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  • 艾卓生物:NAGO SHARE ▏植物精油的多种生理活性及其应用(3)
    2022-08-08

    在第二期的植物精油的多种生理活性及其应用中(往期回顾:《NAGO SHARE ▏植物精油的多种生理活性及其应用(2)》),我们向大家介绍了面部皮肤炎症的成因以及植物精油的的抗炎活性,其中着重介绍了植物精油的抗炎成分及其作用机制。这本期文章中,我们将继续深入探讨植物精油所具有的其他突出生理活性。

    植物精油的多种生理活性

    病媒昆虫与虫媒传染病

    虫媒传染病大多属于自然疫源性疾病,传播媒介将病原体通过机械性传播和生物性传播的方式传播给人类,常见的有流行性乙型脑炎、鼠疫、莱姆病、疟疾、登革热等危害性较强的传染病。常见的病媒昆虫有蚊子、苍蝇、蟑螂、臭虫、虱子、跳蚤、蚂蚁等,此外还包括蠓、蚋、虻、白蛉等[1]。

    虫媒传染病的危害

    以最为常见的害虫蚊虫为例,蚊虫属于昆虫纲(Insecta)、双翅目(Diptera)、长角亚目(Nematocera)、蚊科(Culicidea)是一类重要的病媒传播昆虫,它嗜吸人畜血液,严重影响着人类生产、生活。其身上可以携带大量传染性病原微生物,包括病毒、立克次体目的立克次体科和无形体科以及部分原虫,其中蚊媒病毒占绝大多数。蚊媒病毒种类多样,对人类健康威胁极大,例如蚊子身上携带的西尼罗病毒(West Nile virus, WNV),WNV感染是美国神经侵袭性虫媒病毒疾病的最常见原因,大多数显性感染者会出现发热、头痛、疲倦、肌肉痛、胃肠道症状、淋巴结肿大等症状,严重者会出现脑膜炎、脑炎和急性弛缓性瘫痪[2]。登革病毒(Dengue virus,DENV),主要通过埃及伊蚊和白纹伊蚊等媒介昆虫传播,可引起登革热以及发病率和死亡率很高的登革出血热和登革休克综合征。除此以外,蚊子还可能携带并传播寨卡病毒(Zika virus,ZIKV)、裂谷热病毒(rift valley fever virus, RVFV)、黄热病病毒(yellow fever virus, YFV)、基孔肯雅病毒(Chikungunya virus,CHIKV)等多种病毒,并可能诱发发热、皮疹和流感样症候群、关节炎症候群、脑炎脑膜炎症候群、出血热症候群等严重疾病。这类传染病在我国每年传染病总发病病例中约占5%~10%,但它的病死人数则占传染病总死亡人数的30%~40%,严重威胁人类健康[3]。

    昆虫驱避剂

    在日常生活中,常用驱避剂防止蚊虫叮咬。昆虫及其他许多动物都对某些化学物质或天然植物释放出的其他分子中所含有的特殊气味有喜爱或厌恶,而产生被引诱或驱避动作。这种由化学物质发出的刺激气味若为负向性,则昆虫或动物被驱避,对昆虫产生负向性的药剂,称之为驱避剂。昆虫驱避剂本身无杀虫作用,但可以在一定时间内,使在野外活动的人、畜免受昆虫叮咬和侵袭,防止虫媒病发生[4]。驱避剂分为化学合成驱避剂和植物源驱避剂。目前使用最广泛的化学驱避剂是避蚊胺[DEET,N,N-二乙基-3-甲基苯甲酰胺]、伊默宁[IR3535,3-(N-正丁基乙酰胺基)-丙酸乙酯]、羟哌酯[KBR3023,2-(2-羟乙基)-哌啶-1-碳酸-1-甲基异丙酯][5]。人工合成驱避剂具有高效、有效驱蚊时间长等优点,备受人们的青睐。但是,近年来 DEET 不断被报道对人体有负作用、对环境有害。

    植物精油的害虫驱避活性

    随着人们对健康和生态环境日益关注,尤其是人们使用蚊虫驱避剂,更加要求其对人体安全,植物精油等天然成分,因其具有低毒、低残留、与环境兼容性好等特点,近来越来越受到市场和消费者的青睐。人类用植物及提取物驱避有害昆虫的历史已有近千年,早在两千多年前,古代中国、埃及、印度等国人民便开始使用精油等天然产物来杀虫驱蚊,因其来源自然对人体安全,至今仍在使用。植物精油对多种害虫具有不同程度的熏蒸、驱避、引诱、触杀、拒食及抑制生长发育活性。

    植物精油对蚊虫的驱避活性

    有研究学者通过对1991-2010年间在《SciFinder Scholar》中收录的含精油驱蚊专利文献总结,发现具有驱蚊活性的植物精油集中于菊科、禾本科、唇形科、桃金娘科、樟科、芸香科、伞形科、姜科、柏科、马鞭草科、木犀科、茄科中,且香茅油、桉叶油、薰衣草油、薄荷油、丁香油、肉桂油、樟树油、柠檬草油等精油在专利文献中出现次数最多[6]。

    香茅油是香茅属植物香茅 Cymbopogon winterianus 的挥发油,是当前最成功的商品化驱避剂,香茅油早在 1908 年就被推荐作为昆虫驱避剂使用,香茅是美国昆虫驱避制剂中常用的植物成分,市场销售的具有驱虫作用的蜡烛和熏香品都含有香茅油[7]。其主要驱蚊成分为香茅醛(无环单萜烯)和香叶醇。研究发现萜类化合物具有良好的驱避活性。

    Pushpanathan 等人通过以致倦库蚊为驱避研究对象,在皮肤上涂抹1.0、2.5和5.0 mg/cm2柠檬草精油后,可保证人们在3、4 和5小时内不被蚊虫叮咬[8]。温远影等人通过研究发现细杆沙蒿挥发油对埃及伊蚊具有驱避活性,4、8小时的保护率分别为 90%、80.3%[9]。Trongtokit等人在室内下测定了 38 种植物精油对埃及伊蚊的驱避活性,结果表明在3.3 µl/cm2剂量下,未稀释的香茅油、广藿香油、丁香油有效保护时间达到 2 h,其中丁香油对致倦库蚊、大劣按蚊也具有良好的驱避活性[10]。Giovanni等人提取了芫荽(Coriandrum sativum L.)的果实精油,结果表明,这种精油对白纹伊蚊具有较好的驱避活性,在最高剂量下(0.2μL/cm2),这种精油的保护时间超过60min[11]。

    一般而言,由于植物精油的挥发性高,几乎所有植物精油的滞留时间都很有限 (<2~4h),而DEET(>25%具有长达10h的驱蚊效果。不过由昆虫学家Junwei(Jerry)Zhu和内布拉斯加州林肯的ARS农业生态系统管理研究小组领导的一个科学家小组发现发现椰子油中链脂肪酸对蚊子在内的多种吸血节肢动物具有比DEET更好的驱避活性,含有椰子油中链脂肪酸的一种配方产品可以在炎热的夏天保护牧牛免受蚊虫叮咬长达96h,这也是迄今为止报道里保护时间最长的天然驱蚊产品[12]。

    植物精油对蚊虫幼虫的毒杀作用

    蚊虫的生命周期包括卵、幼虫、蛹、成蚊4个阶段。因此,除了灭杀成蚊外,关于杀虫剂用于蚊幼虫的灭杀也相当重要。

    彭映辉等人采用了浸渍法评估了两种扁柏属植物精油对白纹伊蚊和致倦库蚊IV龄幼虫的灭杀活性。结果显示,绒柏精油对白纹伊蚊和致倦库蚊IV龄幼虫的24h LC50分别为47.66μg/mL、31.74μg/mL,日本扁柏精油对这两种蚊虫幼虫的 24 h LC50分别为 73.11μg/mL、63.94μg/mL。这两种精油均有较强的蚊幼虫灭杀活性[13]。

    扶巧梅等人评估了两种松科植物精油对白纹伊蚊和致倦库蚊IV龄幼虫的灭杀作用。结果显示,雪松叶精油对上述两种幼虫的24h LC50值分别为 119.58μg/mL、146.47μg/mL,马尾松叶精油对上述两种幼虫的24h LC50值分别为135.53μg/mL、162.54μg/mL[14]。

    马卫宾等人测试了冬青油和肉桂油对淡色库蚊幼虫的灭杀活性,结果显示,这两种精油的24 h LC50分别为71.87mg/L和102.83mg/L,具有较强的毒杀能力[15]。该研究团队还发现八角茴香油、八角叶油对淡色库蚊IV龄幼虫具有较强的毒性,在80mg/L质量浓度下,24 h幼虫死亡率达95.0%和93.8%[16]。

    植物精油对其他害虫的驱避活性

    江志利等人研究发现肉桂油、八角叶油、黄樟油、香茅油、薄荷素油、留兰香油等 6 种精油对家蝇具有较强的熏蒸作用,其中黄樟油还表现出一定的触杀活性[17]。黄玉清等人研究土荆芥精油对菜青虫的触杀、熏蒸、拒食和生长抑制作用。结果表明,土荆芥精油对菜青虫1-5 龄幼虫的触杀毒力大小顺序依次为 3 龄>2 龄>1龄>4 龄和 5 龄[18]。黄衍章等人在空仓和实仓模拟条件下测试了 8 种药用植物精油对谷蠹成虫的熏蒸活性[19]。其中,八角茴香精油的熏杀效果最好。王霞等得出肉桂油、青蒿油在 40 μL/L 的处理剂量下,对花斑皮蠹成虫的熏蒸活性显著,处理12 h 后死亡率即达100%,肉桂油和青蒿油可以作为熏蒸剂防治花斑皮蠹等仓库害虫[20]。

    —小结—

    随着天然植物精油用于害虫的控制受到越来越多的关注,大量的学者用植物精油对害虫进行了触杀、熏蒸、趋避等生物测定实验,结果也表明植物精油对害虫具有较高的药效和可观的开发前景。植物精油作为新型植物源杀虫剂,相比同类型的杀虫剂具有一定的优越性,然而,天然精油的成分非常复杂,各种成分之间也存在着协同效应,因此确定精油中具体的活性成分具有一定的难度。总的来说,植物精油应用于害虫趋避,特别是用于蚊虫、家蝇、蟑螂的防治具有广阔的应用空间和利用前景,但也需要整个行业投入更多的时间与精力进行基础研究。

    在本章节,我们简单介绍了害虫与虫媒传染病对人类的危害,以及论述了植物精油作为害虫驱避剂的研究与应用优势。在下一部分,我们将围绕植物精油的其他生理活性展开论述。

    参考文献

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