30種酯類化合物對(duì)玉米象成蟲的熏蒸活性

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(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)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(huì)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(chǔ)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(duì)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(duì)儲(chǔ)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(chǔ)糧和衛(wèi)生害蟲[19-23]。然而，目前鮮有系統(tǒng)評(píng)價(jià)烷基酯類化合物對(duì)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(duì)玉米象成蟲的熏蒸活性研究，研究結(jié)果對(duì)儲(chǔ)糧害蟲的控制提供新材料，具有重要的理論與實(shí)踐意義。

1 材料與方法

1.1 供試藥劑

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。

1.2 供試?yán)ハx

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(duì)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。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

參考Xie等[23]的廣口瓶密閉熏蒸法，評(píng)價(jià)5類烷基酯類揮發(fā)性化合物對(duì)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(duì)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。

1.4 數(shù)據(jù)處理

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)。

2 結(jié)果與分析

2.1 甲酸酯類對(duì)玉米象的活性研究

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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)玉米象的致死率為100%。

表1 30種酯類化合物對(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)玉米象成蟲的熏蒸毒力

2.2 乙酸酯類對(duì)玉米象的活性研究

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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)乙酸酯類的殺蟲活性起著重要作用。

2.3 丙酸酯類對(duì)玉米象的活性研究

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(duì)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(duì)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(duì)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。

2.4 丁酸酯類對(duì)玉米象的活性研究

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(duì)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(duì)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(duì)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。

2.5 戊酸酯類對(duì)玉米象的活性研究

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(duì)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(duì)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。

3 結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，30種揮發(fā)性酯類化合物對(duì)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(duì)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(duì)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(duì)人類健康是相對(duì)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(duì)雙翅目和等翅目的昆蟲具有較好的生物活性，還對(duì)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(duì)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。