牛膝提取物及其活性成分对蚜虫和粉蚜的杀虫活性与作用机制研究

　　本研究针对化学杀虫剂抗性及环境健康风险问题，系统评估了牛膝（Achyranthes bidentata）提取物、馏分及单体化合物对豆蚜（Aphis craccivora）和咖啡粉蚜（Planococcus lilacinus）的杀虫活性。结果表明种子乙酸乙酯馏分（SEAF）和化合物3（三萜皂苷）活性最强（LD50分别为0.73和0.62 μg/虫），其作用机制通过抑制乙酰胆碱酯酶（AChE）、谷胱甘肽-S-转移酶（GST）和混合功能氧化酶（MFO）实现。该研究为开发新型植物源杀虫剂提供了重要依据。

　　

在现代农业害虫防治领域，化学杀虫剂的长期使用导致害虫抗性日益增强，同时对环境和人类健康造成严重威胁。尤其是豆蚜（Aphis craccivora）和咖啡粉蚜（Planococcus lilacinus）等刺吸式害虫，不仅直接危害农作物，还是植物病毒的重要传播媒介，造成作物产量和品质下降。寻找高效、低毒、环境友好的植物源替代品已成为农业害虫防控的重要研究方向。

牛膝（Achyranthes bidentata）作为一种传统药用植物，在中医中广泛应用于治疗多种疾病，但其在杀虫领域的潜力尚未充分挖掘。本研究首次系统评估了牛膝不同部位提取物及其活性成分对两种重要农业害虫的杀虫活性与作用机制，为开发新型植物源杀虫剂提供了科学依据。

研究人员采用超声辅助提取法制备了牛膝种子、根和茎的母体提取物及其不同极性馏分（正己烷、乙酸乙酯、正丁醇和水馏分），并通过气相色谱-质谱联用（GC-MS）分析了非极性馏分的化学成分。从种子中分离得到8个化合物，包括三萜皂苷类和苯丙酰胺类化合物。通过接触毒性和生殖抑制实验评估了这些样品对豆蚜和咖啡粉蚜的杀虫活性，并进一步研究了其作用机制 through 乙酰胆碱酯酶（AChE）、谷胱甘肽-S-转移酶（GST）和混合功能氧化酶（MFO）活性测定。

化学 profiling 非极性馏分

GC-MS分析显示，牛膝种子、根和茎的正己烷馏分主要含有n-十六烷酸、(Z)-9-十八碳烯酸、十六烷酸乙酯、(Z,Z)-9,12-十八碳二烯酸乙酯和(E,E)-2,4-癸二烯醛等活性成分，占总面积的80.3%-95.6%。这些化合物被认为是贡献杀虫活性的重要成分。

分离化合物表征

从种子中分离得到8个化合物，包括achyranoside A（1）、achyranoside B（2）、3-O-[β-D-xylopyranosyl-(1→2)]-[α-L-rhamnopyranosyl-(1→3)]-β-D-glucuronopyranosyl-28-O-β-D-glucopyranoside-3β-hydroxy-olean-12-en-28-oate（3）、momordin IIc（4）、chikusetsusaponin IVa（5）、N-cis-feruloyltyramine（6）、N-trans-feruloyltyramine（7）和20-hydroxyeckdysone（8）。这些化合物的结构通过NMR和HR-ESI-MS等技术进行了详细表征。

对豆蚜和咖啡粉蚜的杀虫活性

接触毒性实验表明，种子乙酸乙酯馏分（SEAF）对豆蚜的活性最强，96小时LD₅₀值为0.73 μg/虫，其次是种子正己烷馏分（SHF），LD₅₀为1.13 μg/虫。对咖啡粉蚜，SEAF也表现出最强活性（LD₅₀=1.15 μg/虫）。在分离的化合物中，化合物3对两种害虫的活性最高（对豆蚜和咖啡粉蚜的LD₅₀分别为0.62和0.72 μg/虫），其次是化合物6（N-cis-feruloyltyramine）。

所有测试样品均表现出浓度依赖的杀虫活性，较高浓度下活性更强。种子母体提取物（SPE）、茎母体提取物（STPE）和化合物3的杀虫作用机制是通过抑制试虫体内的乙酰胆碱酯酶（AChE）、谷胱甘肽-S-转移酶（GST）和混合功能氧化酶（MFO）实现的。

生殖抑制活性

生殖抑制实验显示，所有提取物、馏分和化合物在较高浓度下（10,000 μg/虫）对豆蚜的生殖能力有显著抑制效果（84.66-100%），与下一个浓度（5,000 μg/虫）相比效果相当。化合物在5,000 μg/虫浓度下也表现出较高的生殖抑制率（85.44-98.11%）。

酶抑制活性

酶活性测定结果表明，种子母体提取物（SPE）和茎母体提取物（STPE）的所有浓度均显著抑制豆蚜体内的AChE和GST活性。较高浓度的SPE（10,000 mg/L）对AChE（17.36 mU/mg）和GST（6.34 nmol/min/mL）的抑制最强，但诱导了MFO活性（0.21 U/mg）。同样，高浓度STPE（10,000 mg/L）显著降低了AChE（1.66 mU/mg）和GST（1.06 nmol/min/mL）活性，但也诱导了MFO。

化合物3在所有测试浓度下均显著抑制豆蚜体内的AChE、GST和MFO活性。较高浓度（5,000 mg/L）对AChE（2.98 mU/mg）、GST（1.08 nmol/min/mL）和MFO（0.07 U/mg）的抑制效果最好。

在咖啡粉蚜中，高浓度SPE（10,000 mg/L）对AChE（1.51 mU/mg）、GST（0.86 nmol/min/mL）和MFO（0.054 U/mg）的抑制最强。STPE和化合物3在两种较高浓度下对所有酶的抑制率均超过50%。

本研究首次系统证实了牛膝提取物及其活性成分对豆蚜和咖啡粉蚜的显著杀虫活性。种子乙酸乙酯馏分和化合物3（三萜皂苷）表现出最强的杀虫效果，其作用机制主要通过抑制害虫体内的关键解毒酶（AChE、GST和MFO）实现。这些发现不仅为植物源杀虫剂的开发提供了候选化合物，也为理解植物次生代谢物的杀虫机制提供了新见解。

牛膝作为杀虫剂来源具有多重优势：生长周期短、栽培容易、地理分布广泛，且其活性成分对非靶标生物相对安全。本研究鉴定的先导化合物（提取物/馏分/植物化学物质）将为进一步开发高效、低毒、环境友好的植物源杀虫剂奠定基础，为农业害虫的绿色防控提供新策略。

该研究的创新点在于：首次全面评估了牛膝对两种重要刺吸式害虫的杀虫活性；明确了其主要活性成分（三萜皂苷和苯丙酰胺类化合物）；阐明了其通过抑制关键解毒酶的作用机制；为植物源杀虫剂的开发提供了科学依据。这些研究成果对减少化学杀虫剂使用、促进农业可持续发展具有重要意义。