草地贪夜蛾性诱剂纳米诱芯的制备及其应用

陈秀琴 刘其全 何玉仙 刘必炮 邱良妙

摘要：【目的】制備草地贪夜蛾性诱剂纳米诱芯，并开展田间诱捕试验，筛选出最佳且有效的诱芯，为草地贪夜蛾的监测和绿色防控提供参考依据。【方法】采用共溶剂法，以两亲脂质分子（DSPE-mPEG5000）为载体制备草地贪夜蛾性信息素胶体粒子，以0.22 μm聚醚砜膜为缓释材料制备纳米诱芯，采用田间生物测定方法比较不同缓释载体材料和不同质量诱芯的诱蛾效果。【结果】性信息素Z9-14：OAc、Z7-12：OAc和Z11-16：OAc质量比为90∶0.5∶9.5时诱蛾效果最佳;草地贪夜蛾性信息素胶体粒子呈球形，尺寸在40 nm左右，具有良好的分散性。以0.22 μm聚醚砜膜缓释载体的纳米诱芯诱蛾量最多，为6.07头/d;缓释载体为PVC毛细管的诱芯诱蛾量次之，天然橡胶塞的诱蛾量最少。纳米诱芯质量为2.0 mg时的诱蛾效果最佳，诱蛾量显著高于除1.5 mg外的诱芯质量（P<0.05）。【结论】纳米载体DSPE-mPEG5000可有效减缓性信息素分解和氧化变质的速度，延长挥发时间。0.22 μm聚醚砜膜载体对草地贪夜蛾性信息素胶体粒子有明显的吸附作用，纳米性诱剂对草地贪夜蛾具有良好的室内引诱作用和田间诱捕效果，可进一步开发并应用于草地贪夜蛾的监测与防控。

关键词： 草地贪夜蛾;性信息素胶体粒子;两亲脂质分子;缓释载体材料;绿色防治

中图分类号： S433.4                                文献标志码： A 文章编号：2095-1191（2021）03-0626-06

The preparation and application of nanoscale sex attractant lures against Spodoptera frugiperda

CHEN Xiu-qin， LIU Qi-quan， HE Yu-xian， LIU Bi-pao， QIU Liang-miao*

（Institute of Plant Protection， Fujian Academy of Agricultural Sciences/Fujian Key Laboratory for Monitoring and Integrated Management of Crop Pests， Fuzhou  350013，China）

Abstract：【Objective】Prepared nanoscale sex attractant lures for Spodoptera frugiperda，and carried out field trapping experiments to screen out the best and effective lure to provide reference for monitoring and green control of S. frugiperda. 【Method】The amphiphilic lipid molecule（DSPE-mPEG5000） was used as a nanocarrier to encapsulate sex pheromone to form sex pheromone colloidal particles of S. frugiperda by a co-solvent method，and the nanoscale lure was prepared with 0.22 μm polyethersulfone membrane as sustained-release material. The amount of trapped S. frugiperda with different sustained-release carrier materials and different qualities of lures were compared by field bioassay method. 【Result】The lure with mass ratios of Z9-14：OAc，Z7-12：OAc，and Z11-16：OAc=90：0.5：9.5 caught the most S. frugiperda. The sex pheromonecolloidal particles were spherical with a mean diameter of 40 nm， and it had fine dispersion performance. The nanoscale sex attractant lures with the sustained-release carriers of 0.22 μm polyethersulfone membrane caught the most S. frugiperda males，which was 6.07 moth/d; followed by the sustained-release carriers of PVC capillary，while natural rubber plugcaught the least. The  trapped effect was the best when nanoscale sex pheromone attractants was 2.0 mg， which was significantly better than all the attractants except 1.5 mg（P<0.05）. 【Conclusion】The nanocarrier DSPE-mPEG5000 can effectively slow down the decomposition and oxidation rate of sex pheromone and prolong the volatilization time. The 0.22 μm polyethersulfone membrane carrier has obvious adsorption effect on sex pheromone colloid particles，and the nanoscale sex attractant lures has good indoor attractant and field trap effect on S. frugiperda. The nanoscale lure can be further developed and used in the monitoring and control of S. frugiperda.

Key words： Spodoptera frugiperda; sex pheromonecolloidal particles; amphiphilic lipid molecule; sustained-release carrier materials; green control

Foundation item： Public-interest Scientific Institution Basal Research Project of Fujian（2020R1024007）; Guided Scientific and Technological Innovation Project of Fujian Academy of Agricultural Sciences（YDXM2019002）; Guided Project of Fujian Provincial Science and Technology Department（2020N0026）; International Cooperation Project of Fujian Academy of Agricultural Sciences（DWHZ2021-19）

0 引言

【研究意義】2019年1月在我国云南出现了一种新的害虫——草地贪夜蛾（Spodoptera frugiperda），属鳞翅目（Lepidoptera）夜蛾科（Noctuidae）（Jing et al.，2020;Li et al.，2020）。草地贪夜蛾是一种多食性害虫，可取食350多种寄主植物，严重威胁着我国玉米、小麦等粮食作物（Montezano et al.，2018;Lee et al.，2020）。其迁飞能力强，成虫一晚能飞100 km以上，目前已传播至100多个国家和地区，我国已有26个省（区、市）1538个县发现其为害（林海蔚等，2020;苏湘宁等，2020）。因此，探索草地贪夜蛾绿色防控措施对保障农业生产安全具有重要意义。【前人研究进展】草地贪夜蛾防治方法多种多样，目前很大程度上依赖杀虫剂和转基因作物控制虫害，但由于抗药性、毒性和对转基因作物抗性问题的出现以及消费者的偏好，需找到更好的杀虫办法（Storer et al.，2010;Jakka et al.，2015;Omoto et al.，2016;Chandrasena et al.，2018;Gutiérrez-Moreno et al.，2019）。利用性信息素干扰昆虫交配和诱捕成虫是可推广的杀虫剂替代品，不仅具有使用量低、生物活性高、专一性强、不伤害天敌、不产生抗药性及对人类健康和环境无害等优势，还可通过调节信息素组成来防止昆虫抗性的发生（Benelli et al.，2019;Holkenbrink et al.，2020）。最早由Sekul和Sparksm（1967）报道（Z）-9-十四碳烯-1-醇乙酸酯（Z9-14：OAc）是草地贪夜蛾的性信息素，但用于田间的试验效果不佳，随后Tumlinson等（1986）对草地贪夜蛾性信息素成分进行分析和田间试验，进一步确定其成分组成，主要为Z9-14：OAc、（Z）-7-十二碳烯-1-醇乙酸酯（Z7-12：OAc）、（Z）-11-十六碳烯-1-醇乙酸酯（Z11-16：OAc）和（Z）-9-十二碳烯-1-醇乙酸酯（Z9-12：OAc）等。这些性信息素通过大规模诱捕、破坏交配和种群监测等手段，被广泛应用于草地贪夜蛾的防治中（Malo et al.，2018;Cruz-Esteban et al.，2020;Haenniger et al.，2020）。关于草地贪夜蛾性信息素的组成成分和比例已有一些研究报道（江南纪和王琛柱，2019）。由于草地贪夜蛾侵入我国的时间较短，国内利用人工合成的性信息素即性诱剂来防治草地贪夜蛾的报道较少，主要报道比较不同市售性诱剂产品对草地贪夜蛾的诱捕效果。和伟等（2019）研究发现深圳百乐宝生物农业科技有限公司性诱剂“诱陷多”对草地贪夜蛾诱捕效果较好，且配合桶型诱捕器使用的效果最佳。车晋英等（2020）报道4个厂家生产的草地贪夜蛾性诱剂在江苏盐城市大丰区进行田间诱捕效果试验，能明显反映出草地贪夜蛾的羽化高峰期，符合测报要求，适合该地区草地贪夜蛾的监测。目前，市售性诱剂诱芯的缓释材料为复合橡胶、聚氯乙烯、聚乙烯和石蜡油等。这些缓释材料在一定程度上减少了性信息素在田间的分解速率，能在一定时期内将性信息素的释放剂量控制在适宜范围，但其田间有效使用期仍然有限（乐俊明等，2019）。因此，筛选对种群专一性强、灵敏度高的性诱剂，对绿色防控该虫及其保证农业生产安全具有重要意义。【本研究切入点】由于昆虫性信息素的专一性和高选择性，简单地采用市售诱芯，防控效果难以保证。将性信息素包覆到两亲的脂质分子中，制备出性信息素胶体粒子，以提高其在室外条件下的稳定性，降低性信息素的释放速率，同时选取具有良好缓释效果的材料作为载体制备纳米诱芯。目前，有关草地贪夜蛾性诱剂纳米诱芯的制备及应用方面鲜见文献报道。【拟解决的关键问题】采用共溶剂法，以二硬脂酰基磷脂酰乙醇胺—聚乙二醇5000（DSPE-mPEG5000）为载体制备草地贪夜蛾性信息素胶体粒子，然后将其吸附到缓释载体0.22 μm聚醚砜膜上制备得到纳米诱芯，以期减缓性信息素分解和氧化变质的速度，最大限度保持其理化性质，有效延长其挥发时间，提高草地贪夜蛾性诱剂缓释的稳定性和持效性，为草地贪夜蛾性诱剂纳米诱芯的开发利用及其应用于草地贪夜蛾的监测与防控提供科学依据。

1 材料与方法

1. 1 试验材料

草地贪夜蛾虫源为2019年9月采自玉米上的健康高龄幼虫，采集地点为福建省闽侯县大湖乡新塘村（东经119°05′42″，北纬26°20′54″），在人工气候室内用人工饲料继代饲养，试虫饲养的环境条件：温度（25±1）℃，相对湿度（70±5）%，光周期16 L∶8 D。取草地贪夜蛾雄成虫作为试虫。

化合物Z9-14：OAc、Z7-12：OAc和Z11-16：OAc购自萨恩化学技术（上海）有限公司，DSPE-mPEG5000购自上海亚亦生物技术公司，四氢呋喃购自国药化学试剂有限公司。缓释载体毛细管（内径0.5 mm，外径2.0 mm，材质是PVC）和天然橡胶塞从市场购买。诱捕器购自漳州英格尔农业科技有限公司。透射电子显微镜（TEM，型号HT7700）购自日立高新技术公司，用于表征草地贪夜蛾性信息素胶体粒子的形貌和粒径。

1. 2 试验方法

1. 2. 1 室内诱捕试验 采用多臂嗅觉仪测定草地贪夜蛾雄成虫对不同质量比诱芯的选择情况。嗅觉仪设定风速为3 cm/min，分别将1.0 mg的Z9-14：OAc、质量比（Z9-14：OAc）∶（Z7-12：OAc）=90∶10和（Z9-14：OAc）∶（Z7-12：OAc）∶（Z11-16：OAc）=90∶0.5∶9.5性信息素用正己烷稀释，点滴渗透添加到天然橡胶塞中，制成性诱剂诱芯作为试验组（分别为试验组1、2、3），分别置于嗅觉仪的3个支管中，设置1个空白对照。取10头雄虫放在嗅觉仪的圆盘中，24 h记录各支管内的雄虫数量，重复3次。

1. 2. 2 性诱剂制备

1. 2. 2. 1 不同比例性信息素配制 将性信息素3种组分Z9-14：OAc、Z7-12：OAc和Z11-16：OAc按照90∶0.5∶9.5的质量百分比配制成总质量为100 mg的3种组分混合溶液，溶剂为四氢呋喃。

1. 2. 2. 2 草地贪夜蛾性信息素纳米粒子制备 取1.2.2.1配制的混合溶液，在超声下溶解1 mg两亲脂质分子DSPE-mPEG5000，在混合溶液中加入9 mL蒸馏水后继续超声120 s，然后向混合溶液中滴入1%吐温80，继续在室温下搅拌24 h，蒸发有机溶剂，得到草地贪夜蛾性信息素胶体粒子。

1. 2. 3 田间诱捕试验

1. 2. 3. 1 试验地基本概况 试验地点位于福建省农业科学院基地塑料大棚和玉米地，试验时基地大棚主要用于水稻和玉米苗的培育，无草地贪夜蛾成虫。

1. 2. 3. 2 试验设计 根据室内测定结果，试验设计2个试验组，试验组1共设4个处理：即采用天然橡胶塞、市售的PVC毛细管和0.22 μm聚醚砜膜3种缓释载体，将草地贪夜蛾性信息素以正己烷为溶剂按照1.2.2.1的配比配制，吸附到载体中制成普通诱芯，单个性诱剂诱芯的质量为1.0 mg，分别标记为C1、C2和C3;另外将1.2.2.2制备的胶体粒子吸附到0.22 μm聚醚砜膜载体上制备诱芯质量为1.0 mg的纳米诱芯，标记为C4，将诱芯安装到市售诱捕器的诱芯固定槽中，3次重复。将诱捕器随机排布在试验基地大棚内，试验时间为2020年11月1—14日，试验期间每天上午8：00—9：00在大棚中心位置释放草地贪夜蛾雄成虫20头。每个诱捕器离地高度均设为1.2 m，各处理间隔15 m。每天上午8：00—9：00统计1次诱蛾数量，试验持续14 d。

试验组2共设5个处理：将1.2.2.2制备的纳米粒子缓慢注入到0.22 μm聚醚砜膜载体上，制备诱芯质量为0.5、1.0、1.5、2.0和4.0 mg的纳米诱芯，分别标记为D1、D2、D3、D4和D5，将诱芯安装到市售桶形诱捕器的诱芯固定槽中，3次重复。将诱捕器随机排布在试验基地玉米地里，每个诱捕器离地高度均设为1.2 m，各处理间隔15 m。试验时间为2020年11月11日—12月1日，每天统计诱蛾数量。

1. 3 统计分析

采用Excel 2010和SPSS Statistics 21.0对试验数据进行统计分析，以单因素方差分析法（One-way ANOVA，LSD多重比较法）对不同处理间的差异显著性进行方差分析。

2 结果与分析

2. 1 不同质量比性信息素对草地贪夜蛾的引诱量

由图1可知，不同质量比性信息素诱芯的诱蛾量显著高于对照组（P<0.05，下同），其中有部分雄虫未做选择。性信息素Z9-14：OAc、Z7-12：OAc和Z11-16：OAc质量比为90：0.5：9.5时的诱蛾效果最好，因此，该质量比的性信息素可作为制备草地贪夜蛾性诱剂纳米诱芯。

2. 2 草地贪夜蛾性信息素胶体粒子的形成和表征

DSPE-mPEG5000具有磷脂的两亲性，且PEG链具有亲水性。临界胶束浓度（CMC）低，具有良好的载药稳定性。DSPE-mPEG5000可在水中负载草地贪夜蛾性信息素形成胶体粒子。在透射电子显微镜观察下，胶体粒子呈球形，尺寸在40 nm左右，如图2所示。

2. 3 不同缓释载体普通诱芯与纳米诱芯的诱蛾量

由图3可知，普通诱芯中以缓释载体为0.22 μm聚醚砜膜的诱芯（C3）诱捕到的雄虫数量最多，每个诱捕器平均诱蛾量为3.63头/d，缓释载体为PVC毛细管的诱芯（C2）诱捕到的雄虫数量次之，每个诱捕器平均诱蛾量为3.04头/d，天然橡胶塞（C1）的诱蛾量最少，每个诱捕器平均诱蛾量为2.52头/d;而纳米诱芯（C4）的诱蛾量显著多于普通诱芯，每个诱捕器平均诱蛾量为6.07头/d。

2. 4 不同质量纳米诱芯的诱蛾量

由图4可知，草地贪夜蛾性信息素配比相同，总质量不同时，其诱蛾效果存在显著差异，随着性信息素质量的增加，诱蛾效果呈上升趋势;纳米诱芯质量为1.5和2.0 mg时诱蛾量较多，但两者间差异不显著（P>0.05），但当诱芯质量为4.0 mg时，诱蛾量反而有所下降。说明并不是诱芯中的性信息素含量越高诱蛾效果越好。草地貪夜蛾纳米诱芯质量为2.0 mg时具有最佳的诱蛾效果。

3 讨论

草地贪夜蛾自入侵我国后，其发生面积已达130多万ha，且有进一步向华北和东北地区扩散为害的趋势，因此草地贪夜蛾的防控任务艰巨。面对突如其来的害虫，化学防治仍是控制其短时间内大暴发的主要手段，但长期和大量的使用化学农药易产生抗药性。利用性信息素来干扰昆虫交配和诱捕成虫是可推广的杀虫剂替代品。本研究对不同高分子缓释材料制成的诱芯进行田间诱虫试验比较，结果表明，0.22 μm聚醚砜膜载体的缓释效果更稳定，持续时间更长，而天然橡胶塞和PVC毛细管在试验前期诱蛾效果与0.22 μm聚醚砜膜载体相当，但随着时间的延长，诱蛾效果有所下降，可能是由于所负载的性信息素释放速率过快导致，与乐俊明等（2019）报道一种以天然橡胶塞和PVC缓释载体的斜纹夜蛾诱芯的诱蛾情况有类似效果，即前期诱蛾效果不错，但持效期短。将性信息素胶体粒子吸附到0.22 μm聚醚砜膜载体上制得的纳米诱芯持效时间最长，这是由于将性信息素通过DSPE-mPEG5000制成胶体粒子，载体DSPE-mPEG5000有效减缓性信息素分解和氧化变质的速度，延长了挥发时间。

对比不同质量纳米诱芯的诱蛾量发现，随着性信息素质量的增加，诱蛾效果呈先上升后下降的变化趋势。这可能是由于当性信息素达到一定量时其释放速率已接近昆虫雌蛾的性信息素释放速率和释放量，因而诱蛾效果和持效时间均达到最优水平。继续增加性信息素量，反而可能起到趋避作用，因此诱蛾量也相应减少。沈嘉彬等（2019）也报道过6种不同配方性诱剂的田间诱蛾效果，其中配方相同但含量不同时，诱蛾效果也不同，信息素质量与诱蛾量并不成正比关系。

因此，可通过选择合适的缓释载体，使性信息素的释放量接近于雌蛾的释放速度和释放量，以提高性诱剂的持效时间和诱蛾效果，降低成本。同时还可根据气候条件优化诱捕器的形状及放置的高度和间距，从而达到最佳的诱捕效果，实现田间绿色防控。除利用性诱剂诱捕成虫外，还可与天敌昆虫、微生物及微生物代谢产物等相结合，以达到更好的防治效果。

4 结论

载体DSPE-mPEG5000可有效减缓性信息素分解和氧化变质的速度，延长挥发时间。0.22 μm聚醚砜膜载体对草地贪夜蛾性信息素胶体粒子有明显的吸附作用，纳米性诱剂对草地贪夜蛾具有良好的室内引诱作用和田间诱捕效果，可进一步开发利用并应用于草地贪夜蛾的监测与防控。

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（責任编辑 罗 丽）