開(kāi)發(fā)海藻酸水凝膠餌劑管理螞蟻

羅梁鋒 編譯

(陜西省澄城縣農(nóng)技中心，陜西省澄城縣 715200)

制劑與助劑

開(kāi)發(fā)海藻酸水凝膠餌劑管理螞蟻

羅梁鋒 編譯

(陜西省澄城縣農(nóng)技中心，陜西省澄城縣 715200)

阿根廷蟻(Linepithema humile)是全球廣泛分布的入侵性害蟲(chóng)。其是城市、農(nóng)業(yè)和天然環(huán)境中最具破壞性的螞蟻品種之一。和小黃家蟻(Monomorium pharaonis)等其他流浪品種(tramp ant species)一樣，阿根廷蟻繁殖能力強(qiáng)，具有一夫多妻群體結(jié)構(gòu)，能夠通過(guò)芽殖繁殖。此外，與小黃家蟻相似，阿根廷蟻種群可由少許工蟻和1個(gè)蟻后組成，且快速地壯大。這些特點(diǎn)有助于阿根廷蟻成功入侵危害。

阿根廷蟻常常在城市中廣泛為害，是一個(gè)重要的干擾生活的害蟲(chóng)。例如在加利福尼亞的城市居住環(huán)境中，阿根廷蟻是害蟲(chóng)管理專(zhuān)業(yè)人員經(jīng)常防治的螞蟻品種。在農(nóng)業(yè)環(huán)境中，阿根廷蟻容易與產(chǎn)蜜露的半翅目害蟲(chóng)建立營(yíng)養(yǎng)關(guān)系。半翅目昆蟲(chóng)產(chǎn)生的蜜露是阿根廷蟻的重要營(yíng)養(yǎng)來(lái)源，阿根廷蟻收集蜜露的行為使半翅目害蟲(chóng)免受天敵捕食。因此，有效地管理農(nóng)業(yè)中的阿根廷蟻能發(fā)揮天敵最大效力地防治害蟲(chóng)的潛力。

觸殺性殺蟲(chóng)劑噴霧由于具有易應(yīng)用，相對(duì)較快地壓制螞蟻害蟲(chóng)的種群等優(yōu)勢(shì)，是一種常見(jiàn)的防治城市和農(nóng)業(yè)中阿根廷蟻的方法。害蟲(chóng)管理專(zhuān)業(yè)人員應(yīng)用苯基吡唑或擬除蟲(chóng)菊酯的噴霧液防治城市居住環(huán)境中的阿根廷蟻，使用有機(jī)磷殺蟲(chóng)劑防治加利福尼亞柑橘園和葡萄園中的螞蟻害蟲(chóng)。因此，其中一些常用的殺蟲(chóng)劑在河渠中被頻繁地檢測(cè)到。用于螞蟻防治的一些類(lèi)型的農(nóng)業(yè)用農(nóng)藥也是揮發(fā)性有機(jī)物的重要來(lái)源，對(duì)空氣質(zhì)量有重要的影響。

由于大眾對(duì)環(huán)境污染的關(guān)注和防治螞蟻的殺蟲(chóng)劑噴霧對(duì)非靶標(biāo)生物的影響，已研究了液體餌劑防治螞蟻的效力。含有作用慢的有毒物的蔗糖液體餌劑能傳遞精確濃度的毒物，研究已表明其能有效防治阿根廷蟻。然而，數(shù)個(gè)因素制約著液體餌劑的廣泛應(yīng)用。例如，液體餌劑需要餌站的配套，但餌站的安裝和維護(hù)(檢查、清潔、裝餌劑等)費(fèi)用高，不被采用。例如在實(shí)地應(yīng)用要用液體餌劑有效防治螞蟻，就必須安裝許多餌站以及進(jìn)行定時(shí)維護(hù)。此外，液體餌劑餌站的設(shè)計(jì)也有一定的挑戰(zhàn)性。液體餌劑一般置于餌站的貯液器中，然后緩慢釋放到分配器。分配器中液體餌劑中的水蒸發(fā)，使餌劑和有效成分的濃度升高，使得餌劑的適口性差了，餌劑的效力降低了。此外，貯液器中的蔗糖液體餌劑在溫暖的條件下可能發(fā)酵，而使其對(duì)螞蟻的吸引力降低了。

為了解決傳統(tǒng)液體餌劑的局限性，最近已研究了將液體餌劑傳遞給螞蟻的水凝膠骨架。對(duì)由聚丙烯酰胺組成的吸附蔗糖液體餌劑的合成水凝膠對(duì)阿根廷蟻的防效進(jìn)行了試驗(yàn)。水凝膠骨架的使用是將液體餌劑直接用于螞蟻正在尋食的地面成為可能。高吸附性的水凝膠骨架作為控制-釋放載體，能夠在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持水分使液體餌劑具有適口性。然而，聚丙烯酰胺水凝膠暴露于35 ℃，緩慢降解為其單體丙烯酰胺。丙烯酰胺為潛在的末梢神經(jīng)毒素和致癌物，被世界衛(wèi)生組織和加利福尼亞州列為有毒化學(xué)品。

使用天然的、易生物降解的、不產(chǎn)生有毒單體的水凝膠化合物可消除以上提及的安全擔(dān)憂。本文用褐藻產(chǎn)生的多糖，即海藻酸制取可生物降解的水凝膠餌劑作為水凝膠骨架來(lái)傳遞液體餌劑來(lái)防治阿根廷蟻。海藻酸是不同比例和序列的(1-4)-連接的β-D-甘露糖醛酸(M)和 α-L-古羅糖醛酸(G)單體組成的多糖。在交聯(lián)過(guò)程中，CaCl2溶液中的Ca2-代替了海藻酸鈉(Na-alg)溶液中的 Na-，形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的固體海藻酸鈣水凝膠。海藻酸水凝膠已被用于傳遞肥料、觸殺型農(nóng)藥和藥物等化合物。然而，必須進(jìn)行數(shù)項(xiàng)新開(kāi)發(fā)以確保海藻酸水凝膠系統(tǒng)能夠傳遞最優(yōu)濃度的誘食劑和毒物，使液體餌劑發(fā)揮最大效力。以噻蟲(chóng)嗪為殺蟲(chóng)活性成分，在實(shí)驗(yàn)室和實(shí)地應(yīng)用測(cè)試了海藻酸水凝膠骨架吸附和傳遞蔗糖液體餌劑防治螞蟻的效果。

1 材料和方法

試驗(yàn)1確定了制取具有最佳物理剛度和吸附液體誘餌性能的海藻酸水凝膠(以下被稱(chēng)為海藻酸水凝膠球)的方法。試驗(yàn)2－5測(cè)定了用試驗(yàn)1確定的方法生產(chǎn)的海藻酸水凝膠球作為骨架傳遞液體餌劑防治阿根廷蟻的潛力。試驗(yàn)2測(cè)定了在不同濕度條件下海藻酸水凝膠球失水特性。試驗(yàn)3評(píng)估了海藻酸水凝膠球干燥后被尋食螞蟻的接受度。試驗(yàn)4研究了海藻酸水凝膠球在含有不同濃度噻蟲(chóng)嗪的25%蔗糖溶液中的水合作用。試驗(yàn)5測(cè)定了是否噻蟲(chóng)嗪遷移到整個(gè)海藻酸水凝膠球的似海綿的骨架中。最后，試驗(yàn)6和7測(cè)定了含有噻蟲(chóng)嗪的海藻酸水凝膠球(以下稱(chēng)為“海藻酸水凝膠餌劑”)在實(shí)驗(yàn)室和實(shí)地應(yīng)用防治阿根廷蟻的效果。

1.1 試驗(yàn)1：制取海藻酸水凝膠球

藻酸鈣水凝膠球由藻酸鈉(Na-Alg)溶液和鈣離子交聯(lián)生成。研究了Na-Alg和CaCl2不同濃度和不同交聯(lián)時(shí)間的 27種組合制取海藻酸水凝膠球的情況(表1)。1、1.5、2 g的中度黏度的Na-Alg(Sigma Aldrich,St. Louis,MO,USA)分別和100 mL去離子水混合得到10、15、20 g/L Na-Alg溶液。逐漸加熱混合液到60 ℃，攪拌到Na-Alg完全溶解。冷卻至室溫后，立刻用5 mL的注射器(BD Bioscience,San Jose,CA,USA)把以上溶液分別加入5、10、20 g/L CaCl2(交聯(lián)劑)溶液中。Na-Alg溶液經(jīng)末端覆蓋細(xì)薄織物(30×30 mm)的注射器的 100-mm 的聚乙烯管(Vincon Flexible PVC管，9.5 mm ID,12.7 mm OD，1.7 mm壁厚；Saint-Gobain Performance Plastics,Garden Grove,CA,USA)點(diǎn)滴加入。這樣在 1滴Na-Alg溶液分離和滴進(jìn)交聯(lián)劑中前，在管的末端可積累較大量(約0.15 mL)溶液，可使形成的水凝膠球最大。在此過(guò)程中，用磁性攪拌棒不斷地?cái)嚢杞宦?lián)劑。在5、15、30 min后過(guò)濾得到水凝膠球，然后用去離子水沖洗掉水凝膠球表面的交聯(lián)劑。用試驗(yàn)吸水紙(Kimberly-Clark Professional,Roswell,GA,USA)除去多余的水分，用分析天平稱(chēng)重每個(gè)凝膠球，記錄為最初的重量。然后把每個(gè)水凝膠球浸沒(méi)于100 mL的25%(w/v)的蔗糖溶液(沒(méi)有毒物)中24 h，使其充分吸收蔗糖溶液，使水凝膠球完全水合化。阿根廷蟻非常喜食25%蔗糖溶液，故選此濃度進(jìn)行試驗(yàn)。此后從蔗糖溶液中取出完全水合化的水凝膠球，除去表面多余的水分，稱(chēng)重，為最終重量。每個(gè)處理重復(fù)10次。

表1 不同條件制備水凝膠球

用一般線性模型(GLM)單變量分析法評(píng)估了不同制備參數(shù)下(即Na-Alg和CaCl2溶液濃度和交聯(lián)時(shí)間)水凝膠重量增加的百分比[最終重量-最初重量/最初重量×100(%)]，以及不同制備參數(shù)的相互作用。采用逐步多元線性回歸方法確定重量增加百分比的回歸模型中變量對(duì)變化的貢獻(xiàn)。

1.2 試驗(yàn)2：海藻酸水凝膠球的水分損失情況

研究了在模擬的濕度條件下海藻酸水凝膠球水分損失情況。模擬地表面和大氣的不同濕度，測(cè)定了在基質(zhì)水分含量和相對(duì)濕度(%RH)的 6個(gè)不同組合條件下水凝膠球失水情況。

海藻酸水凝膠球浸沒(méi)過(guò)25%蔗糖溶液后稱(chēng)重，放于皮氏培養(yǎng)皿(直徑100 mm，高15 mm)中的濕或干沙子(40 g)上，不加蓋。濕沙為在1 g沙中邊攪拌邊加入0.1 g水，濕度為10%(w/w)。干沙為沙中沒(méi)有加水。把以上培養(yǎng)皿放置于含有 500 g硅膠(0%RH)、飽和的MgCl2鹽溶液(32% RH)或飽和的NaCl鹽溶液(75% RH)的干燥器(直徑240 mm)中。干燥器置于25.6 ℃的恒溫箱中。用HOBO UX100檢測(cè)器(Onset Computer Corp.,Bourne,MA,USA)持續(xù)記錄干燥器中的溫度和濕度。在干燥器中放置2、4、6、8、24 h后稱(chēng)重水凝膠球。在稱(chēng)重前要小心去除水凝膠球表面黏附的沙粒。在24 h后把所有的水凝膠球置于0%RH的干燥器中。每天稱(chēng)重水凝膠球直至其重量不再減少未止。最初水凝膠球和完全失水的水凝膠球間的重量差被認(rèn)為是水凝膠球最初吸收的水量。用水凝膠球中最初的水量確定一定時(shí)間點(diǎn)水分損失百分比。此試驗(yàn)重復(fù)進(jìn)行10次。對(duì)水分損失百分比數(shù)據(jù)進(jìn)行反正弦平方根轉(zhuǎn)化。用單項(xiàng)方差分析法和 Tukey檢驗(yàn)(0.05顯著水平)比較每個(gè)時(shí)間點(diǎn)的數(shù)據(jù)。

1.3 試驗(yàn)3：用部分脫水的水凝膠球進(jìn)行飼喂試驗(yàn)

為了了解水凝膠球水分損失和阿根廷蟻取食偏好間的關(guān)系，研究了阿根廷蟻對(duì) 4種干燥水平(即0%、25%、50%和75%)的水凝膠球的取食情況。

從美國(guó)加利福尼亞大學(xué)的柑橘園采集阿根廷蟻。把有螞蟻的土壤、落葉層和其他殘?jiān)杖氪竽竞兄校殉睗竦幕夷喑卜旁诤凶拥闹虚g。當(dāng)收集來(lái)的材料干燥后，螞蟻種群遷移到潮濕的灰泥巢中。然后把螞蟻移入實(shí)驗(yàn)室中的塑料容器中。在飼喂試驗(yàn)中，螞蟻被放入聚乙烯容器中(330×190×100 mm)，其內(nèi)壁涂有一薄層特氟龍(聚四氟乙烯懸浮液)以防治螞蟻從容器中跑掉。每個(gè)種群由 300個(gè)工蟻，2個(gè)蟻后和0.1 g的“后代”組成，它們都3 d沒(méi)有被飼喂蔗糖溶液。

為了制取損失25%、50%和 75%水分的水凝膠球，先把水凝膠球浸入25%蔗糖溶液中24 h，然后置于恒定濕度條件(0%～5% RH，潮濕的沙子)中2.5、6.3、14.5 h(在試驗(yàn)2結(jié)果的基礎(chǔ)上設(shè)定，圖1)。持續(xù)測(cè)定水凝膠球的重量以獲得失水0%、25%、50%和75%的水凝膠球。沒(méi)有經(jīng)歷干燥過(guò)程的水凝膠球被定為失水為0。4種失水量(0%、25%、50%和75%)水凝膠球被同時(shí)放入裝螞蟻盒的底部，每個(gè)水凝膠球相隔20 mm(圖2)。在放入水凝膠球后5、15、30、45和60 min以數(shù)字圖像記錄取食不同失水情況的水凝膠球螞蟻的數(shù)量。試驗(yàn)重復(fù)5次。在進(jìn)行分析前，對(duì)各數(shù)據(jù)進(jìn)行 log10(+1)轉(zhuǎn)換，用單項(xiàng)方差分析法和Tukey檢驗(yàn)(0.05顯著水平)比較每個(gè)時(shí)間點(diǎn)的數(shù)據(jù)。

圖1 在不同相對(duì)濕度和底物濕度條件下海藻酸水凝膠球水分損失的百分比(平均值±SEM)

圖2 螞蟻對(duì)水分損失為0%、25%、50%和75%的水凝膠餌劑的取食偏好

1.4 試驗(yàn) 4：水凝膠球在含有噻蟲(chóng)嗪的蔗糖溶液中的水合作用

在試驗(yàn)1結(jié)果的基礎(chǔ)上，取10 g/L Na-Alg溶液、5 g/L CaCl2溶液，5 min交聯(lián)時(shí)間，來(lái)制取本試驗(yàn)所用海藻酸水凝膠球。用去離子水沖洗海藻酸水凝膠球，用Cen-tech數(shù)字卡尺測(cè)量水凝膠的最初直徑，單位mm。用分析天平稱(chēng)量水凝膠球的重量。隨后每個(gè)水凝膠球被浸沒(méi)于100 mL含不同濃度(0、0.1、0.4、0.7和1 mg/L)的分析級(jí)噻蟲(chóng)嗪(噻蟲(chóng)嗪PESTANAL?,Sigma Aldrich)的25%蔗糖溶液中24 h。水凝膠球浸沒(méi)于不含蔗糖和噻蟲(chóng)嗪的去離子水中作為陰性對(duì)照。24 h后，從溶液中取出水凝膠球，用試驗(yàn)用吸水紙吸去其表面多余的水分。測(cè)量完全水合化的水凝膠球的直徑和重量。每處理重復(fù)10次。用單項(xiàng)方差分析法和 Tukey檢驗(yàn)(0.05顯著水平)比較不同處理間水凝膠球直徑和重量增加的百分比。

1.5 試驗(yàn)5：水凝膠球?qū)︵缦x(chóng)嗪的吸附

為了確定是否 25%蔗糖溶液中的噻蟲(chóng)嗪被吸附到水凝膠的骨架中，用酶聯(lián)免疫吸附生測(cè)法(ELISA)評(píng)估了水凝膠球的內(nèi)外部分中噻蟲(chóng)嗪的量。Rust等人詳細(xì)描述了此分析方法。每個(gè)海藻酸水凝膠球被浸沒(méi)于100 mL的含1 mg/L噻蟲(chóng)嗪的25%蔗糖溶液中。對(duì)照海藻酸水凝膠球?yàn)榻](méi)于不含噻蟲(chóng)嗪的25%的蔗糖溶液中。在24 h后，從溶液中取出水凝膠球。用干凈切割刀從水凝膠球的外面開(kāi)始切割直到剩下一個(gè)小的立方體(約4×4×4 mm)，準(zhǔn)確稱(chēng)取內(nèi)外部分各0.05 g，分別放入1.5 mL的離心管中，再加入0.3 mL蒸餾水。用塑料杵研均勻，離心5 min。然后用吸液管移取4 μL上清液，用996 μL蒸餾水稀釋(稀釋250倍)。按Byren等人的方法用商業(yè)購(gòu)買(mǎi)的 ELISA試劑盒(Thiamethoxam H.S. Plate Kit,catalog no.20-0102,Beacon Analytical System Inc.,Saco,ME,USA)評(píng)估水凝膠樣品中噻蟲(chóng)嗪的量。每處理重復(fù)4次。用配對(duì)T-檢驗(yàn)(0.05顯著水平)比較水凝膠球外部和內(nèi)部噻蟲(chóng)嗪的量。

1.6 試驗(yàn)6：室內(nèi)防效試驗(yàn)

研究了用含有噻蟲(chóng)嗪的25%蔗糖溶液處理的海藻酸水凝膠餌劑對(duì)實(shí)驗(yàn)室阿根廷蟻種群的活性。每個(gè)試驗(yàn)含有300個(gè)工蟻、2個(gè)蟻后和0.1 g的飼養(yǎng)的種群產(chǎn)生的“后代”(卵、幼蟲(chóng)和蛹的混合體)。試驗(yàn)螞蟻置于聚乙烯容器(330×190×100 mm)中，其內(nèi)壁涂有一薄層特氟龍。皮氏培養(yǎng)皿(直徑100 mm，高15 mm)的上蓋有4個(gè)均勻分布的孔(直徑4 mm)，內(nèi)放一瓦楞紙(140×60 mm)，為人工螞蟻巢。一周為螞蟻提供一次水、25%蔗糖溶液和剛弄死的蜚蠊和罐裝金槍魚(yú)。在試驗(yàn)前7 d就將螞蟻置于試驗(yàn)裝置中使其適應(yīng)環(huán)境，在試驗(yàn)前3 d開(kāi)始只給螞蟻提供水。Markin的研究表明使實(shí)驗(yàn)室種群饑餓3～4 d能加強(qiáng)其覓食行為，阿根廷蟻大田種群也有此現(xiàn)象。

對(duì)含有5種濃度噻蟲(chóng)嗪的海藻酸水凝膠餌劑的活性進(jìn)行了研究。海藻酸水凝膠餌劑分別用含0.1、0.4、0.7、1 mg/L分析級(jí)噻蟲(chóng)嗪的25%蔗糖溶液處理。每個(gè)處理中3個(gè)海藻酸水凝膠餌劑被置于盒子的底部。以不含噻蟲(chóng)嗪的蔗糖溶液處理的海藻酸水凝膠餌劑為對(duì)照。處理后24 h，再開(kāi)始給螞蟻提供正?！帮嬍场?，但不移除水凝膠餌劑。

以人工蟻巢和盒子的攝影影像為基礎(chǔ)，在處理后1、3、5、7、14 d記錄了活著的蟻后和工蟻的數(shù)量。在這些時(shí)間點(diǎn)也稱(chēng)量了“后代”的重量?！昂蟠币话阍谌斯は伋矁?nèi)折疊的瓦楞紙上?！昂蟠钡闹亓繛檎郫B的瓦楞紙和附于其上的“后代”的重量減去瓦楞紙的重量。然后計(jì)算工蟻和蟻后數(shù)量減少的百分比和“后代”重量減少百分比。處理和對(duì)照重復(fù)4次。對(duì)百分比數(shù)據(jù)進(jìn)行反正弦平方根轉(zhuǎn)換，用單因素方差分析法分析轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)。

1.7 試驗(yàn)7：實(shí)地應(yīng)用藥效試驗(yàn)

在2016年7月28日到9月23日，在美國(guó)加利福尼亞州河濱市的5個(gè)住宅中，試驗(yàn)了含有1 mg/L噻蟲(chóng)嗪(實(shí)驗(yàn)室研究中最有效的濃度)的海藻酸水凝膠餌劑的防效。阿根廷蟻是每一試驗(yàn)點(diǎn)的主要危害螞蟻。

為了提高實(shí)地試驗(yàn)用的海藻酸水凝膠餌劑的生產(chǎn)規(guī)模，用 100-噴嘴噴頭(AKDY AZ-6021 8-inch bathroom chrome shower head,AKDY Appliances,Rancho Cucamonga,CA,USA)產(chǎn)生10 g/L Na-Alg溶液的微滴。把Na-Alg溶液慢慢倒入與噴頭相連的大漏斗(直徑150 mm)中，從噴頭噴出的Na-Alg溶液的液滴滴入含有 5 g/L CaCl2溶液的塑料容器(381×292×152 mm)中。連接噴頭的漏斗被固定于鐵支架上。在滴入過(guò)程中用玻璃棒持續(xù)攪拌交聯(lián)劑以免形成的水凝膠球彼此黏附。過(guò)濾反應(yīng)液得到海藻酸水凝膠球，浸沒(méi)于含有2 mg/L噻蟲(chóng)嗪的5L 50%蔗糖溶液中24 h。假定浸沒(méi)結(jié)束時(shí)水凝膠球內(nèi)部和外部的噻蟲(chóng)嗪和蔗糖溶液的濃度均衡，得到了含約1 mg/L噻蟲(chóng)嗪的約25%的蔗糖溶液的海藻酸水凝膠餌劑。從液體餌劑中篩出水凝膠餌劑，裝于塑料罐中于(4±) ℃貯存以備用。

在每一試驗(yàn)點(diǎn)以10 g/m2施用約1 kg的水凝膠餌劑，在建筑物內(nèi)5 m的螞蟻活躍路徑上放置20堆水凝膠餌劑。每堆約重50 g。在每個(gè)房間四面墻邊的10個(gè)點(diǎn)均勻地放置20個(gè)監(jiān)測(cè)管(15 mL Falcon 塑料管)，每個(gè)管中有12 mL的25%蔗糖溶液，每個(gè)點(diǎn)放置2個(gè)管，其開(kāi)口端用花盆覆蓋(直徑155 mm，高115 mm)以免噴灌、寵物、降雨和陽(yáng)光的影響。每次檢測(cè)時(shí)間稱(chēng)管的重量，計(jì)算與處理前蔗糖溶液重量的差值，并進(jìn)行蒸發(fā)矯正，矯正差值即為螞蟻取食的蔗糖溶液的量。蒸發(fā)量是放置于沒(méi)有螞蟻的另一點(diǎn)的一套監(jiān)測(cè)管相對(duì)應(yīng)重量減少量。在Reierson等人實(shí)驗(yàn)室研究中，阿根廷蟻每次到訪平均取食 0.3 mg蔗糖溶液。以此為基礎(chǔ)，評(píng)估了到訪監(jiān)測(cè)管的螞蟻數(shù)量，以2管的平均值進(jìn)行進(jìn)一步的分析。在實(shí)地應(yīng)用試驗(yàn)點(diǎn)在處理前1 d，處理后1、2和4周檢測(cè)。在第4周檢測(cè)后立即進(jìn)行第2次水凝膠餌劑處理，處理后5、6和8周(以第1次處理時(shí)間算起)檢測(cè)。第2次施用量和方法與第1次相同。

肉眼檢查監(jiān)測(cè)管，發(fā)現(xiàn)在整個(gè)試驗(yàn)期間，監(jiān)測(cè)管中只有阿根廷蟻在覓食。評(píng)估和記錄了所有檢測(cè)時(shí)間到訪每個(gè)點(diǎn)每管的螞蟻數(shù)量，對(duì)此數(shù)據(jù)進(jìn)行平方根轉(zhuǎn)換，用配對(duì) T-檢驗(yàn)(0.05顯著水平)比較處理后的每一檢測(cè)時(shí)間和處理前的數(shù)據(jù)。

2 結(jié) 果

2.1 試驗(yàn)1：制作海藻酸水凝膠球

Na-Alg溶液的濃度(F=124.2；df=2，P＜0.001)，CaCl2溶液濃度(F=1612.1；df=2，P＜0.001)和交聯(lián)時(shí)間(F=1058.6；df=2，P＜0.001)對(duì)水凝膠重量增加百分比在統(tǒng)計(jì)學(xué)上有顯著影響(圖2)。此外，發(fā)現(xiàn)這3個(gè)因素間(F=27.1；df=8，P＜0.001)有顯著的相互作用(表2)。Na-Alg溶液的濃度、CaCl2溶液濃度和交聯(lián)時(shí)間對(duì)水凝膠重量增加百分比的影響的多元線性回歸分析得到的相關(guān)系數(shù)分別為r=0.141、–0.661、–0.529，表明3個(gè)因素的影響顯著(P＜0.001)。確定試驗(yàn)變量間線性關(guān)系的多元回歸模型為Y=352.6+49.0X1-150.7X2-7.3X3(R2=0.737，F(xiàn)=248.9，df=3、266，P＜0.001)，其中Y為水凝膠重量增加百分比，X1為Na-Alg溶液濃度，X2為CaCl2溶液濃度，X3為交聯(lián)時(shí)間。此方程表明 CaCl2溶液濃度和交聯(lián)時(shí)間的增加分別會(huì)導(dǎo)致水凝膠重量以 150.7%和7.3%降低。因此，為了獲得重量增加百分比最高的海藻酸水凝膠球，選擇CaCl2溶液濃度為5 g/L，交聯(lián)時(shí)間為5 min。另一方面，Na-Alg溶液濃度的增加會(huì)使水凝膠重量增加 49%。然而，用＞10 g/L Na-Alg溶液得到的水凝膠球在浸沒(méi)于蔗糖溶液后破裂，故選用10 g/L的Na-Alg溶液。

2.2 試驗(yàn)2：海藻酸水凝膠球的水分損失情況

用25%蔗糖溶液處理過(guò)的水凝膠球暴露于6種濕度環(huán)境(干或濕的底物，和0、32、75% RH)中24 h，最初8 h水凝膠球暴露于相同底物濕度，在0與32%RH 條件間水損失百分比相似(P＞0.05)(圖1多元比較)。在整個(gè)試驗(yàn)期間(24 h)，置于濕潤(rùn)的底物和75%RH條件下的水凝膠球與其他處理相比，水損失百分比最小(2 h，F(xiàn)=47.2，df=5、54，P＜0.001；4 h，F(xiàn)=66.4，df=5、54，P＜0.001；6 h，F(xiàn)=103.6，df=5、54，P＜0.001；8 h，F(xiàn)=87.0，df=5、54，P＜0.001；24 h，F(xiàn)=31.2，df=5、54，P＜0.001)(圖1)。

表2 不同制備方法下水凝膠重量增加百分比的單變量GLM結(jié)果

2.3 試驗(yàn) 3：用部分失水的水凝膠球進(jìn)行的選擇性取食研究

一般而言，在覓食的阿根廷蟻種群中放入水凝膠球后，螞蟻立即開(kāi)始取食所有的水凝膠球(圖2)。然而，在放入水凝膠球后30 min內(nèi)，發(fā)現(xiàn)與水分損失為0或25%處理相比，取食水分損失50%或75%的水凝膠球的螞蟻顯著少(5 min，F(xiàn)=58.5，df=3、16，P＜0.001；15 min，F(xiàn)=16.2，df=3、16，P＜0.001；30 min，F(xiàn)=30.9，df=3、16，P＜0.001)(圖3 多元比較)。在45 min和60 min，水分損失為0或25%水凝膠球?qū)ξ浵伒奈ψ顝?qiáng)，其次為50%的，水分損失75%的水凝膠球?qū)σ捠澄浵伒奈宰畹?45 min，F(xiàn)=22.8，df=3、16，P＜0.001；60 min，F(xiàn)=67.0，df=3、16，P＜0.001)(圖3)。

2.4 試驗(yàn) 4：海藻酸水凝膠球在含有噻蟲(chóng)嗪的蔗糖溶液中的水合作用

制取的水凝膠球最初的平均直徑為5.81～6.00 mm(表3)。浸沒(méi)于蔗糖溶液或去離子水后，其平均直徑增加為8.84～10.00 mm(表3)。浸沒(méi)于去離子水的水凝膠球的直徑增加百分比(增加 67%)顯著大于浸沒(méi)于 25%蔗糖溶液的(增加 51%～55%)(F=6.6，df=5、54，P＜0.001)。然而，用25%蔗糖溶液(含有或不含有噻蟲(chóng)嗪)處理的水凝膠球直徑增加百分比相似(P＞0.05)，這表明液體餌劑中的噻蟲(chóng)嗪(試驗(yàn)濃度0.1～1 mg/L)不影響水凝膠球的水合作用(表3)。

海藻酸水凝膠球的最初平均重量為 0.14 g(表3)。用蔗糖溶液或去離子水處理后，平均重量增加為0.48～0.57 g(表3)。與直徑增加情況相似，用去離子水處理的水凝膠球重量增加百分比(增加309%)顯著高于用 25%蔗糖處理的(增加 253%～272%)(F=7.2，df=5、54，P＜0.001)。不管蔗糖溶液是否含有噻蟲(chóng)嗪，用其處理的水凝膠球重量增加百分比相似(P＞0.05)，這進(jìn)一步表明液體餌劑中的噻蟲(chóng)嗪對(duì)水凝膠球的水合作用沒(méi)有影響(表3)。

表3 浸沒(méi)于不同水溶液的水凝膠球的重量和直徑增加百分比

2.5 試驗(yàn)5：海藻酸水凝膠球吸附噻蟲(chóng)嗪的能力

海藻酸水凝膠球的外部和內(nèi)部每千克所含的噻蟲(chóng)嗪的量相似[外部和內(nèi)部分別為1 539.77±93.05、1 214.28±50.69 ng(平均±SEM)，t=2.3，df=3，P＞0.05]。這表明蔗糖溶液中的噻蟲(chóng)嗪均勻地遷移到海藻酸水凝膠球中。雖然用ELISA試劑盒檢測(cè)到對(duì)照水凝膠球具有低水平吸附，但吸附值可忽略，這可能是由小的基體效應(yīng)引起(水凝膠和蔗糖)。

圖3 處理后不同時(shí)間取食水凝膠球的螞蟻數(shù)量(平均值±SEM)

2.6 試驗(yàn)6：實(shí)驗(yàn)室活性試驗(yàn)

含有0.1～1 mg/L噻蟲(chóng)嗪的海藻酸水凝膠餌劑能夠有效防治阿根廷蟻工蟻(表4)。在處理后1 d所有處理和未處理間工蟻減少率沒(méi)有顯著差異(F=1.7，df=4、20，P＞0.05)。然而，處理后3 d，高濃度噻蟲(chóng)嗪(0.7、1 mg/L)處理工蟻減少率與對(duì)照間有顯著差異(F=39.9，df=4、20，P＜0.001)。此外，處理后5 d，所有處理和對(duì)照間工蟻減少率有顯著差異(F=153.1，df=4、20，P＜0.001)。1、0.7、0.4 mg/L噻蟲(chóng)嗪處理在處理后5、7、14 d，工蟻的死亡率達(dá)100%(表4)。在處理后 14 d，對(duì)照工蟻死亡率約為21%。然而，本研究中對(duì)照死亡率與其他相似的實(shí)驗(yàn)室研究中在處理后8 d對(duì)照死亡率為33%或處理后7 d對(duì)照死亡率為8%～10%相當(dāng)。

表4 實(shí)驗(yàn)室研究中應(yīng)用海藻酸水凝膠餌劑后工蟻數(shù)量減少百分比(平均值±SEM)

水凝膠餌劑也對(duì)蟻后和“后代”有有效的控制。處理后3 d，用含有1 mg/L噻蟲(chóng)嗪的蔗糖溶液處理的水凝膠球與對(duì)照相比能顯著減少蟻后的數(shù)量和“后代”的質(zhì)量(蟻后，F(xiàn)=16.0，df=4、20，P＜0.001；“后代”，F(xiàn)=18.8，df=4、20，P＜0.001)。含有0.4～1 mg/L噻蟲(chóng)嗪的水凝膠餌劑處理后7 d對(duì)蟻后和處理后14 d對(duì)“后代”分別有100%防效(表5、6)。

表5 在實(shí)驗(yàn)室研究中蟻后數(shù)量減少百分比

表6 在實(shí)驗(yàn)室研究中“后代”數(shù)量減少百分比

2.7 試驗(yàn)7：實(shí)地應(yīng)用藥效試驗(yàn)

在整個(gè)試驗(yàn)期，處理后所有檢測(cè)時(shí)間到訪監(jiān)測(cè)管的平均螞蟻量顯著低于各管處理前的(1周，t=3.6，df=4，P=0.023；2周，t=3.6，df=4，P=0.022；4周，t=4.4，df=4，P=0.012；5 周，t=5.7，df=4，P=0.005；6 周，t=3.7，df=4，P=0.020；周 8，t=6.9，df=4，P=0.002)(表7)。在處理后的前2周，水凝膠餌劑對(duì)螞蟻防效變化很大，為7.8%～65.1%。在處理后4～6周平均防效為61%～72%，其中1個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)在處理后第4周的防效為88%；處理后8周，防效為64%～91%?？偟膩?lái)說(shuō)，平均防效為79%。

表7 在5個(gè)點(diǎn)施用含1 mg/L噻蟲(chóng)嗪的水凝膠餌劑前后平均“到訪”的螞蟻數(shù)量

3 討 論

本研究中的海藻酸水凝膠為3個(gè)成分系統(tǒng)(海藻酸、水和鹽)，其中每一成分都能被改進(jìn)以產(chǎn)生具有不同特性(硬度、大小、吸附性等)的水凝膠骨架。水凝膠骨架的物理和化學(xué)特性可能影響吸附于水凝膠中的化合物的釋放。因此，海藻酸水凝膠系統(tǒng)的多用途性將使其非常適合開(kāi)發(fā)為含有不同類(lèi)型誘食劑和殺蟲(chóng)活性成分的新穎餌劑系統(tǒng)。本研究中，對(duì)含有活性成分噻蟲(chóng)嗪的糖水餌劑的高吸附性被認(rèn)為是海藻酸水凝膠球的最優(yōu)特性之一。堅(jiān)固的球形水凝膠球?qū)?huì)使自動(dòng)化或人工實(shí)地應(yīng)用水凝膠餌劑變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。

Na-Alg溶液濃度、CaCl2溶液的濃度和交聯(lián)時(shí)間顯著影響海藻酸水凝膠球在25%蔗糖溶液中的水合作用程度。首先，水合程度與Na-Alg溶液濃度成正相關(guān)性。由高濃度多聚物溶液產(chǎn)生的水凝膠，其每單位量含有更多的多聚體，故能吸收較大量的水。然而，本研究中，由高濃度(15、20 g/L)Na-Alg溶液產(chǎn)生的一些水凝膠球在浸沒(méi)于蔗糖溶液的過(guò)程中由于過(guò)度的水合作用，而發(fā)生物理性破裂。由10 g/L Na-Alg溶液產(chǎn)生的海藻酸水凝膠在浸沒(méi)于蔗糖溶液后仍能保持堅(jiān)固的球狀。其次，海藻酸水凝膠球的水合程度與交聯(lián)劑濃度和交聯(lián)時(shí)間呈負(fù)相關(guān)性。高濃度的交聯(lián)劑和較長(zhǎng)的交聯(lián)時(shí)間增加了水凝膠球的交聯(lián)密度，故導(dǎo)致水凝膠的硬度較大，水合潛力降低。交聯(lián)密度的增加也可能降低水凝膠骨架中孔的大小，限制水和溶解于水中的化合物的吸附和釋放。為了使水合作用最大化，本研究使用最低的交聯(lián)劑濃度(5 g/L)和最短的交聯(lián)時(shí)間(5 min)。

城市和農(nóng)業(yè)環(huán)境中的阿根廷蟻在溫暖的夏天覓食行為最活躍，此時(shí)環(huán)境也具備其喜歡的潮濕條件。因此，以阿根廷蟻為靶標(biāo)的海藻酸水凝膠餌劑在實(shí)地應(yīng)用期間將會(huì)暴露于不斷變化的濕度條件中。因?yàn)樗z餌劑的水分含量影響其適口性，故需要評(píng)估水合化的水凝膠球的水分損失動(dòng)態(tài)。當(dāng)海藻酸水凝膠球暴露于干底物和/或低相對(duì)濕度下，其水分的損失更快。有趣的是，在低或中等的大氣濕度條件下(即0、32%相對(duì)濕度)，水分的損失主要決定于底物的濕度水平，而不是大氣的濕度。海藻酸水凝膠球可能從濕潤(rùn)的底物吸收水分，這樣就可補(bǔ)償表面蒸發(fā)的水分損失。海藻酸水凝膠球的水分損失動(dòng)態(tài)(在0-32% RH環(huán)境中前8 h水分損失68%～89%)，相當(dāng)于Buczkowski等人報(bào)道的聚丙烯酰胺水凝膠的情況，即聚丙烯酰胺水凝膠暴露于室外 2～32 ℃和22%～49% RH的環(huán)境中，大部分水分的損失發(fā)生在前8 h內(nèi)。

選擇取食研究表明水分損失≥50%的海藻酸水凝膠球?qū)σ捠澄浵伒倪m口性或吸引性降低了，與Rust等人對(duì)聚丙烯酰胺水凝膠的發(fā)現(xiàn)相似。因?yàn)楸狙芯恐姓崽侨芤褐械乃囼?yàn)劑量(0.1～ mg/L)的噻蟲(chóng)嗪活性成分不會(huì)阻遏覓食阿根廷蟻的取食，水凝膠球的水分含量會(huì)是影響螞蟻持續(xù)取食的最重要的因素。在實(shí)地應(yīng)用中，使水凝膠餌劑水分損失最小化有益于水凝膠餌劑在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)對(duì)覓食螞蟻具有適口性。在灌溉點(diǎn)附近應(yīng)用水凝膠餌劑或在應(yīng)用水凝膠餌劑前進(jìn)行灌溉增加底物(即土壤)的濕度水平，可達(dá)到此目的。或者，在水凝膠損失太多水分前，增加覓食螞蟻發(fā)現(xiàn)和取食餌劑的幾率。Boser等人發(fā)現(xiàn)在聚丙烯酰胺水凝膠餌劑實(shí)地應(yīng)用的最初 4 h內(nèi)66%阿根廷蟻“拜訪”過(guò)此餌劑。阿根廷蟻?zhàn)粉櫦に乜杀挥糜诳s短海藻酸水凝膠餌劑被發(fā)現(xiàn)時(shí)間。此方面還需要進(jìn)一步的研究。

噻蟲(chóng)嗪在25 ℃具有相對(duì)高的水溶性(4.1 g/L)，故被選作餌劑的殺蟲(chóng)活性物質(zhì)。活性成分的高水溶性被認(rèn)為是制作有效的水餌劑的重要特性之一。ELISA研究表明溶解于蔗糖溶液中的噻蟲(chóng)嗪有效地分散到海藻酸水凝膠骨架中。試驗(yàn)結(jié)果表明當(dāng)螞蟻取食水凝膠球表面的蔗糖溶液時(shí)可持續(xù)地?cái)z食到噻蟲(chóng)嗪。水凝膠骨架和最初液體餌劑間的噻蟲(chóng)嗪濃度幾乎相同(水凝膠骨架和最初液體餌劑中的密度分別為1.2～1.5 mg/kg vs 1 mg/L)，這表明剛制取的水凝膠球中的液體能被蔗糖-噻蟲(chóng)嗪溶液有效代替，在24 h的蔗糖溶液浸沒(méi)期間可達(dá)到平衡狀態(tài)。

實(shí)驗(yàn)室研究表明含有低濃度噻蟲(chóng)嗪(0.1～1 mg/L)的海藻酸水凝膠餌劑在處理后7 d可有效防治阿根廷蟻的蟻后。因阿根廷蟻的蟻后一般不會(huì)到巢穴外覓食，含有毒物的餌劑一般通過(guò)工蟻覓食和隨后的交哺行為傳遞給蟻后。因此，交哺和其他方式對(duì)毒物的潛在稀釋作用已被認(rèn)為是用液體餌劑防治蟻后的重要挑戰(zhàn)之一。在以前對(duì)海藻酸水凝膠傳遞化合物的研究中，一般在發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)前在海藻酸溶液中加入化合物。然而，本文研究者發(fā)現(xiàn)交聯(lián)過(guò)程可能不經(jīng)意地影響海藻酸水凝膠餌劑中的誘食劑(蔗糖)和殺蟲(chóng)活性成分(噻蟲(chóng)嗪)的濃度。因此，本研究首先制備海藻酸水凝膠球，隨后把其浸沒(méi)于含有已知濃度噻蟲(chóng)嗪的25%蔗糖溶液中。用此新方法能夠確保最后(完全水合化)的餌劑含有已知量蔗糖和噻蟲(chóng)嗪，使其防效最大化。

選用1 mg/L噻蟲(chóng)嗪進(jìn)行實(shí)地應(yīng)用研究，是因?yàn)樵趯?shí)驗(yàn)室研究中處理后3 d，此劑量能顯著地防治工蟻、蟻后和“后代”。在處理后1周海藻酸水凝膠餌劑的平均防效為42%，4周為40%～68%。在第4和5周間進(jìn)行第 2次處理后，直到試驗(yàn)結(jié)束平均防效為61%～79%。在每周對(duì)未處理實(shí)地應(yīng)用試驗(yàn)點(diǎn)監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)在整個(gè)實(shí)地應(yīng)用研究期間未處理螞蟻活躍水平?jīng)]有自然下降。此外，整個(gè)研究期間的平均氣溫為20.6～32.2 ℃，阿根廷蟻具有正常的覓食活動(dòng)。

用海藻酸水凝膠骨架傳遞含有少量殺蟲(chóng)劑的蔗糖液體餌劑，有效防治螞蟻時(shí)，與合成水凝膠(例如丙烯酰胺)相比，對(duì)環(huán)境的不利影響降低了。共10 mg噻蟲(chóng)嗪被用于制取進(jìn)行2個(gè)實(shí)地應(yīng)用處理的10 kg餌劑。與其他含有噻蟲(chóng)嗪的商業(yè)化餌劑產(chǎn)品(例如Optigard Ant Gel Bait that contains，含有約100 mg/L噻蟲(chóng)嗪)相比，此餌劑含有的噻蟲(chóng)嗪的量極少(1 mg/L噻蟲(chóng)嗪)。雖然與聚丙烯酰胺水凝膠的數(shù)個(gè)特性(即水合作用、水分損失率，活性)相當(dāng)，但海藻酸水凝膠不會(huì)降解產(chǎn)生有毒的單體而對(duì)環(huán)境友好。不同于其他天然凝膠化合物(例如白明膠)，海藻酸水凝膠的熱穩(wěn)定使其適宜用于日氣溫超過(guò)35 ℃的地方。海藻酸可商業(yè)購(gòu)買(mǎi)，相對(duì)而言?xún)r(jià)格不高，可用于大規(guī)模生產(chǎn)水凝膠。進(jìn)一步研究實(shí)地應(yīng)用海藻酸水凝膠餌劑的水分損失和適口性動(dòng)態(tài)，將有助于設(shè)計(jì)更有效的餌劑項(xiàng)目。也要進(jìn)行進(jìn)一步研究以確保開(kāi)發(fā)利用除噻蟲(chóng)嗪外的其他活性成分“融合”到海藻酸水凝膠骨架中。目前正在進(jìn)行其他實(shí)地應(yīng)用研究來(lái)評(píng)估海藻酸水凝膠防治農(nóng)業(yè)中螞蟻的效果。

10.16201/j.cnki.cn31-1827/tq.2017.06.09

TQ450

A

1009-6485(2017)06-0042-08

羅梁鋒(1973—)，男，學(xué)士，從事植物病蟲(chóng)害防治工作。E-mail: ccllf@163.com。

2017-12-11。