甲酸乙酯与氮气混合熏蒸对赤拟谷盗的毒力研究

唐培安 吴学友 宋 伟

(粮食储运国家工程实验室南京财经大学食品科学与工程学院，南京 210046)

粮食储藏是合理利用粮食资源的重要手段，而害虫、害螨和微生物的危害可造成粮食质量和数量的巨大损失［1－3］。近年来，溴甲烷因对臭氧层的破坏作用而逐渐被限用和淘汰，储粮害虫对磷化氢的抗药性问题也日益严重［4－6］。因此，寻求绿色、安全、环保的储粮害虫防治药剂已显得非常迫切。甲酸乙酯(ethyl formate，EtF)是一种古老的熏蒸剂，近年来因其环境友好性又重新引起人们的研究兴趣。甲酸乙酯作为储粮熏蒸剂具有杀虫迅速、降解速度快、熏蒸后对粮食无不良影响等优良特性，然而在熏蒸过程中也暴露出吸附性强、受环境温度影响较大以及高浓度下容易发生爆炸等问题急需解决［7－13］。

氮气气调技术是一种绿色环保的储粮新技术，利用空气中取之不尽用之不竭的惰性气体——氮气作为气调储粮介质，置换粮仓内的氧气，使储粮环境保持高氮(96%以上)、低氧(4%以下)的状态，从而导致储粮害虫缺氧窒息死亡;该技术还具有抑制霉菌繁殖，保持粮食品质的作用，是一种集杀虫、抑霉、保鲜于一体的无毒、无害、安全、环保的绿色储粮技术［14－17］。然而该技术要求高氮低氧的环境持续时间较长才能达到较好的杀虫效果，这就对粮仓的密闭性提出了很高的要求。将氮气气调技术与甲酸乙酯混合使用有望提高甲酸乙酯的燃爆临界浓度，缩短气调储粮的处理时间、降低对粮仓密闭性的苛刻要求，从而降低粮仓的建设成本、减少气调储粮过程中的能耗等。本试验以赤拟谷盗为对象，系统研究了氮气气调与甲酸乙酯混合使用的熏蒸效果，为两种技术的结合使用提供理论指导。

1 材料与方法

1.1 供试昆虫

供试昆虫赤拟谷盗(Tribolium castaneum)于2010年9月采自南京财经大学储粮害虫防治实验室的模拟粮仓中，并在养虫室内人工饲养数代。将赤拟谷盗成虫接种于含有60 g配制饲料的500 mL玻璃瓶中，其中，玻璃瓶经160℃干热灭菌60 min，配制饲料为全麦粉和酵母粉按质量比20∶1混合而成。产卵1周后将赤拟谷盗成虫筛去，其后代在温度为(32±1)℃、相对湿度(75±5)%、24 h无光照条件下继续培养，待成虫大量出现后1～2周内，挑取发育健康的成虫作为供试虫源。

1.2 供试药剂

甲酸乙酯(含量≥98.0%):中国医药集团上海化学试剂公司，化学纯。

1.3 试验方法

1.3.1 气调方法及装置

以理想气体状态方程PV=nRT和阿伏伽德罗定律为理论依据，利用真空泵抽取密封广口瓶内空气至一定压力后(以三通管连通的U型压力计测定)，注入等量的高纯度氮气，获得试验所需的氮气浓度。试验所用装置如图1所示。

图1 试验气调装置

1.3.2 氮气浓度对甲酸乙酯熏蒸效果的影响

采用广口瓶密闭熏蒸法。处理温度为20℃，熏蒸时间为24 h，氮气浓度分别为78%、81%、84%、87%、90%和95%，甲酸乙酯浓度分别为10、12、14、16和18μL/L进行试验。具体方法为:挑取供试赤拟谷盗成虫50头置于3 L广口瓶中，密封广口瓶，利用1.3.1中气调装置将广口瓶内氮气浓度调至试验设定浓度，加入一定剂量的甲酸乙酯。将处理后的广口瓶放置于已设定好温度的培养箱内，全黑暗条件下进行熏蒸。每个处理设置3次重复，并设置空白对照组，在散气24 h后检查记录成虫死亡数。

1.3.3 熏蒸时间对氮气和甲酸乙酯混合熏蒸效果的影响

熏蒸方法同1.3.2。在25℃，氮气浓度为90%，甲酸乙酯浓度分别为12、14和16μL/L条件下，设定熏蒸时间分别为24、36、48、60和72 h，全黑暗熏蒸后检查记录成虫死亡数。每个处理供试赤拟谷盗成虫50头，设置3次重复和空白对照。

1.3.4 温度对氮气和甲酸乙酯混合熏蒸效果的影响

熏蒸方法同 1.3.2。温度设定 15.0、17.5、20.0、22.5、25.0、27.5、30.0 和 32.5 ℃，氮气浓度分别为87%、90%和95%，甲酸乙酯浓度分别为12、14和16 μL/L，在全黑暗条件下熏蒸处理24 h。每个处理供试成虫50头，设置3次重复，并设置空白对照组。

1.3.5 不同氮气浓度下甲酸乙酯对赤拟谷盗成虫致死中浓度LC50的测定

熏蒸方法同1.3.2。熏蒸时间设定为24 h，温度条件为25℃，氮气浓度分别为78%、87%、90%和95%。每一处理选择5～7个药剂浓度。氮气浓度78%条件下，甲酸乙酯浓度梯度为 17、18、19、21、23 μL/L;氮气浓度87%条件下，甲酸乙酯浓度梯度为16、17、18、19、20 μL/L;氮气浓度 90% 条件下，甲酸乙酯浓度梯度为 13、14、16、17、18 μL/L;氮气浓度95% 条件下，甲酸乙酯浓度梯度为 8、9、10、11、13 μL/L。使其平均校正死亡率在16%～84%之间，每一处理供试成虫50头，设3次重复和空白对照。

1.3.6 数据处理

采用Abbott公式对死亡率进行校正:校正死亡率=［(处理死亡率－对照死亡率)/(1－对照死亡率)］×100%

将校正死亡率进行反正弦转换后，采用SPSS软件进行方差分析，多种比较采用Duncan’s新复极差法。采用IRM害虫抗药性管理软件进行回归分析，用几率值法求出毒力回归线和LC50、LC95值。

2 结果与分析

2.1 氮气浓度对甲酸乙酯熏蒸效果的影响

不同氮气浓度下甲酸乙酯的熏蒸效果如表1所示。从表1中可以看出，相同甲酸乙酯浓度下，氮气浓度的提高可显著增加赤拟谷盗成虫的校正死亡率(P＜0.05)。在甲酸乙酯浓度为18μL/L时，78%的氮气浓度下，试虫的校正死亡率为41.5%，而当氮气浓度90%时，校正死亡率超过90%，氮气浓度上升至95%时，赤拟谷盗全部死亡。

表1 不同浓度的氮气和甲酸乙酯混合熏蒸处理赤拟谷盗成虫的死亡率(24 h，20℃)

2.2 熏蒸时间对氮气和甲酸乙酯混合熏蒸效果的影响

在90%的氮气浓度下，熏蒸时间对甲酸乙酯熏蒸效果的影响结果见表2。从表2中可以看出，当甲酸乙酯浓度相同时，在供试的所有熏蒸时间内(24、36、48、60、72 h)赤拟谷盗的校正死亡率无显著差异(P＞0.05)，说明甲酸乙酯与氮气混用可以在较短的时间内发挥熏蒸毒力，具有良好的速效性。

表2 不同甲酸乙酯浓度和熏蒸时间下赤拟谷盗成虫的死亡率(25℃，90%N2)

2.3 温度对氮气和甲酸乙酯混合熏蒸效果的影响

温度对氮气和甲酸乙酯混合熏蒸效果的影响见表3～表5。试验结果表明，在供试的3个氮气浓度下，温度均显著影响甲酸乙酯对赤拟谷盗的熏蒸效果，且甲酸乙酯的熏蒸效果在低温下比在高温下好，15.0℃ ～32.5℃范围内随着温度的升高赤拟谷盗成虫的校正死亡率呈现逐渐降低趋势，其差异达极显著水平(P ＜0.01)。

表3 不同甲酸乙酯浓度和处理温度下赤拟谷盗成虫的死亡率(24 h，87%N2)

表4 不同甲酸乙酯浓度和处理温度下赤拟谷盗成虫的死亡率(24 h，90%N2)

表5 不同甲酸乙酯浓度和处理温度下赤拟谷盗成虫的死亡率(24 h，95%N2)

2.4 不同氮气浓度下甲酸乙酯对赤拟谷盗成虫致死中浓度LC50的测定

在不同氮气浓度下测定甲酸乙酯对赤拟谷盗成虫的熏蒸毒力，并采用直线回归方程拟合死亡率概率值(Y)与浓度对数值(X)之间的关系(表6)。随着氮气浓度的增加甲酸乙酯对赤拟谷盗成虫的致死中浓度逐渐减小，说明氮气浓度的提高可明显增加甲酸乙酯的熏蒸毒力。

表6 不同氮气浓度下甲酸乙酯对赤拟谷盗成虫的毒力回归方程(25℃，24 h)

3 讨论与结论

甲酸乙酯作为粮食熏蒸剂具有杀虫速度快、熏蒸后对粮食品质无不良影响、对环境安全等优点，受到国内外储粮害虫管理研究者越来越多的关注。唐培安等［18］通过甲酸乙酯对赤拟谷盗不同虫态的熏蒸效果研究显示，处理时间和温度显著影响甲酸乙酯对赤拟谷盗各虫态的熏蒸致死效果，且在低温条件下处理比在高温下熏蒸效果好。Dojchinov等［19］研究发现施用剂量分别为420、660和940 g/m3的甲酸乙酯与二氧化碳制剂(VapormateTM)熏蒸50 t小麦仓3、24和72 h，各种虫态的谷蠹和赤拟谷盗均得到完全控制，混合虫态的米象死亡率也在98%以上。此外，王殿轩等［20］还发现对磷化氢抗性系数分别为1、3、170和247倍的赤拟谷盗品系对甲酸乙酯的敏感性相似，未表现出交互抗性。2002年，甲酸乙酯作为处理干果的熏蒸剂在澳大利亚登记注册。可见，甲酸乙酯是一个具有开发潜力的优良熏蒸剂。

然而，甲酸乙酯作为储粮熏蒸剂的问题是容易被粮食吸附、熏蒸效果受温度影响比较大、浓度过高时容易引起爆炸等。澳大利亚联邦科学与工业研究组织(CSIRO)从甲酸乙酯与二氧化碳混用的角度入手进行开发研究，证明二氧化碳对甲酸乙酯具有很强的增效作用，按照甲酸乙酯与二氧化碳1∶6(体积比)的比例配制的VapormateTM已成功注册了为一种储粮熏蒸制剂［8，19］。但是，以二氧化碳作为媒介的问题也非常突出，熏蒸后粮库中高浓度的二氧化碳会导致人体供氧不足，对操作人员具有一定的威胁，而熏蒸后二氧化碳的排放会加剧全球温室效应，再者二氧化碳的获取不便也增加了操作成本。

氮气在空气中的比例高达78%，更易获得，降低了成本，具有无毒、无害、安全、环保的优良特性，是最常用的气调技术。然而，氮气气调技术要求在粮仓中保持高氮气浓度(96%以上)较长的时间(15 d)才能达到预期的杀虫效果，这就对粮仓的密闭性提出了很高的要求。本研究从甲酸乙酯与氮气混合应用的角度进行研究，结果表明，氮气浓度增加可显著提高甲酸乙酯对赤拟谷盗成虫的熏蒸效果，且在24 h以内就能发挥非常好的熏蒸活性，此外，温度对熏蒸效果影响极显著，在相对较低的温度下两者混用可以达到更好的熏蒸效果，这一特性符合当前低温储粮的要求。氮气气调技术与甲酸乙酯混用结合了两种技术的优点，可显著降低甲酸乙酯的使用浓度、减少气调技术对粮仓密闭性的依赖，降低储粮成本，增加储粮安全性，是一种非常有潜力的储粮新方法。同时氮气气调技术与甲酸乙酯结合在实际应用中会受到储粮种类、施用方法、环境温度、害虫数量等各种条件的影响，其具体应用技术有待于进一步研究。

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