芳樟醇与橙花叔醇作为玉米储藏保护剂的双重功效：抗虫抑菌及降低黄曲霉毒素污染研究

《Journal for Nature Conservation》：Efficacy of linalool and nerolidol for protecting stored maize seeds from Prostephanus truncatus and Sitophilus zeamais, and aflatoxin-producing fungi

本刊推荐：为解决化学杀虫剂抗性及黄曲霉毒素污染等储粮安全问题，研究人员开展植物源萜类化合物（芳樟醇与橙花叔醇）对玉米象、大谷蠹和黄曲霉的防控效果研究。结果表明，芳樟醇（11.18 μmol·g–1）可实现100%驱避率与致死率，完全抑制真菌生长及黄曲霉毒素积累，且不影响种子萌发活力。该研究为开发绿色储粮制剂提供了重要理论依据。

　　

在热带和亚热带地区，玉米（Zea mays L.）采收后的损失往往高达50%–80%，这主要归因于两种毁灭性仓储害虫——玉米象（Sitophilus zeamais）和大谷蠹（Prostephanus truncatus）的猖獗危害。这些害虫不仅通过取食直接减少籽粒干重和发芽率，其造成的机械损伤更为机会性病原菌，尤其是能产生强致癌物黄曲霉毒素B₁和B₂的黄曲霉（Aspergillus flavus）打开了入侵之门。长期以来，农户依赖有机磷和拟除虫菊酯等合成杀虫剂进行防治，但由此引发的农药残留、环境污染、害虫抗性及食品安全问题日益严峻。因此，开发高效、低毒、可降解的植物源替代品成为当务之急。

在此背景下，来自加纳大学西非作物改良中心的研究团队将目光投向了两种广泛存在于芳香植物中的萜类化合物：单萜类芳樟醇（linalool）和倍半萜类橙花叔醇（nerolidol）。已有研究表明，它们分别对多种害虫和病原菌具有驱避、触杀及抑制活性，但其在玉米储藏过程中对“虫-菌-毒”复合危害的协同防控潜力尚不明确。为了填补这一知识空白，Seth K. Asare 等人系统评估了这两种化合物在实验室条件下对玉米象、大谷蠹的杀虫效果以及对黄曲霉生长和黄曲霉毒素产生的抑制能力，并将它们的性能与商品化杀菌剂Betallic EC（有效成分为 pirimiphos-methyl 和 permethrin）进行了对比。相关研究成果发表在《Journal for Nature Conservation》上，为开发环境兼容型的储粮保护剂提供了新的科学依据。

研究人员开展了一系列关键实验。他们从加纳科福里杜亚中央市场采购洁净玉米籽粒，并进行灭菌处理。害虫种群（玉米象和大谷蠹）由加纳大学昆虫学实验室提供，并在受控条件下（28±2°C，65%相对湿度）繁殖。黄曲霉菌株则从市场玉米样本中分离、纯化，并依据形态学特征进行鉴定。核心实验包括：（1）通过拌种法测试不同浓度芳樟醇（2.79, 5.59, 11.18 μmol·g^–1）和橙花叔醇（1.96, 3.93, 7.87 μmol·g^–1）对成虫的致死率、产卵量及F₁代成虫羽化情况；（2）采用改良双选择嗅觉仪评估驱避活性；（3）通过8周储藏实验评估籽粒被害率、重量损失率和虫粪量；（4）利用PDA平板培养法测定化合物对黄曲霉菌丝生长的抑制率；（5）通过高效液相色谱法（HPLC）定量分析处理后玉米中黄曲霉毒素B₁和B₂的含量；（6）通过标准发芽试验和幼苗生长测量评估处理对种子发芽率和活力的影响。所有数据均采用单因素方差分析（ANOVA）和最小显著差异法（LSD）进行统计处理。

1. 对仓储害虫的杀虫效果

研究结果显示，芳樟醇表现出快速且强大的杀虫活性。最高浓度（11.18 μmol·g^–1）的芳樟醇和Betallic EC在处理后24小时内即对两种害虫造成100%的死亡率。中等浓度（5.59 μmol·g^–1）的芳樟醇也能在7天内达到完全致死效果。相比之下，橙花叔醇的致死作用较慢且不完全，在最高浓度（7.87 μmol·g^–1）下，对玉米象和大谷蠹的最终死亡率分别为100%和86.6%。触杀毒性试验进一步证实，芳樟醇和Betallic EC在24小时内对两种害虫均有完全触杀效果，而橙花叔醇对玉米象需要72小时才能达到100%死亡率。这表明芳樟醇的速效性可与合成杀虫剂相媲美。

2. 对害虫繁殖的抑制

两种化合物，尤其是芳樟醇，显著抑制了害虫的繁殖。在5.59和11.18 μmol·g^–1的芳樟醇处理下，玉米象和大谷蠹的产卵量均为零，F₁代成虫羽化也被完全抑制，效果与Betallic EC一致。而对照组中，两种害虫的产卵量分别达到67粒和80粒，并成功羽化出大量后代。橙花叔醇虽然也降低了产卵量和子代数量，但抑制效果不如芳樟醇彻底。这种对繁殖的抑制主要归因于成虫的高死亡率以及化合物可能具备的驱卵或杀卵活性。

3. 驱避活性

驱避实验表明，芳樟醇具有很强的驱避作用。最高浓度的芳樟醇（11.18 μmol·g^–1）对大谷蠹和玉米象的驱避率分别达到93.3%和100%，与Betallic EC的效果无显著差异。橙花叔醇在最高浓度下的驱避率均为86.7%。这种强烈的驱避效应可以在害虫接触并危害籽粒之前就将其驱离，从而提供第一道保护屏障。

4. 对籽粒的保护效果

经过8周的储藏，未经处理的对照组玉米遭受了严重损害，大谷蠹和玉米象造成的籽粒被害率分别高达71.6%和58.3%，重量损失率分别为16.6%和5.9%。而经芳樟醇（2.42 μmol·g^–1）处理的籽粒，被害率分别降至8.3%和0%，重量损失率也极低（≤2.1%），虫粪产量也显著减少，保护效果接近Betallic EC。橙花叔醇的保护效果相对较弱。值得注意的是，大谷蠹造成的损害普遍比玉米象更严重，这与前者更强的钻蛀和取食能力有关。

5. 对种子萌发和活力的影响

令人鼓舞的是，所有处理，包括最高浓度的植物化合物和合成杀虫剂，均未对玉米种子的发芽率产生不利影响，发芽率均保持在93%以上。更为重要的是，芳樟醇处理过的种子，其幼苗活力指数（根据胚芽和胚根长度计算）甚至显著高于对照组，表明这些化合物不仅无害，还可能对种子活力有轻微的促进作用。这消除了植物源杀虫剂可能影响种子质量的担忧。

6. 抗真菌及抑制黄曲霉毒素效果

在体外抗真菌实验中，高浓度的芳樟醇（558.83 μmol）能够像Betallic EC一样，在9天的观察期内完全抑制黄曲霉的菌丝生长。橙花叔醇虽然不能完全抑制生长，但能导致菌落形态异常并限制孢子形成。在玉米籽粒上的黄曲霉毒素抑制实验中，对于初始已被黄曲霉污染的籽粒，各处理对已产生的毒素水平影响有限。然而，对于初始洁净的籽粒，芳樟醇（11.97 μmol·g^–1）和Betallic EC能极其有效地阻止黄曲霉毒素的积累，14天后毒素含量远低于对照组（对照组AFB₁超过400 μg·kg^–1，而处理组≤12.5 μg·kg^–1）。这表明芳樟醇的主要作用在于预防新的黄曲霉侵染，从而在源头上阻断毒素的产生。

该研究的结论明确指出，芳樟醇和橙花叔醇，特别是芳樟醇，能够作为高效的双重用途玉米储藏保护剂。它们对玉米象和大谷蠹表现出强烈的触杀、驱避和繁殖抑制作用，并能有效抑制黄曲霉的生长和黄曲霉毒素的积累，同时对种子安全。这为解决化学农药带来的环境和健康问题提供了极具潜力的植物源解决方案。当然，研究者也客观地指出了这些萜类化合物的局限性，即其挥发性可能导致持效期较短。未来的研究应聚焦于通过微胶囊化等缓释技术来改善其稳定性，以实现在实际储藏，特别是小农户仓储条件下的规模化应用。总体而言，这项研究为开发基于植物天然产物的绿色、可持续储粮技术奠定了坚实的理论与实践基础。