曹海潮，崔凱娣 編譯，劉 峰 校

(山東農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院/山東省高校農(nóng)藥毒理與應(yīng)用技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東泰安 271018)

在防控建筑、儲(chǔ)藏、農(nóng)業(yè)害蟲領(lǐng)域，熏蒸處理是一種高效的手段。其中，溴甲烷(methyl bromide)作為熏蒸劑已使用多年，其作用譜廣，不僅防治害蟲，還能防治線蟲、雜草、細(xì)菌等其他有害生物。溴甲烷多用于土壤、倉(cāng)儲(chǔ)、貨運(yùn)、建筑及農(nóng)業(yè)作物種植前、收獲后害蟲的防控。低吸收率是溴甲烷的重要優(yōu)勢(shì)之一，它既可以快速高效地滲透到處理物的深層，又能在通風(fēng)后快速消散。然而，溴甲烷也有缺陷。使用者必須經(jīng)過(guò)專業(yè)培訓(xùn)，而且使用時(shí)要得到應(yīng)用許可。由于溴甲烷是無(wú)色無(wú)味氣體，不易察覺(jué)。因此，安全操作以避免意外暴露至關(guān)重要。即使采取了防護(hù)措施，溴甲烷中毒事件也時(shí)有發(fā)生。在日用品和糧食熏蒸處理過(guò)程中，需要在溴甲烷中加入警示劑，可令人產(chǎn)生短暫的不適，如氯化苦——在低濃度下就容易被嗅到或會(huì)使人流淚。溴甲烷致命的缺點(diǎn)是對(duì)臭氧層的破壞。根據(jù)“蒙特利爾協(xié)定書”及“清潔空氣法案”，溴甲烷的生產(chǎn)和使用在2005年1月1日之后逐步淘汰。溴甲烷的可替代品有限，如硫酰氟、磷化氫，由于安全性，也被美國(guó)環(huán)境保護(hù)局(EPA)列為限制性使用的化合物。而且，這些熏蒸劑都是化工產(chǎn)品。因此，研究者正致力于尋找天然的、更安全的、效果和成本與現(xiàn)有商品熏蒸劑相當(dāng)?shù)幕衔铩?/p>

本研究使用的試驗(yàn)?zāi)Ｊ嚼ハx——紅火蟻(Solenopsis invicta Buren)是在20世紀(jì)30年代侵入美國(guó)亞拉巴馬州莫比爾(Mobile，Alabama)。之后，紅火蟻大面積擴(kuò)散，目前在美國(guó)南部從卡羅萊納州到德克薩斯州和加利福尼亞州均有發(fā)現(xiàn)。紅火蟻有很強(qiáng)的攻擊性，人被蟄咬后會(huì)有刺痛及過(guò)敏反應(yīng)。紅火蟻每到一個(gè)地區(qū)都會(huì)建起密集的蟻巢，破壞農(nóng)業(yè)設(shè)施，影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，還會(huì)競(jìng)爭(zhēng)取代當(dāng)?shù)氐奶烊幌伻?，破壞?dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)系統(tǒng)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，紅火蟻在美國(guó)已造成50億美元的損失。美國(guó)南部溫暖濕潤(rùn)的氣候?yàn)榧t火蟻提供了優(yōu)越的生存條件，無(wú)論是在農(nóng)田、路邊、公園還是住宅草坪都能發(fā)現(xiàn)它們的存在。紅火蟻還會(huì)破壞牧場(chǎng)里的生產(chǎn)設(shè)備，藏在牧草中攻擊工作人員及牲畜。在美國(guó)，嚴(yán)禁被紅火蟻侵入的牧草運(yùn)往未被入侵的地區(qū)。根據(jù)聯(lián)邦檢疫管理?xiàng)l例，來(lái)自被紅火蟻入侵地區(qū)的貨物在運(yùn)輸前必須經(jīng)過(guò)熏蒸，但正如前文所述，理想的熏蒸劑還沒(méi)有被研發(fā)出來(lái)。

植物源殺蟲劑已被使用了多個(gè)世紀(jì)。許多為植物次生代謝產(chǎn)物，如醌類、香精油。值得一提的是，這些化合物與化妝品、食物和藥物添加劑中產(chǎn)生香味和香氣的成分相同。野生番茄(Lycopersicon hirsutum Dunal f. glabratum C. H. Müll)的毛腺可以產(chǎn)生一種名為2-十一烷酮的脂肪族甲基酮，用于抵御鱗翅目幼蟲為害。其他植物也可以產(chǎn)生不同種類的甲基酮。如蕓香苷阿爾及利亞油的主要成分是2-壬酮，而2-壬酮也可以在丁香(Eugenia caryophyllata)的精油中找到，在丁香油和肉桂油中還發(fā)現(xiàn)了2-庚酮。在椰子精油中發(fā)現(xiàn)有壬酮、十一烷酮和十三烷酮。許多植物會(huì)分泌揮發(fā)性精油以抵御植食性昆蟲的危害，這些精油多是2-十一烷酮或甲基酮組合與其他有機(jī)物的混合物。

2-十一烷酮對(duì)蚊子與蜱有很強(qiáng)的驅(qū)避作用，現(xiàn)已被開發(fā)為節(jié)肢動(dòng)物趨避劑 BioUD?(HOMS LLC,Clayton, NC, USA)，并取得了美國(guó)環(huán)境保護(hù)局(EPA)的登記，可用于皮膚和衣服驅(qū)避蚊子和蜱蟲。以濾紙為底物的離體雙選試驗(yàn)中，BioUD?對(duì)美洲鈍眼蜱(Amblyomma americanum)、變異革蜱(Dermacentor variabilis)和肩突硬蜱(Ixodes scapularis)的驅(qū)避作用比 N,N-二乙基-間-甲苯甲酰胺(DEET)要高 2～4 倍，在棉布上對(duì)美洲鈍眼蜱(A. americanum)的驅(qū)避率在90%以上可長(zhǎng)達(dá)5周。當(dāng)在野外分別將BioUD和30%DEET涂在皮膚上驅(qū)避蚊蟲叮咬時(shí)，前者對(duì)蚊蟲的驅(qū)避效果更好。像其他驅(qū)避劑一樣，2-十一烷酮的揮發(fā)物也有殺蟲作用，但對(duì)此還沒(méi)有進(jìn)行深入研究。作為植物源甲基酮的2-十一烷酮在氣體狀態(tài)下既具有趨避作用又具有殺蟲活性，現(xiàn)已被美國(guó)環(huán)境保護(hù)局登記為生物農(nóng)藥，允許在人體皮膚上使用。由于這些優(yōu)勢(shì)，筆者嘗試使用紅火蟻?zhàn)鳛槟Ｊ嚼ハx來(lái)探究2-十一烷酮及其相關(guān)化合物是否有替代溴甲烷的潛力。

1 材料與方法

1.1 試蟲

紅火蟻(S. invicta)：用誘捕器(型號(hào)1135A，BioQuip Products Inc., Compton, CA, USA)采自北卡羅萊納州立大學(xué)校園(Raleigh, NC, USA) Dearstyne昆蟲學(xué)大樓(35°47′18.9′′N 78°41′56.7′′W)半徑為50 m 范圍內(nèi)的蟻巢。將大約500只紅火蟻轉(zhuǎn)移到人工蟻巢中(直徑為14 cm，高1.5 cm的塑料培養(yǎng)皿，在皿底部添加8 mm厚的牙膏)，將多個(gè)人工蟻巢放在塑料托盤上(40×52×10 cm)，之后沿培養(yǎng)皿頂蓋內(nèi)緣涂抹 Teflon?乳液(PTFE-30, Dupont, Wilmington, DE, USA)防止螞蟻逃跑。20% Teflon?乳液由聚四氟乙烯(Catalog #2871D, BioQuip)與蒸餾水(體積比)制成。用棉球蘸乳液涂抹托盤側(cè)面上部6 cm部分。這樣便制成了人工蟻巢。紅火蟻的飼養(yǎng)條件：溫度(25±3) ℃，相對(duì)濕度(RH) (60±5)%，光周期12︰12 h (L︰D)，養(yǎng)料為10% (質(zhì)量體積濃度)蔗糖(純度99.7%；Acros Organics,Fisher Scientific, Pittsburgh, PA, USA)水溶液(浸泡棉芯)。煙芽夜蛾(Heliothis virescens)的卵購(gòu)于Benzon Research Inc. (Carlisle, PA, USA)。使用1日齡卵進(jìn)行試驗(yàn)。德國(guó)小蠊(Blattella germanica) 由TyraTech Inc.(Morrisville, NC, USA) 提供，在塑料桶(直徑22 cm，高24 cm)中養(yǎng)殖。同樣用Teflon?乳液處理容器上部?jī)?nèi)緣 6 cm 部分。桶口用紗布(26×26 cm; Uline,Hudson, WI, USA) 蓋住，用皮筋固定以防止蟑螂逃跑。德國(guó)小蠊的飼養(yǎng)條件：溫度(25±3) ℃，相對(duì)濕度(RH) (60±5)%，光周期12︰12 h (L︰D)，飼料為adlibitum Home360?精品狗糧(Hannaford, Portland,ME, USA)，用浸過(guò)蒸餾水棉芯提供水分。赤擬谷盜(Tribolium castaneum)(北美GA-1型)由M. Lorenzen(Department of Entomology, NCSU)贈(zèng)予。這個(gè)種群最初是在1980年于美國(guó)佐治亞州(Georgia, USA)采集。這些谷盜飼養(yǎng)在(25±3) ℃，相對(duì)濕度(RH) (60±5)%，光周期12︰12 h (L︰D)的石壇中(直徑8 cm，高13 cm)，用小麥粉(The Pillsbury Co., Minneapolis, MN, USA)與啤酒酵母(MP Biochemicals, Salon, OH, USA)按95︰5 (質(zhì)量比)混合后飼養(yǎng)。

1.2 甲基酮

工業(yè)級(jí)甲基酮購(gòu)于Sigma-Aldrich (St Louis, MO,USA)，為 2-十一烷酮、2-壬酮、2-壬酮和 2-庚酮 4種(表 1)，室溫都為液體。2-十一烷酮(CAS號(hào)112-12-9)，純度為99%，25 ℃下無(wú)色至淡黃色，密度為 0.825 g/mL；2-壬酮(CAS號(hào) 821-55-6)，純度≥99%，25 ℃為無(wú)色至淡黃色，密度為0.82 g/mL；2-辛酮(CAS號(hào)111-13-7)，純度≥98%，25 ℃為無(wú)色至淡黃色，密度為0.819 g/mL；2-庚酮(CAS號(hào)110-43-0)，純度≥98%，25 ℃為無(wú)色，密度為0.82 g/mL。這些甲基酮在室溫下都是易揮發(fā)物，應(yīng)使用塑料瓶盛裝并使用Parafilm?保鮮膜(Fisher Scientific, Ithaca, IL,USA)在瓶口處密封，存放在通風(fēng)櫥中，購(gòu)買后6個(gè)月內(nèi)使用。

表1 庚酮、辛酮、壬酮、十一烷酮作為熏蒸劑對(duì)于紅火蟻的LC50、LC80、95%置信區(qū)間、χ2、斜率與R2

1.3 紅火蟻熏蒸活性測(cè)定試驗(yàn)及藥劑劑量反應(yīng)試驗(yàn)

用2個(gè)培養(yǎng)皿底(直徑8.6 cm，高1.8 cm)，搭成一個(gè)容積為210 cm3的熏蒸室(圖1)。2個(gè)培養(yǎng)皿底用10×10 cm的紗布隔開。將載玻片放在下半室，用5 μL Hamilton 注射器將≤5μL工業(yè)級(jí)甲基酮滴在載玻片上。當(dāng)試驗(yàn)劑量＞5 μL，使用移液管(PIPETMAN P20, Gilson Inc., Middleton, WI, USA)進(jìn)行滴加。使用等量的蒸餾水作為對(duì)照組，對(duì)照組需與處理組同時(shí)進(jìn)行試驗(yàn)。每次試驗(yàn)時(shí)，先從人工蟻巢中隨機(jī)挑取大小不一的成年工蟻25只放入30 mL的透明聚丙烯杯子(Solo Cup Co., Lake Forest, IL, USA)中，冷凍15 s，后用柔軟的駱駝毛刷轉(zhuǎn)移到熏蒸室的紗布上(圖2)。用1.5×2.5 cm的Scotch?膠帶(3M, Maplewood,MA, USA)將2 cm浸滿10%蔗糖溶液的棉芯固定在上部的培養(yǎng)皿蓋上。用Parafilm?保鮮膜(Fisher Scientific,Ithaca, IL, USA)將容器密封，于(25±3) ℃、相對(duì)濕度(RH) (60±5)%的條件下放置24 h后，用針尖輕觸蟲體，不活動(dòng)者視為死亡，記錄各個(gè)處理組及對(duì)照組死亡率。一次試驗(yàn)后，只有2個(gè)培養(yǎng)皿下蓋可以重復(fù)利用：首先用95%乙醇除去殘留的化合物，后用洗滌劑(Dawn, P&G, Browns Summit, NC, USA)洗滌，用蒸餾水沖洗，并在通風(fēng)櫥中風(fēng)干12 h以上。首先進(jìn)行預(yù)試驗(yàn)獲得甲基酮對(duì)紅火蟻在24 h內(nèi)的熏蒸致死中量(體積)，每次試驗(yàn)使用10只蟻。獲得相應(yīng)的濃度范圍后，設(shè)置濃度梯度進(jìn)行劑量-反應(yīng)試驗(yàn)，每劑量3次重復(fù)，每個(gè)重復(fù)使用25只蟻。所有測(cè)試的甲基酮均為液體，施用后24 h內(nèi)完全揮發(fā)。理論上，如果試驗(yàn)過(guò)程中甲基酮沒(méi)有從容器中泄漏，那么根據(jù)甲基酮添加的體積與密度可以計(jì)算出容器單位空間內(nèi)熏蒸劑濃度(μg/cm3)。由于這類化合物具有獨(dú)特的氣味，在1次試驗(yàn)中進(jìn)行了9次檢測(cè)，也未發(fā)現(xiàn)有甲基酮泄露的現(xiàn)象發(fā)生。各個(gè)化合物的試驗(yàn)濃度梯度設(shè)計(jì)為：2-十一烷酮(7.86, 8.25, 8.64, 9.04,11.79 μg/cm3)，2-壬酮(3.90, 5.00, 5.86, 6.64, 7.81 μg/cm3)，2-辛酮(3.90, 5.56, 6.64, 7.03, 7.81 μg/cm3)，2-庚酮(1.95, 3.90, 5.86, 7.81, 11.71 μg/cm3)。

1.4 田間試驗(yàn)

于2014年4月16日，將Dearstyne昆蟲學(xué)大樓(35°47′18.9′′N 78°41′56.7′′W)半徑為 50 m 范圍內(nèi)的蟻巢以紅旗標(biāo)記。蟻巢的大小分別在長(zhǎng) 10 cm，寬12 cm，高3 cm至長(zhǎng)45 cm，寬38 cm，高9 cm的范圍內(nèi)。用木釘干擾蟻巢，用 Harlan評(píng)分系統(tǒng)(表2)對(duì)每一個(gè)蟻巢進(jìn)行評(píng)分。一個(gè)活躍的蟻巢，在溫暖季節(jié)會(huì)有工蟻和幼蟻，這說(shuō)明蟻巢中有正在產(chǎn)卵的蟻后。相反，一個(gè)缺少工蟻和幼蟻的蟻巢說(shuō)明沒(méi)有蟻后。評(píng)估指數(shù)0－10是根據(jù)估計(jì)工蟻和幼蟻和蟻的數(shù)量確定(表2)。田間試驗(yàn)使用的蟻巢的活躍度需要≥5。本試驗(yàn)設(shè)計(jì)了專門的蟻巢注射器。注射器由10 mL玻璃移液管和100 mL塑料注射器組成，二者由一根20 cm長(zhǎng)的橡膠管鏈接。用手持起泡器(aerolatte?, model number 56AL3SAT, aerolatte?Ltd.,Radlett, UK) 將2-十一烷酮與蒸餾水混合60 s制成不同濃度的2-十一烷酮溶液(100%，50%，25%，15%，體積比)。將盛有10 mL試驗(yàn)溶液或蒸餾水的移液管插入蟻巢10～15 cm，然后緩慢注入(時(shí)間大于5 s)，同時(shí)緩慢將其拔出。在蟻巢上隨機(jī)選取5個(gè)等距離的點(diǎn)，分別注入10 mL溶液，保證每個(gè)蟻巢注入的溶液總量固定(50 mL)。為了避免相互干擾，進(jìn)行試驗(yàn)的蟻巢之間最小的距離為10 m。另外，對(duì)照組與2-十一烷酮處理組之間保持50 m的距離。每個(gè)處理(包括蒸餾水對(duì)照)設(shè)3個(gè)重復(fù)。處理后每天評(píng)估各個(gè)蟻巢的活躍度，一共評(píng)估4 d。

圖1 熏蒸容器

1.5 其他害蟲的熏蒸生測(cè)試驗(yàn)

以上述紅火蟻的生測(cè)方法測(cè)定了2-十一烷酮對(duì)德國(guó)小蠊(B. germanica)雄成蟲、兩性的赤擬谷盜(T.castaneum)成蟲、煙芽夜蛾(H. virescens)1日齡的卵的熏蒸活性，確定了100%死亡率所需的劑量。試驗(yàn)時(shí)每個(gè)劑量使用3只德國(guó)小蠊，10只赤擬谷盜，10只紅火蟻。而購(gòu)于Benzon Research的煙芽夜蛾卵分布在36×36 cm的布條上，用剪刀將布剪成每塊布大約有250個(gè)卵的大小進(jìn)行試驗(yàn)。用相似于紅火蟻劑量-反應(yīng)研究中的方法(range-finding approach)獲得2-十一烷酮對(duì)3種試蟲100%致死和煙蚜夜蛾零卵孵化率的最小濃度。之后，通過(guò)劑量遞增的方式找到處理24 h后能使3種試蟲(德國(guó)小蠊、赤擬谷盜、紅火蟻)全部死亡，煙芽夜蛾卵無(wú)一孵化的最低劑量，并使用該劑量重復(fù)試驗(yàn)2次以上確保對(duì)所有種類的試蟲均達(dá)到100%的死亡率。該部分試驗(yàn)除德國(guó)小蠊試驗(yàn)的數(shù)量增加至5只，其他試蟲數(shù)量未變。每次試驗(yàn)熏蒸24 h，煙芽夜蛾的卵孵化率需要在熏蒸結(jié)束后連續(xù)監(jiān)測(cè)5 d，其他試蟲的死亡率在24 h熏蒸結(jié)束后統(tǒng)計(jì)。2-十一烷酮對(duì)各試蟲的100%致死劑量分別為：紅火蟻4.1 g/m3，德國(guó)小蠊41 g/m3，煙芽夜蛾卵101.2 g/m3，赤擬谷盜165.8 g/m3(表3)。德國(guó)小蠊與赤擬谷盜的死亡判定方法同紅火蟻，而卵孵化的標(biāo)準(zhǔn)是幼蟲破殼而出，無(wú)論存活與否。

表2 紅火蟻(S. invicta)蟻巢活躍度評(píng)分體系(Harlan等人開發(fā))

1.6 數(shù)據(jù)處理

用 Abbott′s校正“劑量-反映”試驗(yàn)中的數(shù)據(jù)使。通過(guò)死亡的概率值與劑量的對(duì)數(shù)值的函數(shù)關(guān)系計(jì)算得到致死中量。Steel and Torrie和Robertson and Preisler方法估算毒力指數(shù)的方差-協(xié)方差矩陣和95%置信區(qū)間(CI)。用Microsoft Excel? (Microsoft,Redmond, WA, USA)進(jìn)行公式和計(jì)算。用 JMP 12(SAS Institute, Cary, NC, USA)進(jìn)行單因素方差分析(ANOVA)。

2 結(jié)果與討論

2.1 評(píng)價(jià)熏蒸劑的新試驗(yàn)體系

這是一個(gè)簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)的熏蒸劑生測(cè)體系，適用于多種有害生物及多種化合物的生物測(cè)定(圖2)。該方法適用于室溫下?lián)]發(fā)性低的液體和固體熏蒸劑，其揮發(fā)性低至在大量的熏蒸劑揮發(fā)前可以有充足的時(shí)間將化合物轉(zhuǎn)移至下部培養(yǎng)皿蓋中的載玻片上，并將試蟲轉(zhuǎn)移至上部，并使用保鮮膜 Parafilm?(Fisher Scientific)將容器密封。因?yàn)樯鷾y(cè)設(shè)備由塑料培養(yǎng)皿構(gòu)成，所以試驗(yàn)成本較低。由于培養(yǎng)皿透明，深度較淺，底面積大，可以用肉眼或解剖顯微鏡來(lái)觀察其中的試蟲。該設(shè)備可以用于測(cè)試不同的化合物對(duì)昆蟲的影響。

表3 與溴甲烷比較2-十一烷酮對(duì)于不同昆蟲的100%致死劑量及成本

研究發(fā)現(xiàn)，這種方法可以用來(lái)測(cè)定不同昆蟲、不同發(fā)育階段對(duì)化合物的反應(yīng)。在測(cè)定不同種類脂肪族甲基酮對(duì)紅火蟻的劑量反應(yīng)試驗(yàn)中，可以建立相應(yīng)的概率模型。可用該生測(cè)系統(tǒng)的其他試驗(yàn)材料有單獨(dú)的或在土壤中的種子、人工培養(yǎng)基或土中的線蟲、在土壤等各種介質(zhì)中的細(xì)菌或其他微生物。由于該生測(cè)系統(tǒng)體積較小，熏蒸劑的用量也很少；因此在篩選量少或成本較高無(wú)法進(jìn)行大型試驗(yàn)的化合物尤其適合使用該方法進(jìn)行評(píng)價(jià)。

2.2 甲基酮對(duì)紅火蟻熏蒸作用的結(jié)構(gòu)活性關(guān)系

這是首次探究n-脂肪族甲基酮對(duì)昆蟲熏蒸作用的結(jié)構(gòu)活性關(guān)系。在這些試驗(yàn)中，以紅火蟻?zhàn)鳛槟Ｊ缴铮蒙鲜錾鷾y(cè)系統(tǒng)測(cè)試了4種甲基酮(2-庚酮、2-辛酮、2-壬酮和2-十一烷酮)(表1)。之所以選擇這些甲基酮是因?yàn)樗鼈兲烊淮嬖谟诓煌参镏校F(xiàn)已商品化。十三烷酮(植物產(chǎn)生的脂肪族甲基酮)在室溫下是固體，揮發(fā)性低，在此生測(cè)試驗(yàn)中無(wú)法用作熏蒸劑。在探索生測(cè)試驗(yàn)中的環(huán)境和培養(yǎng)參數(shù)時(shí)，測(cè)定了C-7至C-11甲基酮在室溫下的相對(duì)蒸發(fā)率。在不同的試驗(yàn)中將不同量的甲基酮分別滴到載玻片表面(圖2)，然后將“熏蒸室”裝好，于室溫[(25±3) ℃]下放置。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，所有種類的甲基酮在24 h內(nèi)皆完全揮發(fā)(2-庚酮0.5 h、2-辛酮4 h、2-壬酮10 h、2-十一烷酮 24 h)。在對(duì)紅火蟻的結(jié)構(gòu)活性關(guān)系研究中，隨機(jī)選取25只工蟻放入熏蒸容器中(圖2)，24 h后檢查試蟲死亡率。假設(shè)在所有試驗(yàn)過(guò)程中熏蒸劑沒(méi)有或極少泄漏，熏蒸室內(nèi)表面對(duì)熏蒸劑無(wú)吸收，在24 h內(nèi)熏蒸劑完全揮發(fā)并均勻分布在容器內(nèi)。在試驗(yàn)過(guò)程中，塑料培養(yǎng)皿及相關(guān)材料未發(fā)生可見的變化。

每種甲基酮的概率模型示于圖2，LC50與LC80及相關(guān)數(shù)據(jù)見表 1。試驗(yàn)中所有的甲基酮對(duì)紅火蟻的致死率隨濃度的增加而提高(2-十一烷酮，F(xiàn)=8.14，df=4，P＜0.05；2-壬酮，F(xiàn)=71.29，df=4，P＜0.05，2-辛酮，F(xiàn)=83，df=4，P＜0.05；2-庚酮，F(xiàn)=88.47，df=4，P＜0.05)。LC50很好地反應(yīng)了毒物對(duì)害物的活性。結(jié)果表明，甲基酮的碳鏈越短，LC50值越低，2-十一烷酮(C-11) LC50為 8.21 μg/cm3、2-壬酮(C-9)為 5.26 μg/cm3、2-辛酮(C-8)為 5.11 μg/cm3、2-庚酮(C-7)為4.27 μg/cm3(表 1)。在95%的置信區(qū)間內(nèi)，2-十一烷酮的LC50要顯著大于2-壬酮、2-辛酮，但相對(duì)于2-庚酮并不顯著(表1)。2-十一烷酮和2-庚酮無(wú)顯著差異可能是由于后者的置信區(qū)間較大(試驗(yàn)劑量與重復(fù)之間變化較大)。LC80值與LC50值相似，也會(huì)隨著碳鏈長(zhǎng)度的縮短而降低，2-十一烷酮(C-11)的 LC80為 9.85 μg/cm3、2-壬酮(C-9)為 7.58 μg/cm3、2-辛酮(C-8)為 6.38 μg/cm3、2-庚酮(C-7)為 5.37 μg/cm3，其中，2-十一烷酮的值要顯著高于 2-辛酮，相對(duì)于其他兩者并不顯著(95%的置信區(qū)間)。

圖2 室內(nèi)生測(cè)試驗(yàn)中，4種甲基酮(C-7至C-11)作為熏蒸劑防治紅火蟻(S. invicta)的劑量對(duì)數(shù)與死亡率概率值的概率模型

如上文所述，C-11至C-7甲基酮的揮發(fā)性隨碳鏈的縮短而升高。甲基酮對(duì)紅火蟻的毒力與其碳鏈的長(zhǎng)度呈負(fù)相關(guān)，與其揮發(fā)性呈正相關(guān)。碳鏈較短的甲基酮揮發(fā)較快，容器內(nèi)濃度較高，而本試驗(yàn)僅檢查了24 h時(shí)試蟲的死亡情況，所以無(wú)法確定熏蒸劑揮發(fā)性對(duì)試蟲毒力的影響。但推測(cè)分子量較小的甲基酮對(duì)紅火蟻的毒力更高。也有可能由于碳鏈較短，揮發(fā)更快，試蟲在全劑量蒸氣中暴露的時(shí)間更長(zhǎng)，影響了紅火蟻對(duì)熏蒸劑的敏感性。也有可能是化合物毒性和全蒸發(fā)所需時(shí)間不同所共同作用所致。根據(jù)前期試驗(yàn)，1 μL 2-庚酮完全揮發(fā)需要3 min，而1 μL 2-十一烷酮完全揮發(fā)需要24 h。另一個(gè)需要考慮的因素是化合物的分子量差異。例如，2-十一烷酮的LC50是2-辛酮的1.6倍，前者分子量是后者的1.3倍。從隨后的測(cè)定結(jié)果中發(fā)現(xiàn)，容器中 2-辛酮的濃度比2-十一烷酮更高，這也可能是導(dǎo)致紅火蟻對(duì)它們敏感性差異的原因之一。

后期還需要繼續(xù)探究甲基酮作為熏蒸劑對(duì)紅火蟻的作用機(jī)制。目前推測(cè)這些化合物的作用方式是破壞試蟲的表皮層，導(dǎo)致其失水(一種無(wú)毒的作用機(jī)制)。之所以做出這種假設(shè)是根據(jù)甲基酮作為除草劑時(shí)的作用機(jī)制。當(dāng)用2-十一烷酮的乙醇溶液處理或用2-十一烷酮蒸氣熏蒸，處理后30 min，植物會(huì)萎蔫死亡，可能是由于植物的角質(zhì)層被破壞失水死亡。

2.3 田間試驗(yàn)

根據(jù)LC50，雖然2-庚酮、2-壬酮、2-辛酮比2-十一烷酮的作用效果更好(表 1)，但還是選擇了 2-十一烷酮進(jìn)行田間試驗(yàn)。這是因?yàn)椋孩?十一烷酮已被美國(guó)環(huán)境保護(hù)局(EPA)登記為生物農(nóng)藥，可以作為節(jié)肢動(dòng)物驅(qū)避劑以高達(dá)8%的濃度用于人體皮膚。對(duì)動(dòng)物及人體毒理學(xué)研究表明，2-十一烷酮安全；⑵ 2-十一烷酮已被作為除草劑進(jìn)行研究開發(fā)，在研究中發(fā)現(xiàn)，該化合物作為熏蒸劑對(duì)雜草、植物病原菌、土壤線蟲有活性。而此試驗(yàn)就是調(diào)查其對(duì)土壤中昆蟲的影響，當(dāng)然也包括螞蟻。

用表2所示的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)標(biāo)記的蟻巢。一個(gè)活躍的蟻巢，在溫暖季節(jié)會(huì)出現(xiàn)工蟻和幼蟻，這表明蟻巢中蟻后正在產(chǎn)卵。評(píng)估指數(shù)0－10是根據(jù)估計(jì)的工蟻和工蟻幼蟻的數(shù)量確定。活螞蟻數(shù)＞100的蟻巢被認(rèn)定為活躍，而本試驗(yàn)選取的蟻巢的活躍度≥5。選取5個(gè)不同濃度的2-十一烷酮水乳液進(jìn)行試驗(yàn)(100%、50%、25%、10%、0%，體積比)。用圖3的注射器分別向每個(gè)蟻巢中注入50 mL藥液或蒸餾水。每一個(gè)處理重復(fù)3次。

圖3 由一根20 cm長(zhǎng)的橡膠管鏈接的10 mL玻璃移液管和100 mL塑料注射器組成的蟻巢注射器

試驗(yàn)后第1天，注入100%濃度的2-十一烷酮的蟻巢的級(jí)別被評(píng)為2(在蟻巢表面無(wú)幼蟻，紅火蟻的數(shù)量減少)，這表明種群活躍指數(shù)經(jīng)歷了“三步式”降低(圖4)。用50%與25% 2-十一烷酮水乳液處理的蟻巢也表現(xiàn)出明顯的種群衰退跡象。50%處理組由7降到了4，25%處理組由6降到了3。從第2天到第4天，100%處理組蟻巢的活躍度始終為 0。通常情況下，只要蟻巢受到干擾，就會(huì)有成千上百只螞蟻沖出蟻巢，但用100% 2-十一烷酮處理過(guò)的蟻巢不會(huì)出現(xiàn)此情況(圖4和圖5D)。用50%與25% 2-十一烷酮水乳液處理過(guò)的蟻巢，分別在第3天與第4天活躍度降為0 (圖4和圖5F)，而10%水乳液與清水處理的蟻巢在4 d內(nèi)的活躍度始終相同，分別為5和7。

圖4 田間試驗(yàn)中用圖3所示注射器向蟻巢中注入不同濃度的2-十一烷酮乳液后紅火蟻的活躍度變化情況

圖5 各處理前后蟻巢的變化

在圖5中A、B為前后對(duì)照處理，C、D為100%2-十一烷酮處理前后，E、F為25% 2-十一烷酮乳液處理前后。處理前，這些蟻巢的表面布滿著從土層下方搬運(yùn)上來(lái)的土壤顆粒(圖5A、C、E)。處理后4 d，只有對(duì)照組的蟻巢依然有活躍的紅火蟻，表面還布有顆粒狀的土粒(圖5 B)，用2-十一烷酮處理的蟻巢表面已經(jīng)變平(圖5 D、F)。圖6分別表示了對(duì)照處理與 100%與 25%的 2-十一烷酮處理后的蟻巢典型狀態(tài)，在受到干擾后左邊的圖為活躍度為5的對(duì)照處理蟻巢，右邊為用50% 2-十一烷酮乳液處理4 d后的活躍度為0的蟻巢。用2-十一烷酮處理后的蟻巢沒(méi)有活動(dòng)跡象(評(píng)級(jí)為0)，即使被干擾時(shí)也沒(méi)有工蟻出現(xiàn)，如果是活躍的蟻巢，這時(shí)工蟻則會(huì)立即沖出來(lái)。

圖6 對(duì)照和藥劑處理后蟻巢的活躍度

在用 25% 2-十一烷酮乳液(每個(gè)蟻巢使用了12.5 mL 2-十一烷酮)處理1周后的蟻巢中蟻沒(méi)有重建的跡象。需要進(jìn)一步研究用此方法處理蟻巢后對(duì)處理區(qū)域內(nèi)外的蟻巢密度和蟻種群的影響。而且，經(jīng)過(guò)熏蒸劑處理過(guò)后的蟻巢的后期恢復(fù)及重建情況也需要長(zhǎng)期的跟蹤研究。但從本研究可以明確 2-十一烷酮水乳液作為熏蒸劑短期有抑制紅火蟻種群活躍度的作用。未來(lái)關(guān)于2-十一烷酮相關(guān)劑型的開發(fā)也有助于對(duì)其揮發(fā)性與效果(劑量反應(yīng))及此方法持效期之間的關(guān)系進(jìn)行探究。如果通過(guò)劑型開發(fā)可以使2-十一烷酮在土壤中存留更長(zhǎng)的時(shí)間，那么就可以用更低的劑量達(dá)到更好的防治效果，或者使被處理過(guò)的蟻巢不再適合紅火蟻生存。如果單從氣味上來(lái)看，2-十一烷酮從土壤中釋放到空氣中至少需要3 d。

2.4 熏蒸劑對(duì)其他昆蟲及不同發(fā)育階段的影響

為了更好地了解此熏蒸劑生物測(cè)定法的實(shí)用性并確定2-十一烷酮是否適合作為通用的昆蟲熏蒸劑，用赤擬谷盜的成蟲、德國(guó)小蠊雄成蟲、煙芽夜蛾的卵進(jìn)行試驗(yàn)。首先，確定可以殺死全部以上試蟲和紅火蟻的最低劑量，然后進(jìn)行2次重復(fù)試驗(yàn)，確保試驗(yàn)劑量作用效果的穩(wěn)定性與重復(fù)性。對(duì)于紅火蟻(每個(gè)重復(fù)10只試蟲)，4.1 g/m3藥劑在24 h內(nèi)便可以殺滅全部試蟲(表3和圖7)；對(duì)于德國(guó)小蠊(每個(gè)重復(fù)5只試蟲)需要41 g/m3藥劑；煙芽夜蛾卵(每個(gè)重復(fù)250枚)完全失去孵化能力則需要101.6 g/m3藥劑；對(duì)于赤擬谷盜(每個(gè)重復(fù)10頭試蟲)需要165.8 g/m3藥劑(表2和圖8)。溴甲烷對(duì)大多數(shù)種類昆蟲的有效作用濃度為48.08～112.2 g/m3。2-十一烷酮對(duì)不同種類昆蟲及不同發(fā)育階段有相似活性，只是對(duì)赤擬谷盜的有效濃度要比溴甲烷要高一些(圖7、8)。

圖7 生測(cè)試驗(yàn)中2-十一烷酮對(duì)紅火蟻(S. invicta)100%致死劑量與USDA APHIS處理手冊(cè)中溴甲烷的推薦使用劑量(最低48.08 g/m3，最高112.2 g/m3)的對(duì)比

圖8 用圖2所示的生測(cè)方法測(cè)得2-十一烷酮對(duì)德國(guó)小蠊(B.germanica)、煙芽夜蛾(H. virescens)卵、赤擬谷盜(T. castaneum)的100%致死劑量與USDA APHIS處理手冊(cè)中溴甲烷的推薦使用劑量(最低48.08 g/m3，最高112.2 g/m3)的對(duì)比

2.5 十一烷酮與溴甲烷用于害蟲熏蒸的成本比較

溴甲烷之所以成為了熏蒸劑的“標(biāo)桿”，首先是因?yàn)槠鋸V譜性，可以用于多種有害生物的防控；其次是成本低。因此，將 2-十一烷酮與溴甲烷進(jìn)行了比較。對(duì)于常見的害蟲或商品，溴甲烷最低使用量為48.08 g/m3，最高為112.2 g/m3。2012年溴甲烷田間使用價(jià)格為0.013美元/g，2017年純度為99.9%的十一烷酮的批發(fā)價(jià)為 0.014美元/g (https://www.alibaba.com/product-detail/2-Undecanone-cas-no-112-12_60431528103.html)。表3為2-十一烷酮和溴甲烷以 100%致死率防治不同昆蟲所需要的最低劑量成本比較。從表3可以看出二者防治紅火蟻時(shí)，溴甲烷如果按照推薦的最低劑量，那么其成本比 2-十一烷酮高10.9倍；如果按照最高劑量，那么高25.6倍。值得一提的是，2-十一烷酮能完全控制紅火蟻的有效劑量會(huì)隨蟻巢所在地土質(zhì)的差異而改變。從目前就紅火蟻的研究來(lái)看，2-十一烷酮的確是溴甲烷的一種理想替代品。而對(duì)于其他試蟲、不同的發(fā)育階段，前者依然有取代后者的潛力(圖8和表3)。其中，2-十一烷酮對(duì)赤擬谷盜的效果最差，前者最大推薦劑量的費(fèi)用是后者的 3.7倍，最低推薦劑量費(fèi)用是后者的1.6倍(表3)。

由于溴甲烷需要人工合成，并且無(wú)色、無(wú)味不易被察覺(jué)，而且對(duì)平流層臭氧層有很強(qiáng)的破壞作用，所以在2005年溴甲烷被禁用。2-十一烷酮可能為合適的替代品。2-十一烷酮具有以下優(yōu)勢(shì)：⑴ 天然產(chǎn)物；⑵ 食用的植物就可以產(chǎn)生2-十一烷酮；⑶ 其安全性已被明確；⑷ 2-十一烷酮有溫和的氣味，可以被輕易察覺(jué)；⑸ 在大氣壓及正常環(huán)境溫度下，可以以液體的狀態(tài)運(yùn)輸；⑹ 2-十一烷酮具有廣泛的防治譜(節(jié)肢動(dòng)物、植物、線蟲和細(xì)菌)，其作用方式是非生化的，具有商業(yè)用途；⑺ 對(duì)人體安全，已通過(guò)美國(guó)環(huán)境保護(hù)局(EPA)登記為蚊蟲驅(qū)避劑用于人體皮膚。相較于人工合成的或?qū)Ψ前袠?biāo)生物高毒的熏蒸劑，人們對(duì)于天然源熏蒸劑的接受力要更強(qiáng)一些。

2.6 對(duì)甲基酮作為熏蒸劑的展望

不同熏蒸劑之間的作用方式差異很大。有些熏蒸劑具有速效性，而有些則作用速度較慢。在亞致死劑量下，有一些熏蒸劑對(duì)害蟲具有麻痹作用，而有一些則使害蟲無(wú)法恢復(fù)。一般來(lái)說(shuō)，熏蒸劑的毒力取決于靶標(biāo)害蟲的呼吸速率，呼吸速率越低，其對(duì)熏蒸劑的敏感性越差。雖然目前對(duì)于2-十一烷酮的作用方式還不明了，但推測(cè)它作用于植物或昆蟲的表皮層，而非作用于靶標(biāo)的呼吸作用。因?yàn)榧词乖诤艿偷臏囟葪l件下，2-十一烷酮作為除草劑也具有很快的速效性。

隨著溴甲烷被完全淘汰，整體上，登記的熏蒸劑種類越來(lái)越少，在有害生物的防控方面可選擇的熏蒸劑也越來(lái)越少。被處理貨物的類型、有害生物的種類與發(fā)育階段、被處理物的結(jié)構(gòu)、熏蒸劑的價(jià)格、熏蒸劑對(duì)使用者和環(huán)境的安全性等都是選擇熏蒸劑時(shí)需要考慮的因素。而且人們對(duì)化學(xué)防治方法的接受程度也變得越來(lái)越重要，越來(lái)越多的人需求“綠色技術(shù)”。許多天然精油已被開發(fā)用于有害生物的防控。例如，肉桂油的主要成分肉桂醛對(duì)于德國(guó)小蠊(T. castaneum)及玉米象(Sitophilus zeamais)有觸殺活性。丁香油對(duì)米象(Sarocladium oryzae)、谷蠹(Rhyzopertha dominica)具有毒性。公丁香(Syzygium aromaticum)的花蕾及八角(Illicium uvrum)的提取物對(duì)德國(guó)小蠊(T. castaneum)及玉米象(S. zeamais)有殺滅作用，且抑制它們的生殖。從印度楝(Azadirachta indica)中提取的精油具有抑制昆蟲羽化、減少產(chǎn)卵率和抑制昆蟲發(fā)育的作用。

甲基酮——2-十一烷酮是由野生番茄(L. hirsutum Dunal f. glabratum C. H. Müll)的毛腺產(chǎn)生的?？梢员挥米魇称诽砑觿┖驼{(diào)味品，用于化妝品和香水，可以從天然植物中萃取。其已經(jīng)被用作蚊蟲趨避劑。十一烷酮對(duì)哺乳動(dòng)物的毒性相對(duì)較低，已被美國(guó)環(huán)境保護(hù)局登記為生物殺蟲劑的成分，此生物殺蟲劑為用于人體皮膚的蚊蟲驅(qū)避劑。

綜上所述，探究了4種甲基酮(2-庚酮、2-辛酮、2-壬酮、2-十一烷酮)的殺蟲潛力，發(fā)現(xiàn)了其對(duì)紅火蟻的熏蒸活性。與2-辛酮、2-壬酮與2-十一烷酮相比，2-庚酮的 LC50(4.27 μg/cm3)最低(表 1)。十一烷酮對(duì)德國(guó)小蠊成蟲、赤擬谷盜成蟲、煙芽夜蛾卵都具有熏蒸作用。除處理赤擬谷盜的濃度稍高外，處理其余害蟲所需的 2-十一烷酮濃度都在溴甲烷的推薦使用濃度范圍內(nèi)(48.08～112.2 μg/cm3)(表 3)。在田間試驗(yàn)中，注入25%的2-十一烷酮乳液(相當(dāng)于12.5 mL 2-十一烷酮純?nèi)芤?就可以消滅一個(gè)蟻巢(圖 5)。直接將藥物注如蟻巢進(jìn)行螞蟻防控的方法之前也有人建議使用。連有10～20 cm長(zhǎng)噴嘴的氣溶膠罐，可以被房主用來(lái)處理單個(gè)的蟻巢。在無(wú)合適熏蒸劑的情況下，可以甲基酮快速防治害蟲，可以作為溴甲烷的替代品，是一種有發(fā)展?jié)摿Φ难魟?/p>