楊 璐， 戴仁懷*， 楊 洪， 江兆春

1貴州大學(xué)昆蟲研究所/貴州山地農(nóng)業(yè)病蟲害重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，貴州 貴陽 550025； 2貴州省植保植檢站，貴州 貴陽 550001

菜豆象Acanthosceliesobtectus(Say)又名大豆象，屬鞘翅目Coleoptera豆象科Bruchidae三齒豆象屬Acanthoscelides，是我國重要的檢疫性害蟲。菜豆象主要危害菜豆PhaseolusvulgarisL.、豇豆Vignaunguiculate(L.)、綠豆Vignarabiata(L.)和小豆Vignaumbellate(Thunb.)等(張潤志，2017)。菜豆象主要以幼蟲蛀入寄主豆粒內(nèi)取食，豆粒被菜豆象幼蟲蛀食后，由于表面和內(nèi)部破損，無法食用和銷售，失去了食用及商品價(jià)值，造成巨大損失；豆粒嚴(yán)重破損后，難以出芽，也不宜再留作種用(申智慧等，2014)。

甲酸乙酯(ethyl formate, EF)常溫下為無色液體，是一種防治儲糧害蟲的新型熏蒸劑，具有氧硫化碳所有的良好特性，能迅速殺死害蟲，其殘留物能快速降解為甲酸和乙醇(郭道林等,2004)。多種作物儲藏期間會自然產(chǎn)生EF，因此，該藥劑的使用不會對儲藏物的品質(zhì)造成影響(Valmasetal.,2006)。2002年，EF已作為處理干果的熏蒸劑在澳大利亞登記注冊(Vu & Ren, 2004)。異硫氰酸甲酯(methyl isothiocyanate, MITC)是一種無色固體，微溶于水，沸點(diǎn)高(117～180 ℃)，密度為1.069 g·mL-1。MITC可以在油菜類蔬菜上自然形成，其自然含量為0.001～0.05 mg·kg-1(Kirkegaard & Sarwar,1998; Sarwar & Kirkegaard,1998; Sarwaretal.,1998)，它在保護(hù)這些作物免受害蟲危害方面發(fā)揮著重要作用(Sarwaretal.,1998)。長期以來，儲糧害蟲的控制主要依賴磷化氫和溴甲烷等藥劑，但磷化氫的抗性問題日益嚴(yán)重(Ren & Mahon,2006)，而溴甲烷因?qū)Τ粞鯇泳哂袣淖饔靡驯唤?Ajwaetal.,2003)。有學(xué)者用EF來熏蒸儲糧害蟲，然而其使用濃度常接近或高于其燃燒閾值，極易產(chǎn)生安全隱患，因此，開發(fā)新型的儲糧害蟲防治方法極為重要。Renetal.(2005)研究表明，用EF+MITC熏蒸米象SitophilusoryzaeLinne成蟲，二者有協(xié)同增效作用。因此，本研究在應(yīng)用二因子二次通用旋轉(zhuǎn)回歸組合設(shè)計(jì)法研究菜豆象成蟲死亡幾率值與不同濃度熏蒸劑之間相互關(guān)系的基礎(chǔ)上，計(jì)算得到菜豆象死亡幾率值與藥劑用藥量之間的二次多項(xiàng)式方程，結(jié)合拉格朗日求極值原理，求取費(fèi)用最低、殺蟲效果最好的配比，以期為入侵害蟲菜豆象的防治提供參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

1.1.1 供試藥劑 98.0% EF原藥(天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司)；98.0% MITC原藥(上海阿拉丁生化科技股份有限公司)。

1.1.2 供試蟲源 菜豆象采自貴州省貴陽市花溪糧食市場，在貴州大學(xué)昆蟲研究所氣候箱中進(jìn)行人工飼養(yǎng)數(shù)代。將菜豆象成蟲接種于菜豆(經(jīng)60 ℃干燥4 h)中飼養(yǎng)，待成蟲產(chǎn)卵1周后將其移除，后代在溫度(25±1)℃、相對濕度70%±5%、24 h黑暗條件下繼續(xù)飼養(yǎng)多代，以健康成蟲(羽化1～3 d)作為供試蟲源。

1.1.3 供試器材 RGL-P400A型人工氣候箱(合肥達(dá)斯卡特生物科技有限公司)、1 L廣口瓶、軟毛刷、紗布、保鮮膜等。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 供試藥劑配制 稱取10 mg的MITC溶于1 mL的丙酮溶液，得到母液，放入容量瓶中備用。

1.2.2 熏蒸劑的毒力測定 采用廣口瓶密閉熏蒸法(李俊等，2006)。將40頭菜豆象放入1 L的廣口瓶，廣口瓶內(nèi)放置熏蒸盒(直徑2 cm，高1 cm)供藥劑揮發(fā)。在人工氣候箱25 ℃條件下，設(shè)置5個(gè)EF濃度梯度(16、18、20、22、24 μL·L-1)和5個(gè)MITC濃度梯度(0.05、0.1、0.2、0.4、0.8 mg·L-1)，熏蒸24 h，處理結(jié)束24 h后檢查死亡率。

1.2.3 二因子二次通用旋轉(zhuǎn)回歸組合實(shí)驗(yàn) 以EF、MITC的LC50值為基礎(chǔ)，使用公式對其進(jìn)行轉(zhuǎn)換，編制各參試熏蒸劑編碼值與所使用熏蒸劑濃度之間的關(guān)系表(陶方玲和田世堯，1996)，然后參照丁希泉(1986)的二因子二次通用旋轉(zhuǎn)回歸組合設(shè)計(jì)表進(jìn)行熏蒸實(shí)驗(yàn)。對數(shù)轉(zhuǎn)換關(guān)系式如下：

Xi=log10Ni-log10N0

(1)

式中，Ni和N0分別為與i水平與0水平相對應(yīng)的殺蟲劑使用濃度，Xi為i水平的編碼值。

1.3 數(shù)據(jù)處理

毒力測定數(shù)據(jù)利用SPSS 17.0軟件計(jì)算出LC50、LC90、LC99值及其毒力回歸方程；采用Excel 2010軟件對二因子二次通用旋轉(zhuǎn)回歸組合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得出死亡幾率值估計(jì)量的二次多項(xiàng)式回歸方程及該方程的回歸分析結(jié)果；運(yùn)用Matlab 2018軟件計(jì)算出最優(yōu)化配方。

2 結(jié)果與分析

2.1 熏蒸劑的毒力測定

EF、MITC的毒力測定結(jié)果見表1。2種藥劑對菜豆象成蟲的毒力存在較大的差異，其中MITC的殺蟲效果較強(qiáng)，其LC50值為0.667 mg·L-1；EF的殺蟲效果次之，LC50值為20.59 μL·L-1。

表1 2種熏蒸劑對菜豆象成蟲的毒力測定

2.2 二因子二次通用旋轉(zhuǎn)回歸組合設(shè)計(jì)

熏蒸劑EF、MITC編碼值與使用濃度之間的關(guān)系見表2。根據(jù)表2中的用藥量，結(jié)合二因子二次通用旋轉(zhuǎn)回歸組合設(shè)計(jì)表進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，可得各處理?xiàng)l件下菜豆象成蟲的死亡幾率值(表3)。根據(jù)表3中的數(shù)據(jù)計(jì)算可得二次多項(xiàng)式：

(2)

為分析該回歸方程能否適用于熏蒸劑用藥量與菜豆象成蟲死亡幾率值之間的相互關(guān)系，對此式進(jìn)行回歸分析，討論方程的回歸顯著性問題，結(jié)果如表4、表5所示。由表4可知：R2=0.9867，說明該回歸方程擬合優(yōu)度很好。由表5可知：P=0.000023<0.01，故在α=0.01的顯著水平下極顯著，說明該回歸方程能夠較好地反映藥劑用藥量與菜豆象成蟲死亡幾率值之間的數(shù)量關(guān)系。

表2 參試因子用藥量與編碼值的轉(zhuǎn)換關(guān)系

表3 二因子二次通用旋轉(zhuǎn)回歸組合設(shè)計(jì)

表4 回歸方程的回歸統(tǒng)計(jì)表

2.3 最優(yōu)化配方

一個(gè)最優(yōu)化配方的評判標(biāo)準(zhǔn)包括2個(gè)方面：一是對目標(biāo)害蟲菜豆象的防治效果應(yīng)最好；二是防治菜豆象的費(fèi)用最省。把對數(shù)轉(zhuǎn)換關(guān)系式帶入(2)式中，可得約束函數(shù)：

(3)

優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)：

J=C1N1+C2N2=0.089N1+0.218N2

(4)

式中，C1、C2分別表示EF、MITC的單價(jià)；N1、N2含義同(3)式。

根據(jù)(3)式、(4)式和拉格朗日求極值原理，求得：N1=102.702 μL、N2=3.0263 mg，N1∶N2≈33.94∶1。當(dāng)混配液中EF用藥量(N1)為102.702 μL，MITC用藥量(N2)為3.0263 mg，2種成分比例約為33.94∶1時(shí)，可獲得最佳經(jīng)濟(jì)效益，且殺蟲效果最佳。

表5 回歸方程的方差分析

3 討論

EF是一種防治儲糧害蟲的新型熏蒸劑，常溫下為無色液體，有學(xué)者運(yùn)用EF熏蒸儲糧害蟲研究，然而其防治濃度常高于其燃燒閾值(Ren & Mahon,2003)。姚潔等(2016)在使用EF防治菜豆象的熏蒸實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，不同濃度的EF對菜豆象成蟲具有較好的防治效果，但是，由于菜豆象的高齡幼蟲和蛹藏于豆粒內(nèi)，EF對它們的有效熏蒸濃度將會大于50 μL·L-1，有效防治濃度值可能會接近或者高于EF的燃燒閾值(84～91 mg·mL-1)。MITC是一種無色固體，主要用作土壤熏蒸劑，也有用于熏蒸四紋豆象CallosobruchusmaculatusFabricius的報(bào)道，當(dāng)MITC濃度高于0.8 mg·mL-1時(shí)，處理結(jié)束后所有昆蟲都死亡(Sanonetal.,2002)。由于EF熏蒸菜豆象幼蟲及蛹的有效濃度可能會接近或大于其燃燒閾值，而MITC的成本過高，因此，結(jié)合二者的特點(diǎn)，將二者進(jìn)行混配，既能降低EF的用量又能降低防治成本。

Renetal.(2005)研究表明，米象成蟲在5.9 mg·mL-1EF 25 ℃下熏蒸24 h后不受影響，但在相同的EF濃度下，添加5%的MITC后死亡率可達(dá)到99%。所以MITC可以顯著降低EF的使用量，使其低于燃燒閾值，它們之間有顯著的協(xié)同增效作用。但其研究中沒有考慮經(jīng)濟(jì)效益與殺蟲效果之間的關(guān)系，因此，本研究應(yīng)用二因子二次通用旋轉(zhuǎn)回歸組合設(shè)計(jì)，再應(yīng)用拉格朗日求極值原理，求得最優(yōu)化配方：EF(N1)∶MITC(N2)≈33.94∶1，該方法不僅可以減少大量的實(shí)驗(yàn)次數(shù)，還可以節(jié)約實(shí)驗(yàn)成本，同時(shí)又容易篩選出最優(yōu)化配方。

本研究配比結(jié)果是根據(jù)室內(nèi)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得到的，這只是確定一個(gè)好的混配藥劑的第一步。雖然該結(jié)果可以為EF與MITC混配制劑的開發(fā)提供一定的理論依據(jù)，但其增效機(jī)理尚未清楚，實(shí)倉防效也還需進(jìn)一步驗(yàn)證。