2种韭菜挥发性成分对植物病原真菌和斜纹夜蛾幼虫生长的影响

谢 诺，冯少平，李珊珊，曾任森，陈 平，李永泉，张 晖*

(1.台山市红岭种子园，广东台山 529000；
2.仲恺农业工程学院，广东广州 510225；
3.福建农林大学作物科学学院，福建福州 350002)

韭菜是一种原产我国的百合科葱属植物，国外学者对葱属植物研究较多[1-2]，但韭菜研究相对少，一方面是韭菜主要分布在东南亚，另一方面韭菜的研究多数从食品角度来分析，并没有深入地研究具体化合物在抑菌方面的作用。硫醚类物质在自然界中广泛存在，具有一定的抗菌活性。如二甲基二硫醚、二烯丙基二硫醚、二烯丙基三硫醚、2-甲基-2-戊烯醛等存在于大蒜和洋葱中[3-4]；
二甲基硫醚、二甲基三硫醚等存在于韭菜[5]和荔枝中[6-7]。

研究显示二甲基二硫醚具有生物防除甘蓝地种蝇(Deliaradicum)的潜在能力[8]。葱属中的抗菌活性物质主要是硫代亚磺酸酯和其转化产物如各类硫化物[9-10]。其次是一些缩氨酸[11]、黄酮类化物[12]、酚类和生物碱[13]。葱属中硫代亚磺酸酯已被证明具有抗各种细菌和真菌的作用[2，14]。韭菜根和叶蒸馏油含有多种硫醚类化合物，笔者在原有研究基础上，进一步比较二甲基三硫醚和2-甲基-2-戊烯醛的抑菌能力和对斜纹夜蛾幼虫生长的影响，以此评估韭菜挥发性成分在农业病虫害防治上的应用。

1.1 试验材料

1.1.1植物病原菌菌种。用作测定韭菜挥发物抗菌活性的植物病原菌包括番茄早疫病菌(Alternariasolani)、香蕉炭疽病菌(GloeosporiummusarumCooke et Mass)、玉米纹枯病菌(RhizoctoniasolaniKühn)、荔枝炭疽病菌(Colletotrichumgloeosporioides)、青瓜枯萎病菌(Fusarium.oxysporiumf.sp.cucumarinum)、小麦赤霉病菌(Gibberellazeae(Schew.)Retch)、荔枝霜疫霉病菌(PenorophythoralitchiChen)。

1.1.2韭菜挥发物中的化合物标准品。二甲基三硫醚(dimethyl trisulfide)、2-甲基-2-戊烯醛(2-methyl-2-pentenal)等标准品购自Sigma公司。

1.2 试验方法

1.2.1菌种培养。培养植物病原菌的培养基为马铃薯葡萄糖琼脂培养基(PDA)，接种病原菌后在28 ℃恒温培养箱中培养7 d待菌落长满培养皿备用。

1.2.2FOC孢子平板。FOC在PDA培养基培养14 d，用无菌水经3层纱布过滤洗脱孢子，经无菌水稀释得孢子液，浓度约103个/mL，同时用平板检测方法检测其实际孢子可萌发数。吸取0.2 mL孢子液于PDA培养皿中进行涂板。

1.2.3抑菌能力比较。将“1.2.2”培养好的菌株平板用0.5 cm打孔器打出菌落块接于直径7 cm的PDA平板中间，将4个已接菌块的平板放入高12.5 cm、上底直径22 cm、下底直径 19 cm、总容积4 L的玻璃水槽中，分别吸取100、200、300 μL的二甲基三硫醚(dimethyl trisulfide)和2-甲基-2-戊烯醛(2-methyl-2-pentenal)放入水槽中央，即最终浓度为25、50、75 μL/L，并立即盖上3层保鲜膜，用橡筋箍紧。以不添加挥发物作为对照，并在对照处理菌块生长满培养皿时计算各处理的抑菌率。每个水槽放4个接有菌块的培养基，每个处理设置3个水槽。试验操作过程需在超净工作台中进行。

1.2.4对斜纹夜蛾幼虫生长的影响。分别吸取二甲基三硫醚(dimethyl trisulfide)和2-甲基-2-戊烯醛(2-methyl-2-pentenal)10 μL于棉花中，并将棉花分别放入10 L水槽中央，即浓度为1 μL/L。同时，将装有3龄斜纹夜蛾幼虫的果冻杯一同置于水槽中，果冻杯中放入斜纹夜蛾饲料，每个水槽放5条幼虫，每个处理组4个重复。水槽口用3层保鲜膜盖上，用橡筋箍紧，以不放挥发物的处理为对照组。分别对幼虫进行称重，共观察5 d，并计算其较初始重的增重比。

1.3 数据处理采用WPS 2022进行试验数据的整理，利用SPSS 23软件进行数据分析和显著性检验。所有显著性水平均设定为α=0.05。

2.1 对番茄早疫病病原菌的抑制作用二甲基三硫醚和2-甲基-2-戊烯醛对番茄早疫病病原菌的生长抑制结果见图1。由图1可知，在浓度为25 μL/L，二甲基三硫醚对番茄早疫病病原菌的生长抑制率达94%，2-甲基-2-戊烯醛此浓度下的抑制率只有54%。当浓度增加到50 μL/L，二甲基三硫醚对番茄早疫病病原菌的生长抑制率已达100%，2-甲基-2-戊烯醛的抑制率为90%。2个化合物在浓度为75 μL/L已经完全抑制番茄早疫病病原菌的生长。

注：不同小写字母表示差异显著(P<0.05)Note:Different lowercase letters indicated significant difference at 0.05 level图1 二甲基三硫醚和2-甲基-2-戊烯醛对番茄早疫病病原菌菌落生长的影响Fig.1 Effects of dimethyl trisulfide and 2-methyl-2-pentenal on colony growth of Alternaria solani

2.2 对香蕉炭疽病病原菌的抑制作用二甲基三硫醚和2-甲基-2-戊烯醛对香蕉炭疽病病原菌的生长抑制结果见图2。由图2可知，在浓度为25 μL/L，二甲基三硫醚对香蕉炭疽病病原菌的生长抑制率为62%，此浓度下2-甲基-2-戊烯醛的抑制率为49%。当浓度增加到50 μL/L，2-甲基-2-戊烯醛的抑制率提高到72%，二甲基三硫醚已经完全抑制香蕉炭疽病病原菌的生长，而2-甲基-2-戊烯醛浓度在75 μL/L下的抑制率为75%。

注：不同小写字母表示差异显著(P<0.05)Note:Different lowercase letters indicated significant difference at 0.05 level图2 二甲基三硫醚和2-甲基-2-戊烯醛对香蕉炭疽病病原菌菌落生长的影响Fig.2 Effects of dimethyl trisulfide and 2-methyl-2-pentenal on colony growth of Gloeosporium musarum Cooke

2.3 对玉米纹枯病病原菌的抑制作用由于玉米纹枯病病原菌在对照中的生长速度很快，试验进行第3天对照已经完全长满玉米纹枯病，所以图3的结果是试验第3天的结果，二甲基三硫醚和2-甲基-2-戊烯醛在浓度为50 μL/L时已经完全抑制玉米纹枯病病原菌的生长，在浓度25 μL/L，二甲基三硫醚的抑制率为100%，2-甲基-2-戊烯醛则为73%，二甲基三硫醚具有比2-甲基-2-戊烯醛更高的抑菌能力。

注：不同小写字母表示差异显著(P<0.05)Note:Different lowercase letters indicated significant difference at 0.05 level图3 二甲基三硫醚和2-甲基-2-戊烯醛对玉米纹枯病病原菌菌落生长的影响Fig.3 Effects of dimethyl trisulfide and 2-methyl-2-pentenal on colony growth of Rhizoctonia solani Kühn

2.4 对青瓜枯萎病病原菌的抑制作用从图4可以看出，在浓度为25 μL/L，二甲基三硫醚的抑制率为91%，2-甲基-2-戊烯醛只有10%。当浓度升至50 μL/L，二甲基三硫醚已经完全抑制病原菌的生长，而2-甲基-2-戊烯醛的抑制率从25 μL/L的10%升至50 μL/L 的34%，2-甲基-2-戊烯醛浓度为75 μL/L的抑制率为49%。

注：不同小写字母表示差异显著(P<0.05)Note:Different lowercase letters indicated significant difference at 0.05 level图4 二甲基三硫醚和2-甲基-2-戊烯醛对青瓜枯萎病病原菌菌落生长的影响Fig.4 Effects of dimethyl trisulfide and 2-methyl-2-pentenal on colony growth of Fusarium.oxysporium f.sp.cucumarinum Owen

2.5 对小麦赤霉病病原菌的抑制作用二甲基三硫醚对小麦赤霉病病原菌在浓度25 μL/L的抑制率为51%，2-甲基-2-戊烯醛在此浓度的抑制率只有二甲基三硫醚的约50%，抑制率为25%。二甲基三硫醚在浓度50 μL/L的抑菌率为83%，在75 μL/L已经完全抑制小麦赤霉病病原菌菌落的生长，2-甲基-2-戊烯醛在浓度75 μL/L的抑制率从50 μL/L的55%上升到63%(图5)。

注：不同小写字母表示差异显著(P<0.05)Note:Different lowercase letters indicated significant difference at 0.05 level图5 韭菜挥发物二甲基三硫醚和2-甲基-2-戊烯醛对小麦赤霉病病原菌菌落生长的影响Fig.5 Effects of dimethyl trisulfide and 2-methyl-2-pentenal on colony growth of Gibberella zeae (Schew.)Retch

2.6 对荔枝霜疫霉病病原菌的抑制作用二甲基三硫醚对荔枝霜疫霉病病原菌菌落生长的抑制能力比2-甲基-2-戊烯醛高(图6)，同浓度下2个化合物差异显著。浓度在25 μL/L，二甲基三硫醚的抑菌率为63%，2-甲基-2-戊烯醛为14%，后者只有前者的22%。二甲基三硫醚在浓度为75 μL/L已经完全抑制病原菌菌落的生长，此时2-甲基-2-戊烯醛的抑菌率为40%，仅比其在50 μL/L时的抑菌率提高了11%。

注：不同小写字母表示差异显著(P<0.05)Note:Different lowercase letters indicated significant difference at 0.05 level图6 二甲基三硫醚和2-甲基-2-戊烯醛对荔枝霜疫霉病病原菌菌落生长的影响Fig.6 Effects of dimethyl trisulfide and 2-methyl-2-pentenal on colony growth of Penorophythora litchi Chen

2.7 对荔枝炭疽病病原菌的抑制作用二甲基三硫醚和2-甲基-2-戊烯醛对荔枝炭疽病菌的抑制作用比较，二甲基三硫醚在浓度25 μL/L时抑菌率为50%，此浓度下2-甲基-2-戊烯醛的抑菌率仅为28%，为二甲基三硫醚的56%。当浓度升至50 μL/L，二甲基三硫醚对荔枝炭疽病病原菌抑菌率已达67%，2-甲基-2-戊烯醛在此浓度的抑菌率为42%，与二甲基三硫醚差异显著，浓度为75 μL/L时，二甲基三硫醚的抑菌率为80%，2-甲基-2-戊烯醛的抑菌率为54%(图7)。

注：不同小写字母表示差异显著(P<0.05)Note:Different lowercase letters indicated significant difference at 0.05 level图7 二甲基三硫醚和2-甲基-2-戊烯醛对荔枝炭疽病病原菌菌落生长的影响Fig.7 Effects of dimethyl trisulfide and 2-methyl-2-pentenal on colony growth of Colletotrichum gloeosporioides

2.8 对斜纹夜蛾幼虫生长的影响在1 μL/L浓度下，二甲基三硫醚使斜纹夜蛾三龄幼虫无法继续生长(图8)，死亡率为100%，而2-甲基-2-戊烯醛对幼虫生长的影响第1天和第2天时，差异显著，对照组的增重比分别为96%和553%，而2-甲基-2-戊烯醛处理组的增重比分别为199%和467%。但从第3天开始，2-甲基-2-戊烯醛处理组与对照组之间差异不显著，说明此浓度下斜纹夜蛾幼虫仍能正常的取食和生长。

注：不同小写字母表示差异显著(P<0.05)Note:Different lowercase letters indicated significant difference at 0.05 level图8 二甲基三硫醚和2-甲基-2-戊烯醛对斜纹夜蛾幼虫生长的影响Fig.8 Effects of dimethyl trisulfide and 2-methyl-2-pentenal on growth of Spodoptera litura larva

针对二甲基三硫醚在1 μL/L浓度下斜纹夜蛾幼虫死亡现象，将浓度设置为0.02和0.10 μL/L。由图9可知，在处理1 d后，对照的增重比为78%，0.02 μL/L处理组的增重比为98%，0.10 μL/L处理组的增重比为80%，但处理组与对照组幼虫的增重比差异不显著。从第2天开始，处理组幼虫的增重比与对照组之间差异显著，对照组在第2天的增重比为424%，而处理组0.02 μL/L下增重比为188%，0.10 μL/L则为210%，2个处理组之间差异不显著。到第5天，对照组的增重比已达3 312%，而此时0.02 μL/L的增重比为2 125%，0.10 μL/L增重比为1 465%。0.02 μL/L浓度对斜纹夜蛾幼虫的生长具有显著的抑制作用。

注：不同小写字母表示差异显著(P<0.05)Note:Different lowercase letters indicated significant difference at 0.05 level图9 二甲基三硫醚和2-甲基-2-戊烯醛对斜纹夜蛾幼虫生长的影响Fig.9 Effects of dimethyl trisulfide on larva growth of Spodoptera litura

从总体效果来看，二甲基三硫醚的抑菌效果最好，在浓度为50 μL/L时，番茄早疫病、香蕉炭疽病、玉米纹枯病、青瓜枯萎病病原菌菌块已无法生长，抑制率为100%；
在浓度为75 μL/L时，小麦赤霉病和荔枝霜霉病的病原菌菌块也已无法正常生长。在7种病原菌中，玉米纹枯病病原菌的致死浓度最低，为25 μL/L。在设置的3个浓度中，2-甲基-2-戊烯醛只有在75 μL/L下对番茄早疫病和玉米纹枯病病原真菌起到完全生长抑制作用，此浓度下对香蕉炭疽病、荔枝炭疽病、青瓜枯萎病、小麦赤霉病和荔枝霜霉病病原菌块的抑制率分别为75%、54%、49%、64%和40%，其抑制率均远低于同浓度下二甲基三硫醚的抑制效果。

研究发现，相同浓度下，二甲基三硫醚对香蕉枯萎病4号小种的抑制作用低于2-甲基-2-戊烯醛的作用[5]。韭菜代谢产物2-甲基-2-戊烯醛的衍生物SA对香蕉枯萎病镰刀菌4号生理小种的抑制作用在600 μL/L时对FOC的抑菌率为100%。

与病原真菌抑制效果相似，2种化合物对斜纹夜蛾幼虫的抑制中二甲基三硫醚的生长抑制效果最好，在浓度为1 μL/L时，斜纹夜蛾幼虫已致死，而此时2-甲基-2-戊烯醛对幼虫生长的影响与对照相比差异不显著。进一步研究发现，即使在浓度为0.02 μL/L下，斜纹夜蛾幼虫也已无法正常生长，增重比显著低于对照组，而在0.10 μL/L浓度下，其对斜纹夜蛾幼虫生长的影响与0.02 μL/L下差异不显著。研究表明，韭菜挥发油和吡嗪类化合物是通过小菜蛾触角对其产生电位响应，从而表现出较为明显的趋避活性，提取物均可抑制2种重要解毒酶GSTs和 CarE的活性[15]。

从2个化合物的沸点来看，二甲基三硫醚的沸点只有50 ℃，2-甲基-2-戊烯醛沸点高于100 ℃，2种化合物的挥发成分中二甲基三硫醚要高很多，这使得在密闭环境中化合物的有效浓度有差异。而挥发性的强弱，也会直接影响植物的驱避作用，研究发现韭菜提取物对植物病原真菌[16]和病原细菌、食品污染菌如鲍曼不动杆菌、肺炎链球菌、金黄色葡萄球菌、大肠杆菌等均有明显的抑制作用[17]。且其中的苯丙酸类物质具有明显的抗凝血效果[18]。在农业中可以通过植物间作来驱避病虫害的发生[19-20]，同时，通过不同品种韭菜提取物的抑菌活性差异性[7]，筛选适合的间作品种以及制成植物源杀虫剂和病原菌抑制剂具有很好的应用前景。现代农业的发展，在更好地开展粮食种植的基础上，如何通过植物特性和模式种植以提高病虫害防治将是未来农业生态建设的趋势。

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