草地貪夜蛾性誘劑納米誘芯的制備及其應(yīng)用

陳秀琴 劉其全 何玉仙 劉必炮 邱良妙

摘要：【目的】制備草地貪夜蛾性誘劑納米誘芯，并開(kāi)展田間誘捕試驗(yàn)，篩選出最佳且有效的誘芯，為草地貪夜蛾的監(jiān)測(cè)和綠色防控提供參考依據(jù)。【方法】采用共溶劑法，以兩親脂質(zhì)分子（DSPE-mPEG5000）為載體制備草地貪夜蛾性信息素膠體粒子，以0.22 μm聚醚砜膜為緩釋材料制備納米誘芯，采用田間生物測(cè)定方法比較不同緩釋載體材料和不同質(zhì)量誘芯的誘蛾效果。【結(jié)果】性信息素Z9-14：OAc、Z7-12：OAc和Z11-16：OAc質(zhì)量比為90∶0.5∶9.5時(shí)誘蛾效果最佳;草地貪夜蛾性信息素膠體粒子呈球形，尺寸在40 nm左右，具有良好的分散性。以0.22 μm聚醚砜膜緩釋載體的納米誘芯誘蛾量最多，為6.07頭/d;緩釋載體為PVC毛細(xì)管的誘芯誘蛾量次之，天然橡膠塞的誘蛾量最少。納米誘芯質(zhì)量為2.0 mg時(shí)的誘蛾效果最佳，誘蛾量顯著高于除1.5 mg外的誘芯質(zhì)量（P<0.05）。【結(jié)論】納米載體DSPE-mPEG5000可有效減緩性信息素分解和氧化變質(zhì)的速度，延長(zhǎng)揮發(fā)時(shí)間。0.22 μm聚醚砜膜載體對(duì)草地貪夜蛾性信息素膠體粒子有明顯的吸附作用，納米性誘劑對(duì)草地貪夜蛾具有良好的室內(nèi)引誘作用和田間誘捕效果，可進(jìn)一步開(kāi)發(fā)并應(yīng)用于草地貪夜蛾的監(jiān)測(cè)與防控。

關(guān)鍵詞： 草地貪夜蛾;性信息素膠體粒子;兩親脂質(zhì)分子;緩釋載體材料;綠色防治

中圖分類號(hào)： S433.4? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號(hào)：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月在我國(guó)云南出現(xiàn)了一種新的害蟲(chóng)——草地貪夜蛾（Spodoptera frugiperda），屬鱗翅目（Lepidoptera）夜蛾科（Noctuidae）（Jing et al.，2020;Li et al.，2020）。草地貪夜蛾是一種多食性害蟲(chóng)，可取食350多種寄主植物，嚴(yán)重威脅著我國(guó)玉米、小麥等糧食作物（Montezano et al.，2018;Lee et al.，2020）。其遷飛能力強(qiáng)，成蟲(chóng)一晚能飛100 km以上，目前已傳播至100多個(gè)國(guó)家和地區(qū)，我國(guó)已有26個(gè)省（區(qū)、市）1538個(gè)縣發(fā)現(xiàn)其為害（林海蔚等，2020;蘇湘寧等，2020）。因此，探索草地貪夜蛾綠色防控措施對(duì)保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)安全具有重要意義。【前人研究進(jìn)展】草地貪夜蛾防治方法多種多樣，目前很大程度上依賴殺蟲(chóng)劑和轉(zhuǎn)基因作物控制蟲(chóng)害，但由于抗藥性、毒性和對(duì)轉(zhuǎn)基因作物抗性問(wèn)題的出現(xiàn)以及消費(fèi)者的偏好，需找到更好的殺蟲(chóng)辦法（Storer et al.，2010;Jakka et al.，2015;Omoto et al.，2016;Chandrasena et al.，2018;Gutiérrez-Moreno et al.，2019）。利用性信息素干擾昆蟲(chóng)交配和誘捕成蟲(chóng)是可推廣的殺蟲(chóng)劑替代品，不僅具有使用量低、生物活性高、專一性強(qiáng)、不傷害天敵、不產(chǎn)生抗藥性及對(duì)人類健康和環(huán)境無(wú)害等優(yōu)勢(shì)，還可通過(guò)調(diào)節(jié)信息素組成來(lái)防止昆蟲(chóng)抗性的發(fā)生（Benelli et al.，2019;Holkenbrink et al.，2020）。最早由Sekul和Sparksm（1967）報(bào)道（Z）-9-十四碳烯-1-醇乙酸酯（Z9-14：OAc）是草地貪夜蛾的性信息素，但用于田間的試驗(yàn)效果不佳，隨后Tumlinson等（1986）對(duì)草地貪夜蛾性信息素成分進(jìn)行分析和田間試驗(yàn)，進(jìn)一步確定其成分組成，主要為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。這些性信息素通過(guò)大規(guī)模誘捕、破壞交配和種群監(jiān)測(cè)等手段，被廣泛應(yīng)用于草地貪夜蛾的防治中（Malo et al.，2018;Cruz-Esteban et al.，2020;Haenniger et al.，2020）。關(guān)于草地貪夜蛾性信息素的組成成分和比例已有一些研究報(bào)道（江南紀(jì)和王琛柱，2019）。由于草地貪夜蛾侵入我國(guó)的時(shí)間較短，國(guó)內(nèi)利用人工合成的性信息素即性誘劑來(lái)防治草地貪夜蛾的報(bào)道較少，主要報(bào)道比較不同市售性誘劑產(chǎn)品對(duì)草地貪夜蛾的誘捕效果。和偉等（2019）研究發(fā)現(xiàn)深圳百樂(lè)寶生物農(nóng)業(yè)科技有限公司性誘劑“誘陷多”對(duì)草地貪夜蛾誘捕效果較好，且配合桶型誘捕器使用的效果最佳。車晉英等（2020）報(bào)道4個(gè)廠家生產(chǎn)的草地貪夜蛾性誘劑在江蘇鹽城市大豐區(qū)進(jìn)行田間誘捕效果試驗(yàn)，能明顯反映出草地貪夜蛾的羽化高峰期，符合測(cè)報(bào)要求，適合該地區(qū)草地貪夜蛾的監(jiān)測(cè)。目前，市售性誘劑誘芯的緩釋材料為復(fù)合橡膠、聚氯乙烯、聚乙烯和石蠟油等。這些緩釋材料在一定程度上減少了性信息素在田間的分解速率，能在一定時(shí)期內(nèi)將性信息素的釋放劑量控制在適宜范圍，但其田間有效使用期仍然有限（樂(lè)俊明等，2019）。因此，篩選對(duì)種群專一性強(qiáng)、靈敏度高的性誘劑，對(duì)綠色防控該蟲(chóng)及其保證農(nóng)業(yè)生產(chǎn)安全具有重要意義。【本研究切入點(diǎn)】由于昆蟲(chóng)性信息素的專一性和高選擇性，簡(jiǎn)單地采用市售誘芯，防控效果難以保證。將性信息素包覆到兩親的脂質(zhì)分子中，制備出性信息素膠體粒子，以提高其在室外條件下的穩(wěn)定性，降低性信息素的釋放速率，同時(shí)選取具有良好緩釋效果的材料作為載體制備納米誘芯。目前，有關(guān)草地貪夜蛾性誘劑納米誘芯的制備及應(yīng)用方面鮮見(jiàn)文獻(xiàn)報(bào)道。【擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題】采用共溶劑法，以二硬脂酰基磷脂酰乙醇胺—聚乙二醇5000（DSPE-mPEG5000）為載體制備草地貪夜蛾性信息素膠體粒子，然后將其吸附到緩釋載體0.22 μm聚醚砜膜上制備得到納米誘芯，以期減緩性信息素分解和氧化變質(zhì)的速度，最大限度保持其理化性質(zhì)，有效延長(zhǎng)其揮發(fā)時(shí)間，提高草地貪夜蛾性誘劑緩釋的穩(wěn)定性和持效性，為草地貪夜蛾性誘劑納米誘芯的開(kāi)發(fā)利用及其應(yīng)用于草地貪夜蛾的監(jiān)測(cè)與防控提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1. 1 試驗(yàn)材料

草地貪夜蛾蟲(chóng)源為2019年9月采自玉米上的健康高齡幼蟲(chóng)，采集地點(diǎn)為福建省閩侯縣大湖鄉(xiāng)新塘村（東經(jīng)119°05′42″，北緯26°20′54″），在人工氣候室內(nèi)用人工飼料繼代飼養(yǎng)，試蟲(chóng)飼養(yǎng)的環(huán)境條件：溫度（25±1）℃，相對(duì)濕度（70±5）%，光周期16 L∶8 D。取草地貪夜蛾雄成蟲(chóng)作為試蟲(chóng)。

化合物Z9-14：OAc、Z7-12：OAc和Z11-16：OAc購(gòu)自薩恩化學(xué)技術(shù)（上海）有限公司，DSPE-mPEG5000購(gòu)自上海亞亦生物技術(shù)公司，四氫呋喃購(gòu)自國(guó)藥化學(xué)試劑有限公司。緩釋載體毛細(xì)管（內(nèi)徑0.5 mm，外徑2.0 mm，材質(zhì)是PVC）和天然橡膠塞從市場(chǎng)購(gòu)買。誘捕器購(gòu)自漳州英格爾農(nóng)業(yè)科技有限公司。透射電子顯微鏡（TEM，型號(hào)HT7700）購(gòu)自日立高新技術(shù)公司，用于表征草地貪夜蛾性信息素膠體粒子的形貌和粒徑。

1. 2 試驗(yàn)方法

1. 2. 1 室內(nèi)誘捕試驗(yàn) 采用多臂嗅覺(jué)儀測(cè)定草地貪夜蛾雄成蟲(chóng)對(duì)不同質(zhì)量比誘芯的選擇情況。嗅覺(jué)儀設(shè)定風(fēng)速為3 cm/min，分別將1.0 mg的Z9-14：OAc、質(zhì)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釋，點(diǎn)滴滲透添加到天然橡膠塞中，制成性誘劑誘芯作為試驗(yàn)組（分別為試驗(yàn)組1、2、3），分別置于嗅覺(jué)儀的3個(gè)支管中，設(shè)置1個(gè)空白對(duì)照。取10頭雄蟲(chóng)放在嗅覺(jué)儀的圓盤中，24 h記錄各支管內(nèi)的雄蟲(chóng)數(shù)量，重復(fù)3次。

1. 2. 2 性誘劑制備

1. 2. 2. 1 不同比例性信息素配制 將性信息素3種組分Z9-14：OAc、Z7-12：OAc和Z11-16：OAc按照90∶0.5∶9.5的質(zhì)量百分比配制成總質(zhì)量為100 mg的3種組分混合溶液，溶劑為四氫呋喃。

1. 2. 2. 2 草地貪夜蛾性信息素納米粒子制備 取1.2.2.1配制的混合溶液，在超聲下溶解1 mg兩親脂質(zhì)分子DSPE-mPEG5000，在混合溶液中加入9 mL蒸餾水后繼續(xù)超聲120 s，然后向混合溶液中滴入1%吐溫80，繼續(xù)在室溫下攪拌24 h，蒸發(fā)有機(jī)溶劑，得到草地貪夜蛾性信息素膠體粒子。

1. 2. 3 田間誘捕試驗(yàn)

1. 2. 3. 1 試驗(yàn)地基本概況 試驗(yàn)地點(diǎn)位于福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院基地塑料大棚和玉米地，試驗(yàn)時(shí)基地大棚主要用于水稻和玉米苗的培育，無(wú)草地貪夜蛾成蟲(chóng)。

1. 2. 3. 2 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 根據(jù)室內(nèi)測(cè)定結(jié)果，試驗(yàn)設(shè)計(jì)2個(gè)試驗(yàn)組，試驗(yàn)組1共設(shè)4個(gè)處理：即采用天然橡膠塞、市售的PVC毛細(xì)管和0.22 μm聚醚砜膜3種緩釋載體，將草地貪夜蛾性信息素以正己烷為溶劑按照1.2.2.1的配比配制，吸附到載體中制成普通誘芯，單個(gè)性誘劑誘芯的質(zhì)量為1.0 mg，分別標(biāo)記為C1、C2和C3;另外將1.2.2.2制備的膠體粒子吸附到0.22 μm聚醚砜膜載體上制備誘芯質(zhì)量為1.0 mg的納米誘芯，標(biāo)記為C4，將誘芯安裝到市售誘捕器的誘芯固定槽中，3次重復(fù)。將誘捕器隨機(jī)排布在試驗(yàn)基地大棚內(nèi)，試驗(yàn)時(shí)間為2020年11月1—14日，試驗(yàn)期間每天上午8：00—9：00在大棚中心位置釋放草地貪夜蛾雄成蟲(chóng)20頭。每個(gè)誘捕器離地高度均設(shè)為1.2 m，各處理間隔15 m。每天上午8：00—9：00統(tǒng)計(jì)1次誘蛾數(shù)量，試驗(yàn)持續(xù)14 d。

試驗(yàn)組2共設(shè)5個(gè)處理：將1.2.2.2制備的納米粒子緩慢注入到0.22 μm聚醚砜膜載體上，制備誘芯質(zhì)量為0.5、1.0、1.5、2.0和4.0 mg的納米誘芯，分別標(biāo)記為D1、D2、D3、D4和D5，將誘芯安裝到市售桶形誘捕器的誘芯固定槽中，3次重復(fù)。將誘捕器隨機(jī)排布在試驗(yàn)基地玉米地里，每個(gè)誘捕器離地高度均設(shè)為1.2 m，各處理間隔15 m。試驗(yàn)時(shí)間為2020年11月11日—12月1日，每天統(tǒng)計(jì)誘蛾數(shù)量。

1. 3 統(tǒng)計(jì)分析

采用Excel 2010和SPSS Statistics 21.0對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，以單因素方差分析法（One-way ANOVA，LSD多重比較法）對(duì)不同處理間的差異顯著性進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2. 1 不同質(zhì)量比性信息素對(duì)草地貪夜蛾的引誘量

由圖1可知，不同質(zhì)量比性信息素誘芯的誘蛾量顯著高于對(duì)照組（P<0.05，下同），其中有部分雄蟲(chóng)未做選擇。性信息素Z9-14：OAc、Z7-12：OAc和Z11-16：OAc質(zhì)量比為90：0.5：9.5時(shí)的誘蛾效果最好，因此，該質(zhì)量比的性信息素可作為制備草地貪夜蛾性誘劑納米誘芯。

2. 2 草地貪夜蛾性信息素膠體粒子的形成和表征

DSPE-mPEG5000具有磷脂的兩親性，且PEG鏈具有親水性。臨界膠束濃度（CMC）低，具有良好的載藥穩(wěn)定性。DSPE-mPEG5000可在水中負(fù)載草地貪夜蛾性信息素形成膠體粒子。在透射電子顯微鏡觀察下，膠體粒子呈球形，尺寸在40 nm左右，如圖2所示。

2. 3 不同緩釋載體普通誘芯與納米誘芯的誘蛾量

由圖3可知，普通誘芯中以緩釋載體為0.22 μm聚醚砜膜的誘芯（C3）誘捕到的雄蟲(chóng)數(shù)量最多，每個(gè)誘捕器平均誘蛾量為3.63頭/d，緩釋載體為PVC毛細(xì)管的誘芯（C2）誘捕到的雄蟲(chóng)數(shù)量次之，每個(gè)誘捕器平均誘蛾量為3.04頭/d，天然橡膠塞（C1）的誘蛾量最少，每個(gè)誘捕器平均誘蛾量為2.52頭/d;而納米誘芯（C4）的誘蛾量顯著多于普通誘芯，每個(gè)誘捕器平均誘蛾量為6.07頭/d。

2. 4 不同質(zhì)量納米誘芯的誘蛾量

由圖4可知，草地貪夜蛾性信息素配比相同，總質(zhì)量不同時(shí)，其誘蛾效果存在顯著差異，隨著性信息素質(zhì)量的增加，誘蛾效果呈上升趨勢(shì);納米誘芯質(zhì)量為1.5和2.0 mg時(shí)誘蛾量較多，但兩者間差異不顯著（P>0.05），但當(dāng)誘芯質(zhì)量為4.0 mg時(shí)，誘蛾量反而有所下降。說(shuō)明并不是誘芯中的性信息素含量越高誘蛾效果越好。草地貪夜蛾納米誘芯質(zhì)量為2.0 mg時(shí)具有最佳的誘蛾效果。

3 討論

草地貪夜蛾自入侵我國(guó)后，其發(fā)生面積已達(dá)130多萬(wàn)ha，且有進(jìn)一步向華北和東北地區(qū)擴(kuò)散為害的趨勢(shì)，因此草地貪夜蛾的防控任務(wù)艱巨。面對(duì)突如其來(lái)的害蟲(chóng)，化學(xué)防治仍是控制其短時(shí)間內(nèi)大暴發(fā)的主要手段，但長(zhǎng)期和大量的使用化學(xué)農(nóng)藥易產(chǎn)生抗藥性。利用性信息素來(lái)干擾昆蟲(chóng)交配和誘捕成蟲(chóng)是可推廣的殺蟲(chóng)劑替代品。本研究對(duì)不同高分子緩釋材料制成的誘芯進(jìn)行田間誘蟲(chóng)試驗(yàn)比較，結(jié)果表明，0.22 μm聚醚砜膜載體的緩釋效果更穩(wěn)定，持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)，而天然橡膠塞和PVC毛細(xì)管在試驗(yàn)前期誘蛾效果與0.22 μm聚醚砜膜載體相當(dāng)，但隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，誘蛾效果有所下降，可能是由于所負(fù)載的性信息素釋放速率過(guò)快導(dǎo)致，與樂(lè)俊明等（2019）報(bào)道一種以天然橡膠塞和PVC緩釋載體的斜紋夜蛾誘芯的誘蛾情況有類似效果，即前期誘蛾效果不錯(cuò)，但持效期短。將性信息素膠體粒子吸附到0.22 μm聚醚砜膜載體上制得的納米誘芯持效時(shí)間最長(zhǎng)，這是由于將性信息素通過(guò)DSPE-mPEG5000制成膠體粒子，載體DSPE-mPEG5000有效減緩性信息素分解和氧化變質(zhì)的速度，延長(zhǎng)了揮發(fā)時(shí)間。

對(duì)比不同質(zhì)量納米誘芯的誘蛾量發(fā)現(xiàn)，隨著性信息素質(zhì)量的增加，誘蛾效果呈先上升后下降的變化趨勢(shì)。這可能是由于當(dāng)性信息素達(dá)到一定量時(shí)其釋放速率已接近昆蟲(chóng)雌蛾的性信息素釋放速率和釋放量，因而誘蛾效果和持效時(shí)間均達(dá)到最優(yōu)水平。繼續(xù)增加性信息素量，反而可能起到趨避作用，因此誘蛾量也相應(yīng)減少。沈嘉彬等（2019）也報(bào)道過(guò)6種不同配方性誘劑的田間誘蛾效果，其中配方相同但含量不同時(shí)，誘蛾效果也不同，信息素質(zhì)量與誘蛾量并不成正比關(guān)系。

因此，可通過(guò)選擇合適的緩釋載體，使性信息素的釋放量接近于雌蛾的釋放速度和釋放量，以提高性誘劑的持效時(shí)間和誘蛾效果，降低成本。同時(shí)還可根據(jù)氣候條件優(yōu)化誘捕器的形狀及放置的高度和間距，從而達(dá)到最佳的誘捕效果，實(shí)現(xiàn)田間綠色防控。除利用性誘劑誘捕成蟲(chóng)外，還可與天敵昆蟲(chóng)、微生物及微生物代謝產(chǎn)物等相結(jié)合，以達(dá)到更好的防治效果。

4 結(jié)論

載體DSPE-mPEG5000可有效減緩性信息素分解和氧化變質(zhì)的速度，延長(zhǎng)揮發(fā)時(shí)間。0.22 μm聚醚砜膜載體對(duì)草地貪夜蛾性信息素膠體粒子有明顯的吸附作用，納米性誘劑對(duì)草地貪夜蛾具有良好的室內(nèi)引誘作用和田間誘捕效果，可進(jìn)一步開(kāi)發(fā)利用并應(yīng)用于草地貪夜蛾的監(jiān)測(cè)與防控。

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（責(zé)任編輯 羅 麗）