盧 慧, 鄭驍羿, 曹米娜, 楊昊康, 謝永堅(jiān)
(浙江農(nóng)林大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)學(xué)院,杭州 311300)
玉米象(SitophiluszeamaisMotschulsky)屬鞘翅目(Coleoptera),象甲科(Curculionidae),是一種世界性重要儲糧害蟲,不僅危害稻谷、麥類、玉米、高粱等農(nóng)產(chǎn)品,還危害天麻等植物性藥材[1-3]。熏蒸法是儲糧害蟲防治中最常見的方法之一,其高效性、可操作性和經(jīng)濟(jì)性都是其他防治措施無可比擬的[4]。磷化氫(PH3),溴甲烷(MBr),敵敵畏(DDVP),氯化苦(CCl3NO2)等化學(xué)熏蒸劑是儲糧害蟲防治中一直常用的制劑[4]。但是,這些熏蒸劑在使用過程中會產(chǎn)生一系列的問題,尤其是3R(害蟲的抗藥性、農(nóng)藥殘留和害蟲再猖獗)問題突出[5,6]。迄今為止,在儲糧害蟲防治中,未發(fā)現(xiàn)能夠取代磷化氫的熏蒸劑[7]。因此,尋找傳統(tǒng)熏蒸劑的替代品已經(jīng)成為當(dāng)務(wù)之急。
前期文獻(xiàn)報(bào)道,烷基酯類化合物具有作為替代傳統(tǒng)熏蒸劑的潛力,如甲酸乙酯(EF)對玉米象具有較好的熏殺活性[8],還可作為熏蒸劑用于干果害蟲的防治[9]。甲酸乙酯易降解、低殘留,對儲糧物的品質(zhì)和發(fā)芽率無影響[10-14]。甲酸酯類化合物的殺蟲機(jī)理是通過水解產(chǎn)物甲酸抑制昆蟲線粒體細(xì)胞色素C氧化酶的活性[15,16]。另外,甲酸還能使家蠅和果蠅的神經(jīng)系統(tǒng)異常興奮[17]。
烷基酯類物質(zhì)來源于天然資源中,具有安全、高效和可降解的特性,可作為潛在低風(fēng)險(xiǎn)的候選的熏蒸劑[18]。烷基酯類化合物主要包括甲酸酯、乙酸酯、丙酸酯、丁酸酯和戊酸酯五大類。目前,已有文獻(xiàn)報(bào)道少量酯類化合物具有顯著殺蟲活性,已作為熏蒸劑用來控制米象(Sitophilusoryzae)、谷蠹(Rhyzoperthadominica),埃及伊蚊(Aedesaegypti)、致倦庫蚊(Culexquinquefasciatus)、家蠅(Muscadomestica)、黑腹果蠅(Drosophilamelanogaster),以及白蟻等儲糧和衛(wèi)生害蟲[19-23]。然而,目前鮮有系統(tǒng)評價(jià)烷基酯類化合物對玉米象熏殺的活性。因此,本實(shí)驗(yàn)開展5大酯類化合物對玉米象成蟲的熏蒸活性研究,研究結(jié)果對儲糧害蟲的控制提供新材料,具有重要的理論與實(shí)踐意義。
甲酸甲酯(95%),甲酸乙酯(98%),甲酸丙酯(95%),甲酸異丙酯(95%),甲酸丁酯(95%),甲酸異丁酯(95%),甲酸戊酯(95%),甲酸異戊酯(95%),甲酸己酯(98%),甲酸香葉酯(55%),乙酸甲酯(99%),乙酸乙酯(98%),乙酸丙酯(98%),乙酸異丙酯(99%),乙酸烯丙酯(98%),乙酸丁酯(99%),乙酸仲丁酯(98%),乙酸叔丁酯(99%),乙酸異戊酯(98%),乙酸己酯(99%),乙酸肉桂酯(97%),丙酸甲酯(99%),丙酸乙酯(99%),丙酸丙酯(98%),丙酸丁酯(99%),丁酸甲酯(99%),丁酸乙酯(98%),丁酸丙酯(98%),戊酸甲酯(99%),戊酸乙酯(98%)等30種酯類揮發(fā)性化合物。
玉米象為實(shí)驗(yàn)室內(nèi)飼養(yǎng)種群,飼養(yǎng)條件為溫度為(25±1) ℃相對濕度為(80±5)%,以整粒小麥飼養(yǎng)。試蟲為羽化7~14 d的成蟲,不分雌雄。
參考Xie等[23]的廣口瓶密閉熏蒸法,評價(jià)5類烷基酯類揮發(fā)性化合物對玉米象的熏殺活性。具體方法如下:將濾紙片剪出長度5 cm,寬度1 cm的濾紙條,貼在1 000 mL(直徑10 cm×高度12.5 cm)的磨口玻璃瓶瓶蓋上,再將20頭玉米象成蟲(不分雌雄)放在玻璃瓶的底部,放入少許小麥作為飼料。將這30種酯類化合物在0.5~80 μL/L區(qū)間設(shè)置5個(gè)不同的濃度,分別滴加在濾紙條上并迅速擰緊瓶蓋,用蒸餾水浸濕的濾紙條作為對照,每組處理重復(fù)3次,置于溫度為(25±1) ℃,濕度為(80±5)%的培養(yǎng)箱內(nèi),培養(yǎng)24 h后觀察并記錄試蟲的死亡數(shù),并計(jì)算死亡率。
通過反正弦平方根方差分析玉米象的死亡率,平均數(shù)進(jìn)行Scheffe’s測驗(yàn),用Robertson和Preisler[24]的方法來確定這些化合物毒性的置信區(qū)間,并通過概率分析計(jì)算致死中濃度(LC50)。
從表1可得出,當(dāng)體積分?jǐn)?shù)為10 μL/L時(shí),甲酸香葉酯對玉米象的熏殺作用最強(qiáng),死亡率達(dá)到100%;其次是甲酸甲酯、甲酸戊酯和甲酸己酯,死亡率均為86.7%;其次,甲酸丁酯、甲酸丙酯和甲酸異丁酯對玉米象的致死率分別為60%、53.3%、45%;甲酸異丙酯、甲酸乙酯和甲酸異戊酯物活性表現(xiàn)最弱。當(dāng)體積分?jǐn)?shù)提高至20 μL/L時(shí),10種甲酸酯類化合物對玉米象熏殺活性顯著提高,除甲酸異丙酯外,其余9種甲酸酯類化合物對玉米象的致死率為100%。
表1 30種酯類化合物對玉米象成蟲的熏蒸作用
續(xù)表1
毒力測定如表2所示,甲酸香葉酯和甲酸甲酯對玉米象的殺蟲活性最強(qiáng),其LC50分別為1.82 μL/L和3.21 μL/L。其余8種甲酸酯類化合物的活性依次為甲酸戊酯(LC50=5.42 μL/L)、甲酸丁酯(LC50=7.05 μL/L)、甲酸己酯(LC50=7.18 μL/L)、甲酸丙酯(LC50=9.84 μL/L)、甲酸異丁酯(LC50=10.29 μL/L)、甲酸異戊酯(LC50=11.28 μL/L)、甲酸乙酯(LC50=12.72 μL/L)和甲酸異丙酯(LC50=12.97 μL/L)。本實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),甲酸甲酯對玉米象的熏殺活性高于其他甲酸酯類化合物。Chaskopoulou等[25]報(bào)道與本實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致,甲酸甲酯對埃及伊蚊和致倦庫蚊的熏殺活性是其他甲酸酯類化合物的2~5倍。這些結(jié)果暗示甲酸酯類化合物的脂肪鏈越長,殺蟲活性越低。相反,Scharf等[22]發(fā)現(xiàn)甲酸甲酯對果蠅的殺蟲活性低于其他甲酸酯類化合物,另外,Xie等[23]研究結(jié)果也表明甲酸甲酯的殺蟲活性低于其它甲酸酯類化合物的活性。綜上所述,同一種化合物對不同種類害蟲的生物活性具有很大的差異。
本研究還發(fā)現(xiàn)甲酸丙酯對玉米象成蟲的熏殺活性高于甲酸異丙酯。同樣,Chaskopoulou等[25]也發(fā)現(xiàn),甲酸丙酯對埃及伊蚊和致倦庫蚊的毒殺效果是甲酸異丙酯的5倍。這表明甲基(—CH3)的位置對烷基酯類的殺蟲活性也起著重要作用。因此,烷基酯類化合物的熏蒸活性不僅與分子結(jié)構(gòu)有關(guān),還與目標(biāo)昆蟲有關(guān)。
表2 30種酯類化合物對玉米象成蟲的熏蒸毒力
由表1可看出,用20 μL/L處理玉米象時(shí),在11種乙酸酯類化合物中,乙酸烯丙酯、乙酸己酯和乙酸肉桂酯的熏殺效果最佳,死亡率均為100%;乙酸丁酯、乙酸異戊酯和乙酸丙酯對玉米象的致死率分別為55%、53.3%和38.3%;其次,乙酸仲丁酯和乙酸異丙酯對玉米象的生物活性表現(xiàn)較弱,死亡率僅為18.3%和5.30%。最后,乙酸甲酯和乙酸叔丁酯對玉米象的毒殺作用較差。
毒性測定結(jié)果如表2所示,在11種乙酸酯類化合物中,乙酸肉桂酯和乙酸烯丙酯對玉米象的殺蟲活性最強(qiáng),其LC50分別為0.32 μL/L和1.92 μL/L。依次為乙酸己酯、乙酸丁酯、乙酸異戊酯、乙酸丙酯、乙酸仲丁酯、乙酸異丙酯、乙酸叔丁酯和乙酸甲酯,它們對玉米象殺蟲活性LC50的值分別為12.73、15.72、16.73、20.26、22.18、41.78、49.03、56.53 μL/L。本實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)乙酸丙酯對玉米象成蟲的熏殺活性高于乙酸異丙酯,同時(shí),乙酸仲丁酯的殺蟲活性高于乙酸叔丁酯。Chaskopoulou等[25]研究也發(fā)現(xiàn)乙酸丙酯對埃及伊蚊和致倦庫蚊的熏殺活性是乙酸異丙酯的9倍。相反,Scharf等[22]發(fā)現(xiàn)乙酸異丙酯對果蠅幼蟲的殺蟲活性比乙酸丙酯強(qiáng)。這表明甲基(—CH3)的位置對乙酸酯類的殺蟲活性起著重要作用。
由表1可得出,當(dāng)體積分?jǐn)?shù)為10 μL/L時(shí),丙酸丙酯、丙酸丁酯、丙酸乙酯和丙酸甲酯等4種丙酸酯類化合物對玉米象的熏殺活性較弱,死亡率僅為38.2%、23.3%、8.3%和1.7%。當(dāng)體積分?jǐn)?shù)增至20 μL/L時(shí),丙酸丙酯對玉米象致死率為85%,依次分別為丙酸丁酯(60%)、丙酸乙酯(50%)和丙酸甲酯(11.7%)。
表2中,4種丙酸酯類化合物對玉米象的熏殺活性從高到低分別為丙酸丙酯(LC50=10.91 μL/L)、丙酸丁酯(LC50=14.67 μL/L)、丙酸乙酯(LC50=19.43 μL/L)和丙酸甲酯(LC50=29.24 μL/L)。結(jié)果表明,丙酸酯類化合物的脂肪鏈越長,殺蟲活性越好,與甲酸酯類化合物結(jié)果相反。
由表1可看出,當(dāng)體積分?jǐn)?shù)為10 μL/L時(shí),丁酸乙酯、丁酸甲酯和丁酸丙酯等3種丁酸酯類化合物對玉米象的熏殺活性較弱,死亡率僅為26.3%、3.3%和3.3%。當(dāng)體積分?jǐn)?shù)增至20 μL/L時(shí),丁酸乙酯對玉米象致死率為33.3%,依次分別為丁酸丙酯(16.7%)和丁酸甲酯(15%)。
如表2所示,在3種丁酸酯類化合物中,丁酸丙酯對玉米象的毒性最高,其LC50為23.88 μL/L。其次為丁酸乙酯,LC50為33.25 μL/L,最后為丁酸甲酯,LC50為38.55 μL/L。結(jié)果表明,丁酸酯類化合物的脂肪鏈越長,殺蟲活性越好,與丙酸酯類化合物結(jié)果相似,但與甲酸酯類化合物相反。
由表1可看出,當(dāng)體積分?jǐn)?shù)為10 μL/L時(shí),兩種戊酸酯類化合物處理玉米象時(shí),戊酸甲酯和戊酸乙酯的死亡率分別為31.7%和10.0%;當(dāng)體積分?jǐn)?shù)增至20 μL/L時(shí),戊酸甲酯和戊酸乙酯對玉米象致死率為55.3%和50.0%。
如表2所示,研究結(jié)果表明,戊酸甲酯對玉米象的熏殺活性高于戊酸乙酯,戊酸甲酯的LC50為15.20 μL/L,戊酸乙酯的LC50為18.26 μL/L。結(jié)果與甲酸酯類化合物類似,脂肪鏈越長,殺蟲活性越低。
本實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,30種揮發(fā)性酯類化合物對玉米象均具有較好熏殺活性,并隨著濃度增加,殺蟲效果更加顯著。在5大類烷基酯類化合物中,甲酸酯類化合物對玉米象活性最好,當(dāng)體積分?jǐn)?shù)為20 μL/L時(shí),玉米象的死亡率幾乎全部達(dá)到100%。研究發(fā)現(xiàn),乙酸肉桂酯(LC50=0.32 μL/L)、甲酸香葉酯(LC50=1.82 μL/L)和乙酸烯炳酯(LC50=1.92 μL/L)對玉米象具有最強(qiáng)的熏殺活性。乙酸肉桂酯是從肉桂油中提取的重要的脂類香料,是我國規(guī)定可使用的香料之一[26]。另外,甲酸香葉酯是從香葉油中提取而得,也是我國規(guī)定可使用的香料之一[27]。這兩類化合物在適量的條件,對人類健康是相對安全的。因此,乙酸肉桂酯和甲酸香葉酯具有作為玉米象熏蒸劑的極大潛力。
烷基酯類化合物不僅對雙翅目和等翅目的昆蟲具有較好的生物活性,還對鞘翅目的昆蟲有較高的殺蟲活性。為了提高這些化合物的應(yīng)用范圍,需要對其他害蟲進(jìn)行生物活性測定,提高其殺蟲譜。另外,還需進(jìn)一步研究這些小分子的揮發(fā)化合物的作用方式和機(jī)理。同時(shí),還要進(jìn)行現(xiàn)場實(shí)際操作,研究這些揮發(fā)性化合物在糧堆內(nèi)的擴(kuò)散程度,進(jìn)一步驗(yàn)證烷基酯類的實(shí)用性。