甲酸乙酯與氮?dú)饣旌涎魧?duì)赤擬谷盜的毒力研究

唐培安 吳學(xué)友 宋 偉

(糧食儲(chǔ)運(yùn)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室南京財(cái)經(jīng)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，南京 210046)

糧食儲(chǔ)藏是合理利用糧食資源的重要手段，而害蟲、害螨和微生物的危害可造成糧食質(zhì)量和數(shù)量的巨大損失［1－3］。近年來，溴甲烷因?qū)Τ粞鯇拥钠茐淖饔枚饾u被限用和淘汰，儲(chǔ)糧害蟲對(duì)磷化氫的抗藥性問題也日益嚴(yán)重［4－6］。因此，尋求綠色、安全、環(huán)保的儲(chǔ)糧害蟲防治藥劑已顯得非常迫切。甲酸乙酯(ethyl formate，EtF)是一種古老的熏蒸劑，近年來因其環(huán)境友好性又重新引起人們的研究興趣。甲酸乙酯作為儲(chǔ)糧熏蒸劑具有殺蟲迅速、降解速度快、熏蒸后對(duì)糧食無不良影響等優(yōu)良特性，然而在熏蒸過程中也暴露出吸附性強(qiáng)、受環(huán)境溫度影響較大以及高濃度下容易發(fā)生爆炸等問題急需解決［7－13］。

氮?dú)鈿庹{(diào)技術(shù)是一種綠色環(huán)保的儲(chǔ)糧新技術(shù)，利用空氣中取之不盡用之不竭的惰性氣體——氮?dú)庾鳛闅庹{(diào)儲(chǔ)糧介質(zhì)，置換糧倉(cāng)內(nèi)的氧氣，使儲(chǔ)糧環(huán)境保持高氮(96%以上)、低氧(4%以下)的狀態(tài)，從而導(dǎo)致儲(chǔ)糧害蟲缺氧窒息死亡;該技術(shù)還具有抑制霉菌繁殖，保持糧食品質(zhì)的作用，是一種集殺蟲、抑霉、保鮮于一體的無毒、無害、安全、環(huán)保的綠色儲(chǔ)糧技術(shù)［14－17］。然而該技術(shù)要求高氮低氧的環(huán)境持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)才能達(dá)到較好的殺蟲效果，這就對(duì)糧倉(cāng)的密閉性提出了很高的要求。將氮?dú)鈿庹{(diào)技術(shù)與甲酸乙酯混合使用有望提高甲酸乙酯的燃爆臨界濃度，縮短氣調(diào)儲(chǔ)糧的處理時(shí)間、降低對(duì)糧倉(cāng)密閉性的苛刻要求，從而降低糧倉(cāng)的建設(shè)成本、減少氣調(diào)儲(chǔ)糧過程中的能耗等。本試驗(yàn)以赤擬谷盜為對(duì)象，系統(tǒng)研究了氮?dú)鈿庹{(diào)與甲酸乙酯混合使用的熏蒸效果，為兩種技術(shù)的結(jié)合使用提供理論指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 供試?yán)ハx

供試?yán)ハx赤擬谷盜(Tribolium castaneum)于2010年9月采自南京財(cái)經(jīng)大學(xué)儲(chǔ)糧害蟲防治實(shí)驗(yàn)室的模擬糧倉(cāng)中，并在養(yǎng)蟲室內(nèi)人工飼養(yǎng)數(shù)代。將赤擬谷盜成蟲接種于含有60 g配制飼料的500 mL玻璃瓶中，其中，玻璃瓶經(jīng)160℃干熱滅菌60 min，配制飼料為全麥粉和酵母粉按質(zhì)量比20∶1混合而成。產(chǎn)卵1周后將赤擬谷盜成蟲篩去，其后代在溫度為(32±1)℃、相對(duì)濕度(75±5)%、24 h無光照條件下繼續(xù)培養(yǎng)，待成蟲大量出現(xiàn)后1～2周內(nèi)，挑取發(fā)育健康的成蟲作為供試蟲源。

1.2 供試藥劑

甲酸乙酯(含量≥98.0%):中國(guó)醫(yī)藥集團(tuán)上海化學(xué)試劑公司，化學(xué)純。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 氣調(diào)方法及裝置

以理想氣體狀態(tài)方程PV=nRT和阿伏伽德羅定律為理論依據(jù)，利用真空泵抽取密封廣口瓶?jī)?nèi)空氣至一定壓力后(以三通管連通的U型壓力計(jì)測(cè)定)，注入等量的高純度氮?dú)猓@得試驗(yàn)所需的氮?dú)鉂舛取Ｔ囼?yàn)所用裝置如圖1所示。

圖1 試驗(yàn)氣調(diào)裝置

1.3.2 氮?dú)鉂舛葘?duì)甲酸乙酯熏蒸效果的影響

采用廣口瓶密閉熏蒸法。處理溫度為20℃，熏蒸時(shí)間為24 h，氮?dú)鉂舛确謩e為78%、81%、84%、87%、90%和95%，甲酸乙酯濃度分別為10、12、14、16和18μL/L進(jìn)行試驗(yàn)。具體方法為:挑取供試赤擬谷盜成蟲50頭置于3 L廣口瓶中，密封廣口瓶，利用1.3.1中氣調(diào)裝置將廣口瓶?jī)?nèi)氮?dú)鉂舛日{(diào)至試驗(yàn)設(shè)定濃度，加入一定劑量的甲酸乙酯。將處理后的廣口瓶放置于已設(shè)定好溫度的培養(yǎng)箱內(nèi)，全黑暗條件下進(jìn)行熏蒸。每個(gè)處理設(shè)置3次重復(fù)，并設(shè)置空白對(duì)照組，在散氣24 h后檢查記錄成蟲死亡數(shù)。

1.3.3 熏蒸時(shí)間對(duì)氮?dú)夂图姿嵋阴セ旌涎粜Ч挠绊?/p>

熏蒸方法同1.3.2。在25℃，氮?dú)鉂舛葹?0%，甲酸乙酯濃度分別為12、14和16μL/L條件下，設(shè)定熏蒸時(shí)間分別為24、36、48、60和72 h，全黑暗熏蒸后檢查記錄成蟲死亡數(shù)。每個(gè)處理供試赤擬谷盜成蟲50頭，設(shè)置3次重復(fù)和空白對(duì)照。

1.3.4 溫度對(duì)氮?dú)夂图姿嵋阴セ旌涎粜Ч挠绊?/p>

熏蒸方法同 1.3.2。溫度設(shè)定 15.0、17.5、20.0、22.5、25.0、27.5、30.0 和 32.5 ℃，氮?dú)鉂舛确謩e為87%、90%和95%，甲酸乙酯濃度分別為12、14和16 μL/L，在全黑暗條件下熏蒸處理24 h。每個(gè)處理供試成蟲50頭，設(shè)置3次重復(fù)，并設(shè)置空白對(duì)照組。

1.3.5 不同氮?dú)鉂舛认录姿嵋阴?duì)赤擬谷盜成蟲致死中濃度LC50的測(cè)定

熏蒸方法同1.3.2。熏蒸時(shí)間設(shè)定為24 h，溫度條件為25℃，氮?dú)鉂舛确謩e為78%、87%、90%和95%。每一處理選擇5～7個(gè)藥劑濃度。氮?dú)鉂舛?8%條件下，甲酸乙酯濃度梯度為 17、18、19、21、23 μL/L;氮?dú)鉂舛?7%條件下，甲酸乙酯濃度梯度為16、17、18、19、20 μL/L;氮?dú)鉂舛?90% 條件下，甲酸乙酯濃度梯度為 13、14、16、17、18 μL/L;氮?dú)鉂舛?5% 條件下，甲酸乙酯濃度梯度為 8、9、10、11、13 μL/L。使其平均校正死亡率在16%～84%之間，每一處理供試成蟲50頭，設(shè)3次重復(fù)和空白對(duì)照。

1.3.6 數(shù)據(jù)處理

采用Abbott公式對(duì)死亡率進(jìn)行校正:校正死亡率=［(處理死亡率－對(duì)照死亡率)/(1－對(duì)照死亡率)］×100%

將校正死亡率進(jìn)行反正弦轉(zhuǎn)換后，采用SPSS軟件進(jìn)行方差分析，多種比較采用Duncan’s新復(fù)極差法。采用IRM害蟲抗藥性管理軟件進(jìn)行回歸分析，用幾率值法求出毒力回歸線和LC50、LC95值。

2 結(jié)果與分析

2.1 氮?dú)鉂舛葘?duì)甲酸乙酯熏蒸效果的影響

不同氮?dú)鉂舛认录姿嵋阴サ难粜Ч绫?所示。從表1中可以看出，相同甲酸乙酯濃度下，氮?dú)鉂舛鹊奶岣呖娠@著增加赤擬谷盜成蟲的校正死亡率(P＜0.05)。在甲酸乙酯濃度為18μL/L時(shí)，78%的氮?dú)鉂舛认拢囅x的校正死亡率為41.5%，而當(dāng)?shù)獨(dú)鉂舛?0%時(shí)，校正死亡率超過90%，氮?dú)鉂舛壬仙?5%時(shí)，赤擬谷盜全部死亡。

表1 不同濃度的氮?dú)夂图姿嵋阴セ旌涎籼幚沓鄶M谷盜成蟲的死亡率(24 h，20℃)

2.2 熏蒸時(shí)間對(duì)氮?dú)夂图姿嵋阴セ旌涎粜Ч挠绊?/h3>

在90%的氮?dú)鉂舛认拢魰r(shí)間對(duì)甲酸乙酯熏蒸效果的影響結(jié)果見表2。從表2中可以看出，當(dāng)甲酸乙酯濃度相同時(shí)，在供試的所有熏蒸時(shí)間內(nèi)(24、36、48、60、72 h)赤擬谷盜的校正死亡率無顯著差異(P＞0.05)，說明甲酸乙酯與氮?dú)饣煊每梢栽谳^短的時(shí)間內(nèi)發(fā)揮熏蒸毒力，具有良好的速效性。

表2 不同甲酸乙酯濃度和熏蒸時(shí)間下赤擬谷盜成蟲的死亡率(25℃，90%N2)

2.3 溫度對(duì)氮?dú)夂图姿嵋阴セ旌涎粜Ч挠绊?/h3>

溫度對(duì)氮?dú)夂图姿嵋阴セ旌涎粜Ч挠绊懸姳?～表5。試驗(yàn)結(jié)果表明，在供試的3個(gè)氮?dú)鉂舛认拢瑴囟染@著影響甲酸乙酯對(duì)赤擬谷盜的熏蒸效果，且甲酸乙酯的熏蒸效果在低溫下比在高溫下好，15.0℃ ～32.5℃范圍內(nèi)隨著溫度的升高赤擬谷盜成蟲的校正死亡率呈現(xiàn)逐漸降低趨勢(shì)，其差異達(dá)極顯著水平(P ＜0.01)。

表3 不同甲酸乙酯濃度和處理溫度下赤擬谷盜成蟲的死亡率(24 h，87%N2)

表4 不同甲酸乙酯濃度和處理溫度下赤擬谷盜成蟲的死亡率(24 h，90%N2)

表5 不同甲酸乙酯濃度和處理溫度下赤擬谷盜成蟲的死亡率(24 h，95%N2)

2.4 不同氮?dú)鉂舛认录姿嵋阴?duì)赤擬谷盜成蟲致死中濃度LC50的測(cè)定

在不同氮?dú)鉂舛认聹y(cè)定甲酸乙酯對(duì)赤擬谷盜成蟲的熏蒸毒力，并采用直線回歸方程擬合死亡率概率值(Y)與濃度對(duì)數(shù)值(X)之間的關(guān)系(表6)。隨著氮?dú)鉂舛鹊脑黾蛹姿嵋阴?duì)赤擬谷盜成蟲的致死中濃度逐漸減小，說明氮?dú)鉂舛鹊奶岣呖擅黠@增加甲酸乙酯的熏蒸毒力。

表6 不同氮?dú)鉂舛认录姿嵋阴?duì)赤擬谷盜成蟲的毒力回歸方程(25℃，24 h)

3 討論與結(jié)論

甲酸乙酯作為糧食熏蒸劑具有殺蟲速度快、熏蒸后對(duì)糧食品質(zhì)無不良影響、對(duì)環(huán)境安全等優(yōu)點(diǎn)，受到國(guó)內(nèi)外儲(chǔ)糧害蟲管理研究者越來越多的關(guān)注。唐培安等［18］通過甲酸乙酯對(duì)赤擬谷盜不同蟲態(tài)的熏蒸效果研究顯示，處理時(shí)間和溫度顯著影響甲酸乙酯對(duì)赤擬谷盜各蟲態(tài)的熏蒸致死效果，且在低溫條件下處理比在高溫下熏蒸效果好。Dojchinov等［19］研究發(fā)現(xiàn)施用劑量分別為420、660和940 g/m3的甲酸乙酯與二氧化碳制劑(VapormateTM)熏蒸50 t小麥倉(cāng)3、24和72 h，各種蟲態(tài)的谷蠹和赤擬谷盜均得到完全控制，混合蟲態(tài)的米象死亡率也在98%以上。此外，王殿軒等［20］還發(fā)現(xiàn)對(duì)磷化氫抗性系數(shù)分別為1、3、170和247倍的赤擬谷盜品系對(duì)甲酸乙酯的敏感性相似，未表現(xiàn)出交互抗性。2002年，甲酸乙酯作為處理干果的熏蒸劑在澳大利亞登記注冊(cè)。可見，甲酸乙酯是一個(gè)具有開發(fā)潛力的優(yōu)良熏蒸劑。

然而，甲酸乙酯作為儲(chǔ)糧熏蒸劑的問題是容易被糧食吸附、熏蒸效果受溫度影響比較大、濃度過高時(shí)容易引起爆炸等。澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)研究組織(CSIRO)從甲酸乙酯與二氧化碳混用的角度入手進(jìn)行開發(fā)研究，證明二氧化碳對(duì)甲酸乙酯具有很強(qiáng)的增效作用，按照甲酸乙酯與二氧化碳1∶6(體積比)的比例配制的VapormateTM已成功注冊(cè)了為一種儲(chǔ)糧熏蒸制劑［8，19］。但是，以二氧化碳作為媒介的問題也非常突出，熏蒸后糧庫(kù)中高濃度的二氧化碳會(huì)導(dǎo)致人體供氧不足，對(duì)操作人員具有一定的威脅，而熏蒸后二氧化碳的排放會(huì)加劇全球溫室效應(yīng)，再者二氧化碳的獲取不便也增加了操作成本。

氮?dú)庠诳諝庵械谋壤哌_(dá)78%，更易獲得，降低了成本，具有無毒、無害、安全、環(huán)保的優(yōu)良特性，是最常用的氣調(diào)技術(shù)。然而，氮?dú)鈿庹{(diào)技術(shù)要求在糧倉(cāng)中保持高氮?dú)鉂舛?96%以上)較長(zhǎng)的時(shí)間(15 d)才能達(dá)到預(yù)期的殺蟲效果，這就對(duì)糧倉(cāng)的密閉性提出了很高的要求。本研究從甲酸乙酯與氮?dú)饣旌蠎?yīng)用的角度進(jìn)行研究，結(jié)果表明，氮?dú)鉂舛仍黾涌娠@著提高甲酸乙酯對(duì)赤擬谷盜成蟲的熏蒸效果，且在24 h以內(nèi)就能發(fā)揮非常好的熏蒸活性，此外，溫度對(duì)熏蒸效果影響極顯著，在相對(duì)較低的溫度下兩者混用可以達(dá)到更好的熏蒸效果，這一特性符合當(dāng)前低溫儲(chǔ)糧的要求。氮?dú)鈿庹{(diào)技術(shù)與甲酸乙酯混用結(jié)合了兩種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，可顯著降低甲酸乙酯的使用濃度、減少氣調(diào)技術(shù)對(duì)糧倉(cāng)密閉性的依賴，降低儲(chǔ)糧成本，增加儲(chǔ)糧安全性，是一種非常有潛力的儲(chǔ)糧新方法。同時(shí)氮?dú)鈿庹{(diào)技術(shù)與甲酸乙酯結(jié)合在實(shí)際應(yīng)用中會(huì)受到儲(chǔ)糧種類、施用方法、環(huán)境溫度、害蟲數(shù)量等各種條件的影響，其具體應(yīng)用技術(shù)有待于進(jìn)一步研究。

［1］張濤，張洪清，曹陽(yáng)，等.4種煙劑對(duì)空倉(cāng)儲(chǔ)糧害蟲成蟲的藥效試驗(yàn)［J］.中國(guó)糧油學(xué)報(bào)，2012，27(3):81 －84

［2］Silva L C，Queiroz D M，F(xiàn)lores R A，et al.A simulation toolset for modeling grain storage facilities［J］.Journal of Stored Products Research，2012，48:30 －36

［3］陳雅群，謝令德，張建珍，等.兩種昆蟲生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑對(duì)赤擬谷盜的控制效果［J］.中國(guó)糧油學(xué)報(bào)，2012，27(3):85－88

［4］Campbell P M.Comparison of the mitochondrial proteomes of phosphine－susceptible and－resistant Tribolium castaneum［J］.Journal of Stored Products Research，2010，46(3):197－201

［5］Taylor R W D.Methyl bromide－Is there any future for this noteworthy fumigant?［J］.Journal of Stored Products Research，1994，30(4):253 －260

［6］曹陽(yáng)，柏志美，陳巨紅，等.基于磷化氫擊倒中時(shí)間的儲(chǔ)糧害蟲抗性快速測(cè)定方法研究［J］.中國(guó)糧油學(xué)報(bào)，2006，21(3):184－188

［7］Ren Y L，Mahon D.Fumigation trials on the application of ethyl formate to wheat，split faba beans and sorghum in small metal bins［J］.Journal of Stored Products Research，2006，42(3):277－289

［8］Damcevski K A，Dojchinov G，Woodman JD，et al.Efficacy of vaporised ethyl formate/carbon dioxide formulation against stored－ grain insects:effect of fumigant concentration，exposure time and two grain temperatures［J］.Pest Management Science，2010，66(4):432 －438

［9］Ni X，Ren Y L，F(xiàn)orrester R I，et al.Toxicity of ethyl formate to adult Sitophilus oryzae(L.)，Tribolium castaneum(herbst)and Rhyzopertha dominica(F.)［J］.Journal of Stored Products Research，2008，44(3):241 －246

［10］王殿軒，郜智賢，國(guó)娜，等.二氧化碳對(duì)甲酸乙酯熏蒸米象和赤擬谷盜的毒力增效作用［J］.河南工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2009，30(1):1 －5

［11］Lee B H，Huh W，Ren Y L，et al.New formulations of ethyl Formate to control internal stages of Sitophilus oryzae［J］.Journal of Asia － Pacific Entomology，2007，10(4):369 －374

［12］唐培安，鄧永學(xué)，王進(jìn)軍，等.甲酸乙酯對(duì)米象不同蟲態(tài)的熏蒸作用［J］.植物保護(hù)學(xué)報(bào)，2006，33(2):178 －182

［13］Damcevski K A，Annis P C.Influence of grain and relative humidity on the mortality of Sitophilusoryzae(L.)adults exposed to ethyl formate vapour［J］.Journal of Stored Products Research，2006，42(1):61 －74

［14］Hashem M Y，Risha E M，El－ Sherif SI，et al.The effect of modified atmospheres，an alternative to methyl bromide，on the susceptibility of immature stages of angoumois grain moth Sitotroga cerealella(Olivier)(Lepidoptera:Gelechiidae)［J］.Journal of Stored Products Research，2012，50:57 －61

［15］Navarro S.Modified atmospheres for the control of stored －product insects and mites［M］.//Heaps JWInsect management for food storage and processing.St.Paul，Minnesota，USA:American Association of Cereal Chemists，2006:101 －141

［16］高素芬.氮?dú)鈿庹{(diào)儲(chǔ)糧技術(shù)應(yīng)用進(jìn)展［J］.糧食儲(chǔ)藏，2009，38(4):25 －28

［17］Riudavets J，Casta éC，Alomar O，et al.The use of carbon dioxide at high pressure to control nine stored－product pests［J］.Journal of Stored Products Research，2010，46(4):228－233

［18］唐培安，鄧永學(xué)，王進(jìn)軍，等.甲酸乙酯對(duì)赤擬谷盜不同蟲態(tài)的熏蒸活性研究［J］.西南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2006，28(1):61 －65

［19］Dojchinov G，Damcevski K A，Woodman J D，et al.Field evaluation of vaporised ethyl formate and carbon dioxide for fumigation of stored wheat［J］.Pest Management Science，2010，66(4):417 －424

［20］王殿軒，劉炎，郜智賢，等.甲酸乙酯對(duì)不同磷化氫抗性水平赤擬谷盜的毒力比較［J］.植物檢疫，2010，24(3):23－26.