 幼虫和畸形蛹的真皮细胞和内外表皮分别进行了超 显微结构观察,发现鱼藤酮及其类似物影响昆虫旧 表皮的分解和新表皮的合成是导致虫体畸形的主要 原因,并对畸形蛹体壁的几丁质、粗脂肪、粗蛋白的 含量进行测定,结果表明处理组与对照组存在明显 的差异。
  
  5 加工与应用
  
  将含鱼藤酮较多的非洲山毛豆品种枝叶加上成 粉剂防治禽畜体外的虱子、跳蚤,配成液体洗杀牲口 的蜱螨等寄生虫,也可用于灭蚊、蟑螂和家蝇等卫生 害虫。Reyes报道了非洲山毛豆提取物的制 备和测定、制剂加工、稳定性试验和毒力测定。制剂 加要部分报道了助剂的选择、乳油的加工和可湿性 粉剂的加工过程,并确定了将非洲山毛豆提取物加 工成乳油和可湿性粉剂的加工方法及各组分的6-分 比例。并且,还对加工成的乳汕和可湿性粉剂进行 了乳化稳定性试验、悬浮性试验、溶解试验和加速储 存试验。黄继光在非洲山毛豆叶提取物中加入 甲苯、丙酮、0214(乳化剂)等,将其配制成含鱼藤酮 1%乳油制剂,各方面的性能都能达到指标要求;将 凡士林与200目的非洲山毛豆叶片干粉混合,加工 戊油膏,可防治家畜和宠物体外的寄生虫;鱼藤酮晶 体与丙酮、煤油、内丁烷混合,加工成气雾剂,对致倦 库蚊有较高的防治效果。
  
  6 结语
  
  经在华南农业大学杀虫植物标本园种植结果表 明,非洲山毛豆在我国能够成活,其生长迅速,180 d 就可长至1.5~2m;枝叶产量大,可以常年采摘;结 荚率高,种子产量大,并可种子繁殖。非洲山毛豆的 根部含有根瘤菌,可以固定空气中的游离氮,当作绿 肥使用;对环境要求不严,町在坡地、荒地种植,是开 荒改良土壤的先锋作物;还可作隔离植物,篱笆屏障 植物。该植物分枝很多,羽状复叶茂密,乍长迅速, 有紫花、白花、蓝花、红花等多个品种。
  在雷州半岛,将非洲山毛豆与桉树种植,为植树 提供营养,防止土壤退化,目前已经种植厂近万公 顷。另外,在云南、广东、广西等地,都种植有大量的 非洲山毛豆。非洲山毛豆的推广种植和新品种的引 进以及相关系列产品的开发,一方面可以为鱼藤酮 的资源提供保障,另一方面可改善土壤,改良我国的 生态环境,促进山区经济的发展,具有广阔的发展 前景。

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