沙蝇驱避活性精油成分的鉴定与评价：基于美国最低风险农药豁免清单的研究

《International Journal of Tropical Insect Science》：Repellency to the sand fly, Phlebotomus papatasi (Scopoli), by essential oils listed as active ingredients for minimum risk pesticide products in the United States

　　

摘要 Phlebotomus papatasi（一种白蛉属沙蝇）是引起热带和亚热带地区（包括非洲、欧洲、中东和南亚）利什曼病的利什曼原虫（Leishmania）的原虫媒介，对当地居民及部署的美军人员构成重大威胁。预防利什曼病需通过物理屏障、杀虫剂浸泡过的制服以及个人驱避剂（如DEET）等方式最大限度减少沙蝇叮咬暴露。虽然使用了杀虫剂，但现有杀虫剂的有效性有限，且依赖于施用方法和环境条件。人体毒性风险限制了杀虫剂作为室内滞留喷洒的使用。这凸显了开发安全有效的驱避剂和杀虫剂用于综合沙蝇控制计划的必要性。许多精油具有驱避或杀虫活性，其中一些根据《联邦法规》第40篇第152.25条第f款的规定，有条件地免于美国环境保护署注册为最低风险农药产品。本研究评估了被列为美国最低风险农药产品的精油对P. papatasi的驱避效果，并与DEET进行了比较。香茅油、玉米薄荷油、肉桂油、香茅油、丁香油和留兰香油及其组分（反式肉桂醛、香茅醛、柠檬醛、香叶醇、N-丙基-d-樟脑内酰胺、EZ-荆芥内酯、香茅醛、二乙基(2-甲基烯丙基)膦酸酯和薄荷醇）表现出比DEET更强的对P. papatasi的驱避性，且薄荷醇、香茅醛和柠檬醛具有杀虫活性。这些精油被列为最低风险农药表明它们对人类健康或环境的风险很小。有必要对这些精油进行进一步测试，以保护人类和动物免受沙蝇及其他昆虫疾病媒介的叮咬和病原体传播。

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一、研究背景与问题提出

利什曼病（Leishmaniasis）是一种由利什曼原虫（Leishmania）引起的严重寄生虫病，其传播媒介主要为白蛉属沙蝇（Phlebotomus papatasi）。该疾病在非洲、欧洲、中东和南亚的热带及亚热带地区广泛流行，对当地居民以及在该区域执行任务的美国军事人员构成了显著的公共卫生威胁。目前，预防利什曼病的主要策略是减少人与沙蝇的接触，具体措施包括使用物理屏障（如纱网）、杀虫剂浸泡过的制服以及个人驱避剂（如DEET）。

然而，现有的防控手段面临诸多挑战。首先，可用的杀虫剂种类有限，其实际效果高度依赖施用方法和环境条件。其次，出于对人体毒性的担忧，某些杀虫剂无法在军营、帐篷等军事居住区内进行室内滞留喷洒（indoor residual sprays, IRS）。此外，尽管合成驱避剂DEET被视作金标准，但其在野外需要频繁补涂，且无法有效清除或保护人类居所免受沙蝇侵扰，同时还存在皮肤敏感性、毒性和气味不佳等问题。美军在伊拉克和阿富汗的沙蝇控制实践也表明，化学杀虫剂的运用效果并不理想。

因此，开发安全、有效的新型驱避剂和杀虫剂，并将其整合到综合沙蝇控制计划中，以保护平民和军事人员免受叮咬和疾病传播，成为一项迫切需求。植物精油因其固有的驱避或杀虫活性而备受关注，其中一些精油已被美国环境保护署（EPA）根据《联邦法规》第40篇第152.25条第f款（40 CFR 152.25(f)）列为最低风险农药产品，有条件地免于注册。这意味着它们可能具有低毒、环保的优势，若能证明其对沙蝇有效，则可迅速应用于军事防护。

二、研究目的与结论

本研究旨在评估被列入美国最低风险农药产品清单的多种精油及其化学成分，对旧世界沙蝇P. papatasi的驱避活性和杀虫活性，并以DEET作为阳性对照进行比较。研究得出的核心结论是：香茅油、玉米薄荷油、肉桂油、香茅油、丁香油和留兰香油这六种精油，以及它们的多种主要化学成分（如反式肉桂醛、香茅醛、柠檬醛、香叶醇、薄荷醇等），在对未进食雌性沙蝇的驱避试验中，表现出了等同于甚至优于DEET的效果。特别是薄荷醇、香茅醛和柠檬醛还展现出明显的杀虫活性。这些发现为开发基于天然产物的新型沙蝇防控策略提供了坚实的科学依据，并指出这些已获豁免的精油有望补充或增强现有的军事防虫物资清单。

三、关键技术方法

研究人员采用了静态空气嗅觉测定法（static air olfactometry）进行生物测定。实验在25-26°C的静态空气室中进行。所有测试材料均以丙酮稀释至1%或更低浓度，取1mL施加于滤纸盘上。每次生物测定均使用相同浓度的DEET作为标准参照物。实验记录了沙蝇的空间驱避性（repellency）、接触驱避性/回避性（avoidance）以及死亡率（mortality）。驱避性和回避性数据根据特定公式计算，每个实验至少重复三次，溶剂对照组至少重复五次。

四、研究结果

1. 精油的驱避活性

研究人员在静态空气嗅觉测定仪中，从1%浓度开始测试每种选定的精油，并逐步降低浓度直至平均驱避值降至80%以下。结果显示，香茅油、玉米薄荷油、肉桂油、香茅油、丁香油和留兰香油对未进食雌性沙蝇的驱避活性均高于DEET。

2. 精油成分的驱避与杀虫活性

研究人员根据文献报道，选取了上述驱避精油中含量≥2%的主要化学成分进行单独测试。结果表明，多种化学成分（如反式肉桂醛、香茅醛、柠檬醛、香叶醇、N-丙基-d-樟脑内酰胺、EZ-荆芥内酯、二乙基(2-甲基烯丙基)膦酸酯和薄荷醇）表现出等于或优于DEET的驱避活性。此外，薄荷醇、香茅醛和柠檬醛还显示出杀虫活性。这些有效的驱避成分在许多母体精油中是常见的共有成分。

五、讨论与结论

本研究的讨论部分强调了寻找DEET替代品的重要性，尤其是在军事行动背景下。美国国防部（DOD）的应急农药清单仅限于EPA注册的化学品，而本研究所测试的精油属于40 CFR 152.25(f)条款下的最低风险农药，无需EPA注册即可使用，且具有长期安全的食品和香料使用历史。这表明，若获得科学数据支持，这些精油可以立即被纳入特定的害虫防治应用中，为军事人员提供更安全的选择，并可能有效对抗已对合成杀虫剂产生抗药性的沙蝇种群。

研究结论指出，香茅油、玉米薄荷油、香茅油、肉桂油、丁香油和留兰香油等精油可作为补充或增强现有DOD防虫物资清单的候选物质。同时，研究中发现的单一活性化学成分（如柠檬醛、香茅醛、薄荷醇等）可以作为先导化合物，用于开发作用机制不同于现有化学驱避剂的新型合成驱避剂。未来的研究应着重于探索这些活性成分混合后的协同效应，以期延长功效持续时间并降低抗药性风险。通过合理的制剂配方，有望克服植物源驱避剂作用时间短的局限性，使其能够作为抗栖息室内滞留喷洒剂和区域性处理剂，用于保护人和动物免受沙蝇及其他吸血节肢动物疾病媒介的叮咬。