松墨天牛信息化合物在不同缓释载体上的释放速率

朱诚棋，陈家颖，马 涛，牟 静，秦文权，温秀军

(华南农业大学林学与风景园林学院，广东 广州 510642)

松墨天牛信息化合物在不同缓释载体上的释放速率

朱诚棋，陈家颖，马 涛，牟 静，秦文权，温秀军*

(华南农业大学林学与风景园林学院，广东 广州 510642)

[目的]为研究目前常用的4种缓释载体对松墨天牛信息化合物的释放速率，以筛选合适的缓释材料应用于仿生诱芯制作。[方法]选用(+)-α-蒎烯、(-)-β-蒎烯、2-十一烷氧基-1-乙醇，按9∶1∶1的成分比配制成引诱剂，聚乙烯缓释瓶A(LDPE)、聚乙烯缓释瓶B(HDPE)、聚乙烯管(PE)及灯芯瓶(PP)作为松墨天牛信息化合物的缓释材料，制作成松墨天牛诱芯悬挂于室外，并以APF-Ⅰ型松墨天牛引诱剂为对照。每5 d称量诱芯的重量并对缓释材料内的引诱剂成分进行GC分析，连续观察记录60 d，探究不同材料的缓释效果。[结果]灯芯瓶作为缓释材料，能使三种松墨天牛信息化合物比例长时间保持在较好水平，60 d后三种组分的相对含量分别为85.69%、9.23%、5.08%，缺点在于日挥发量较低。而聚乙烯缓释瓶A、聚乙烯缓释瓶B、聚乙烯管三种缓释材料组分挥发比例不协调，表现在聚乙烯缓释瓶A不能在较长时间内保持初始组分比例，物质释放在第19 d达到高峰，然后迅速下降并保持低释放水平；聚乙烯缓释瓶B中信息化合物的释放速率长期处于不稳定状态，第34 d是其释放速率的高峰，但该缓释材料能将释放量长期处于较高释放水平；聚乙烯管能在初期测试时就达到释放最高水平，然后随观测时间推移释放量持续下降，不能保持长时间高释放量。[结论]对照常见的APF-Ⅰ缓释材料，聚乙烯管缓释曲线最接近。实验明确了松墨天牛信息化合物在4种常用缓释载体上的释放模式及释放动态特征，能对缓释材料的选择应用提供指导，但这些材料都有一定缺陷，有必要加强对松墨天牛引诱剂缓释材料的进一步研究。

松墨天牛；信息化合物；缓释材料；缓释

松墨天牛(MonochamusalternatusHope)属鞘翅目(Coleoptera)天牛科(Cerambycidea)墨天牛属(Monochamus)，是一种严重危害马尾松(PinusmassonianaLamb.)、湿地松(Pinus elliottii Engelm.)等林木的害虫，其成虫也是松材线虫(Bursaphelenchusxylophilus(Steiner&Buhrer) Nickle)的主要传播媒介[1-2]。目前，松墨天牛的引诱剂应用广泛，主要为植物源物质，以(+)-α-蒎烯、(-)-β-蒎烯为主[3-4]，此外松墨天牛产生的聚集信息素2-十一烷氧基-1-乙醇也能很好引诱雌雄成虫，配合植物源信息化合物有显著增效作用[5]。

昆虫信息素配合植物源引诱剂制成诱芯，能够在生产上很好地达到大量诱捕害虫和干扰害虫交配的目的[6]。但是，实践证明这类诱芯存在着防治持续时间短，受外界环境影响大，稳定性差等缺点[7-8]，阻碍了诱芯的大面积推广应用。因此有必要在仿生诱芯的制作中，引入或改良现有的缓释技术，选择适宜的缓释载体，保护信息化合物免受环境降解并能保持长期稳定释放，以最大发挥诱芯的生物活性。

目前主要有两大类缓释技术，一类是将活性物质溶解、包埋或者分散在缓释材料中以减少扩散速率的物理缓释法，报道应用多的有硅橡胶诱芯[9]、性信息素微胶囊[10]、空心纤维[11]、迷向丝、蜡滴[12]等；另一类是通过化学反应将引诱活性物质和缓释剂进行反应，形成以化学键相连的释放体系，该体系能有效延长缓释时间[13]。通过物理材料进行缓释是主要的延长引诱剂使用时间的方法，缓释载体本身的特性常会对引诱剂造成一定影响，比如蜡滴常因夏季的高温而缩短使用寿命[14]，橡胶载体中因存在交联剂硫会影响昆虫信息化合物的稳定性[15]等，这些都容易造成某种材质的载体不容易推广使用。目前生产上应用较多的缓释载体是橡胶塞和迷向丝。

a 聚乙烯缓释瓶A；b 聚乙烯缓释瓶B；c 聚乙烯管；d 灯芯瓶a LDPE bottle (3mL); b HDPE bottle(13mL); c PE tube; d PP bottle (14mL)图1 4种实验缓释材料Fig.1 Four dispenser types

1 材料与方法

1.1 信息化合物成分、缓释载体

松墨天牛信息化合物。 植物源引诱剂：(+)-α-蒎烯、(-)-β-蒎烯(北京百灵威科技有限公司，纯度98%以上)。松墨天牛聚集信息素：2-十一烷氧基-1-乙醇(北京中捷四方生物科技股份有限公司提供，纯度95%以上)。对照组诱芯：APF-Ⅰ型诱芯(厦门三涌生物科技有限公司)。

缓释材料。 聚乙烯缓释瓶A(LDPE材质，3 mL，壁厚0.067±0.016 mm，质量0.621 7±0.008 7 g)、聚乙烯缓释瓶B(HDPE材质，13 mL，壁厚0.407± 0.054 mm，质量1.682 1±0.013 6 g)、聚乙烯管(PE材质，长120 cm，壁厚0.322±0.025 mm，质量2.236 8±0.008 6 g)及灯芯瓶(PP材质，14 mL，壁厚0.771±0.046 mm，质量5.014 3±0.025 3 g)。

1.2 方法

1.2.1 引诱剂配制 将(+)-α-蒎烯、(-)-β-蒎烯、2-十一烷氧基-1-乙醇按照9∶1∶1的比例配制成松墨天牛信息化合物混合液，用移液枪将信息化合物混合液转移到缓释瓶中,加至瓶口处。聚乙烯管由于管孔较小，用进样针注射2 mL信息化合物混合液，两端用打火机封口。每样品设置7组进行试验，其中2组用于GC分析混合物比例，另5组用于称重计算损失量。模拟野外诱芯放置状态，将不同载体诱芯悬挂于同一撞击型松墨天牛诱捕器(北京中捷四方生物科技股份有限公司)同一位置。

1.2.3 气相色谱(GC)分析 气相色谱分析法主要检测(+)-α-蒎烯、(-)-β-蒎烯和2-十一烷氧基-1-乙醇3种信息化合物释放速率是否同步，随着时间延长，剩余的引诱剂中3种化学物质的比例是否有较大的变化。采用7820A气相色谱仪(气相色谱仪7820A， Agilent公司)进行分析，色谱柱为DB-5 MS非极性毛细血管色谱柱(30 m× 0.25 mm× 0.25 μm)。分析条件：升温程序80℃保持1 min，然后5℃/min上升到230℃，保持5分钟。将每种缓释载体的1、2号样用于分析，用进样针吸取1 μL信息化合物，正己烷稀释1 000倍后取1 μL稀释液进样分析，每次GC分析后都将缓释载体的取样口密封。

谱图定性方法：将(+)-α-蒎烯、(-)-β-蒎烯和2-十一烷氧基-1-乙醇单独进样进行GC分析，得到三种信息化合物峰的保留时间，根据物质的保留时间确定混合信息化合物中的物质峰；谱图定量方法：对检测的引诱剂按面积归一法进行定量分析，分别求得各信息化合物的相对百分含量。

1.3 数据分析

数据以mean±SE在曲线图上表示，所有数据均采用SPSS 22软件进行数据处理，采用ANOVA进行方差分析，Duncan氏新复极差法进行差异显著性检验。

2 结果与分析

2.1 3种信息化合物在聚乙烯缓释瓶A(LDPE)中的释放模式

对于3种信息化合物在聚乙烯缓释瓶A中释放模式试验表明(图2)，3种信息化合物在初期处于较低释放水平，日均挥发量随着时间显著提高，第19天达到最大释放量(85.84±2.54 mg·d-1)，然后日均挥发量呈现显著下降趋势，直到第33天，日均挥发量缓慢下降，并达到一个极低的释放状态，在观测末期第68天，释放量仅为(2.57±0.21)mg·d-1。经过多重比较分析(Duncan,α=0.05)发现第19天释放速率显著高于其他时间。

在释放初期第8 d，3种信息化合物的比例接近初始比9∶1∶1，(+)-α-蒎烯、(-)-β-蒎烯和2-十一烷氧基-1-乙醇的相对含量分别为84.45%，9.18%，6.35%。从第28天开始，3种信息化合物组分比出现显著变化，具体表现在(+)-α-蒎烯挥发量增大，2-十一烷氧基-1-乙醇的比例显著升高，到观测末期第68 d，3者的相对含量为2.20%，0.07%，95.82%。对比68 d内的释放模式，松墨天牛信息化合物(+)-α-蒎烯在聚乙烯缓释瓶A中释放较快，不能长期保持信息化合物初始有效配比。

图2 3种信息化合物在聚乙烯缓释瓶A(LDPE)中的释放动态Fig.2 Dynamic release rates of three semiochemicals in LDPE bottle

2.2 三种信息化合物在聚乙烯缓释瓶B(HDPE)中的释放模式

三种松墨天牛信息化合物在聚乙烯缓释瓶B中的日均释放量有一定的波动性(图3)，但波动变化不明显。在第34天达到最大释放速率为(50.48± 5.54)mg·d-1。

在观察初期第10天(+)-α-蒎烯，(-)-β-蒎烯和2-十一烷氧基-1-乙醇的相对含量分别为75.13%，

图3 3种信息化合物在聚乙烯缓释瓶B(HDPE)中的释放动态Fig.3 Dynamic release rates of three semiochemicals in HDPE bottle

2.3 3种信息化合物在聚乙烯管(PE)中的释放模式

3种松墨天牛信息化合物在聚乙烯管中相对含量变化量较大(图4)。第8天左右，(+)-α-蒎烯，(-)-β-蒎烯和2-十一烷氧基-1-乙醇相对含量分别为82.27%，8.52%，9.14%，第68天，三者相对含量分别为37.49%，6.62%，53.63%，(+)-α-蒎烯，(-)-β-蒎烯的相对含量下降率分别为54.43%，22.30%，2-undecyloxy-1-ethanol的相对含量上升率高达486.76%。期间，前20天左右，(+)-α-蒎烯占组分比例75%以上，2-十一烷氧基-1-乙醇占组分比例在15%以下，但在40天左右，(+)-α-蒎烯相对含量下降到了49.10%，2-十一烷氧基-1-乙醇的组分比例达到在40%以上。

图4 3种信息化合物在聚乙烯管(PE)中的释放动态Fig.4 Dynamic release rates of three semiochemicals in PE tube

2.4 3种信息化合物在灯芯瓶(PP)中的释放模式

3种松墨天牛信息化合物的日均释放速率如图4，对于灯芯瓶中损失量的计算发现，在第5天初次测试时释放量较高，然后释放速率迅速下降直至第10天，而后直到观测末期，3种信息化合物的释放量一直处于极低的释放水平。在进行Duncan多重比较分析时发现三种信息化合物在第69天的释放速率显著低于第34天(P< 0.05)；第5天释放速率最大为24.11± 0.56 mg·d-1。但由于该材料本身

没有缓释效果，其缓释方式依赖于棉灯绳，该材料的总体释放速率较低。

在灯芯瓶缓释载体中，在第10天左右，(+)-α-蒎烯，(-)-β-蒎烯和2-十一烷氧基-1-乙醇的相对含量分别为85.69%，9.28%，3.75%，第60天左右，三者相对含量分别为85.67%，9.23%，5.06%。(+)-α-蒎烯，(-)-β-蒎烯的相对含量下降率分别为0.02%，0.54%，2-十一烷氧基-1-乙醇的相对含量上升率为34.93%。三者组分比例变化不明显。

图5 3种信息化合物在灯芯瓶( PP )中的释放动态Fig.5 Dynamic release rates of three semiochemicals in PP bottle

2.5 APF-Ⅰ型引诱剂中三种松墨天牛信息化合物的释放模式

APF-Ⅰ型引诱剂在第8天初始GC分析时，(+)-α-蒎烯，(-)-β-蒎烯和2-十一烷氧基-1-乙醇三者的相对含量分别为97.84%，1.55%，0.61%，在观测末期，三种组分的比例分别为15.48%，0.35%，84.17%，(+)-α-蒎烯，(-)-β-蒎烯相对含量下降率分别为61.24%，1.9%，但2-十一烷氧基-1-乙醇的比例偏高。第48天时，保持在75%以上的相对含量。第60天以后，(+)-α-蒎烯已经下降到20.66%，此时诱芯需要更换。

图6 APF-Ⅰ型引诱剂中三种松墨天牛信息化合物的释放动态Fig.6 Dynamic release rates of three semiochemicals in APF-I attractant

3 讨论

昆虫信息化合物的释放速率与缓释载体的特性有关，包括缓释载体的厚度、长度、是否开口以及开口的孔径大小等因素[18]。灯芯瓶作为缓释载体信息化合物的释放速率差异不显著，灯芯瓶的瓶身材质为普通塑料(PP)，物质穿透性较差，内部引诱物质主要通过发散的棉灯绳扩散到外部。由于灯芯瓶缓释载体挥发物从灯芯部位向外挥发，容易堵塞，因而挥发速率也慢。昆虫信息化合物同样可以通过管(瓶)壁的微小孔中释放，调节壁厚可使引诱剂的释放量改变[8,19]，因此可以适当选择薄壁材质缓释载体。

聚乙烯缓释瓶A和聚乙烯缓释瓶B的缓释模式有一定相似性，表现在松墨天牛信息化合物释放的高峰期不在初次测试时，两者的最高缓释速率分别在第19天和33天，这可能是由于内部引诱物质需要逐渐渗透缓释载体瓶壁，故在初次测试时释放量较低，缓释速率的高峰期也有延迟，并且聚乙烯缓释瓶A中松墨天牛引诱物质的释放速率高于聚乙烯缓释瓶B，这可能是LDPE缓释材料壁薄，内部信息化学物质透过性较好。Wang等通过观察α-蒎烯在微球载体中的缓释情况，发现α-蒎烯初始阶段释放速率增加快，后期释放缓慢，猜测可能是后期芯材物质大量外涌释放，堵住了壁材的小孔，所以释放变的缓慢[20]。本缓释实验用的聚乙烯缓释瓶可能在实验末期也有一定的管壁缓释孔堵塞的情况，加之缓释瓶野外放置有一定的老化，所以导致实验后期缓释效果不佳。灯芯瓶和APF-I型材料在初次测试时就达到缓释效果最大值，这与刘奎伟等在研究中发现性信息素在复合橡胶载体初试阶段的释放量显著大于其他测试阶段现象相似[21]。另外，Bradley等[22]指出信息素成分在聚乙烯管载体中的缓释曲线呈现对数状下降，本试验测试中聚乙烯管中的松墨天牛信息化合物有相同的缓释模式，在观测末期，松墨天牛化学信息物质缓释效果不佳的原因可能是内部信息化学物质的异构化。

不同缓释材料之间保持内部昆虫信息化合物协调释放的能力也有较大差异。聚丙烯材质的灯芯瓶能较好的保持内部物质比，(+)-α-蒎烯是引诱松墨天牛的主要信息化合物，(+)-α-蒎烯的相对含量要保持在一定的浓度内才能发挥引诱作用[23]。内部α-蒎烯在观察期内相对含量下降率仅为0.02%，而在聚乙烯缓释瓶A、聚乙烯管、APF-Ⅰ引诱剂中，它的相对含量下降率分别为97.39%，54.43%，61.24%，α-蒎烯的相对变化量较大。尽管灯芯瓶作为缓释材料能较好保持内部组分的挥发比,但由于其日均释放量较低，故室外实际引诱效果不佳，而α-蒎烯在聚乙烯缓释瓶A、PE管中前期缓释量较大，3种信息化合物的比例较为协调，因此可作短期的缓释材料考虑。

作为对照的APF-I引诱材料，(+)-α-蒎烯的相对含量在40天时，有高达91.96 %的相对含量，在50天时，其比例仍有76.17%。说明该引诱剂的持效期长，可达到少更换诱芯，减少人工成本的目的。APF-Ⅰ引诱材料在实际使用时能保持长期的使用效果，但也有一定的局限性，表现在初始时有较高释放量，同时释放期间有一定波动会影响松墨天牛接收化学信号的强弱，导致监测松墨天牛种群动态时不准确。室外的缓释试验常会受到外界条件环境的影响，Teale等研究发现，聚乙烯类昆虫信息素的缓释载体中(+ / -)-α-蒎烯的释放速率为2 g·d-1，显著大于试验中聚乙烯缓释瓶A中30.93 mg·d-1和聚乙烯缓释瓶B中31.01 mg·d-1的日均释放速率[24]。这可能与试验中缓释材料的壁厚以及外界风速、温度等环境因子有关。

4 结论

本研究中4种不同的缓释载体在70天左右仍能释放，说明这4种材料理论上都能在野外达到较长期的引诱效果，但从物质缓释的协调性来看，3种松墨天牛信息化合物在聚乙烯缓释瓶A(LDPE)、聚乙烯缓释瓶B(HDPE)和聚乙烯管(PE)中组分的挥发比例不协调，即不能较好保持3种信息化合物的初始比例；从4种缓释材料内部信息化合物的日均释放速率来看，聚乙烯缓释瓶A、聚乙烯管及灯芯瓶材料试验初期信息化合物释放量大，随试验时间延长，释放量减小(灯芯瓶试验后期70 d的释放量极小)，这不利于保持引诱剂长期引诱效果，聚乙烯缓释瓶B 的挥发量波动较为稳定。相比较APF-Ⅰ型引诱剂的释放动态，聚乙烯管缓释曲线最接近，但聚乙烯管的转载量较小是阻碍其应用的问题。

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(责任编辑：崔 贝)

Research on Release Rates of Semiochemicals ofMonochamusalternatus

ZHUCheng-qi,CHENJia-ying,MATao,MOUJing,QINWen-quan,WENXiu-jun

(College of Forestry and Landscape Architecture, South China Agricultural University, Guangzhou 510642, Guangdong, China)

[Objective]To study the release rates of different types of commonly used dispensers in order to select the suitable dispensers.[Method]Selecting 3 major semiochemicals ofMonochamusalternatusincluding (+)-α-Pinene, (-)-β-Pinene, and 2-undecyloxy-1-ethanol which were loaded with different amounts in a 9∶1∶1 ratio in 4 dispensers. The release rates of these compounds from LDPE bottle (3 mL)，HDPE bottle (13 mL)，PE tube, and PP bottle (14 mL) were evaluated by using Gravimetric method and Gas chromatography analysis. The results were compared with APF-I lures under the same environmental conditions as 28± 3℃, 75±10%RH. [Result]The results indicated that the wick bottle can keep the three compounds releasing at a good and stable level for 70 days. The proportions of the three semiochemicals in the end were 85.69%, 9.23%, and 5.08%, respectively. The release rates of the three semiochemicals ofM.alternatusfrom Wick bottle maintained a relatively low level over the whole testing period. The LDPE bottle, HDPE bottle and PE tube can not keep a stable proportion of the three components. The release rates from LDPE bottle increased during the 4th to the 19th days with a peak of released rates at the 19th day, and then dropped to and maintained at a low level after its peak. The three semiochemicals from the HDPE bottle maintained a high release rate but varied during the whole observation period; and reached the peak at the 34th day. The dynamic release pattern of semiochemicals from PE tube was similar with APF-I. [Conclusion]Studies on the release patterns of different types of dispensers could help us understand the dynamic releasing characteristics. And the result would provide some effective information on the selection of suitable dispensers. It is needed to indicate that these dispensers have some defects, and it is necessary to strengthen the research on lure sustained-release materials.

Monochamusalternatus; semiochemicals; dispensers; release

2016-06-12 基金项目： 中央财政林业科技推广示范项目(2015)GDTK-09；国家林业公益性行业科研专项(201304401)。 作者简介： 朱诚棋(1992—)，男，浙江嘉兴人，硕士研究生. 研究方向：害虫综合防治及昆虫信息素. E-mail：cqzhu@stu.scau.edu.cn * 通讯作者：温秀军(1965—)，男，教授，研究方向：化学生态学和森林昆虫学.

10.13275/j.cnki.lykxyj.2017.02.018

S763

A

1001-1498(2017)02-0315-07