新型可替代溴甲烷熏蒸劑
——脂肪族甲基酮在害蟲防控中潛力巨大

曹海潮，崔凱娣 編譯，劉 峰 校

(山東農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護學(xué)院/山東省高校農(nóng)藥毒理與應(yīng)用技術(shù)重點實驗室，山東泰安 271018)

在防控建筑、儲藏、農(nóng)業(yè)害蟲領(lǐng)域，熏蒸處理是一種高效的手段。其中，溴甲烷(methyl bromide)作為熏蒸劑已使用多年，其作用譜廣，不僅防治害蟲，還能防治線蟲、雜草、細菌等其他有害生物。溴甲烷多用于土壤、倉儲、貨運、建筑及農(nóng)業(yè)作物種植前、收獲后害蟲的防控。低吸收率是溴甲烷的重要優(yōu)勢之一，它既可以快速高效地滲透到處理物的深層，又能在通風(fēng)后快速消散。然而，溴甲烷也有缺陷。使用者必須經(jīng)過專業(yè)培訓(xùn)，而且使用時要得到應(yīng)用許可。由于溴甲烷是無色無味氣體，不易察覺。因此，安全操作以避免意外暴露至關(guān)重要。即使采取了防護措施，溴甲烷中毒事件也時有發(fā)生。在日用品和糧食熏蒸處理過程中，需要在溴甲烷中加入警示劑，可令人產(chǎn)生短暫的不適，如氯化苦——在低濃度下就容易被嗅到或會使人流淚。溴甲烷致命的缺點是對臭氧層的破壞。根據(jù)“蒙特利爾協(xié)定書”及“清潔空氣法案”，溴甲烷的生產(chǎn)和使用在2005年1月1日之后逐步淘汰。溴甲烷的可替代品有限，如硫酰氟、磷化氫，由于安全性，也被美國環(huán)境保護局(EPA)列為限制性使用的化合物。而且，這些熏蒸劑都是化工產(chǎn)品。因此，研究者正致力于尋找天然的、更安全的、效果和成本與現(xiàn)有商品熏蒸劑相當?shù)幕衔铩?/p>

本研究使用的試驗?zāi)Ｊ嚼ハx——紅火蟻(Solenopsis invicta Buren)是在20世紀30年代侵入美國亞拉巴馬州莫比爾(Mobile，Alabama)。之后，紅火蟻大面積擴散，目前在美國南部從卡羅萊納州到德克薩斯州和加利福尼亞州均有發(fā)現(xiàn)。紅火蟻有很強的攻擊性，人被蟄咬后會有刺痛及過敏反應(yīng)。紅火蟻每到一個地區(qū)都會建起密集的蟻巢，破壞農(nóng)業(yè)設(shè)施，影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，還會競爭取代當?shù)氐奶烊幌伻?，破壞當?shù)氐纳鷳B(tài)系統(tǒng)。據(jù)統(tǒng)計，紅火蟻在美國已造成50億美元的損失。美國南部溫暖濕潤的氣候為紅火蟻提供了優(yōu)越的生存條件，無論是在農(nóng)田、路邊、公園還是住宅草坪都能發(fā)現(xiàn)它們的存在。紅火蟻還會破壞牧場里的生產(chǎn)設(shè)備，藏在牧草中攻擊工作人員及牲畜。在美國，嚴禁被紅火蟻侵入的牧草運往未被入侵的地區(qū)。根據(jù)聯(lián)邦檢疫管理條例，來自被紅火蟻入侵地區(qū)的貨物在運輸前必須經(jīng)過熏蒸，但正如前文所述，理想的熏蒸劑還沒有被研發(fā)出來。

植物源殺蟲劑已被使用了多個世紀。許多為植物次生代謝產(chǎn)物，如醌類、香精油。值得一提的是，這些化合物與化妝品、食物和藥物添加劑中產(chǎn)生香味和香氣的成分相同。野生番茄(Lycopersicon hirsutum Dunal f. glabratum C. H. Müll)的毛腺可以產(chǎn)生一種名為2-十一烷酮的脂肪族甲基酮，用于抵御鱗翅目幼蟲為害。其他植物也可以產(chǎn)生不同種類的甲基酮。如蕓香苷阿爾及利亞油的主要成分是2-壬酮，而2-壬酮也可以在丁香(Eugenia caryophyllata)的精油中找到，在丁香油和肉桂油中還發(fā)現(xiàn)了2-庚酮。在椰子精油中發(fā)現(xiàn)有壬酮、十一烷酮和十三烷酮。許多植物會分泌揮發(fā)性精油以抵御植食性昆蟲的危害，這些精油多是2-十一烷酮或甲基酮組合與其他有機物的混合物。

2-十一烷酮對蚊子與蜱有很強的驅(qū)避作用，現(xiàn)已被開發(fā)為節(jié)肢動物趨避劑 BioUD?(HOMS LLC,Clayton, NC, USA)，并取得了美國環(huán)境保護局(EPA)的登記，可用于皮膚和衣服驅(qū)避蚊子和蜱蟲。以濾紙為底物的離體雙選試驗中，BioUD?對美洲鈍眼蜱(Amblyomma americanum)、變異革蜱(Dermacentor variabilis)和肩突硬蜱(Ixodes scapularis)的驅(qū)避作用比 N,N-二乙基-間-甲苯甲酰胺(DEET)要高 2～4 倍，在棉布上對美洲鈍眼蜱(A. americanum)的驅(qū)避率在90%以上可長達5周。當在野外分別將BioUD和30%DEET涂在皮膚上驅(qū)避蚊蟲叮咬時，前者對蚊蟲的驅(qū)避效果更好。像其他驅(qū)避劑一樣，2-十一烷酮的揮發(fā)物也有殺蟲作用，但對此還沒有進行深入研究。作為植物源甲基酮的2-十一烷酮在氣體狀態(tài)下既具有趨避作用又具有殺蟲活性，現(xiàn)已被美國環(huán)境保護局登記為生物農(nóng)藥，允許在人體皮膚上使用。由于這些優(yōu)勢，筆者嘗試使用紅火蟻作為模式昆蟲來探究2-十一烷酮及其相關(guān)化合物是否有替代溴甲烷的潛力。

1 材料與方法

1.1 試蟲

紅火蟻(S. invicta)：用誘捕器(型號1135A，BioQuip Products Inc., Compton, CA, USA)采自北卡羅萊納州立大學(xué)校園(Raleigh, NC, USA) Dearstyne昆蟲學(xué)大樓(35°47′18.9′′N 78°41′56.7′′W)半徑為50 m 范圍內(nèi)的蟻巢。將大約500只紅火蟻轉(zhuǎn)移到人工蟻巢中(直徑為14 cm，高1.5 cm的塑料培養(yǎng)皿，在皿底部添加8 mm厚的牙膏)，將多個人工蟻巢放在塑料托盤上(40×52×10 cm)，之后沿培養(yǎng)皿頂蓋內(nèi)緣涂抹 Teflon?乳液(PTFE-30, Dupont, Wilmington, DE, USA)防止螞蟻逃跑。20% Teflon?乳液由聚四氟乙烯(Catalog #2871D, BioQuip)與蒸餾水(體積比)制成。用棉球蘸乳液涂抹托盤側(cè)面上部6 cm部分。這樣便制成了人工蟻巢。紅火蟻的飼養(yǎng)條件：溫度(25±3) ℃，相對濕度(RH) (60±5)%，光周期12︰12 h (L︰D)，養(yǎng)料為10% (質(zhì)量體積濃度)蔗糖(純度99.7%；Acros Organics,Fisher Scientific, Pittsburgh, PA, USA)水溶液(浸泡棉芯)。煙芽夜蛾(Heliothis virescens)的卵購于Benzon Research Inc. (Carlisle, PA, USA)。使用1日齡卵進行試驗。德國小蠊(Blattella germanica) 由TyraTech Inc.(Morrisville, NC, USA) 提供，在塑料桶(直徑22 cm，高24 cm)中養(yǎng)殖。同樣用Teflon?乳液處理容器上部內(nèi)緣 6 cm 部分。桶口用紗布(26×26 cm; Uline,Hudson, WI, USA) 蓋住，用皮筋固定以防止蟑螂逃跑。德國小蠊的飼養(yǎng)條件：溫度(25±3) ℃，相對濕度(RH) (60±5)%，光周期12︰12 h (L︰D)，飼料為adlibitum Home360?精品狗糧(Hannaford, Portland,ME, USA)，用浸過蒸餾水棉芯提供水分。赤擬谷盜(Tribolium castaneum)(北美GA-1型)由M. Lorenzen(Department of Entomology, NCSU)贈予。這個種群最初是在1980年于美國佐治亞州(Georgia, USA)采集。這些谷盜飼養(yǎng)在(25±3) ℃，相對濕度(RH) (60±5)%，光周期12︰12 h (L︰D)的石壇中(直徑8 cm，高13 cm)，用小麥粉(The Pillsbury Co., Minneapolis, MN, USA)與啤酒酵母(MP Biochemicals, Salon, OH, USA)按95︰5 (質(zhì)量比)混合后飼養(yǎng)。

1.2 甲基酮

工業(yè)級甲基酮購于Sigma-Aldrich (St Louis, MO,USA)，為 2-十一烷酮、2-壬酮、2-壬酮和 2-庚酮 4種(表 1)，室溫都為液體。2-十一烷酮(CAS號112-12-9)，純度為99%，25 ℃下無色至淡黃色，密度為 0.825 g/mL；2-壬酮(CAS號 821-55-6)，純度≥99%，25 ℃為無色至淡黃色，密度為0.82 g/mL；2-辛酮(CAS號111-13-7)，純度≥98%，25 ℃為無色至淡黃色，密度為0.819 g/mL；2-庚酮(CAS號110-43-0)，純度≥98%，25 ℃為無色，密度為0.82 g/mL。這些甲基酮在室溫下都是易揮發(fā)物，應(yīng)使用塑料瓶盛裝并使用Parafilm?保鮮膜(Fisher Scientific, Ithaca, IL,USA)在瓶口處密封，存放在通風(fēng)櫥中，購買后6個月內(nèi)使用。

表1 庚酮、辛酮、壬酮、十一烷酮作為熏蒸劑對于紅火蟻的LC50、LC80、95%置信區(qū)間、χ2、斜率與R2

1.3 紅火蟻熏蒸活性測定試驗及藥劑劑量反應(yīng)試驗

用2個培養(yǎng)皿底(直徑8.6 cm，高1.8 cm)，搭成一個容積為210 cm3的熏蒸室(圖1)。2個培養(yǎng)皿底用10×10 cm的紗布隔開。將載玻片放在下半室，用5 μL Hamilton 注射器將≤5μL工業(yè)級甲基酮滴在載玻片上。當試驗劑量＞5 μL，使用移液管(PIPETMAN P20, Gilson Inc., Middleton, WI, USA)進行滴加。使用等量的蒸餾水作為對照組，對照組需與處理組同時進行試驗。每次試驗時，先從人工蟻巢中隨機挑取大小不一的成年工蟻25只放入30 mL的透明聚丙烯杯子(Solo Cup Co., Lake Forest, IL, USA)中，冷凍15 s，后用柔軟的駱駝毛刷轉(zhuǎn)移到熏蒸室的紗布上(圖2)。用1.5×2.5 cm的Scotch?膠帶(3M, Maplewood,MA, USA)將2 cm浸滿10%蔗糖溶液的棉芯固定在上部的培養(yǎng)皿蓋上。用Parafilm?保鮮膜(Fisher Scientific,Ithaca, IL, USA)將容器密封，于(25±3) ℃、相對濕度(RH) (60±5)%的條件下放置24 h后，用針尖輕觸蟲體，不活動者視為死亡，記錄各個處理組及對照組死亡率。一次試驗后，只有2個培養(yǎng)皿下蓋可以重復(fù)利用：首先用95%乙醇除去殘留的化合物，后用洗滌劑(Dawn, P&G, Browns Summit, NC, USA)洗滌，用蒸餾水沖洗，并在通風(fēng)櫥中風(fēng)干12 h以上。首先進行預(yù)試驗獲得甲基酮對紅火蟻在24 h內(nèi)的熏蒸致死中量(體積)，每次試驗使用10只蟻。獲得相應(yīng)的濃度范圍后，設(shè)置濃度梯度進行劑量-反應(yīng)試驗，每劑量3次重復(fù)，每個重復(fù)使用25只蟻。所有測試的甲基酮均為液體，施用后24 h內(nèi)完全揮發(fā)。理論上，如果試驗過程中甲基酮沒有從容器中泄漏，那么根據(jù)甲基酮添加的體積與密度可以計算出容器單位空間內(nèi)熏蒸劑濃度(μg/cm3)。由于這類化合物具有獨特的氣味，在1次試驗中進行了9次檢測，也未發(fā)現(xiàn)有甲基酮泄露的現(xiàn)象發(fā)生。各個化合物的試驗濃度梯度設(shè)計為：2-十一烷酮(7.86, 8.25, 8.64, 9.04,11.79 μg/cm3)，2-壬酮(3.90, 5.00, 5.86, 6.64, 7.81 μg/cm3)，2-辛酮(3.90, 5.56, 6.64, 7.03, 7.81 μg/cm3)，2-庚酮(1.95, 3.90, 5.86, 7.81, 11.71 μg/cm3)。

1.4 田間試驗

于2014年4月16日，將Dearstyne昆蟲學(xué)大樓(35°47′18.9′′N 78°41′56.7′′W)半徑為 50 m 范圍內(nèi)的蟻巢以紅旗標記。蟻巢的大小分別在長 10 cm，寬12 cm，高3 cm至長45 cm，寬38 cm，高9 cm的范圍內(nèi)。用木釘干擾蟻巢，用 Harlan評分系統(tǒng)(表2)對每一個蟻巢進行評分。一個活躍的蟻巢，在溫暖季節(jié)會有工蟻和幼蟻，這說明蟻巢中有正在產(chǎn)卵的蟻后。相反，一個缺少工蟻和幼蟻的蟻巢說明沒有蟻后。評估指數(shù)0－10是根據(jù)估計工蟻和幼蟻和蟻的數(shù)量確定(表2)。田間試驗使用的蟻巢的活躍度需要≥5。本試驗設(shè)計了專門的蟻巢注射器。注射器由10 mL玻璃移液管和100 mL塑料注射器組成，二者由一根20 cm長的橡膠管鏈接。用手持起泡器(aerolatte?, model number 56AL3SAT, aerolatte?Ltd.,Radlett, UK) 將2-十一烷酮與蒸餾水混合60 s制成不同濃度的2-十一烷酮溶液(100%，50%，25%，15%，體積比)。將盛有10 mL試驗溶液或蒸餾水的移液管插入蟻巢10～15 cm，然后緩慢注入(時間大于5 s)，同時緩慢將其拔出。在蟻巢上隨機選取5個等距離的點，分別注入10 mL溶液，保證每個蟻巢注入的溶液總量固定(50 mL)。為了避免相互干擾，進行試驗的蟻巢之間最小的距離為10 m。另外，對照組與2-十一烷酮處理組之間保持50 m的距離。每個處理(包括蒸餾水對照)設(shè)3個重復(fù)。處理后每天評估各個蟻巢的活躍度，一共評估4 d。

圖1 熏蒸容器

1.5 其他害蟲的熏蒸生測試驗

以上述紅火蟻的生測方法測定了2-十一烷酮對德國小蠊(B. germanica)雄成蟲、兩性的赤擬谷盜(T.castaneum)成蟲、煙芽夜蛾(H. virescens)1日齡的卵的熏蒸活性，確定了100%死亡率所需的劑量。試驗時每個劑量使用3只德國小蠊，10只赤擬谷盜，10只紅火蟻。而購于Benzon Research的煙芽夜蛾卵分布在36×36 cm的布條上，用剪刀將布剪成每塊布大約有250個卵的大小進行試驗。用相似于紅火蟻劑量-反應(yīng)研究中的方法(range-finding approach)獲得2-十一烷酮對3種試蟲100%致死和煙蚜夜蛾零卵孵化率的最小濃度。之后，通過劑量遞增的方式找到處理24 h后能使3種試蟲(德國小蠊、赤擬谷盜、紅火蟻)全部死亡，煙芽夜蛾卵無一孵化的最低劑量，并使用該劑量重復(fù)試驗2次以上確保對所有種類的試蟲均達到100%的死亡率。該部分試驗除德國小蠊試驗的數(shù)量增加至5只，其他試蟲數(shù)量未變。每次試驗熏蒸24 h，煙芽夜蛾的卵孵化率需要在熏蒸結(jié)束后連續(xù)監(jiān)測5 d，其他試蟲的死亡率在24 h熏蒸結(jié)束后統(tǒng)計。2-十一烷酮對各試蟲的100%致死劑量分別為：紅火蟻4.1 g/m3，德國小蠊41 g/m3，煙芽夜蛾卵101.2 g/m3，赤擬谷盜165.8 g/m3(表3)。德國小蠊與赤擬谷盜的死亡判定方法同紅火蟻，而卵孵化的標準是幼蟲破殼而出，無論存活與否。

表2 紅火蟻(S. invicta)蟻巢活躍度評分體系(Harlan等人開發(fā))

1.6 數(shù)據(jù)處理

用 Abbott′s校正“劑量-反映”試驗中的數(shù)據(jù)使。通過死亡的概率值與劑量的對數(shù)值的函數(shù)關(guān)系計算得到致死中量。Steel and Torrie和Robertson and Preisler方法估算毒力指數(shù)的方差-協(xié)方差矩陣和95%置信區(qū)間(CI)。用Microsoft Excel? (Microsoft,Redmond, WA, USA)進行公式和計算。用 JMP 12(SAS Institute, Cary, NC, USA)進行單因素方差分析(ANOVA)。

2 結(jié)果與討論

2.1 評價熏蒸劑的新試驗體系

這是一個簡便、經(jīng)濟的熏蒸劑生測體系，適用于多種有害生物及多種化合物的生物測定(圖2)。該方法適用于室溫下?lián)]發(fā)性低的液體和固體熏蒸劑，其揮發(fā)性低至在大量的熏蒸劑揮發(fā)前可以有充足的時間將化合物轉(zhuǎn)移至下部培養(yǎng)皿蓋中的載玻片上，并將試蟲轉(zhuǎn)移至上部，并使用保鮮膜 Parafilm?(Fisher Scientific)將容器密封。因為生測設(shè)備由塑料培養(yǎng)皿構(gòu)成，所以試驗成本較低。由于培養(yǎng)皿透明，深度較淺，底面積大，可以用肉眼或解剖顯微鏡來觀察其中的試蟲。該設(shè)備可以用于測試不同的化合物對昆蟲的影響。

表3 與溴甲烷比較2-十一烷酮對于不同昆蟲的100%致死劑量及成本

研究發(fā)現(xiàn)，這種方法可以用來測定不同昆蟲、不同發(fā)育階段對化合物的反應(yīng)。在測定不同種類脂肪族甲基酮對紅火蟻的劑量反應(yīng)試驗中，可以建立相應(yīng)的概率模型。可用該生測系統(tǒng)的其他試驗材料有單獨的或在土壤中的種子、人工培養(yǎng)基或土中的線蟲、在土壤等各種介質(zhì)中的細菌或其他微生物。由于該生測系統(tǒng)體積較小，熏蒸劑的用量也很少；因此在篩選量少或成本較高無法進行大型試驗的化合物尤其適合使用該方法進行評價。

2.2 甲基酮對紅火蟻熏蒸作用的結(jié)構(gòu)活性關(guān)系

這是首次探究n-脂肪族甲基酮對昆蟲熏蒸作用的結(jié)構(gòu)活性關(guān)系。在這些試驗中，以紅火蟻作為模式生物，用上述生測系統(tǒng)測試了4種甲基酮(2-庚酮、2-辛酮、2-壬酮和2-十一烷酮)(表1)。之所以選擇這些甲基酮是因為它們天然存在于不同植物中，現(xiàn)已商品化。十三烷酮(植物產(chǎn)生的脂肪族甲基酮)在室溫下是固體，揮發(fā)性低，在此生測試驗中無法用作熏蒸劑。在探索生測試驗中的環(huán)境和培養(yǎng)參數(shù)時，測定了C-7至C-11甲基酮在室溫下的相對蒸發(fā)率。在不同的試驗中將不同量的甲基酮分別滴到載玻片表面(圖2)，然后將“熏蒸室”裝好，于室溫[(25±3) ℃]下放置。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，所有種類的甲基酮在24 h內(nèi)皆完全揮發(fā)(2-庚酮0.5 h、2-辛酮4 h、2-壬酮10 h、2-十一烷酮 24 h)。在對紅火蟻的結(jié)構(gòu)活性關(guān)系研究中，隨機選取25只工蟻放入熏蒸容器中(圖2)，24 h后檢查試蟲死亡率。假設(shè)在所有試驗過程中熏蒸劑沒有或極少泄漏，熏蒸室內(nèi)表面對熏蒸劑無吸收，在24 h內(nèi)熏蒸劑完全揮發(fā)并均勻分布在容器內(nèi)。在試驗過程中，塑料培養(yǎng)皿及相關(guān)材料未發(fā)生可見的變化。

每種甲基酮的概率模型示于圖2，LC50與LC80及相關(guān)數(shù)據(jù)見表 1。試驗中所有的甲基酮對紅火蟻的致死率隨濃度的增加而提高(2-十一烷酮，F(xiàn)=8.14，df=4，P＜0.05；2-壬酮，F(xiàn)=71.29，df=4，P＜0.05，2-辛酮，F(xiàn)=83，df=4，P＜0.05；2-庚酮，F(xiàn)=88.47，df=4，P＜0.05)。LC50很好地反應(yīng)了毒物對害物的活性。結(jié)果表明，甲基酮的碳鏈越短，LC50值越低，2-十一烷酮(C-11) LC50為 8.21 μg/cm3、2-壬酮(C-9)為 5.26 μg/cm3、2-辛酮(C-8)為 5.11 μg/cm3、2-庚酮(C-7)為4.27 μg/cm3(表 1)。在95%的置信區(qū)間內(nèi)，2-十一烷酮的LC50要顯著大于2-壬酮、2-辛酮，但相對于2-庚酮并不顯著(表1)。2-十一烷酮和2-庚酮無顯著差異可能是由于后者的置信區(qū)間較大(試驗劑量與重復(fù)之間變化較大)。LC80值與LC50值相似，也會隨著碳鏈長度的縮短而降低，2-十一烷酮(C-11)的 LC80為 9.85 μg/cm3、2-壬酮(C-9)為 7.58 μg/cm3、2-辛酮(C-8)為 6.38 μg/cm3、2-庚酮(C-7)為 5.37 μg/cm3，其中，2-十一烷酮的值要顯著高于 2-辛酮，相對于其他兩者并不顯著(95%的置信區(qū)間)。

圖2 室內(nèi)生測試驗中，4種甲基酮(C-7至C-11)作為熏蒸劑防治紅火蟻(S. invicta)的劑量對數(shù)與死亡率概率值的概率模型

如上文所述，C-11至C-7甲基酮的揮發(fā)性隨碳鏈的縮短而升高。甲基酮對紅火蟻的毒力與其碳鏈的長度呈負相關(guān)，與其揮發(fā)性呈正相關(guān)。碳鏈較短的甲基酮揮發(fā)較快，容器內(nèi)濃度較高，而本試驗僅檢查了24 h時試蟲的死亡情況，所以無法確定熏蒸劑揮發(fā)性對試蟲毒力的影響。但推測分子量較小的甲基酮對紅火蟻的毒力更高。也有可能由于碳鏈較短，揮發(fā)更快，試蟲在全劑量蒸氣中暴露的時間更長，影響了紅火蟻對熏蒸劑的敏感性。也有可能是化合物毒性和全蒸發(fā)所需時間不同所共同作用所致。根據(jù)前期試驗，1 μL 2-庚酮完全揮發(fā)需要3 min，而1 μL 2-十一烷酮完全揮發(fā)需要24 h。另一個需要考慮的因素是化合物的分子量差異。例如，2-十一烷酮的LC50是2-辛酮的1.6倍，前者分子量是后者的1.3倍。從隨后的測定結(jié)果中發(fā)現(xiàn)，容器中 2-辛酮的濃度比2-十一烷酮更高，這也可能是導(dǎo)致紅火蟻對它們敏感性差異的原因之一。

后期還需要繼續(xù)探究甲基酮作為熏蒸劑對紅火蟻的作用機制。目前推測這些化合物的作用方式是破壞試蟲的表皮層，導(dǎo)致其失水(一種無毒的作用機制)。之所以做出這種假設(shè)是根據(jù)甲基酮作為除草劑時的作用機制。當用2-十一烷酮的乙醇溶液處理或用2-十一烷酮蒸氣熏蒸，處理后30 min，植物會萎蔫死亡，可能是由于植物的角質(zhì)層被破壞失水死亡。

2.3 田間試驗

根據(jù)LC50，雖然2-庚酮、2-壬酮、2-辛酮比2-十一烷酮的作用效果更好(表 1)，但還是選擇了 2-十一烷酮進行田間試驗。這是因為：⑴ 十一烷酮已被美國環(huán)境保護局(EPA)登記為生物農(nóng)藥，可以作為節(jié)肢動物驅(qū)避劑以高達8%的濃度用于人體皮膚。對動物及人體毒理學(xué)研究表明，2-十一烷酮安全；⑵ 2-十一烷酮已被作為除草劑進行研究開發(fā)，在研究中發(fā)現(xiàn)，該化合物作為熏蒸劑對雜草、植物病原菌、土壤線蟲有活性。而此試驗就是調(diào)查其對土壤中昆蟲的影響，當然也包括螞蟻。

用表2所示的分級標準評價標記的蟻巢。一個活躍的蟻巢，在溫暖季節(jié)會出現(xiàn)工蟻和幼蟻，這表明蟻巢中蟻后正在產(chǎn)卵。評估指數(shù)0－10是根據(jù)估計的工蟻和工蟻幼蟻的數(shù)量確定?；钗浵仈?shù)＞100的蟻巢被認定為活躍，而本試驗選取的蟻巢的活躍度≥5。選取5個不同濃度的2-十一烷酮水乳液進行試驗(100%、50%、25%、10%、0%，體積比)。用圖3的注射器分別向每個蟻巢中注入50 mL藥液或蒸餾水。每一個處理重復(fù)3次。

圖3 由一根20 cm長的橡膠管鏈接的10 mL玻璃移液管和100 mL塑料注射器組成的蟻巢注射器

試驗后第1天，注入100%濃度的2-十一烷酮的蟻巢的級別被評為2(在蟻巢表面無幼蟻，紅火蟻的數(shù)量減少)，這表明種群活躍指數(shù)經(jīng)歷了“三步式”降低(圖4)。用50%與25% 2-十一烷酮水乳液處理的蟻巢也表現(xiàn)出明顯的種群衰退跡象。50%處理組由7降到了4，25%處理組由6降到了3。從第2天到第4天，100%處理組蟻巢的活躍度始終為 0。通常情況下，只要蟻巢受到干擾，就會有成千上百只螞蟻沖出蟻巢，但用100% 2-十一烷酮處理過的蟻巢不會出現(xiàn)此情況(圖4和圖5D)。用50%與25% 2-十一烷酮水乳液處理過的蟻巢，分別在第3天與第4天活躍度降為0 (圖4和圖5F)，而10%水乳液與清水處理的蟻巢在4 d內(nèi)的活躍度始終相同，分別為5和7。

圖4 田間試驗中用圖3所示注射器向蟻巢中注入不同濃度的2-十一烷酮乳液后紅火蟻的活躍度變化情況

圖5 各處理前后蟻巢的變化

在圖5中A、B為前后對照處理，C、D為100%2-十一烷酮處理前后，E、F為25% 2-十一烷酮乳液處理前后。處理前，這些蟻巢的表面布滿著從土層下方搬運上來的土壤顆粒(圖5A、C、E)。處理后4 d，只有對照組的蟻巢依然有活躍的紅火蟻，表面還布有顆粒狀的土粒(圖5 B)，用2-十一烷酮處理的蟻巢表面已經(jīng)變平(圖5 D、F)。圖6分別表示了對照處理與 100%與 25%的 2-十一烷酮處理后的蟻巢典型狀態(tài)，在受到干擾后左邊的圖為活躍度為5的對照處理蟻巢，右邊為用50% 2-十一烷酮乳液處理4 d后的活躍度為0的蟻巢。用2-十一烷酮處理后的蟻巢沒有活動跡象(評級為0)，即使被干擾時也沒有工蟻出現(xiàn)，如果是活躍的蟻巢，這時工蟻則會立即沖出來。

圖6 對照和藥劑處理后蟻巢的活躍度

在用 25% 2-十一烷酮乳液(每個蟻巢使用了12.5 mL 2-十一烷酮)處理1周后的蟻巢中蟻沒有重建的跡象。需要進一步研究用此方法處理蟻巢后對處理區(qū)域內(nèi)外的蟻巢密度和蟻種群的影響。而且，經(jīng)過熏蒸劑處理過后的蟻巢的后期恢復(fù)及重建情況也需要長期的跟蹤研究。但從本研究可以明確 2-十一烷酮水乳液作為熏蒸劑短期有抑制紅火蟻種群活躍度的作用。未來關(guān)于2-十一烷酮相關(guān)劑型的開發(fā)也有助于對其揮發(fā)性與效果(劑量反應(yīng))及此方法持效期之間的關(guān)系進行探究。如果通過劑型開發(fā)可以使2-十一烷酮在土壤中存留更長的時間，那么就可以用更低的劑量達到更好的防治效果，或者使被處理過的蟻巢不再適合紅火蟻生存。如果單從氣味上來看，2-十一烷酮從土壤中釋放到空氣中至少需要3 d。

2.4 熏蒸劑對其他昆蟲及不同發(fā)育階段的影響

為了更好地了解此熏蒸劑生物測定法的實用性并確定2-十一烷酮是否適合作為通用的昆蟲熏蒸劑，用赤擬谷盜的成蟲、德國小蠊雄成蟲、煙芽夜蛾的卵進行試驗。首先，確定可以殺死全部以上試蟲和紅火蟻的最低劑量，然后進行2次重復(fù)試驗，確保試驗劑量作用效果的穩(wěn)定性與重復(fù)性。對于紅火蟻(每個重復(fù)10只試蟲)，4.1 g/m3藥劑在24 h內(nèi)便可以殺滅全部試蟲(表3和圖7)；對于德國小蠊(每個重復(fù)5只試蟲)需要41 g/m3藥劑；煙芽夜蛾卵(每個重復(fù)250枚)完全失去孵化能力則需要101.6 g/m3藥劑；對于赤擬谷盜(每個重復(fù)10頭試蟲)需要165.8 g/m3藥劑(表2和圖8)。溴甲烷對大多數(shù)種類昆蟲的有效作用濃度為48.08～112.2 g/m3。2-十一烷酮對不同種類昆蟲及不同發(fā)育階段有相似活性，只是對赤擬谷盜的有效濃度要比溴甲烷要高一些(圖7、8)。

圖7 生測試驗中2-十一烷酮對紅火蟻(S. invicta)100%致死劑量與USDA APHIS處理手冊中溴甲烷的推薦使用劑量(最低48.08 g/m3，最高112.2 g/m3)的對比

圖8 用圖2所示的生測方法測得2-十一烷酮對德國小蠊(B.germanica)、煙芽夜蛾(H. virescens)卵、赤擬谷盜(T. castaneum)的100%致死劑量與USDA APHIS處理手冊中溴甲烷的推薦使用劑量(最低48.08 g/m3，最高112.2 g/m3)的對比

2.5 十一烷酮與溴甲烷用于害蟲熏蒸的成本比較

溴甲烷之所以成為了熏蒸劑的“標桿”，首先是因為其廣譜性，可以用于多種有害生物的防控；其次是成本低。因此，將 2-十一烷酮與溴甲烷進行了比較。對于常見的害蟲或商品，溴甲烷最低使用量為48.08 g/m3，最高為112.2 g/m3。2012年溴甲烷田間使用價格為0.013美元/g，2017年純度為99.9%的十一烷酮的批發(fā)價為 0.014美元/g (https://www.alibaba.com/product-detail/2-Undecanone-cas-no-112-12_60431528103.html)。表3為2-十一烷酮和溴甲烷以 100%致死率防治不同昆蟲所需要的最低劑量成本比較。從表3可以看出二者防治紅火蟻時，溴甲烷如果按照推薦的最低劑量，那么其成本比 2-十一烷酮高10.9倍；如果按照最高劑量，那么高25.6倍。值得一提的是，2-十一烷酮能完全控制紅火蟻的有效劑量會隨蟻巢所在地土質(zhì)的差異而改變。從目前就紅火蟻的研究來看，2-十一烷酮的確是溴甲烷的一種理想替代品。而對于其他試蟲、不同的發(fā)育階段，前者依然有取代后者的潛力(圖8和表3)。其中，2-十一烷酮對赤擬谷盜的效果最差，前者最大推薦劑量的費用是后者的 3.7倍，最低推薦劑量費用是后者的1.6倍(表3)。

由于溴甲烷需要人工合成，并且無色、無味不易被察覺，而且對平流層臭氧層有很強的破壞作用，所以在2005年溴甲烷被禁用。2-十一烷酮可能為合適的替代品。2-十一烷酮具有以下優(yōu)勢：⑴ 天然產(chǎn)物；⑵ 食用的植物就可以產(chǎn)生2-十一烷酮；⑶ 其安全性已被明確；⑷ 2-十一烷酮有溫和的氣味，可以被輕易察覺；⑸ 在大氣壓及正常環(huán)境溫度下，可以以液體的狀態(tài)運輸；⑹ 2-十一烷酮具有廣泛的防治譜(節(jié)肢動物、植物、線蟲和細菌)，其作用方式是非生化的，具有商業(yè)用途；⑺ 對人體安全，已通過美國環(huán)境保護局(EPA)登記為蚊蟲驅(qū)避劑用于人體皮膚。相較于人工合成的或?qū)Ψ前袠松锔叨镜难魟藗儗τ谔烊辉囱魟┑慕邮芰σ鼜娨恍?/p>

2.6 對甲基酮作為熏蒸劑的展望

不同熏蒸劑之間的作用方式差異很大。有些熏蒸劑具有速效性，而有些則作用速度較慢。在亞致死劑量下，有一些熏蒸劑對害蟲具有麻痹作用，而有一些則使害蟲無法恢復(fù)。一般來說，熏蒸劑的毒力取決于靶標害蟲的呼吸速率，呼吸速率越低，其對熏蒸劑的敏感性越差。雖然目前對于2-十一烷酮的作用方式還不明了，但推測它作用于植物或昆蟲的表皮層，而非作用于靶標的呼吸作用。因為即使在很低的溫度條件下，2-十一烷酮作為除草劑也具有很快的速效性。

隨著溴甲烷被完全淘汰，整體上，登記的熏蒸劑種類越來越少，在有害生物的防控方面可選擇的熏蒸劑也越來越少。被處理貨物的類型、有害生物的種類與發(fā)育階段、被處理物的結(jié)構(gòu)、熏蒸劑的價格、熏蒸劑對使用者和環(huán)境的安全性等都是選擇熏蒸劑時需要考慮的因素。而且人們對化學(xué)防治方法的接受程度也變得越來越重要，越來越多的人需求“綠色技術(shù)”。許多天然精油已被開發(fā)用于有害生物的防控。例如，肉桂油的主要成分肉桂醛對于德國小蠊(T. castaneum)及玉米象(Sitophilus zeamais)有觸殺活性。丁香油對米象(Sarocladium oryzae)、谷蠹(Rhyzopertha dominica)具有毒性。公丁香(Syzygium aromaticum)的花蕾及八角(Illicium uvrum)的提取物對德國小蠊(T. castaneum)及玉米象(S. zeamais)有殺滅作用，且抑制它們的生殖。從印度楝(Azadirachta indica)中提取的精油具有抑制昆蟲羽化、減少產(chǎn)卵率和抑制昆蟲發(fā)育的作用。

甲基酮——2-十一烷酮是由野生番茄(L. hirsutum Dunal f. glabratum C. H. Müll)的毛腺產(chǎn)生的?？梢员挥米魇称诽砑觿┖驼{(diào)味品，用于化妝品和香水，可以從天然植物中萃取。其已經(jīng)被用作蚊蟲趨避劑。十一烷酮對哺乳動物的毒性相對較低，已被美國環(huán)境保護局登記為生物殺蟲劑的成分，此生物殺蟲劑為用于人體皮膚的蚊蟲驅(qū)避劑。

綜上所述，探究了4種甲基酮(2-庚酮、2-辛酮、2-壬酮、2-十一烷酮)的殺蟲潛力，發(fā)現(xiàn)了其對紅火蟻的熏蒸活性。與2-辛酮、2-壬酮與2-十一烷酮相比，2-庚酮的 LC50(4.27 μg/cm3)最低(表 1)。十一烷酮對德國小蠊成蟲、赤擬谷盜成蟲、煙芽夜蛾卵都具有熏蒸作用。除處理赤擬谷盜的濃度稍高外，處理其余害蟲所需的 2-十一烷酮濃度都在溴甲烷的推薦使用濃度范圍內(nèi)(48.08～112.2 μg/cm3)(表 3)。在田間試驗中，注入25%的2-十一烷酮乳液(相當于12.5 mL 2-十一烷酮純?nèi)芤?就可以消滅一個蟻巢(圖 5)。直接將藥物注如蟻巢進行螞蟻防控的方法之前也有人建議使用。連有10～20 cm長噴嘴的氣溶膠罐，可以被房主用來處理單個的蟻巢。在無合適熏蒸劑的情況下，可以甲基酮快速防治害蟲，可以作為溴甲烷的替代品，是一種有發(fā)展?jié)摿Φ难魟?/p>