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1 天然防蟲物質 19 天然防蟲物質 余志儒 陳炳輝 人類很早就知道利用天然物質來防治害蟲, 天然物質包括植物 動物與礦物等 其中尤以植物的應用最多 中國是世界上最早記錄使用殺蟲植物的國家, 周禮 中就有記載用芥草薰殺蠹蟲, 明朝李時珍的 本草綱目 中的多種植物可用於殺蟲更是眾所週知, 如巴豆 檳榔 川楝 百部 使君子 雷公藤等 但因為合成化學農藥的廣效 速效與強效, 幾乎完全取代了此類天然物質 直到人們再度重視生態 環境的保護以及永續觀念的崛起, 對於天然物質的應用才又得以發展 利用天然物質防治害蟲, 除了觸殺與胃毒的毒殺作用外, 對害蟲行為上的干擾而達到防除的效果也是另一種方式, 例如取食 發育 交尾 產卵及棲息等行為的干擾 忌避或抑制等是 因此, 凡能達到防除目的的物質, 稱為除蟲物質, 若只以殺蟲物質稱之, 似有偏漏 天然除蟲物質的採用方式主要有三 :(1) 直接利用天然物體, 如燃煙燻除 乾燥再磨細撒佈等是 (2) 抽取成份, 可能為粗抽物或精取其有效成份加以利用 (3) 以天然物質的有效成份為先導物, 再進一步激化或合成而應用 ( 譚等, 2003) 為避免重蹈合成化學農藥的覆轍, 還是以取用天然物質為首要 被用來防治害蟲的天然物質, 一般以植物較常見, 研究的也最多 致於動物與礦物雖然中國土農藥誌 (1959) 中就曾提及數種, 如斑蟊 蝸牛 牡蠣以及硼酸 硫磺 石灰 硫酸銅 石灰硫磺合劑等, 而現下市面上也有矽藻土 甲殼素等產品, 但相關的正試試驗報告仍然不足 所以, 本文內容主要以植物為主, 礦物方面僅取礦物油而與植物油類一併敘述 除蟲植物及其主要除蟲成份 全世界具有除蟲作用的植物至少一 二千種, 且持續在從新的植物種類別中篩選 增加 植物的除蟲機制主要在影響害蟲的感覺或中

2 20 作物蟲害之非農藥防治技術 樞神經系統 生理生化功能, 前者多為毒殺作用, 後者多是行為的干擾 雖然科技日新月異, 有經化學成分研究的植物種類僅佔約一成左右, 待開發的資源仍然豐富 植物所含的除蟲活性成份類別很多, 如生物鹼 毒蛋白 有機酸 單寧 樹脂 酯類 酚類 糖類 油類等 一種植物可能含有多類活性成份, 而在植物體內的分佈也因種類有異 如除蟲菊酯主要在花中, 菸鹼主要在葉片中, 檳榔 巴豆 使君子等的主要成份在種子中, 百部與魚藤則主要分佈在根部 一 菊科 (Asteraceae): 全世界約有 1000 屬 2500 種以上, 具除蟲效果的種類繁多, 約 160 種以上 其中最有名的首推以除蟲菊 (Chrysanthemum spp.), 從花可分離得多種對昆蟲有毒殺活性的成份, 包括除蟲菊素 (pyrethrins)Ⅰ 與 Ⅱ jasmolins Ⅰ 與 Ⅱ cinerins Ⅰ 與 Ⅱ 目前多為合成除蟲菊酯類之製品, 為求得天然的除蟲菊素, 新的抽取方法 (Kiriamiti et al., 2003) 及生物技術如組織培養 基因工程等方式已開始研發應用於生產 (Kakko et al., 2004; Sarin, 2004) 二 衛茅科 (Celastrceae): 至少有 10 種本科植物被證實有除蟲效果, 其中以苦皮藤 (Celastrus angulatus 及 C. paniculatus) 與雷公藤 (Tripterygium wilfordii) 研究最多 前者有觸殺 胃毒及忌避作用, 主要效果在取自根皮的苦皮素 (celangulin Ⅰ~Ⅴ), 後者有胃毒與忌避作用, 主要效果在 5 種生物鹼 雷公藤有 菜藥 之稱, 乃因在中國很早就被用來防治菜蟲, 對咀嚼式口器的昆蟲有胃毒效果 三 大戟科 (Euphorbiaceae): 約有 40 種已被測試於除蟲作用 蓖麻 (Ricinus communis) 是研究最多的一種, 主要除蟲成份是種子中的蓖麻鹼 (ricinine) (Holfeder et al., 1998) 蓖麻蛋白(ricin) (Ferraz et al., 1999) 目前中國大陸已有合成類似物具有殺蟲效果 巴豆 (Croton tiglium) 是具有強烈瀉下作用的重要藥用植物, 種子中亦含有蓖麻鹼, 而巴豆甘油酯是主要除蟲成份

3 天然防蟲物質 21 四 豆科 (Leguminosae): 豆科植物也是重要資源, 已約有 200 種被測試 其中以魚藤 (Derris spp.) 苦參(Sophora flavescens) 較有名 前者有觸殺與胃毒作用, 主要殺蟲活性成份取自根部, 種子與其餘部位含量較少, 除魚藤酮 (rotenone) 外, 尚有多種魚藤酮類似物 (rotenoid), 包括魚藤素 (deguelin) 灰葉素 (tephrosin) 灰葉酚(toxicarol) 等 魚藤酮可與多種植物精油相溶, 如冬青油 黃樟油等 豆科植物的許多屬都可分離得魚藤酮, 其中魚藤屬就有 80 多種植物 後者以苦參鹼 (matrine) 最重要, 其根 莖 葉皆可萃取得 苦參鹼具神經毒, 先作用於中樞神經, 進而抑制呼吸 中國大陸已有多種含苦參鹼的殺蟲劑上市 ( 譚等, 2003) 五 百合科 (Liliaceae): 已約有 20 餘種本科植物被測試, 但仍以古時後就被應用的藜蘆 (Veratrum formosanum) 效果較顯著 其根部抽出物的生物鹼為主要除蟲成份, 包括原藜蘆鹼 (protoveratrine) 藜蘆鹼(jervine) 偽藜蘆鹼 (pseufi-jervine) 等 30 種以上的生物鹼 藜蘆鹼能使昆蟲肌肉癱瘓, 對哺乳動物黏膜也有刺激性 ( 譚等, 2003) 六 楝科 (Meliaceae): 1927 年印度發生蝗災, 觀察到蝗蟲拒食印楝樹, 而引發深入的研究 楝科全世界約有 52 屬 1400 種, 至少有 44 種已被研究具有除蟲作用, 其中以印楝 (Azadirachta india) 川楝(Melia toosendan) 及苦楝 (M. azedarach) 研究較多 印楝主要的除蟲物質有萜類 甾醇 類固醇及青春激素等, 其中以三萜烯類的印楝素 (azadirachtin) 為最具潛力 (Lowery et al., 1993) 印楝素可刺激蝗蟲與鱗翅目幼蟲口器的阻礙神經(deterrent neurone)(blaney et al., 1994), 在極低濃度下 (10-6 M) 對蝗蟲 (Locusta migratoria) 與 2 種夜蛾 (Spodoptera littoralis, Schistocerca gregaria) 有顯著拒食效果 (Mordue and Blackwell, 1993; Simmonds et al., 1995) 此外, 亦有調節昆蟲生長及忌產卵的作用, 種子之油餅可做為肥料並可同時防治白蟻 (Jacobson, 1990) 川楝素(toosendanin) 取自川楝與苦楝種核或葉片, 是三萜類化合物, 具胃毒育拒食作用

4 22 作物蟲害之非農藥防治技術 七 無患子科(Sapindaceae) 無患樹(Sapindus mukorossi Gaertn.)的果皮與果肉含無患子皂素 (saponin)(邱與張, 2001) 其抽出物對福壽螺具致死效果 農試所將之研 製成粒劑 已獲核准國內專利 此科的無患子屬(Sapindus)已記錄 13 種 植物體皆含有皂素 無患樹 種子 果肉 果肉之水抽出液 圖 1. 無患樹(Sapindus mukorossi Gaertner) 八 苦木科(Simaroubaceae) 已被研究的種類不多 臭椿(Ailanthus altissia)全株根 莖 葉 及 果實皆含有苦木素(quassin or nigakilactone D) 具強殺蟲 菌效果 種 子油亦含有抑蟲物質 但其丙酮抽出物無忌避效果 苦木樹(Quassia amara)木材與葉片的甲醇抽出物有拒食作用(mancebo et al., 2000)

5 天然防蟲物質 23 九 茄科 (Solanaceae): 在 Martin Jacobson (1990) 書中就提及 56 種茄科植物被測試除蟲效果 菸草 (Nicotiana tabacum) 有薰蒸 觸殺或忌避作用, 主要成份是菸鹼 (nicotine), 能穿透昆蟲表皮達到致死效果 游離的左旋菸鹼具揮發性有薰蒸效果, 當與脂肪酸作用則生成鹽類, 易溶於水且有殺蟲活性 菸草的水浸出液與鹼性物質作用成鹼性後, 即易成游離而具揮發性 目前已有類似菸鹼的化學合成物 蕃茄 (Lycopersicon esculentum) 近年來有較多之研究, 具有觸殺及胃毒作用, 主要成份為生物鹼 (alkaloids), 其餘尚有黃酮化合物 (flavonoids) 蕃茄素 (tomatine) 酚類物質 (Duffey and Isman, 1981; Elliger et al., 1981) 油類 常被用於除蟲的天然油類有植物油 動物油與礦物油 (mineral oil 或 petroleum oil) 常見的植物油中, 直接榨取自種子的一般稱為種子油 (seed oil), 從植物體分離得具有香氣的油性物質稱為精油 (essential oil) 動物油較少用, 故以下僅就植物油與礦物油做一簡介 一 種子油 植物的種子油也可防除害蟲 玉米油 花生油 葵花油及芝麻油在 10 ml/kg 劑量下, 能使 3 種豆象的產卵量減少 (Rajapakse and van Emden, 1997) 粗製棕櫚仁油與米糠油以 g/kg 的劑量可完全控制埃及豆與 mung bean 不被豆象 (Callosobruchus maculates) 為害達 5 個月, 部份控制則達 15 個月 粗製棉子油以 10 g/kg 的劑量可完全控制小麥與玉米不被米象 (Sitophilus oryzae) 與玉米象 (S. zeamais) 為害達 4 至 5 個月 (Shaaya et al., 1997) 當種子油與殺蟲劑混合使用時, 可增強藥效, 因為種子油可能有誘食作用, 增加了藥劑與害蟲接觸的機會 (Don-Pedro, 1989) 花生油 油菜油 葵花油在與亞特松 (pirimiphos-methyl) 以 1 比 1 混合, 對穀象 (Sitophilus granarius) 的毒殺效果與完全亞特松相同, 用 10 ml/kg 劑量在 24 小時內皆 100% 致死 (Tembo and Murfitt, 1995) 二 精油植物精油是從植物體分離具有香氣的油性物質, 植物體可以是根 莖 葉 花 果 種子等任何部位或其分泌物 在常溫下精油通

6 24 作物蟲害之非農藥防治技術 常呈液態油狀 易揮發 具特殊香味 折光率較高 鮮少溶於水但可溶於有機溶劑 常應用於香料 調味料 香水及食品工業上, 也有用於對昆蟲的忌避, 如樟腦油 香茅油 桉樹油等 近年來, 不止忌避, 更有對接觸 薰蒸的殺蟲劑進行研究 有些植物精油對昆蟲有誘集效果, 例如一種做為香料的當歸 (Angelica sinensis (Oliv.) Diels) 根與種子的精油對地中海果實蠅 (Ceratitis capitata (Wiedemann)) 的誘引極有效, 在其防治上發揮很大的效果 此後進而在丁香油中發現甲基丁香酚與 4-( 乙氧基苯 )-2 丁酮, 分別對東方果實蠅 (Batrocera dorsalis (Hendel)) 對瓜實蠅 (Bactrocera cucurbitae (Coquillett)) 具強誘引力 精油中的 (E)-6- 壬烯乙酸對瓜實蠅成蟲有誘引產卵效果, 且能抑制卵的孵化 (Voaden, 1984) 有的植物精油具有忌避作用, 例如薄荷油中的 1,8- 桉葉素對洋蔥蚜 (Neotoxoptera formosana (Takahashi)) 有極強的忌避效果 (Masatashi and Hiroaki, 1997) 南茼蒿(Chrysanthemum segetum) 的精油中的對紋白蝶有忌食作用 ( 吳照華等,1994) 將唇形花科植物的精油用丙酮稀釋 500 至 1000 倍對豆類赤葉蟎 (Tetranychus cinnabarinus (Boisduval)) 有致死與忌避作用, 且能使成蟲產卵量減少 (Mansour et al.,1986) 小茴香(Cuminum cyminum) 大茴香(Pimpinella ansium) 及桉樹 (Eucalyptus camaldulensis) 精油對棉蚜與豆類赤葉蟎有薰蒸防除效果 (Tuni and Sahinkaya, 1998) 倉儲害蟲方面也有相當多的研究, 百里香 (Thymus serpyllum) 與 Origanum majorama 精油對豆象 (Acanthoscelides obtectus Say) 的毒性是受測 22 種唇形科植物中最強的 (Regnault-Roger et al,. 1993) 鬱金 (Curcuma linga (L.)) 油使赤擬穀盜 (Rhyzopertha dominica (F.)) 的幼蟲無法正常發育化蛹 或畸形蛹 或畸形成蟲甚至死亡 (Jilani and Saxena, 1990) 某些植物精油可毒殺昆蟲, 如蒜 (Allium sativum) 油能殺死斜紋夜蛾的幼蟲 (Deb-Kirtaniya et al., 1980) 三 礦物油礦物油是原油 (crude oil) 經分餾煉製而得, 因煉製不同而分有煤油 石蠟油 白油及噴霧油等 礦物油很早就被應用於植物保護上, 早期有用煤油塗刷在柑桔樹上防治介殼蟲的記錄 礦物油的殺蟲能力與石腊 (Paraffin) 的含量成正比, 精製後可提高石腊含量, 在夏天施用不會傷害植物, 故稱為夏油 (summer oil) 夏油再依其精製程度, 可分成

7 天然防蟲物質 25 休眠油(dormant oil) 高級夏油(superior oil)和超級夏油(supreme oil)等 但一般礦物油因為未磺化不夠高 如夏油的未磺化值(unsulphonated residue, UR)僅在 86%左右 仍然容易產生藥害 目前因精煉技術的進 步 已有高未磺化值的礦物油出現 有人稱之為精煉窄域油(narrow range oil) UR 達 98% 可以減低藥害並提高效果 因此 農委會於 93 年公告 將植保用礦物油的未磺化值修訂須高於 92% (行政院農業委員 會農授防字第 號公告) 圖 2. 提取天然物質常用的儀器 A.榨油機 B.精油機 C.絞汁機 D.減壓濃縮機 E.減壓冷凍乾 燥機 F.高壓殺菌鍋

8 26 作物蟲害之非農藥防治技術 礦物油可在植物體上形成一層薄膜, 達到分隔病蟲害的物理防治效果 或施佈在害蟲體或卵上, 能阻礙其正常呼吸, 甚而窒息死亡 亦有研究指出礦物油的成份或其轉化物能與害蟲的脂肪酸作用, 進而干擾害蟲的新陳代謝 礦物油使用時, 須注意要有適當的乳化, 才能發揮效果 結語 活性物質為天然產物 (natural occurrence) 是美國官方認定為生化農藥 (biochemical pesticieds) 的必要條件之一, 而活性物質歸類在生化農藥比歸類在傳統農藥有利, 乃在於前者對於檢驗資料的要求比較少 ( 例如, 影響人體健康方面的測試結果 )(McClintock et al., 1994) 天然物質應用於害蟲防治的優點, 與合成化學殺蟲劑相較, 有 (1) 無殘毒問題, 其有效成份為自然產物, 在自然界中會自然分解 (2) 不易產生抗藥性, 一種植物可能同時具有數種殺蟲機制 (3) 對人畜較安全等 但相對的也有缺點, 如 (1) 穩定性低, 活性成份較易分解, 保存期較短 (2) 組成份複雜, 且因生長地區及採收季節而影響效果 (3) 影響植物相, 因為有可能為了種植除蟲植物而取代其他在地植物 既然人類為了生態的永續發展而採用植物抽出物來防治害蟲, 是取其優點來減少合成化學農藥的使用, 當然也必須面對其缺點 無可避免的要接受它的穩定性低與成份複雜等問題, 否則可能又要重蹈合成化學農藥的覆轍 尤其對於植物相的影響更應極力避免, 因為植物相的失衡絕非永續經營所樂見 參考文獻 中國土農藥誌編輯委員會 1959 中國土農藥誌 科學出版社, 北京, 中國 行政院農業委員會農授防字第 號公告 2004 礦物油乳劑之規格 邱年永 張光雄 2001 無患樹 第 130 頁, 於原色臺灣藥用植物圖鑑 (5) 台北天南書局出版 吳照華 王軍 李金翠 1994 茼蒿精油的距食活性和化學組分 天然產物研究與開發 6: 徐美娟 管致和 1993 番茄植株中黃酮類對菜青蟲 (Pieris rapae L.) 的活性組分及其對截形葉蟎 (Tetranychus truncates Ehara) 的毒效 北京農業大學學報 19(2):55-60 徐漢虹 2001 殺蟲植物與植物殺蟲劑 中國農業出版社, 北京, 中國 譚仁祥 王劍文 徐琛 崔桂友 2003 植物拒食劑 殺蟲劑 頁 於植物成份功能 科學出版社, 北京, 中國

9 天然防蟲物質 27 Adekenov, S. M Sesquiterpene lactones from plants of the family Asteraceae in the Kazakhstan flora and their biological activity. Chem. Nat. Compounds 31: Blaney, W. M., M. S. J. Simmonds, S. V. Ley, J. C. Anderson, S. C. Smith, and A. Wood Effect of azadirachtin-derived decalin (perhydronaphthalene) and dihydrofuranacetal (furo[2,3-b]pyran) fragments on the feeding behaviour of Spodoptera ittoralis. Pestic. Sci., 40: Boeke, S. j., I. R. Baumgart, J. J. A. van Loon, A. van Huis, M. Dicke, andd. K. Kossou Toxicity and repellence of African plants traditionally used for the protection of stored cowpea against Callosobruchus maculates. J. Stor. Prod. Res. 40: Duffey, S. S., and M. B. Isman, Inhibition of insect larval growth by phenolics in glandular trichomes of tomato leaves. Experientia 37: 574. Deb-Kirtaniya, S., M. R. Ghosh, and N. Adityachaudhury Extracts of garlic as possible source of insecticides. Indian J. agric. Sci., 50: Elliger, G. A., Y. Wong, B. G. Chan, and A. C. Jr. Waiss Growth inhibitors in tomato (Lycopersion) to tomato fruitworm, Manduca sexta. Entomol. Exp. Appl. 45: 123 Ferraz, A. C., M. E. M. Angelucci, M. L. Da Costa, I. R. Batista, B. H. De Oliveira, and C. Da Cunha Pharmacological Evaluation of Ricinine, a Central Nervous System Stimulant Isolated from Ricinus communis. Pharm. Biochem. & Behav. 63: Godkar, P. B., R. K. Gordon, A. Ravindran, and B. P. Doctor Celastrus paniculatus seed water soluble extracts protect against glutamate toxicity in neuronal cultures from rat forebrain. J. Ethnopharmacol. 93: Holfeder,M. G. A. H., M. Steck, E. Komor, and K. Seifert Ricinine in phloem sap of Ricinus communis. Phytochemistry 47: Isman, M. B Plant essential oils for pest and disease management. Crop Protection 19: Jacobsen, M Botanical pesticides past, present and future. In: J. T. Amason, B. J. R. Philogene, and P. Morand. eds. Insecticides of plant origin. Am. Chem. Soc. Series. 387: Jacobsen, M Azadirachta indica. p In: Glossary of Plant-Derived Insect Drterrents. CRC Press, Inc. Boca Raton, Florida, U. S. Jilani, G.., and R. C. Saxena Repellent and feeding deterrent effects of turmeric oil, sweetflag oil, and aneem-based insecticide against lesser grain borer (Coleoptera: Bostrychidae). J. Econ. Entomol., 83: Kakko, I. T. Toimela, and H. Tahti The toxicity of pyrethroid compounds in neural cell cultures studied with total ATP, mitochondrial enzyme activity and microscopic photographing. Environ. Toxicol. & Pharmacol. 15: Kiriamiti, H. K., S. Camy, C. Gourdon, and J. S. condoret Pyrethrin extraction from pyrethrum flowers using carbon dioxide. J. Supercritical Fluids, 26: Lowery, D. T., M. B. Isman, and N. L. Brard Laboratory and field evaluation of neem for the control of aphids (Homoptera: Aphididae). J. Econ. Entomol. 86: Mancebo, F., L. Hilje, A. Mora, and R. Salazar Antifeedant activity of Quassia

10 28 作物蟲害之非農藥防治技術 amara (Simaroubaceae) extracts on Hypsipyla grandella (Lepidoptera: Pyralidae) larvae. Crop Prot. 19: Mansour, T., U. Ravid, and E. Putievsky Studies of the effects of essential oils isolated from 14 species of Labiatae on the carmine spider mite, Tetracychus cinnabarinus. Phytoparasitica, 14: Masatoshi, H., and K. Hiroaki Repellency of rosemary oil and its components against the onion aphid, Neotoxoptera formosana (Takahashi) (Homoptera: Aphididae). Appl. Entomol. Zool. 32: McClintock, J. T., J. L. Kough, and R. D. Sjoblad Regulatory oversight of biochemical pesticides by the U.S. Environmental Protection Agency: health effects considerations. Regulatory Toxicology and Pharmacology 19: Mordue (Luntz), A. J., and A. Blackwell Azadirachtin: anupdate. J. Insect Physiol. 39: Nicholson, S. S Review article toxicity of insecticides and skin care products of botanical origin. Verterinary Dermatol. 6: Pascual-Villalobos M. J., and A. Robledo Anti-insect activity of plant extracts from the wild flora in southeastern Spain. Biochem. Sys. & Ecol. 27: Rajapakse, R., and H. F. van Emden Potentioal of four vegetable oils and ten botanical powders for reducing infestation of cowpeas by Callosobruchus maculates, C. chinesis and C. rhodesianus. J. Stored. Prod. Res. 33: Ray, D. E Insecticides of plant origin. pp In: Hayes, W. J., Jr., and E. R. Laws, Jr. eds. Handbook of pesticides. New York, Academic Press. Regnault-Roger, C., A. Hamraoui. M. Holeman, E. Theron, and R. Pinel Insecticidal effect of essential oils from mediterranean plants uponacanthoscelides Obtectus Say (Coleoptera, Bruchidae), a pest of kidney bean (Phaseolus vulgaris L.). J. Chem. Ecol. 19: Sarin, R Insecticidal activity of callus culture of Tagetes erecta. Fitoterapia 75: Shaaya, E., M. Kostjukovski. J. Eilberg, and C. Sukprakarn Plant oils fumigants and contact insecticides for the control of stored-product insects. J. Stored. Prod. Res. 33: Simmonds, M. S. J., W. M. Blaney, R. B. Grossman, and S. V. ley Behavioural responses of Locusts and Spodoptea littoralis to azadirachtin and azaderachtin analogues containing fluorescent and immunogenic report groups. J. Insect Physiol. 41: Tembo, E., and R. F. Murfitt Effect of combining vegetable oil with pirimiphos-methyl for protection of stored wheat against Sitophilus granaries (L.). J. Stored Prod. Res. 31: Tuni, I., and S. S ahinkaya Sensitivity of two greenhouse pests to vapours of essential oils. Entomol. exp. appl. 86: Voaden, D. J., and M. Jacobson Synthesis and biological evaluation of candidate nonenyl acetates as melon fly ovipositional attractances. J. Agric. Food Chem. 32:

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