胡椒属植物精油与苯丙烷类化合物的生物活性及对玉米象和赤拟谷盗的酶抑制作用研究

为解决仓储害虫防治中合成农药的环境污染和抗药性问题，研究人员评估了四种胡椒属植物精油(EOs)及其苯丙烷类化合物对玉米象(S. zeamais)和赤拟谷盗(T. castaneum)的熏蒸、触杀、驱避活性及酶抑制机制。研究发现P. auritum精油对赤拟谷盗具有显著熏杀活性(LC50 4.7-7.2 μL/L)，其主成分黄樟素(safrole)展现出最强毒性(LD50 12.6-34.4 μg/虫)，结构-活性分析表明甲氧基增加会降低毒性。该研究为开发环保型储粮害虫防控剂提供了科学依据。

　　

在粮食储存领域，玉米象(Sitophilus zeamais)和赤拟谷盗(Tribolium castaneum)等害虫每年造成高达30%的产量损失，传统合成农药虽能有效控制虫害，却带来环境污染、害虫抗药性和非靶标生物危害等问题。随着人们对食品安全和生态保护的日益关注，开发环境友好型害虫防控剂成为研究热点。植物精油(EOs)因其化学多样性、多作用靶点和低环境持久性等优势备受关注，其中胡椒属(Piper)植物因其丰富的苯丙烷类化合物而显示出巨大潜力。

为系统评估胡椒属植物精油的杀虫潜力，研究人员开展了这项研究。通过采集哥伦比亚昆迪纳马卡省和博亚卡省的四种胡椒属植物(P. aduncum、P. asperiusculum、P. auritum和P. holtonii)，采用水蒸气蒸馏法提取精油，并运用GC-MS技术进行化学成分分析。从精油中分离得到主要苯丙烷类化合物包括芹菜脑(apiol)、莳萝芹脑(dillapiole)和肉豆蔻醚(myristicin)，同时商业采购了黄樟素(safrole)。研究采用"瓶内瓶"法评估熏蒸活性，直接接触法测定触杀毒性，区域偏好法测试驱避效果，并通过分光光度法测定了乙酰胆碱酯酶(AChE)、过氧化氢酶(CAT)和谷胱甘肽S-转移酶(GST)的抑制活性。

化学成分分析显示，P. aduncum叶精油以莳萝芹脑(23.91%)和肉豆蔻醚(5.2%)为主；P. asperiusculum叶精油富含肉豆蔻醚(38.61%)和莳萝芹脑(20.72%)；P. auritum叶精油则以黄樟素(48.13%)为主要成分；P. holtonii地上部分精油中芹菜脑(23.86%)和莳萝芹脑(9.72%)含量较高。这些化学组成差异为解释其生物活性差异提供了基础。

在杀虫活性方面，P. auritum精油对赤拟谷盗表现出最强的熏蒸毒性(LC₅₀ 4.7-7.2 μL/L空气)，而P. asperiusculum精油对玉米象的触杀效果最佳(LD₅₀ 108.2-123.2 μg/虫)。特别值得注意的是，P. holtonii精油在0.1 μL/cm²浓度下展现出90%和80%的驱避率。在单体化合物中，黄樟素表现出最强的触杀毒性，对玉米象和赤拟谷盗的LD₅₀分别为34.4和12.6 μg/虫。结构-活性关系分析发现，苯丙烷类化合物中甲氧基(-OCH₃)数量增加会降低杀虫活性。

酶抑制实验结果显示，这些精油和化合物对AChE、GST和CAT的抑制率在0-50%之间，表明酶抑制可能不是其主要杀虫机制。其中，P. auritum花精油对AChE抑制率最高(40%)，P. asperiusculum叶精油对GST抑制最强(38.87%)，而所有样品对CAT的抑制均不明显，部分甚至表现出促进H₂O₂分解的抗氧化活性。

这项研究首次系统评估了四种胡椒属植物精油及其主要苯丙烷类化合物对两种重要仓储害虫的多重防控效果，揭示了化学结构与生物活性的关系。研究结果表明，胡椒属精油特别是P. auritum精油及其主要成分黄樟素，具有开发为环保型储粮害虫防控剂的潜力。这些发现不仅为植物源农药的研发提供了科学依据，也为解决传统农药带来的环境和健康问题提供了新思路。未来研究可进一步探索这些精油的协同效应、制剂化技术及在实际仓储环境中的应用效果。该研究成果发表在《Journal of Stored Products Research》上，对推动绿色植保技术的发展具有重要意义。