松墨天牛信息化合物在不同緩釋載體上的釋放速率

朱誠棋，陳家穎，馬 濤，牟 靜，秦文權(quán)，溫秀軍

(華南農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)與風(fēng)景園林學(xué)院，廣東 廣州 510642)

松墨天牛信息化合物在不同緩釋載體上的釋放速率

朱誠棋，陳家穎，馬 濤，牟 靜，秦文權(quán)，溫秀軍*

(華南農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)與風(fēng)景園林學(xué)院，廣東 廣州 510642)

[目的]為研究目前常用的4種緩釋載體對松墨天牛信息化合物的釋放速率，以篩選合適的緩釋材料應(yīng)用于仿生誘芯制作。[方法]選用(+)-α-蒎烯、(-)-β-蒎烯、2-十一烷氧基-1-乙醇，按9∶1∶1的成分比配制成引誘劑，聚乙烯緩釋瓶A(LDPE)、聚乙烯緩釋瓶B(HDPE)、聚乙烯管(PE)及燈芯瓶(PP)作為松墨天牛信息化合物的緩釋材料，制作成松墨天牛誘芯懸掛于室外，并以APF-Ⅰ型松墨天牛引誘劑為對照。每5 d稱量誘芯的重量并對緩釋材料內(nèi)的引誘劑成分進行GC分析，連續(xù)觀察記錄60 d，探究不同材料的緩釋效果。[結(jié)果]燈芯瓶作為緩釋材料，能使三種松墨天牛信息化合物比例長時間保持在較好水平，60 d后三種組分的相對含量分別為85.69%、9.23%、5.08%，缺點在于日揮發(fā)量較低。而聚乙烯緩釋瓶A、聚乙烯緩釋瓶B、聚乙烯管三種緩釋材料組分揮發(fā)比例不協(xié)調(diào)，表現(xiàn)在聚乙烯緩釋瓶A不能在較長時間內(nèi)保持初始組分比例，物質(zhì)釋放在第19 d達到高峰，然后迅速下降并保持低釋放水平；聚乙烯緩釋瓶B中信息化合物的釋放速率長期處于不穩(wěn)定狀態(tài)，第34 d是其釋放速率的高峰，但該緩釋材料能將釋放量長期處于較高釋放水平；聚乙烯管能在初期測試時就達到釋放最高水平，然后隨觀測時間推移釋放量持續(xù)下降，不能保持長時間高釋放量。[結(jié)論]對照常見的APF-Ⅰ緩釋材料，聚乙烯管緩釋曲線最接近。實驗明確了松墨天牛信息化合物在4種常用緩釋載體上的釋放模式及釋放動態(tài)特征，能對緩釋材料的選擇應(yīng)用提供指導(dǎo)，但這些材料都有一定缺陷，有必要加強對松墨天牛引誘劑緩釋材料的進一步研究。

松墨天牛；信息化合物；緩釋材料；緩釋

松墨天牛(MonochamusalternatusHope)屬鞘翅目(Coleoptera)天?？?Cerambycidea)墨天牛屬(Monochamus)，是一種嚴重危害馬尾松(PinusmassonianaLamb.)、濕地松(Pinus elliottii Engelm.)等林木的害蟲，其成蟲也是松材線蟲(Bursaphelenchusxylophilus(Steiner&Buhrer) Nickle)的主要傳播媒介[1-2]。目前，松墨天牛的引誘劑應(yīng)用廣泛，主要為植物源物質(zhì)，以(+)-α-蒎烯、(-)-β-蒎烯為主[3-4]，此外松墨天牛產(chǎn)生的聚集信息素2-十一烷氧基-1-乙醇也能很好引誘雌雄成蟲，配合植物源信息化合物有顯著增效作用[5]。

昆蟲信息素配合植物源引誘劑制成誘芯，能夠在生產(chǎn)上很好地達到大量誘捕害蟲和干擾害蟲交配的目的[6]。但是，實踐證明這類誘芯存在著防治持續(xù)時間短，受外界環(huán)境影響大，穩(wěn)定性差等缺點[7-8]，阻礙了誘芯的大面積推廣應(yīng)用。因此有必要在仿生誘芯的制作中，引入或改良現(xiàn)有的緩釋技術(shù)，選擇適宜的緩釋載體，保護信息化合物免受環(huán)境降解并能保持長期穩(wěn)定釋放，以最大發(fā)揮誘芯的生物活性。

目前主要有兩大類緩釋技術(shù)，一類是將活性物質(zhì)溶解、包埋或者分散在緩釋材料中以減少擴散速率的物理緩釋法，報道應(yīng)用多的有硅橡膠誘芯[9]、性信息素微膠囊[10]、空心纖維[11]、迷向絲、蠟滴[12]等；另一類是通過化學(xué)反應(yīng)將引誘活性物質(zhì)和緩釋劑進行反應(yīng)，形成以化學(xué)鍵相連的釋放體系，該體系能有效延長緩釋時間[13]。通過物理材料進行緩釋是主要的延長引誘劑使用時間的方法，緩釋載體本身的特性常會對引誘劑造成一定影響，比如蠟滴常因夏季的高溫而縮短使用壽命[14]，橡膠載體中因存在交聯(lián)劑硫會影響昆蟲信息化合物的穩(wěn)定性[15]等，這些都容易造成某種材質(zhì)的載體不容易推廣使用。目前生產(chǎn)上應(yīng)用較多的緩釋載體是橡膠塞和迷向絲。

a 聚乙烯緩釋瓶A；b 聚乙烯緩釋瓶B；c 聚乙烯管；d 燈芯瓶a LDPE bottle (3mL); b HDPE bottle(13mL); c PE tube; d PP bottle (14mL)圖1 4種實驗緩釋材料Fig.1 Four dispenser types

1 材料與方法

1.1 信息化合物成分、緩釋載體

松墨天牛信息化合物。 植物源引誘劑：(+)-α-蒎烯、(-)-β-蒎烯(北京百靈威科技有限公司，純度98%以上)。松墨天牛聚集信息素：2-十一烷氧基-1-乙醇(北京中捷四方生物科技股份有限公司提供，純度95%以上)。對照組誘芯：APF-Ⅰ型誘芯(廈門三涌生物科技有限公司)。

緩釋材料。 聚乙烯緩釋瓶A(LDPE材質(zhì)，3 mL，壁厚0.067±0.016 mm，質(zhì)量0.621 7±0.008 7 g)、聚乙烯緩釋瓶B(HDPE材質(zhì)，13 mL，壁厚0.407± 0.054 mm，質(zhì)量1.682 1±0.013 6 g)、聚乙烯管(PE材質(zhì)，長120 cm，壁厚0.322±0.025 mm，質(zhì)量2.236 8±0.008 6 g)及燈芯瓶(PP材質(zhì)，14 mL，壁厚0.771±0.046 mm，質(zhì)量5.014 3±0.025 3 g)。

1.2 方法

1.2.1 引誘劑配制 將(+)-α-蒎烯、(-)-β-蒎烯、2-十一烷氧基-1-乙醇按照9∶1∶1的比例配制成松墨天牛信息化合物混合液，用移液槍將信息化合物混合液轉(zhuǎn)移到緩釋瓶中,加至瓶口處。聚乙烯管由于管孔較小，用進樣針注射2 mL信息化合物混合液，兩端用打火機封口。每樣品設(shè)置7組進行試驗，其中2組用于GC分析混合物比例，另5組用于稱重計算損失量。模擬野外誘芯放置狀態(tài)，將不同載體誘芯懸掛于同一撞擊型松墨天牛誘捕器(北京中捷四方生物科技股份有限公司)同一位置。

1.2.3 氣相色譜(GC)分析 氣相色譜分析法主要檢測(+)-α-蒎烯、(-)-β-蒎烯和2-十一烷氧基-1-乙醇3種信息化合物釋放速率是否同步，隨著時間延長，剩余的引誘劑中3種化學(xué)物質(zhì)的比例是否有較大的變化。采用7820A氣相色譜儀(氣相色譜儀7820A， Agilent公司)進行分析，色譜柱為DB-5 MS非極性毛細血管色譜柱(30 m× 0.25 mm× 0.25 μm)。分析條件：升溫程序80℃保持1 min，然后5℃/min上升到230℃，保持5分鐘。將每種緩釋載體的1、2號樣用于分析，用進樣針吸取1 μL信息化合物，正己烷稀釋1 000倍后取1 μL稀釋液進樣分析，每次GC分析后都將緩釋載體的取樣口密封。

譜圖定性方法：將(+)-α-蒎烯、(-)-β-蒎烯和2-十一烷氧基-1-乙醇單獨進樣進行GC分析，得到三種信息化合物峰的保留時間，根據(jù)物質(zhì)的保留時間確定混合信息化合物中的物質(zhì)峰；譜圖定量方法：對檢測的引誘劑按面積歸一法進行定量分析，分別求得各信息化合物的相對百分含量。

1.3 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)以mean±SE在曲線圖上表示，所有數(shù)據(jù)均采用SPSS 22軟件進行數(shù)據(jù)處理，采用ANOVA進行方差分析，Duncan氏新復(fù)極差法進行差異顯著性檢驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 3種信息化合物在聚乙烯緩釋瓶A(LDPE)中的釋放模式

對于3種信息化合物在聚乙烯緩釋瓶A中釋放模式試驗表明(圖2)，3種信息化合物在初期處于較低釋放水平，日均揮發(fā)量隨著時間顯著提高，第19天達到最大釋放量(85.84±2.54 mg·d-1)，然后日均揮發(fā)量呈現(xiàn)顯著下降趨勢，直到第33天，日均揮發(fā)量緩慢下降，并達到一個極低的釋放狀態(tài)，在觀測末期第68天，釋放量僅為(2.57±0.21)mg·d-1。經(jīng)過多重比較分析(Duncan,α=0.05)發(fā)現(xiàn)第19天釋放速率顯著高于其他時間。

在釋放初期第8 d，3種信息化合物的比例接近初始比9∶1∶1，(+)-α-蒎烯、(-)-β-蒎烯和2-十一烷氧基-1-乙醇的相對含量分別為84.45%，9.18%，6.35%。從第28天開始，3種信息化合物組分比出現(xiàn)顯著變化，具體表現(xiàn)在(+)-α-蒎烯揮發(fā)量增大，2-十一烷氧基-1-乙醇的比例顯著升高，到觀測末期第68 d，3者的相對含量為2.20%，0.07%，95.82%。對比68 d內(nèi)的釋放模式，松墨天牛信息化合物(+)-α-蒎烯在聚乙烯緩釋瓶A中釋放較快，不能長期保持信息化合物初始有效配比。

圖2 3種信息化合物在聚乙烯緩釋瓶A(LDPE)中的釋放動態(tài)Fig.2 Dynamic release rates of three semiochemicals in LDPE bottle

2.2 三種信息化合物在聚乙烯緩釋瓶B(HDPE)中的釋放模式

三種松墨天牛信息化合物在聚乙烯緩釋瓶B中的日均釋放量有一定的波動性(圖3)，但波動變化不明顯。在第34天達到最大釋放速率為(50.48± 5.54)mg·d-1。

在觀察初期第10天(+)-α-蒎烯，(-)-β-蒎烯和2-十一烷氧基-1-乙醇的相對含量分別為75.13%，

圖3 3種信息化合物在聚乙烯緩釋瓶B(HDPE)中的釋放動態(tài)Fig.3 Dynamic release rates of three semiochemicals in HDPE bottle

2.3 3種信息化合物在聚乙烯管(PE)中的釋放模式

3種松墨天牛信息化合物在聚乙烯管中相對含量變化量較大(圖4)。第8天左右，(+)-α-蒎烯，(-)-β-蒎烯和2-十一烷氧基-1-乙醇相對含量分別為82.27%，8.52%，9.14%，第68天，三者相對含量分別為37.49%，6.62%，53.63%，(+)-α-蒎烯，(-)-β-蒎烯的相對含量下降率分別為54.43%，22.30%，2-undecyloxy-1-ethanol的相對含量上升率高達486.76%。期間，前20天左右，(+)-α-蒎烯占組分比例75%以上，2-十一烷氧基-1-乙醇占組分比例在15%以下，但在40天左右，(+)-α-蒎烯相對含量下降到了49.10%，2-十一烷氧基-1-乙醇的組分比例達到在40%以上。

圖4 3種信息化合物在聚乙烯管(PE)中的釋放動態(tài)Fig.4 Dynamic release rates of three semiochemicals in PE tube

2.4 3種信息化合物在燈芯瓶(PP)中的釋放模式

3種松墨天牛信息化合物的日均釋放速率如圖4，對于燈芯瓶中損失量的計算發(fā)現(xiàn)，在第5天初次測試時釋放量較高，然后釋放速率迅速下降直至第10天，而后直到觀測末期，3種信息化合物的釋放量一直處于極低的釋放水平。在進行Duncan多重比較分析時發(fā)現(xiàn)三種信息化合物在第69天的釋放速率顯著低于第34天(P< 0.05)；第5天釋放速率最大為24.11± 0.56 mg·d-1。但由于該材料本身

沒有緩釋效果，其緩釋方式依賴于棉燈繩，該材料的總體釋放速率較低。

在燈芯瓶緩釋載體中，在第10天左右，(+)-α-蒎烯，(-)-β-蒎烯和2-十一烷氧基-1-乙醇的相對含量分別為85.69%，9.28%，3.75%，第60天左右，三者相對含量分別為85.67%，9.23%，5.06%。(+)-α-蒎烯，(-)-β-蒎烯的相對含量下降率分別為0.02%，0.54%，2-十一烷氧基-1-乙醇的相對含量上升率為34.93%。三者組分比例變化不明顯。

圖5 3種信息化合物在燈芯瓶( PP )中的釋放動態(tài)Fig.5 Dynamic release rates of three semiochemicals in PP bottle

2.5 APF-Ⅰ型引誘劑中三種松墨天牛信息化合物的釋放模式

APF-Ⅰ型引誘劑在第8天初始GC分析時，(+)-α-蒎烯，(-)-β-蒎烯和2-十一烷氧基-1-乙醇三者的相對含量分別為97.84%，1.55%，0.61%，在觀測末期，三種組分的比例分別為15.48%，0.35%，84.17%，(+)-α-蒎烯，(-)-β-蒎烯相對含量下降率分別為61.24%，1.9%，但2-十一烷氧基-1-乙醇的比例偏高。第48天時，保持在75%以上的相對含量。第60天以后，(+)-α-蒎烯已經(jīng)下降到20.66%，此時誘芯需要更換。

圖6 APF-Ⅰ型引誘劑中三種松墨天牛信息化合物的釋放動態(tài)Fig.6 Dynamic release rates of three semiochemicals in APF-I attractant

3 討論

昆蟲信息化合物的釋放速率與緩釋載體的特性有關(guān)，包括緩釋載體的厚度、長度、是否開口以及開口的孔徑大小等因素[18]。燈芯瓶作為緩釋載體信息化合物的釋放速率差異不顯著，燈芯瓶的瓶身材質(zhì)為普通塑料(PP)，物質(zhì)穿透性較差，內(nèi)部引誘物質(zhì)主要通過發(fā)散的棉燈繩擴散到外部。由于燈芯瓶緩釋載體揮發(fā)物從燈芯部位向外揮發(fā)，容易堵塞，因而揮發(fā)速率也慢。昆蟲信息化合物同樣可以通過管(瓶)壁的微小孔中釋放，調(diào)節(jié)壁厚可使引誘劑的釋放量改變[8,19]，因此可以適當(dāng)選擇薄壁材質(zhì)緩釋載體。

聚乙烯緩釋瓶A和聚乙烯緩釋瓶B的緩釋模式有一定相似性，表現(xiàn)在松墨天牛信息化合物釋放的高峰期不在初次測試時，兩者的最高緩釋速率分別在第19天和33天，這可能是由于內(nèi)部引誘物質(zhì)需要逐漸滲透緩釋載體瓶壁，故在初次測試時釋放量較低，緩釋速率的高峰期也有延遲，并且聚乙烯緩釋瓶A中松墨天牛引誘物質(zhì)的釋放速率高于聚乙烯緩釋瓶B，這可能是LDPE緩釋材料壁薄，內(nèi)部信息化學(xué)物質(zhì)透過性較好。Wang等通過觀察α-蒎烯在微球載體中的緩釋情況，發(fā)現(xiàn)α-蒎烯初始階段釋放速率增加快，后期釋放緩慢，猜測可能是后期芯材物質(zhì)大量外涌釋放，堵住了壁材的小孔，所以釋放變的緩慢[20]。本緩釋實驗用的聚乙烯緩釋瓶可能在實驗?zāi)┢谝灿幸欢ǖ墓鼙诰忈尶锥氯那闆r，加之緩釋瓶野外放置有一定的老化，所以導(dǎo)致實驗后期緩釋效果不佳。燈芯瓶和APF-I型材料在初次測試時就達到緩釋效果最大值，這與劉奎偉等在研究中發(fā)現(xiàn)性信息素在復(fù)合橡膠載體初試階段的釋放量顯著大于其他測試階段現(xiàn)象相似[21]。另外，Bradley等[22]指出信息素成分在聚乙烯管載體中的緩釋曲線呈現(xiàn)對數(shù)狀下降，本試驗測試中聚乙烯管中的松墨天牛信息化合物有相同的緩釋模式，在觀測末期，松墨天?；瘜W(xué)信息物質(zhì)緩釋效果不佳的原因可能是內(nèi)部信息化學(xué)物質(zhì)的異構(gòu)化。

不同緩釋材料之間保持內(nèi)部昆蟲信息化合物協(xié)調(diào)釋放的能力也有較大差異。聚丙烯材質(zhì)的燈芯瓶能較好的保持內(nèi)部物質(zhì)比，(+)-α-蒎烯是引誘松墨天牛的主要信息化合物，(+)-α-蒎烯的相對含量要保持在一定的濃度內(nèi)才能發(fā)揮引誘作用[23]。內(nèi)部α-蒎烯在觀察期內(nèi)相對含量下降率僅為0.02%，而在聚乙烯緩釋瓶A、聚乙烯管、APF-Ⅰ引誘劑中，它的相對含量下降率分別為97.39%，54.43%，61.24%，α-蒎烯的相對變化量較大。盡管燈芯瓶作為緩釋材料能較好保持內(nèi)部組分的揮發(fā)比,但由于其日均釋放量較低，故室外實際引誘效果不佳，而α-蒎烯在聚乙烯緩釋瓶A、PE管中前期緩釋量較大，3種信息化合物的比例較為協(xié)調(diào)，因此可作短期的緩釋材料考慮。

作為對照的APF-I引誘材料，(+)-α-蒎烯的相對含量在40天時，有高達91.96 %的相對含量，在50天時，其比例仍有76.17%。說明該引誘劑的持效期長，可達到少更換誘芯，減少人工成本的目的。APF-Ⅰ引誘材料在實際使用時能保持長期的使用效果，但也有一定的局限性，表現(xiàn)在初始時有較高釋放量，同時釋放期間有一定波動會影響松墨天牛接收化學(xué)信號的強弱，導(dǎo)致監(jiān)測松墨天牛種群動態(tài)時不準(zhǔn)確。室外的緩釋試驗常會受到外界條件環(huán)境的影響，Teale等研究發(fā)現(xiàn)，聚乙烯類昆蟲信息素的緩釋載體中(+ / -)-α-蒎烯的釋放速率為2 g·d-1，顯著大于試驗中聚乙烯緩釋瓶A中30.93 mg·d-1和聚乙烯緩釋瓶B中31.01 mg·d-1的日均釋放速率[24]。這可能與試驗中緩釋材料的壁厚以及外界風(fēng)速、溫度等環(huán)境因子有關(guān)。

4 結(jié)論

本研究中4種不同的緩釋載體在70天左右仍能釋放，說明這4種材料理論上都能在野外達到較長期的引誘效果，但從物質(zhì)緩釋的協(xié)調(diào)性來看，3種松墨天牛信息化合物在聚乙烯緩釋瓶A(LDPE)、聚乙烯緩釋瓶B(HDPE)和聚乙烯管(PE)中組分的揮發(fā)比例不協(xié)調(diào)，即不能較好保持3種信息化合物的初始比例；從4種緩釋材料內(nèi)部信息化合物的日均釋放速率來看，聚乙烯緩釋瓶A、聚乙烯管及燈芯瓶材料試驗初期信息化合物釋放量大，隨試驗時間延長，釋放量減小(燈芯瓶試驗后期70 d的釋放量極小)，這不利于保持引誘劑長期引誘效果，聚乙烯緩釋瓶B 的揮發(fā)量波動較為穩(wěn)定。相比較APF-Ⅰ型引誘劑的釋放動態(tài)，聚乙烯管緩釋曲線最接近，但聚乙烯管的轉(zhuǎn)載量較小是阻礙其應(yīng)用的問題。

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(責(zé)任編輯：崔 貝)

Research on Release Rates of Semiochemicals ofMonochamusalternatus

ZHUCheng-qi,CHENJia-ying,MATao,MOUJing,QINWen-quan,WENXiu-jun

(College of Forestry and Landscape Architecture, South China Agricultural University, Guangzhou 510642, Guangdong, China)

[Objective]To study the release rates of different types of commonly used dispensers in order to select the suitable dispensers.[Method]Selecting 3 major semiochemicals ofMonochamusalternatusincluding (+)-α-Pinene, (-)-β-Pinene, and 2-undecyloxy-1-ethanol which were loaded with different amounts in a 9∶1∶1 ratio in 4 dispensers. The release rates of these compounds from LDPE bottle (3 mL)，HDPE bottle (13 mL)，PE tube, and PP bottle (14 mL) were evaluated by using Gravimetric method and Gas chromatography analysis. The results were compared with APF-I lures under the same environmental conditions as 28± 3℃, 75±10%RH. [Result]The results indicated that the wick bottle can keep the three compounds releasing at a good and stable level for 70 days. The proportions of the three semiochemicals in the end were 85.69%, 9.23%, and 5.08%, respectively. The release rates of the three semiochemicals ofM.alternatusfrom Wick bottle maintained a relatively low level over the whole testing period. The LDPE bottle, HDPE bottle and PE tube can not keep a stable proportion of the three components. The release rates from LDPE bottle increased during the 4th to the 19th days with a peak of released rates at the 19th day, and then dropped to and maintained at a low level after its peak. The three semiochemicals from the HDPE bottle maintained a high release rate but varied during the whole observation period; and reached the peak at the 34th day. The dynamic release pattern of semiochemicals from PE tube was similar with APF-I. [Conclusion]Studies on the release patterns of different types of dispensers could help us understand the dynamic releasing characteristics. And the result would provide some effective information on the selection of suitable dispensers. It is needed to indicate that these dispensers have some defects, and it is necessary to strengthen the research on lure sustained-release materials.

Monochamusalternatus; semiochemicals; dispensers; release

2016-06-12 基金項目： 中央財政林業(yè)科技推廣示范項目(2015)GDTK-09；國家林業(yè)公益性行業(yè)科研專項(201304401)。 作者簡介： 朱誠棋(1992—)，男，浙江嘉興人，碩士研究生. 研究方向：害蟲綜合防治及昆蟲信息素. E-mail：cqzhu@stu.scau.edu.cn * 通訊作者：溫秀軍(1965—)，男，教授，研究方向：化學(xué)生態(tài)學(xué)和森林昆蟲學(xué).

10.13275/j.cnki.lykxyj.2017.02.018

S763

A

1001-1498(2017)02-0315-07