Boesenbergia rotunda和Kaempferia galanga精油的抗真菌及驱虫效果：体外试验与田间测试

《Journal of Neuroradiology》：Antifungal and repellent efficacy of Boesenbergia rotunda and Kaempferia galanga essential oils: In vitro and field tests

植物精油开发与应用：越南产Boesenbergia rotunda和Kaempferia galanga根精油对真菌及昆虫的生物活性研究。通过GC-MS分析发现，B. rotunda精油以单萜烯为主（1,8-桉叶油醇、樟脑等），而K. galanga精油富含苯丙烷酯类（如(Z)-乙基肉桂酸甲酯）。两者均对Rhizoctonia solani和Sclerotium rolfsii具有显著抑制效果，其中K. galanga精油在312 ppm时达99.52%抑制率，B. rotunda需1250 ppm。扫描电镜显示真菌菌丝形态严重受损。分子对接表明，1,8-桉叶油醇和(Z)-乙基肉桂酸甲酯能结合真菌关键酶（如几丁质合成酶）。同时，K. galanga精油对红火蚁的驱避率达85.69%，显著优于商业产品。

　　
该研究系统评估了越南产植物Boesenbergia rotunda（B. rotunda）和Kaempferia galanga（K. galanga）根精油（EOs）的化学成分及其对真菌和昆虫的生物活性。研究团队通过化学分析、微生物学测试和分子生物学技术，揭示了两种精油在农业生物防治中的潜力与差异。

### 1. 研究背景与意义
全球范围内，植物真菌病害和入侵性昆虫（如红火蚁）对粮食安全和生态环境造成严重威胁。传统化学农药因抗药性、环境污染和毒性问题受到限制，而天然植物精油作为替代方案受到广泛关注。B. rotunda和K. galanga是越南传统草药，其根精油具有潜在生物活性。研究旨在比较两者精油的化学组成与生物功能，为可持续农业提供新思路。

### 2. 精油提取与化学分析
研究采用水蒸气蒸馏法提取两种植物根精油，得率分别为1.95%和2.03%。GC-MS分析显示：
- **B. rotunda精油**以单萜烯为主（占比27.54%），特征成分包括1,8-桉叶素（11.41%）、樟脑（22.80%）、香茅醇（14.38%）等，这与东南亚地区B. rotunda精油组成特征一致。
- **K. galanga精油**则以苯丙素酯类化合物为主（41.87%），核心成分包括（E）-乙基肉桂酸（26.59%）和（E）-乙基对甲氧基肉桂酸（17.65%），这类成分在抗真菌和抗虫活性方面具有独特优势。

### 3. 真菌抑制活性
#### 3.1 实验方法
采用平皿法测定两种精油对Rhizoctonia solani（立枯丝核菌）和Sclerotium rolfsii（尖孢镰刀菌）的抑制效果。精油与PDA培养基按不同浓度梯度（312-2500 ppm）混合，通过测量菌丝生长抑制率评估活性。

#### 3.2 结果分析
- **K. galanga精油**在312 ppm浓度下即可实现99.52%的真菌抑制率，显著优于B. rotunda精油（需1250 ppm达到99.28%抑制率）。SEM观察显示，处理后的真菌菌丝出现明显萎缩和结构破坏，证实精油通过破坏细胞壁完整性发挥作用。
- **分子对接研究**发现，两种精油的关键成分与真菌细胞壁合成酶（chitin synthase）和β-1,3-葡聚糖合成酶存在强结合力。例如：
- 1,8-桉叶素与R. solani的chitin synthase形成氢键（5.34 ?）和π-烷基相互作用。
- 乙基对甲氧基肉桂酸与S. rolfsii的EF1α（延伸因子α）结合能达-5.8 kcal/mol，通过多个氢键和π-相互作用抑制蛋白质功能。

### 4. 昆虫 repellent活性
#### 4.1 实验设计
采用Y型嗅觉仪评估两种精油对红火蚁S. invicta的驱避效果。设置不同浓度梯度（8-1000 ppm），通过χ2检验分析回避行为差异。

#### 4.2 关键发现
- **K. galanga精油**在1000 ppm浓度下表现出81.93%的驱避率，且在田间试验中4000 ppm浓度仍保持85.69%的有效性，接近商业产品Th?o M?c 10S的94.37%效果。
- **B. rotunda精油**需2000 ppm才能达到30%死亡率，但驱避活性在1000 ppm时为73.20%，显示其单萜烯成分（如桉叶素）对昆虫行为具有干扰作用。
- 分子机制研究表明，苯丙素酯类成分通过作用于真菌关键酶（如EF1α）干扰基因表达，而单萜烯可能通过改变昆虫神经信号传导实现驱避。

### 5. 化学成分与生物活性的相关性
研究揭示了化学组成与功能的直接关联：
- **K. galanga精油**的高效抗真菌和驱避活性归因于苯丙素酯的协同作用。这类化合物不仅具有强效的细胞壁破坏功能，还能通过空间位阻效应抑制真菌酶活性。
- **B. rotunda精油**的单萜烯成分（如樟脑、桉叶素）通过挥发作用干扰真菌代谢，但其作用机制更依赖物理渗透而非靶向酶抑制。
- 两种精油均未表现出显著急性毒性（LD50＞5000 ppm），符合环境友好型农药的安全要求。

### 6. 应用潜力与局限性
#### 6.1 优势
- **环境相容性**：天然成分易降解，无持久性毒性，适合有机农业和生态敏感区。
- **广谱性**：对两种主要土传真菌（R. solani和S. rolfsii）均有效，且能同时控制昆虫害。
- **成本效益**：K. galanga精油在低浓度下即可达到高效抑制，降低使用成本。

#### 6.2 挑战
- **稳定性问题**：精油易氧化和挥发，需添加稳定剂或改进剂型。
- **剂量依赖性**：部分活性成分需较高浓度才能发挥作用，可能限制田间应用。
- **作用机制复杂性**：目前研究显示其通过多靶点作用（酶抑制+细胞壁破坏+行为干扰），但具体信号通路仍需深入探索。

### 7. 结论与建议
研究证实：
1. K. galanga精油因富含苯丙素酯类成分，在抗真菌和驱避活性方面显著优于B. rotunda精油。
2. 分子对接和SEM结果共同支持“破坏细胞壁合成”和“干扰关键酶活性”作为主要作用机制。
3. 精油在实验室和田间环境均表现出良好效果，符合IPM（综合虫害管理）策略需求。

建议后续研究方向：
- 开发纳米包裹或微胶囊技术提高精油稳定性。
- 建立基于化学指纹图谱的快速检测方法。
- 研究不同浓度梯度下对非靶标生物（如传粉昆虫）的影响。
- 探索精油与其他天然成分（如植物碱、黄酮类）的协同增效机制。

该研究为热带植物精油的农业应用提供了理论依据，特别在防治土传真菌和红火蚁等全球性农业害虫方面具有重要实践价值。