植物精油对淡色库蚊的生物活性及天然蚊虫防控剂研发

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蚊虫通过骚扰、叮咬等多种方式危害人类生活,并可传播登革热、鼠疫、伤寒、疟疾等疾病,严重威胁人们的身体健康。蚊虫防控工作是一项系统工程,蚊虫防控剂的开发和应用是其中的一个重要环节。由于蚊虫防控剂应用于人类的生活环境,并与人体有直接接触,因此对其安全性的要求更高。长期、大量以及不合理地使用化学合成卫生杀虫剂,已经产生了一系列的问题,如蚊虫抗药性、杀虫剂残留、室内环境污染等,引起人们对卫生用农药安全性的担忧。天然植物精油具有可再生、低残留、低毒性等优点,符合人们对卫生杀虫剂安全、环保的要求。但由于资源有限、成本过高、制剂加工难度较大,植物精油在蚊虫防控实践中的应用较少。鉴于此,本论文在前期研究的基础上,以国内常见的淡色库蚊(Culex pipiens pallens)为研究对象,系统地评价了25种天然植物精油及35种精油单体化合物对其幼虫的毒杀活性以及对成蚊的熏蒸与驱避作用,研究了精油活性成分之间的协同增效作用,在此基础上初步研制出几种具有一定应用价值的植物源蚊虫防控剂配方。主要结果如下:1.采用药液浸养法测定了供试样品对淡色库蚊4龄幼虫的毒杀活性,并对活性成分进行了协同增效作用研究及水面杀蚊幼剂初步研制。结果表明:(1)供试精油中的八角茴香油与八角叶油活性较好,80mg/L浓度下试虫24h死亡率分别为95.0%和93.8%;精油单体化合物中的反式茴香烯杀蚊幼活性最好,其次为金合欢醇与对伞花烃,24h的LC50分别为16.1、21.5和25.9mg/L;反式茴香烯与金合欢醇具有较好的协同增效作用,1:1(w/w)配比下对淡色库蚊4龄幼虫的LC50为9.5mg/L。(2)油酸对反式茴香烯和金合欢醇的杀蚊幼活性具有显著的增效作用,反式茴香烯、油酸和乙醇组成的三元混合体系具有在水体表面杀蚊幼的效果,其杀蚊幼效果与水体面积相关,与水体深度无关,此结果为进一步研究基于植物精油的水面杀蚊幼剂提供了参考和依据。2.采用三角瓶密闭熏蒸法测定了供试样品对淡色库蚊雌成虫的熏蒸击倒和熏蒸致死活性,并对活性化合物进行了协同增效作用研究及植物源电热蚊香片初步研制。结果表明:(1)肉桂油及其有效成分反式肉桂醛对蚊虫具有很好的熏蒸致死效果,但击倒速度较慢;冬青油及其主效成分水杨酸甲酯对淡色库蚊的熏蒸致死活性较差,但在亚致死剂量下却显示很好的击倒活性,但蚊虫被击倒后又能复苏;反式肉桂醛与水杨酸甲酯混配后对蚊虫兼有快速击倒和高效致死的熏蒸效果,显示出较好的协同作用。(2)香芹酚与百里香酚对淡色库蚊的熏蒸击倒和致死活性最好,熏蒸处理5h的LC50分别为0.26和0.28μL/L,并且二者具有协同增效作用,1:1(v/v)配比下的共毒系数(CTC)为174.1,LC50为0.16μL/L。(3)以香芹酚与百里香酚(1:1,v/v)为有效成分,研制出一种植物源电热蚊香片,通过方箱法(70×70×70cm)测试,其杀蚊效果(300mg/片)与右旋烯丙菊酯(30mg/片)相当。3.采用“Y”型嗅觉仪测定了供试样品对淡色库蚊雌成虫的空间驱避活性。结果显示:(1)25种植物精油中,肉桂油的空间驱避活性最好,其次为香叶油,0.2μL剂量下二者在“Y”型嗅觉仪中对蚊虫20min内的驱避率大于85%;35种精油单体化合物中,反式肉桂醛和香叶醇驱避活性最好,0.2μL剂量下在“Y”型嗅觉仪中对蚊虫20min内的驱避率均为100%。(2)反式肉桂醛与香叶醇具有协同增效作用,在1:1(v/v)配比下的驱避效果好于单用时的效果;以反式肉桂醛和香叶醇(1:1,v/v)为有效驱蚊成分,以卡拉胶、吐温80、水等为辅料,研制出一种水凝胶型固体缓释驱蚊剂。4.选用杀蚊幼、熏蒸、驱避活性较好的7种单体化合物,分别以1.0%质量比加入到0.6%的天然除虫菊素气雾剂中,测定了其对天然除虫菊素的增效活性。结果表明:(1)香叶醇与水杨酸甲酯的增效活性最好,增效系数(SR)分别为1.35和1.34;将香叶醇与水杨酸甲酯以9:1,7:3,5:5,3:7,1:9质量比进行混配,发现二者比例为7:3时增效效果最好(SR=1.58),优于增效醚S1(SR=1.39)。(2)采用模拟现场法,测定了配方为0.6%除虫菊素+1.0%XS(香叶醇:水杨酸甲酯=7:3,w/w)为有效成分的气雾剂的药效,1h蚊虫击倒率和24h蚊虫死亡率均为100%,达到农药卫生用杀虫剂药效评价标准(气雾剂)的A级标准;经相关企业测试,以香叶醇与水杨酸甲酯为有效成分研制的植物源增效剂XS对天然除虫菊素具有明显的增效效果,具有较好的市场化潜力。综上所述,植物精油对蚊虫的生物活性可以分为致死效应和亚致死效应,二者均具有开发潜力和实用价值。植物精油中单体化合物之间存在的协同增效作用为通过科学合理的增效混配来开发安全、高效的天然蚊虫防控剂提供了依据。本论文的研究结果进一步证明基于植物精油开发天然蚊虫防控剂具有技术可行性和应用可能性,并对发展新型蚊虫防控技术与产品以及建立环保型蚊虫综合防控体系具有一定的理论意义和参考价值。
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