利用精油选择性靶向切叶蚁(Atta sexdens和Acromyrmex subterraneus)蚁群中的护菌工蚁(Gardener Workers)及其共生真菌(Leucoagaricus gongylophorus)

《Insects》：Selectively Targeting of Gardeners and Symbiotic Fungus in Leaf-Cutting Ant Colonies Using Essential Oils

　　

摘要：以切叶蚁为代表的社会性昆虫害虫对传统害虫治理构成挑战，有效的防控必须破坏蚁群水平的组织而非仅靶向单个昆虫。切叶蚁蚁群的持续生存依赖于护菌工蚁(Minor workers/Gardeners)与其所培育的真菌——灰孢伞属真菌(Leucoagaricus gongylophorus)之间的互利共生关系。因此，能够选择性损害这些组分同时允许觅食工蚁介导的饵料搬运发挥作用的化合物具有策略优势。研究人员采用气相色谱–质谱联用仪(GC–MS)对五种植物精油——垂柳(Salix babylonica)、巴西樱桃(Eugenia uniflora)、垂枝白千层(Melaleuca viminalis，即Weeping bottlebrush)、姜(Zingiber officinale)及黑胡椒(Piper nigrum)进行化学成分表征后，评估了其对两种切叶蚁(Atta sexdens和Acromyrmex subterraneus)的毒杀活性。各精油呈现不同的类萜特征：如白千层油以1,8-桉叶素(1,8-cineole)和α-蒎烯(α-pinene)为主，姜油富含莰烯(camphene)和β-水芹烯(β-phellandrene)。研究人员分别测试了觅食工蚁与护菌工蚁及共生真菌的响应，结果通常具浓度依赖性且在不同精油和生物靶标间存在差异。姜油在最高测试浓度(100 mg mL?1)下表现出强杀真菌活性；白千层油在低至0.10 mg mL?1浓度下即对Atta sexdens护菌工蚁具显著毒性，而对觅食工蚁影响相对较小。其余精油效应有限或不一致。结果表明，品级选择性毒性(Caste-selective toxicity)与真菌抑制在精油中并非普遍存在，但可以实现；白千层油作为毒饵开发的候选物值得进一步研究其组成成分及潜在协同作用。

论文解读：利用精油选择性靶向切叶蚁蚁群中的护菌工蚁及其共生真菌

本研究针对切叶蚁（Atta sexdens和 Acromyrmex subterraneus）传统化学防治药剂（氟虫腈 fipronil、氟蚁腙 sulfluramid）面临环境残留及国际公约限制的问题，探讨植物精油作为生物源活性成分在切叶蚁毒饵中应用的可行性。切叶蚁蚁群依赖"觅食工蚁—护菌工蚁(Gardener/Minor workers)—共生真菌 Leucoagaricus gongylophorus"的功能体系，有效毒饵要求觅食工蚁低毒以保证饵料回巢运输，而活性成分需在巢内抑制或杀死护菌工蚁及共生真菌，最终导致蚁群崩溃。研究人员选取五种具报道杀虫/抗真菌活性的植物——垂柳(Salix babylonica)、巴西樱桃(Eugenia uniflora)、垂枝白千层/红千层(Melaleuca viminalis)、姜(Zingiber officinale)和黑胡椒(Piper nigrum)，经GC–MS成分分析后，分别以体外点滴法测定对两品级工蚁的存活率（Kaplan–Meier生存分析），并以平板培养法测定对共生真菌生长面积及干重的抑制（Kruskal–Wallis检验及线性回归），以明确是否存在品级选择性毒性及真菌抑制效应。该论文发表于《Insects》。

主要关键技术方法：

研究人员于巴西米纳斯吉拉斯州采集野外 Atta sexdens和 Acromyrmex subterraneus切叶蚁蚁群（各5个独立蚁群）实验室饲养；植物材料经水蒸气蒸馏（Clevenger装置）提取精油，GC–MS（SPB-5柱）鉴定化学组成。工蚁毒性试验：将觅食工蚁（头壳宽2.0–2.2 mm）与护菌工蚁（0.8–1.0 mm）分开，按单位体重调整点滴体积（觅食工蚁胸区1 μL，护菌工蚁0.5 μL）施用系列浓度（0.0001–1 mg mL^?1，溶剂0.50% Tween 80水溶液），记录7天死亡时间，Kaplan–Meier法绘制生存曲线，Log-rank检验差异。真菌毒性试验：从蚁巢分离 L. gongylophorus接种于含抗生素的固体培养基，初筛100 mg mL^?1，对有效精油增设0.01–100 mg mL^?1梯度，涂布均匀分布精油后30℃培养30天，ImageJ测量菌落面积，烘干称重，非参数统计及浓度–效应线性回归分析。

研究结果

3.1. 精油化学成分、鉴定与得油率（Chemical Composition, Identification, and Yield of Essential Oils）：

经GC–MS分析，垂柳油得油率0.77%（m/m），主成分为双环大根香叶烯(bicyclogermacrene, 19.75%)、spathulenol(18.29%)和月桂烯(myrcene, 16.02%)；巴西樱桃油得油率0.82%，主成分为牻牛儿酮(germacrone, 36.57%)；垂枝白千层油得油率0.53%，主成分为1,8-桉叶素(1,8-cineole, 75.77%)和α-蒎烯(α-pinene, 17.32%)；姜油得油率最高1.82%，主含莰烯(camphene, 34.93%)、β-水芹烯(β-phellandrene, 27.91%)；黑胡椒油得油率1.40%，主含顺式-石竹烯(cis-caryophyllene, 37.27%)和柠檬烯(limonene, 21.41%)。结论：不同植物精油呈现单萜或倍半萜主导的差异化萜类谱。

3.2. 精油对Quenquém（Acromyrmex subterraneus）工蚁的毒性（Toxicity of Essential Oils to Quenquém Workers）：**

对 Ac. subterraneus觅食工蚁，仅黑胡椒和姜精油各浓度间生存率差异显著（χ²≥ 32.60, p≤ 0.005），垂柳、白千层、巴西樱桃油无显著浓度效应（p≥ 0.11）。对护菌工蚁，除白千层油（χ²=6.0, p=0.31）外，其余四种精油各浓度间生存率均呈显著差异（χ²≥ 23.8, p< 0.001）。结论：浓度依赖毒性在护菌工蚁中较觅食工蚁更明显，且具精油种类和品级特异性。

3.3. 精油对Parasol切叶蚁（Atta sexdens）工蚁的毒性（Toxicity of Essential Oils to Parasol Leafcutter Workers）：**

对 A. sexdens觅食工蚁，所有五种精油均未检测到一致的浓度–死亡率关系（χ²≤ 8.70, p≥ 0.12）。对护菌工蚁，垂枝白千层、黑胡椒和巴西樱桃精油各浓度间生存率差异显著（χ²≥ 15.7, p≤ 0.008），垂柳和姜油未达显著。结论：测试浓度下精油对 A. sexdens觅食工蚁毒性有限，白千层、黑胡椒、巴西樱桃油对护菌工蚁具杀虫活性，其中白千层油在0.10 mg mL^?1即对 A. sexdens护菌工蚁产生明显毒性而觅食工蚁受影响较小，呈现品级选择性。

3.4. 精油对共生真菌 L. gongylophorus的毒性（Toxicity of Essential Oils to the Symbiotic Fungus L. gongylophorus）：

对照真菌生长面积约150 cm²。100 mg mL^?1时所有精油均显著抑制真菌生长面积与干重（H=20.18, p<0.001）；垂枝白千层和姜油在该浓度下完全抑制菌丝发育（近零生物量），巴西樱桃油部分抑制（约20 cm²），垂柳和黑胡椒中度抑制（约50 cm²和80 cm²）。梯度测试显示垂枝白千层油在0.01–10 mg mL^?1未表现显著浓度–效应关系，可能与其单萜挥发/氧化降解有关；姜油在>10 mg mL^?1时显著抑制真菌生长面积和干重（线性回归显著）。结论：姜油具浓度依赖性强杀真菌活性（仅高浓度），白千层油在初筛浓度具强真菌抑制但低浓度下效应不稳定。

讨论与结论总结（ translated and summarized from Discussion/Conclusion）：

当前常规切叶蚁毒饵活性成分因环境和监管压力亟待替代。有效的生物源毒饵活性成分须对觅食工蚁低毒以保障饵料回巢传递，并在巢内作用于护菌工蚁和/或共生真菌致蚁群衰亡。本研究表明，测试的五种精油整体对工蚁致死率7天内多低于50%，但呈现品级差异——护菌工蚁较觅食工蚁敏感，尤以垂枝白千层油对 A. sexdens护菌工蚁在较低浓度具选择性毒性，姜油在100 mg mL^?1完全抑制共生真菌生长且具浓度依赖性。垂枝白千层油富含1,8-桉叶素和α-蒎烯，姜油富含莰烯和β-水芹烯，这些单萜成分可能与观察到的活性相关。垂枝白千层油在梯度真菌测试中无显著浓度–效应可能源于单萜挥发/氧化及实验变异。总体而言，品级选择性毒性和真菌抑制可通过特定精油实现但非普遍现象；单独使用精油难以达到常规合成杀虫剂对成熟切叶蚁蚁群的彻底扑灭效果，更适合作为综合毒饵系统中的辅助活性成分、协同剂或真菌抑制添加剂。垂枝白千层油因其品级选择性及白千层属化合物已知特性，是值得深入解析单体成分与协同配伍的毒饵开发候选物。研究强调在切叶蚁生物防治制剂筛选中应同时评估品级特异性毒性及共生真菌敏感性，为植物源活性物的配方优化提供初步依据。