30种酯类化合物对玉米象成虫的熏蒸活性

卢 慧， 郑骁羿， 曹米娜， 杨昊康， 谢永坚

(浙江农林大学现代农学院，杭州 311300)

玉米象(SitophiluszeamaisMotschulsky)属鞘翅目(Coleoptera)，象甲科(Curculionidae)，是一种世界性重要储粮害虫，不仅危害稻谷、麦类、玉米、高粱等农产品，还危害天麻等植物性药材[1-3]。熏蒸法是储粮害虫防治中最常见的方法之一，其高效性、可操作性和经济性都是其他防治措施无可比拟的[4]。磷化氢(PH3)，溴甲烷(MBr)，敌敌畏(DDVP)，氯化苦(CCl3NO2)等化学熏蒸剂是储粮害虫防治中一直常用的制剂[4]。但是，这些熏蒸剂在使用过程中会产生一系列的问题，尤其是3R(害虫的抗药性、农药残留和害虫再猖獗)问题突出[5,6]。迄今为止，在储粮害虫防治中，未发现能够取代磷化氢的熏蒸剂[7]。因此，寻找传统熏蒸剂的替代品已经成为当务之急。

前期文献报道，烷基酯类化合物具有作为替代传统熏蒸剂的潜力，如甲酸乙酯(EF)对玉米象具有较好的熏杀活性[8]，还可作为熏蒸剂用于干果害虫的防治[9]。甲酸乙酯易降解、低残留，对储粮物的品质和发芽率无影响[10-14]。甲酸酯类化合物的杀虫机理是通过水解产物甲酸抑制昆虫线粒体细胞色素C氧化酶的活性[15,16]。另外，甲酸还能使家蝇和果蝇的神经系统异常兴奋[17]。

烷基酯类物质来源于天然资源中，具有安全、高效和可降解的特性，可作为潜在低风险的候选的熏蒸剂[18]。烷基酯类化合物主要包括甲酸酯、乙酸酯、丙酸酯、丁酸酯和戊酸酯五大类。目前，已有文献报道少量酯类化合物具有显著杀虫活性，已作为熏蒸剂用来控制米象(Sitophilusoryzae)、谷蠹(Rhyzoperthadominica)，埃及伊蚊(Aedesaegypti)、致倦库蚊(Culexquinquefasciatus)、家蝇(Muscadomestica)、黑腹果蝇(Drosophilamelanogaster)，以及白蚁等储粮和卫生害虫[19-23]。然而，目前鲜有系统评价烷基酯类化合物对玉米象熏杀的活性。因此，本实验开展5大酯类化合物对玉米象成虫的熏蒸活性研究，研究结果对储粮害虫的控制提供新材料，具有重要的理论与实践意义。

1 材料与方法

1.1 供试药剂

甲酸甲酯(95%)，甲酸乙酯(98%)，甲酸丙酯(95%)，甲酸异丙酯(95%)，甲酸丁酯(95%)，甲酸异丁酯(95%)，甲酸戊酯(95%)，甲酸异戊酯(95%)，甲酸己酯(98%)，甲酸香叶酯(55%)，乙酸甲酯(99%)，乙酸乙酯(98%)，乙酸丙酯(98%)，乙酸异丙酯(99%)，乙酸烯丙酯(98%)，乙酸丁酯(99%)，乙酸仲丁酯(98%)，乙酸叔丁酯(99%)，乙酸异戊酯(98%)，乙酸己酯(99%)，乙酸肉桂酯(97%)，丙酸甲酯(99%)，丙酸乙酯(99%)，丙酸丙酯(98%)，丙酸丁酯(99%)，丁酸甲酯(99%)，丁酸乙酯(98%)，丁酸丙酯(98%)，戊酸甲酯(99%)，戊酸乙酯(98%)等30种酯类挥发性化合物。

1.2 供试昆虫

玉米象为实验室内饲养种群，饲养条件为温度为(25±1) ℃相对湿度为(80±5)%，以整粒小麦饲养。试虫为羽化7～14 d的成虫，不分雌雄。

1.3 实验方法

参考Xie等[23]的广口瓶密闭熏蒸法，评价5类烷基酯类挥发性化合物对玉米象的熏杀活性。具体方法如下：将滤纸片剪出长度5 cm，宽度1 cm的滤纸条，贴在1 000 mL(直径10 cm×高度12.5 cm)的磨口玻璃瓶瓶盖上，再将20头玉米象成虫(不分雌雄)放在玻璃瓶的底部，放入少许小麦作为饲料。将这30种酯类化合物在0.5～80 μL/L区间设置5个不同的浓度，分别滴加在滤纸条上并迅速拧紧瓶盖，用蒸馏水浸湿的滤纸条作为对照，每组处理重复3次，置于温度为(25±1) ℃，湿度为(80±5)%的培养箱内，培养24 h后观察并记录试虫的死亡数，并计算死亡率。

1.4 数据处理

通过反正弦平方根方差分析玉米象的死亡率，平均数进行Scheffe’s测验，用Robertson和Preisler[24]的方法来确定这些化合物毒性的置信区间，并通过概率分析计算致死中浓度(LC50)。

2 结果与分析

2.1 甲酸酯类对玉米象的活性研究

从表1可得出，当体积分数为10 μL/L时，甲酸香叶酯对玉米象的熏杀作用最强，死亡率达到100%；其次是甲酸甲酯、甲酸戊酯和甲酸己酯，死亡率均为86.7%；其次，甲酸丁酯、甲酸丙酯和甲酸异丁酯对玉米象的致死率分别为60%、53.3%、45%；甲酸异丙酯、甲酸乙酯和甲酸异戊酯物活性表现最弱。当体积分数提高至20 μL/L时，10种甲酸酯类化合物对玉米象熏杀活性显著提高，除甲酸异丙酯外，其余9种甲酸酯类化合物对玉米象的致死率为100%。

表1 30种酯类化合物对玉米象成虫的熏蒸作用

续表1

毒力测定如表2所示，甲酸香叶酯和甲酸甲酯对玉米象的杀虫活性最强，其LC50分别为1.82 μL/L和3.21 μL/L。其余8种甲酸酯类化合物的活性依次为甲酸戊酯(LC50=5.42 μL/L)、甲酸丁酯(LC50=7.05 μL/L)、甲酸己酯(LC50=7.18 μL/L)、甲酸丙酯(LC50=9.84 μL/L)、甲酸异丁酯(LC50=10.29 μL/L)、甲酸异戊酯(LC50=11.28 μL/L)、甲酸乙酯(LC50=12.72 μL/L)和甲酸异丙酯(LC50=12.97 μL/L)。本实验发现，甲酸甲酯对玉米象的熏杀活性高于其他甲酸酯类化合物。Chaskopoulou等[25]报道与本实验结果一致，甲酸甲酯对埃及伊蚊和致倦库蚊的熏杀活性是其他甲酸酯类化合物的2～5倍。这些结果暗示甲酸酯类化合物的脂肪链越长，杀虫活性越低。相反，Scharf等[22]发现甲酸甲酯对果蝇的杀虫活性低于其他甲酸酯类化合物，另外，Xie等[23]研究结果也表明甲酸甲酯的杀虫活性低于其它甲酸酯类化合物的活性。综上所述，同一种化合物对不同种类害虫的生物活性具有很大的差异。

本研究还发现甲酸丙酯对玉米象成虫的熏杀活性高于甲酸异丙酯。同样，Chaskopoulou等[25]也发现，甲酸丙酯对埃及伊蚊和致倦库蚊的毒杀效果是甲酸异丙酯的5倍。这表明甲基(—CH3)的位置对烷基酯类的杀虫活性也起着重要作用。因此，烷基酯类化合物的熏蒸活性不仅与分子结构有关，还与目标昆虫有关。

表2 30种酯类化合物对玉米象成虫的熏蒸毒力

2.2 乙酸酯类对玉米象的活性研究

由表1可看出，用20 μL/L处理玉米象时，在11种乙酸酯类化合物中，乙酸烯丙酯、乙酸己酯和乙酸肉桂酯的熏杀效果最佳，死亡率均为100%；乙酸丁酯、乙酸异戊酯和乙酸丙酯对玉米象的致死率分别为55%、53.3%和38.3%；其次，乙酸仲丁酯和乙酸异丙酯对玉米象的生物活性表现较弱，死亡率仅为18.3%和5.30%。最后，乙酸甲酯和乙酸叔丁酯对玉米象的毒杀作用较差。

毒性测定结果如表2所示，在11种乙酸酯类化合物中，乙酸肉桂酯和乙酸烯丙酯对玉米象的杀虫活性最强，其LC50分别为0.32 μL/L和1.92 μL/L。依次为乙酸己酯、乙酸丁酯、乙酸异戊酯、乙酸丙酯、乙酸仲丁酯、乙酸异丙酯、乙酸叔丁酯和乙酸甲酯，它们对玉米象杀虫活性LC50的值分别为12.73、15.72、16.73、20.26、22.18、41.78、49.03、56.53 μL/L。本实验发现乙酸丙酯对玉米象成虫的熏杀活性高于乙酸异丙酯，同时，乙酸仲丁酯的杀虫活性高于乙酸叔丁酯。Chaskopoulou等[25]研究也发现乙酸丙酯对埃及伊蚊和致倦库蚊的熏杀活性是乙酸异丙酯的9倍。相反，Scharf等[22]发现乙酸异丙酯对果蝇幼虫的杀虫活性比乙酸丙酯强。这表明甲基(—CH3)的位置对乙酸酯类的杀虫活性起着重要作用。

2.3 丙酸酯类对玉米象的活性研究

由表1可得出，当体积分数为10 μL/L时，丙酸丙酯、丙酸丁酯、丙酸乙酯和丙酸甲酯等4种丙酸酯类化合物对玉米象的熏杀活性较弱，死亡率仅为38.2%、23.3%、8.3%和1.7%。当体积分数增至20 μL/L时，丙酸丙酯对玉米象致死率为85%，依次分别为丙酸丁酯(60%)、丙酸乙酯(50%)和丙酸甲酯(11.7%)。

表2中，4种丙酸酯类化合物对玉米象的熏杀活性从高到低分别为丙酸丙酯(LC50=10.91 μL/L)、丙酸丁酯(LC50=14.67 μL/L)、丙酸乙酯(LC50=19.43 μL/L)和丙酸甲酯(LC50=29.24 μL/L)。结果表明，丙酸酯类化合物的脂肪链越长，杀虫活性越好，与甲酸酯类化合物结果相反。

2.4 丁酸酯类对玉米象的活性研究

由表1可看出，当体积分数为10 μL/L时，丁酸乙酯、丁酸甲酯和丁酸丙酯等3种丁酸酯类化合物对玉米象的熏杀活性较弱，死亡率仅为26.3%、3.3%和3.3%。当体积分数增至20 μL/L时，丁酸乙酯对玉米象致死率为33.3%，依次分别为丁酸丙酯(16.7%)和丁酸甲酯(15%)。

如表2所示，在3种丁酸酯类化合物中，丁酸丙酯对玉米象的毒性最高，其LC50为23.88 μL/L。其次为丁酸乙酯，LC50为33.25 μL/L，最后为丁酸甲酯，LC50为38.55 μL/L。结果表明，丁酸酯类化合物的脂肪链越长，杀虫活性越好，与丙酸酯类化合物结果相似，但与甲酸酯类化合物相反。

2.5 戊酸酯类对玉米象的活性研究

由表1可看出，当体积分数为10 μL/L时，两种戊酸酯类化合物处理玉米象时，戊酸甲酯和戊酸乙酯的死亡率分别为31.7%和10.0%；当体积分数增至20 μL/L时，戊酸甲酯和戊酸乙酯对玉米象致死率为55.3%和50.0%。

如表2所示，研究结果表明，戊酸甲酯对玉米象的熏杀活性高于戊酸乙酯，戊酸甲酯的LC50为15.20 μL/L，戊酸乙酯的LC50为18.26 μL/L。结果与甲酸酯类化合物类似，脂肪链越长，杀虫活性越低。

3 结论

本实验结果表明，30种挥发性酯类化合物对玉米象均具有较好熏杀活性，并随着浓度增加，杀虫效果更加显著。在5大类烷基酯类化合物中，甲酸酯类化合物对玉米象活性最好，当体积分数为20 μL/L时，玉米象的死亡率几乎全部达到100%。研究发现，乙酸肉桂酯(LC50=0.32 μL/L)、甲酸香叶酯(LC50=1.82 μL/L)和乙酸烯炳酯(LC50=1.92 μL/L)对玉米象具有最强的熏杀活性。乙酸肉桂酯是从肉桂油中提取的重要的脂类香料，是我国规定可使用的香料之一[26]。另外，甲酸香叶酯是从香叶油中提取而得，也是我国规定可使用的香料之一[27]。这两类化合物在适量的条件，对人类健康是相对安全的。因此，乙酸肉桂酯和甲酸香叶酯具有作为玉米象熏蒸剂的极大潜力。

烷基酯类化合物不仅对双翅目和等翅目的昆虫具有较好的生物活性，还对鞘翅目的昆虫有较高的杀虫活性。为了提高这些化合物的应用范围，需要对其他害虫进行生物活性测定，提高其杀虫谱。另外，还需进一步研究这些小分子的挥发化合物的作用方式和机理。同时，还要进行现场实际操作，研究这些挥发性化合物在粮堆内的扩散程度，进一步验证烷基酯类的实用性。