國內(nèi)外昆蟲性信息素劑型及其在不同作物上的研究概況

胡玉偉，管楚雄，安玉興，許漢亮，林明江，李繼虎，毛玉玲

(廣州甘蔗糖業(yè)研究所 廣東省甘蔗改良與生物煉制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東廣州510316)

國內(nèi)外昆蟲性信息素劑型及其在不同作物上的研究概況

胡玉偉，管楚雄，安玉興，許漢亮，林明江，李繼虎，毛玉玲

(廣州甘蔗糖業(yè)研究所 廣東省甘蔗改良與生物煉制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東廣州510316)

昆蟲性信息素應(yīng)用于害蟲防治是有害生物綜合防治中的重要技術(shù)，而昆蟲性信息素劑型的研究是昆蟲性信息素的應(yīng)用前提條件之一。本文介紹昆蟲性信息素劑型設(shè)計(jì)要求、類型、影響因素，并給出近10年國內(nèi)外不同作物上使用的昆蟲性信息素劑型簡例，為我國昆蟲性信息素劑型的研究和應(yīng)用提供參考資料。

性信息素；劑型；昆蟲；不同作物

0 引言

昆蟲性信息素是由昆蟲的某一性別的個(gè)體分泌于體外，被同種異性個(gè)體感受器所接受，并引起異性個(gè)體產(chǎn)生一定的生殖行為反應(yīng)(如覓偶定向，求偶交配等)的微量化學(xué)物質(zhì)。利用昆蟲性信息素防治害蟲是20世紀(jì)60年代以來害蟲綜合治理的一項(xiàng)技術(shù)，具有高效、安全、無污染、無抗性、不傷害天敵等優(yōu)點(diǎn)[1-2]。目前大量使用的昆蟲信息素大多數(shù)為人工合成，其組分一般為油狀液體，多為揮發(fā)性物質(zhì)，在自然的條件下易于揮發(fā)和降解，需要選擇適合的載體，否則昆蟲信息素難以發(fā)揮其效能。因而昆蟲信息素劑型的研究是昆蟲信息素的應(yīng)用前提條件之一。目前，性信息素使用的劑型有橡膠塞/片、聚乙烯管、毛細(xì)管、開口纖維劑型、塑料膜片、夾層塑囊劑型、微膠囊劑型、空心纖維及聚合系統(tǒng)等[3-7]。最近10年，可噴灑的性信息素微球劑型快速發(fā)展起來，在很多國家也已經(jīng)實(shí)施使用[5-6]。

1 昆蟲性信息素劑型設(shè)計(jì)的要求

昆蟲性信息素要在大田中使用，需要滿足一些要求：性信息素要?jiǎng)蛩倬忈尅⒔Y(jié)構(gòu)不發(fā)生變化、田間應(yīng)用便捷性以及經(jīng)濟(jì)可行性。

昆蟲性信息素活性成分多數(shù)為幾種長鏈的不飽和醇、醋酸酯、醛或酮類，鏈長多為10～20碳，其中以12、14、16碳為多，除雙鍵外，多數(shù)在鏈的一

端有一個(gè)功能團(tuán)，容易異構(gòu)化且降解。田間使用時(shí)為了保持長期高濃度且各組分比例穩(wěn)定，那么就需要一定的載體制成適宜的均勻緩釋劑型。一方面載體物質(zhì)不能與性信息素發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，也不能促使性信息素發(fā)生異構(gòu)化；另一方面，載體物質(zhì)要對所含性信息素有一定結(jié)合力，使其在田間根據(jù)設(shè)計(jì)要求能在一段時(shí)間內(nèi)緩慢均勻釋放，達(dá)到預(yù)期效果和目的，同時(shí)易于在較大的空間或地面使用[4]。

研制和開發(fā)性信息素劑型還需要考慮到其他因素。首先是使用目的，要明確是用于害蟲交配干擾、大量誘捕、種群監(jiān)測或與農(nóng)藥相結(jié)合使用，例如把引誘劑放于一種緩釋型載體中單獨(dú)包裝組成，在殺蟲劑產(chǎn)品中充當(dāng)一個(gè)添加劑；將引誘劑和殺蟲劑合并在一個(gè)載體中，成為一個(gè)完整獨(dú)立的產(chǎn)品。使用的目的策略將影響著劑型的類型。微膠囊和液態(tài)類的劑型適用于害蟲交配干擾，這類劑型在田間使用方便且高效，例如可噴灑微膠囊(微球)劑型[5-7]；橡膠類劑型適宜于害蟲的誘殺或者種群監(jiān)測，例如目前甘蔗上普通使用的甘蔗螟蟲種群監(jiān)測和大量誘殺[8-9]。此外，劑型的設(shè)計(jì)還需要考慮到作物類型、目標(biāo)害蟲、信息素組分比例等。

2 昆蟲性信息素劑型的類型

常用的昆蟲信息素劑型可以分為幾大類：微膠囊、夾層型、毛細(xì)管、繩索類、液態(tài)類、塑料片、橡膠塞(或天然橡膠片或硅橡膠片)[3]，聚乙烯管(Polyethylene)也在很多干擾交配劑型中出現(xiàn)[8-9]。

微膠囊技術(shù)是一種用成膜材料把一些固體或液體包覆使形成微小粒子的技術(shù)，這些微小粒子的粒徑一般在納米、微米或毫米的范圍，納米膠囊、微膠囊、微粒以及微球就是根據(jù)不同粒徑大小而命名的[10]。微膠囊是昆蟲性信息素田間應(yīng)用中一種便利的劑型，有許多優(yōu)點(diǎn)。其原理是將把性信息素活性成分封閉在囊壁內(nèi)使其緩慢釋放，并隔絕光照、空氣和水分防止性信息素降解。微膠囊劑型在農(nóng)業(yè)害蟲防治中主要應(yīng)用于害蟲的交配干擾防治中?？梢怨?jié)省勞動力成本、可以與農(nóng)藥肥料等兼容實(shí)施，國外已對許多微膠囊產(chǎn)品進(jìn)行登記并應(yīng)用。

液態(tài)類劑型是將性信息素整合到液態(tài)的劑型中，主要用于干擾交配。例如石蠟，包含信息素的石蠟滴可以用于田間噴霧或者飛機(jī)噴霧，節(jié)省勞動力。

夾層型是指將性信息素混合物的貯存層放在中間，兩邊各一層性信息素的保護(hù)層。其目的是控制貯存層中性信息素按照需求釋放，并保護(hù)貯存層內(nèi)的性信息素不受光解和氧化分解。但是使用時(shí)需要特定的應(yīng)用裝置，勞動力應(yīng)用成本較高，且信息素的釋放率不恒定，利用率不高[3]。

毛細(xì)管類型信息素釋放率相對恒定，信息素的利用率較高，具有良好的點(diǎn)源特性，可以根據(jù)釋放速率、持效期、田間的穩(wěn)定性等進(jìn)行設(shè)計(jì)。這類信息素劑型的持效期可以通過在生產(chǎn)中毛細(xì)管的長短來調(diào)節(jié)，可用于交配干擾，也可用于大量誘殺[3]。該種劑型在田間應(yīng)用時(shí)需要特定的應(yīng)用裝置，勞動力應(yīng)用成本較高。例如目前使用的PVC毛細(xì)管誘芯。

橡膠塞劑型(或者天然橡膠片或者硅橡膠片)，是目前性信息素的最常用劑型。其原理是因?yàn)橄鹉z片在常溫下，結(jié)構(gòu)屬于高彈態(tài)，部分鏈段可以產(chǎn)生滑移，內(nèi)部存在很多微孔。鏈段的可動和微孔均有利于小分子的釋放。該種信息素劑型操作方便、應(yīng)用成本較低，誘蟲活性相對較高。目前在害蟲的種群監(jiān)測和大量誘殺中廣泛使用[11]。使用方法是將定量的性信息素組分溶解在適當(dāng)?shù)娜軇┲?，然后加入橡膠塞的杯內(nèi)或者將橡膠片浸泡在上述含性信息素的溶劑中。通過溶劑的協(xié)助將性信息素組分涌入橡膠中。不同溶劑對信息素組分滲入橡膠的效果不同。一項(xiàng)有關(guān)四種溶劑(正己烷、二氯甲烷、三氯甲烷和二甲基酰胺)對蘋果蠹蛾性信息素組分在橡膠中滲透和分布的影響的結(jié)果表明二氯甲烷是該種劑型的最好溶劑[12]。

聚乙烯(PE)管狀劑型主要用于害蟲的干擾交配。原理是將高分子聚乙烯和性信息素在一定的條件下整合，然后形成管狀，使用時(shí)將管狀劑型插于害蟲活動空間層的植物葉子處。

3 昆蟲信息素的持效期和穩(wěn)定性的影響因素

昆蟲性信息素劑型在田間使用時(shí)最重要的是昆蟲性信息素的持效期和穩(wěn)定性。這些受很多因素影響。昆蟲性信息素自身結(jié)構(gòu)是最重要影響方面，例如許多昆蟲的信息素組分含有雙鍵，在光化學(xué)和熱的作用下容易產(chǎn)生異構(gòu)化，例如共軛雙烯類的信息素組分和醛類的信息素組分在在光化學(xué)和熱的作用下非常容易氧化分解，從而使信息素組分失效[3]。例如以?；页嵋苟?Spodoptera littoralis)性信息素主要組分Z9,E11-14：Ac制作的田間誘捕器誘芯在使

用1個(gè)月左右后，性信息素主成分發(fā)生部分異構(gòu)化，但是單獨(dú)的熱力不會造成這些異構(gòu)體的出現(xiàn)，因此異構(gòu)化過程是由光化學(xué)誘導(dǎo)所致[13]。此外pH值的改變可以導(dǎo)致信息素組分的水解，金屬離子也可以導(dǎo)致信息素組分的聚合[3]。溫度對劑型的設(shè)計(jì)也有重要的影響，溫度越高釋放速率越大因此信息素緩釋劑的劑型設(shè)計(jì)和使用也要考慮季節(jié)因素，比如可以針對不同季節(jié)使用的緩釋劑采用不同的控釋手段，夏天用的緩釋劑設(shè)計(jì)的釋放率可相應(yīng)小些，冬天用的緩釋劑設(shè)計(jì)的釋放速率則可大些。這樣就可消除溫度的影響[14]。

昆蟲信息素在生產(chǎn)，包裝和儲藏過程中也容易發(fā)生降解。劑型材料吸收和解吸的物理因子也影響著信息素的使用效率。在這一過程中可能發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)的吸收或者生物代謝從而影響釋放效率。

4 國內(nèi)外不同作物上昆蟲信息素劑型使用簡例

4.1 蔬菜害蟲

小菜蛾性信息素常用劑型為橡膠誘芯，通常用于種群監(jiān)測和誘殺，但鄧建宇等[3]等研發(fā)了小菜蛾油劑類劑型，對小菜蛾的防治效果高于硅橡膠劑型。陳增良等(2007)[15]用明膠和阿拉伯樹膠為壁材，通過復(fù)合凝聚法合成了100～150 μm小菜蛾性信息素微膠囊，具有一定的緩釋功能且迷向效果良好，其引誘效果高于橡膠誘芯。

4.1 果樹害蟲

梨小食心蟲作為一種重要果樹害蟲，其性信息素研究和應(yīng)用比較成熟。其種群監(jiān)測和誘殺劑型多數(shù)為橡膠類劑型[16]。在勞動密集地區(qū)，這些裝置都取得了大量成功。在勞動非密集區(qū)，為了解決勞動力成本對其限制，輕簡化劑型例如性信息素微膠囊劑型的研究和應(yīng)用在國內(nèi)外展開多年并取得了一定的效果。例如Ll’ichev等(2006)[7]在2002～2004年利用某種微膠囊劑型在梨樹和桃樹上展開干擾交配實(shí)驗(yàn)，使用劑量為125 mL/hm2(每公頃有效成分37.1 g)。結(jié)果證實(shí)，其效果與每公頃放500個(gè)性信息素干擾釋放器取得的效果差不多，但是節(jié)約了大量勞動力。此外，該結(jié)果也比使用廣譜殺蟲劑取得的效果好，但是相對節(jié)約了大量成本[6]。

Rice等(1995)[17]發(fā)明一種性信息素石蠟乳化劑干擾劑型(液體類劑型)，該劑型可用于機(jī)械噴霧防治梨小食心蟲Grapholita molesta、桃枝麥蛾Anarsia lineatella和梨園蚧Quaduaspidiotus perniciosus等果樹害蟲，結(jié)果表明防治梨小食心蟲效果良好，使用后通過連續(xù)監(jiān)測發(fā)現(xiàn)其誘蛾量下降，果實(shí)受害率下降；但用于防治桃枝麥蛾的田間應(yīng)用效果較差，誘蛾量比空白對照反而增加，果實(shí)受害率沒有差異；用于防治梨園蚧時(shí)，使用后通過監(jiān)測發(fā)現(xiàn)害蟲種群量下降，但應(yīng)用成本較高。

Stelinski等(2007)評估性信息素微膠囊使用技術(shù)的幾種參數(shù)對蘋果蠹蛾Cydia pomonella、梨小食心蟲Grapholita molesta、薔薇斜條卷葉蛾Choristoneura rosaceana、紅帶卷蛾卷蛾Argyrotaenia velutinana等害蟲的應(yīng)用效果，發(fā)現(xiàn)微膠囊在果樹上粘附的高度、粘附劑性質(zhì)、每公頃使用的有效組分的比例、季節(jié)性噴灑頻率等均與應(yīng)用效果有關(guān)系[18]。 Epstein等(2011)也得出類似的結(jié)論，認(rèn)為梨小食心蟲釋放器放在樹冠4 m的位置效果要優(yōu)于放于2 m的位置[19]。

Porcel等(2015)[20]開發(fā)了一種適合卷蛾類害蟲的新干擾交配劑型，并在瑞典的一個(gè)單獨(dú)蘋果園做了誘捕實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，該劑型效果很好，適用于各種卷蛾，例如蘋白小卷蛾(Spilonota ocellana)、蘋果蠹蛾Cydia pomonella、棉褐帶卷蛾Adoxophyes orana等。該劑型的實(shí)驗(yàn)成功，對于綜合各種性信息素劑型的開發(fā)具有重要的借鑒意義。

Baldessari等(2013)[21]使用一種新的裝置釋放技術(shù)“Puffer”，應(yīng)用在蘋果蠹蛾的交配干擾中，該裝置為電池供電的加壓氣霧罐，每隔15 min釋放1次，持續(xù)釋放12 h，或者每隔30 min釋放1次，持續(xù)釋放24 h。每次釋放的性信息素量為6.95 mg。該種裝置釋放速率較高，每公頃大約放置2～2.5個(gè)“Puffer”。經(jīng)過3年試驗(yàn)證實(shí)，可有效控制蘋果蠹蛾的種群密度。

Suckling等(2012)[22]在防治蘋果淺褐卷蛾Epiphyas postvittana (Walker)時(shí)，用到了2種新型的有機(jī)干擾劑型—SPLAT LBAM HD-O和Hercon Biotie(生物可降解)。與常規(guī)劑型防治相比，在相同的密度下，效果相當(dāng)。新劑型的研發(fā)也為昆蟲性信息素劑型田間干擾應(yīng)用提供更多技術(shù)選擇性。

Vacas等(2010)[23]驗(yàn)證了一種可降解介孔材料制作的性信息素干擾劑型對紅圓蚧Aonidiella aurantii (Maskell)的防治效果。通過機(jī)噴實(shí)驗(yàn)證實(shí)該劑型對紅圓蚧的干擾效果與可噴灑的油劑相當(dāng)，有

一定的應(yīng)用前景。

4.2 糧食害蟲

水稻螟蟲性誘劑應(yīng)用較多，然而劑型相對單一，種群監(jiān)測和大量誘殺劑型多為橡膠劑型[24]。Cork等(2008)開發(fā)一種聚氯乙烯樹脂緩釋劑(PVC-resincontrolled)，這種緩釋劑非常適合性信息素成分為14個(gè)碳的醋酸類和16個(gè)碳的醛類在野外的釋放，已經(jīng)應(yīng)用到水稻螟蟲三化螟Scirpophaga incertulas的防治，并且有效組分為10 g/hm2為最合適，可以顯著減少該蟲的為害。但是，考慮到田間應(yīng)用的特殊情況，建議提高使用量為有效組分30～40 g/hm2[4]。

在歐洲一項(xiàng)利用性信息素防治地中海玉米螟Sesamia nonagroides的項(xiàng)目中，為了給歐洲玉米種植戶們提供一個(gè)經(jīng)濟(jì)、可行又環(huán)境友好的性信息素干擾制劑，目前研發(fā)出一種可噴灑的水溶性微球劑型包含抗UV-穩(wěn)定劑、助劑、表面活性劑和粘著劑，并且田間持效期可達(dá)到30天以上。這種劑型也已經(jīng)在法國、西班牙和希臘等國的玉米田中利用直升機(jī)噴灑野外實(shí)驗(yàn)[5]。

4.4 甘蔗害蟲

廣州甘蔗糖業(yè)研究所在上世紀(jì)80年代末開始利用橡膠片制作甘蔗條螟、二點(diǎn)螟、黃螟、大螟等預(yù)測預(yù)報(bào)誘芯及大量誘殺劑型等，目前此種劑型材料連同改進(jìn)的施用裝置已經(jīng)在廣東、廣西和云南等大范圍甘蔗種植區(qū)實(shí)施，推廣面積幾百萬畝以上。

上述研究團(tuán)隊(duì)在國內(nèi)最早研究甘蔗條螟性信息素干擾交配劑型，使用劑型為管狀劑型(PE管，直徑0.17 cm，長4.5 cm，中空塑料管，專利產(chǎn)品)，其方法是將聚乙烯管插于甘蔗葉的某一部位，干擾甘蔗害蟲的活動層空間。需要一年3次插管于甘蔗葉子中央，目前已經(jīng)在廣西、廣東、云南等甘蔗主產(chǎn)區(qū)幾十萬畝甘蔗上應(yīng)用，取得很好效果[8-9,11]。然而這種劑型需要耗費(fèi)大量勞動力，隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)展、土地整合，勞動力減少及相應(yīng)勞動力價(jià)格上漲，劑型使用的機(jī)械化及自動化可操作成為進(jìn)一步研究重點(diǎn)。目前，本團(tuán)隊(duì)將性信息素劑型輕簡化研究與應(yīng)用作為主攻方向，已經(jīng)研究開發(fā)出生物降解性可噴灑微球劑型，該種劑型可降解，易噴灑，在農(nóng)業(yè)航空防治病蟲害中擁有巨大的空間。

4.5 林木害蟲

國內(nèi)外昆蟲性信息素在林木上應(yīng)用較多，其劑型類型也較多。例如在研究馬尾松毛蟲性信息素誘殺劑型時(shí)發(fā)現(xiàn)，在誘殺實(shí)驗(yàn)中，高偉等(2001)[25]發(fā)現(xiàn)，載體為復(fù)合橡膠(氯化丁基橡膠和天然橡膠的混合體)的誘芯誘蛾效率比天然橡膠誘芯提高了1倍以上，主要原因是該性信息素包含共軛二烯，復(fù)合橡膠可以減少氧化和異構(gòu)化，說明劑型對馬尾松毛蟲誘殺起到重要作用。

Onufrieva等(2008)[26]在2000～2004年評估3M?微膠囊噴霧型性信息素干擾制劑對舞毒蛾的干擾效果，在15～75 g/hm2劑量下，這種劑型取得了成功，一定程度抑制了舞毒蛾為害，但是與目前廣泛使用的Hercon Disruptò塑料片相比，其效果不是特別突出。隨后其團(tuán)隊(duì)2006～2008年用SPLATòGM液體劑型(石蠟滴，美國產(chǎn)品)作為干擾交配劑用于防治舞毒蛾亦取得了成功，在15～75 g/hm2的劑量下，SPLATòGM液體劑型可減少雌性舞毒蛾的交配效果高于99%，對雄性數(shù)量捕獲率高于90%，此外劑量實(shí)驗(yàn)還證實(shí)此種劑型下7.5 g/hm2與15 g/hm2的效果是一樣的[27]，因此還有進(jìn)一步減少劑型劑量的可能，節(jié)約了經(jīng)濟(jì)成本。

5 結(jié)語

昆蟲性信息素高效安全、環(huán)境友好、無污染，但是相對農(nóng)藥而言大規(guī)模推廣困難，其中重要影響方面之一就是目前使用的昆蟲性信息素劑型。劑型的研究是利用昆蟲性信息防治害蟲的前提條件。由于昆蟲性信息素劑型的研究涉及高分子材料學(xué)、化學(xué)生態(tài)學(xué)、昆蟲學(xué)、生物學(xué)等多學(xué)科，目前對其綜合研究較少，造成國內(nèi)劑型產(chǎn)品較少。目前在我國使用大多數(shù)信息素劑型的釋放不夠穩(wěn)定，或在田間的持效期較短，缺少高效的田間應(yīng)用裝置。有些劑型雖然在田間使用方便，但應(yīng)用成本較高(如微膠囊劑型或其他的液態(tài)類劑型)，大面積推廣困難。目前隨著國內(nèi)外研究的不斷深入及機(jī)械化的高速發(fā)展(例如農(nóng)業(yè)航空技術(shù)發(fā)展)，新的高效劑型不斷地研制出來，這些高效又經(jīng)濟(jì)性的劑型的發(fā)展會使昆蟲信息素的應(yīng)用在害蟲的綜合中發(fā)揮更大的作用。

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(本篇責(zé)任編校：李金玉)

Formulation for Sex Pheromone and Their Application in Different Crops

HU Yu-wei, GUAN Chu-xiong, AN Yu-xing, XU Han-liang, LIN Ming-jiang, LI Ji-hu, MAO Yu-ling
(Guangzhou Sugarcane Industry Research Institute/Guangdong Key Lab of Sugarcane Improvement & Biorefinery, Guangzhou 510316)

Application of sex pheromone is very important in integrated pest management. Formulation study for sex pheromone is one of the prerequisites for development of sex pheromone. However its reports are rare seen in recent years. This paper reviewed the design requirement, types, factors as well as the development of formulation at home and abroad in different crops in recent years, which provides foundation for sex pheromone application.

Sex pheromone; Formulation; Insect; Different crops

S566.1

A

1005-9695(2015)05-0068-06

2015-05-27；

2015-10-18

廣東省科技計(jì)劃(2013B020309002，2015A020209024，2012B061800089)；廣東省工業(yè)技術(shù)研究院生物工程研究所科技基金(B201303)；湛江蔗糖產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化(2012A090300015)；公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(xiàng)(201303017)；國家甘蔗產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系(CR-20)；粵科規(guī)財(cái)字[2014]208號現(xiàn)代甘蔗種業(yè)創(chuàng)新能力建設(shè)

胡玉偉(1983-)，女，博士，主要研究方向?yàn)橛泻ι锞C合防治；E-mail：huyuwei0363@126.com

胡玉偉，管楚雄，安玉興，等. 國內(nèi)外昆蟲性信息素劑型及其在不同作物上的研究概況[J]. 甘蔗糖業(yè)，2015(5)：68-73.