甘氨酸和赤蘚糖醇膠餌對紅火蟻工蟻的毒殺效果

張 嬋，陳思琪，許益鐫

(華南農(nóng)業(yè)大學(xué)紅火蟻研究中心，廣州 510642)

紅火蟻原產(chǎn)于南美洲，上世紀(jì)30年代入侵美國(張潤志等，2005)。目前，紅火蟻已經(jīng)擴(kuò)散至美國、巴拉圭、波多黎各、新西蘭、馬來西亞和中國等國家和地區(qū)(黃可輝和郭瓊霞，2009)。2003年，臺灣首次報道紅火蟻入侵中國。2004年，我國大陸廣東吳川大山江街道辦事處采集到紅火蟻標(biāo)本，現(xiàn)在紅火蟻已經(jīng)擴(kuò)散至福建、廣東、云南和廣西等10多個省份(陸永躍和曾玲，2015)。紅火蟻不僅危害農(nóng)林業(yè)，還會給人類健康、公共安全以及生物多樣性構(gòu)成嚴(yán)重威脅(楊偉東等，2005)。

目前，紅火蟻的防治主要依賴化學(xué)藥劑，然而大量使用化學(xué)藥劑容易影響非靶標(biāo)生物和環(huán)境安全。因此，開發(fā)新型的環(huán)境友好型控制方法對于紅火蟻的可持續(xù)控制有重要意義。前期的研究發(fā)現(xiàn)增味劑有滅殺紅火蟻的能力，其中甘氨酸對紅火蟻表現(xiàn)出來最強(qiáng)的毒殺效果(Huangetal.，2018)。另有研究表明，給紅火蟻飼喂赤蘚糖醇、阿斯巴甜和糖精導(dǎo)致紅火蟻工蟻的存活率明顯低于其他甜味劑(Zhangetal.，2017)。這些研究表明，食品添加劑具有控制紅火蟻餌劑的潛力。

海藻酸鹽是一種天然存在的棕色海藻多糖，用它制成的水凝膠顆粒劑作為替代的水凝膠基質(zhì)，可用于向阿根廷螞蟻輸送液體誘餌。制作海藻酸鈉水凝膠顆粒的過程中，能生成海藻酸鈉珠粒的最大增重百分比所使用的氯化鈣最佳濃度為5 g/L，即質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%，然后海藻酸鈉溶液與氯化鈣交聯(lián)5 min(Tayetal.，2017)。

針對以上問題，本文研究了不同配比的甘氨酸和赤蘚糖醇對紅火蟻的毒殺效果，明確對紅火蟻控制效果較好的配比溶液，再將其做成水凝膠顆粒劑，觀察對紅火蟻死亡率的影響，以期為進(jìn)一步開發(fā)利用紅火蟻環(huán)保型餌劑提供參考。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

1.1.1供試?yán)ハx

供試紅火蟻蟻群采自廣州市從化區(qū)，挖回蟻巢后用水滴法將螞蟻從土中分離，分離后的蟻群轉(zhuǎn)移到1個干凈、四邊涂有Fulron(購自淘寶網(wǎng)，無具體生產(chǎn)廠)的塑料盒，將蟻群置于28±1℃、相對濕度65%±15%的條件下48 h以上，每天飼喂水、蜂蜜水(放入試管中，并用棉花塞住試管口)和黃粉蟲幼蟲，使其種群穩(wěn)定。

1.1.2供試試劑

赤蘚糖醇(BR，純度 ≥ 99.0%，分子式為C4H10O4)由廣州Sepol實驗設(shè)備有限公司提供；甘氨酸(BR，純度 ≥ 99.0%，化學(xué)式為C2H5NO2)和海藻酸鈉(BR，純度 ≥ 99.0%，(C6H7O6Na)n)購自阿拉丁試劑(上海)有限公司；氯化鈣(BR，純度 ≥ 99.0%，分子式為CaCl2)由天津大茂化學(xué)試劑廠生產(chǎn)。

1.2 不同配比的赤蘚糖醇和甘氨酸溶液對紅火蟻工蟻的毒殺效果

隨機(jī)選擇不少于30頭工蟻，轉(zhuǎn)移到塑料碗(300 mL)中，塑料碗內(nèi)四壁用Fulron涂層以防止紅火蟻逃逸。在沒有食物和水的情況下饑餓處理24 h。然后用赤蘚糖醇和甘氨酸以1∶1，1∶3，3∶1分別配置總含量為10%和20%的溶液以及10%和20%的赤蘚糖醇和甘氨酸水溶液喂飼，分別在12、24、36、48、60和72 h觀察和記錄其死亡蟲數(shù)，若工蟻失去行動能力則被認(rèn)為死亡。每個處理4次蟻巢重復(fù)，并且用有效成分為0.1%茚蟲威餌劑(舒絕，廣州市瑞豐生物科技有限公司)作陽性對照，10%蔗糖溶液和水作對照處理。

試驗在空調(diào)室內(nèi)進(jìn)行，光照強(qiáng)度3 000 Lux，溫度為28±1℃，相對濕度為65%±15%，光照時間(L∶D)為14∶10。

1.3 水凝膠顆粒劑對紅火蟻工蟻的毒殺效果

將上述試驗效果較好的溶液參考Tay等(2017)海藻酸鈉溶液與質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%氯化鈣溶液交聯(lián)5 min制成水凝膠顆粒的方法并稍作調(diào)整，制備成海藻酸鈉水凝膠顆粒劑。先制備質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%海藻酸鈉溶液，攪拌使其溶解，待完全溶解后將其滴入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%CaCl2溶液中，攪拌5 min后，用去離子水簡單沖洗珠粒以除去表面的CaCl2溶液，輕輕除去過量水分后，測量30顆水凝珠顆粒的體積與質(zhì)量，然后將其分別浸沒在20%的赤蘚糖醇與甘氨酸的配比為1∶1、1∶3的溶液，20%甘氨酸溶液中并“調(diào)節(jié)”1.5 h，浸沒在10%蔗糖溶液和去離子水中并“調(diào)節(jié)”5 h后供試，試驗重復(fù)3次。

隨機(jī)選擇不少于50頭工蟻，轉(zhuǎn)移到塑料碗(300 mL)中, 塑料碗內(nèi)四壁用Fulron涂層以防止紅火蟻逃逸。在沒有食物和水的情況下饑餓處理24 h。然后用含有藥液的海藻酸鈉水凝膠珠粒喂飼，分別在12、24、36、48、60和72 h觀察和記錄其死亡蟲數(shù)，若工蟻3只足以上失去行動能力即被為死亡。每個處理5次蟻巢重復(fù)，并且用茚蟲威餌劑、含10%蔗糖和去離子水的海藻酸鈉水凝膠珠粒作對照處理。實驗室溫濕度和光照條件如1.2所述。

1.4 數(shù)據(jù)處理

本試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的分析軟件SPSS 14.0，使用反正弦變換轉(zhuǎn)換所有百分比死亡率數(shù)據(jù)以滿足正態(tài)性的假設(shè)。然后用雙向方差分析(ANOVA)比較不同處理后和巢間的工蟻死亡率差異，用單向方差分析(ANOVA)比較水凝珠顆粒吸收藥液的質(zhì)量體積比差異，并用Tukey法進(jìn)行多重比較。

海藻酸鈉水凝膠吸收藥液的質(zhì)量體積比=(水凝膠顆粒吸收藥液后的質(zhì)量-吸收藥液前的質(zhì)量)/吸收藥前水凝膠珠粒的體積。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同配比的赤蘚糖醇和甘氨酸溶液對紅火蟻工蟻的毒殺效果

2.1.148 h后赤蘚糖醇和甘氨酸溶液不同配比對紅火蟻工蟻的毒殺作用

不同蟻巢間工蟻死亡率差異顯著(雙向方差分析，F(xiàn)3, 36= 11.710，P< 0.001)。48 h后，赤蘚糖醇和甘氨酸混和物不同配比對紅火蟻工蟻的毒殺作用具顯著性差異(雙向方差分析，F(xiàn)12, 36= 27.132，P< 0.001)；20%的赤蘚糖醇∶甘氨酸=1∶1、1∶3的溶液與茚蟲威餌劑對紅火蟻工蟻的毒殺作用差異不顯著；10%的赤蘚糖醇∶甘氨酸=3∶1的溶液和10%的赤蘚糖醇溶液對工蟻的毒殺作用無顯著差異，但與其他不同配比的混合物、20%的赤蘚糖醇和甘氨酸水溶液及10%甘氨酸水溶液皆有顯著差異(表1)。

表1 不同配比的赤蘚糖醇和甘氨酸溶液對紅火蟻工蟻的毒殺作用(48 h)

2.1.272 h后赤蘚糖醇和甘氨酸溶液不同配比對紅火蟻工蟻的毒殺作用

不同蟻巢間工蟻死亡率差異顯著(雙向方差分析，F(xiàn)3, 36= 7.212，P=0.001)。72 h后，赤蘚糖醇和甘氨酸混和物不同配比對紅火蟻工蟻的毒殺作用具顯著性差異(雙向方差分析，F(xiàn)12, 36=23.997，P<0.001)；20%的赤蘚糖醇∶甘氨酸=1∶1、1∶3的溶液與茚蟲威餌劑對紅火蟻工蟻的毒殺作用差異不顯著；10%赤蘚糖醇溶液、10%赤蘚糖醇∶甘氨酸=3∶1的溶液和10%蔗糖溶液造成紅火蟻工蟻死亡無顯著差異(表2)。

表2 不同配比的赤蘚糖醇和甘氨酸溶液對紅火蟻工蟻的毒殺作用(72 h)

2.2 水凝膠顆粒劑對紅火蟻工蟻的毒殺效果

2.2.1水凝珠顆粒吸收藥液的質(zhì)量體積比

實驗結(jié)果表明海藻酸鈉水凝珠珠粒對不同溶液的吸收能力不同(單向方差分析，F(xiàn)4, 11= 73.241，P< 0.001)，20%赤蘚糖醇和甘氨酸的配比為1∶1、1∶3的溶液與20%甘氨酸溶液吸收的質(zhì)量體積比無顯著差異(表3)。

表3 水凝珠顆粒吸收藥液的質(zhì)量體積比

2.2.248 h后水凝膠顆粒對紅火蟻工蟻的毒殺作用

不同蟻巢間工蟻死亡率差異顯著(雙向方差分析，F(xiàn)4, 20= 5.101，P= 0.005)，不同處理對紅火蟻工蟻的毒殺作用具顯著性差異(雙向方差分析，F(xiàn)5, 20= 107.925，P< 0.001)。48 h后不同配比的赤蘚糖醇∶甘氨酸(20%)海藻酸鈉珠粒對紅火蟻毒殺作用明顯，死亡率在55%～62%之間，顯著高于對照但低于茚蟲威餌劑(表4)。

表4 浸泡藥液的海藻酸鈉水凝膠珠粒對紅火蟻工蟻的毒殺作用(48 h)Table 4 Sodium alginate hydrogel particles soaked in different aqueous solution on workers of Solenopsis invicta

2.2.372 h后水凝膠顆粒對紅火蟻工蟻的毒殺作用

不同蟻巢間工蟻死亡率差異不顯著(雙向方差分析，F(xiàn)4, 20= 1.991，P= 0.135)，不同處理對紅火蟻工蟻的毒殺作用具顯著性差異(單向方差分析，F(xiàn)5, 24= 96.514，P< 0.001)。72 h后，不同配比的赤蘚糖醇∶甘氨酸(20%)海藻酸鈉珠粒對紅火蟻毒殺作用無顯著差異，與茚蟲威餌劑的毒殺效果有顯著差異(表5)。

表5 浸泡藥液的海藻酸鈉水凝膠珠粒對紅火蟻工蟻的毒殺作用(72 h)

3 結(jié)論與討論

甘氨酸是增味劑中的一種，同時也是人體所必需的氨基酸。甘氨酸的用途多種多樣，可以用來做食品添加劑，也可以用來改善食鹽口味，且需求量都是極其龐大的。不僅如此，很多食物中也存在著甘氨酸，比如飲料、糖果和餅干等(宋彥梅等，2003)。赤蘚糖醇是一種常見的甜味劑。天然和人造的甜味劑都廣泛用于食品工業(yè)中作為食品添加劑。根據(jù)動物急性和亞慢性研究的結(jié)果，赤蘚糖醇?xì)w類為無毒。在人類中，赤蘚糖醇被接受作為許多國家的食品或食品添加劑(Zhengetal.，2016)。海藻酸鈉是天然線型聚合物，其自身具有水溶性、生物相容性、非免疫原性、生物降解性、無毒性和人體接受性等優(yōu)良性能(徐夢潔等，2020)，且產(chǎn)量豐富、廉價易得，廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)行業(yè)(張靜等，2019)，說明海藻酸鈉也是一種安全性的物質(zhì)。因此，本研究中利用赤蘚糖醇和甘氨酸配制而成的凝膠顆粒具有環(huán)境友好型的特性。

在試管溶液飼喂實驗中，結(jié)果表明20%甘氨酸溶液和20%的赤蘚糖醇∶甘氨酸=1∶1、1∶3的溶液對紅火蟻工蟻的死亡影響程度顯著，且20%的赤蘚糖醇∶甘氨酸=1∶1、1∶3的溶液與茚蟲威餌劑對紅火蟻工蟻的毒殺作用差異不顯著。說明甘氨酸和赤蘚糖醇溶液對紅火蟻實驗室種群有很好的控制效果，也證明它們具有潛在的利用價值(Zhangetal.，2017；Huangetal.，2018)。

制成海藻酸鈉水凝膠顆粒劑時，不同配比的赤蘚糖醇∶甘氨酸(20%)對紅火蟻毒殺作用顯著低于茚蟲威餌劑。說明制成水凝膠顆粒劑后對紅火蟻的毒殺效果減弱了，主要可能存在兩個原因。首先，可能是由于凝膠顆粒膠餌比溶液相對不易被工蟻取食和吸引；還有，凝膠吸藥液的質(zhì)量體積比不夠大導(dǎo)致劑量下降而不足以對紅火蟻造成很強(qiáng)的毒殺效果。因此，將來可以通過配方的改造提高對藥液的吸收量，進(jìn)一步提升水凝膠餌劑的毒殺效果。

水凝膠顆粒劑很容易失水，基本在一天后就會出現(xiàn)變干現(xiàn)象，這可能會影響紅火蟻的毒殺作用。然而，水凝膠顆粒耐濕性強(qiáng)，利用這一特點(diǎn)可在雨季使用凝膠餌劑。本研究僅在實驗室條件下對水凝膠餌劑的毒殺效果進(jìn)行測試，其田間的控制效果有待進(jìn)一步評價。另外，提升凝膠餌劑對紅火蟻的取食吸引效果應(yīng)當(dāng)是下一步開發(fā)利用努力方向。