甲酸乙酯與氮氣混合熏蒸對赤擬谷盜的毒力研究

唐培安 吳學友 宋 偉

(糧食儲運國家工程實驗室南京財經大學食品科學與工程學院，南京 210046)

糧食儲藏是合理利用糧食資源的重要手段，而害蟲、害螨和微生物的危害可造成糧食質量和數量的巨大損失［1－3］。近年來，溴甲烷因對臭氧層的破壞作用而逐漸被限用和淘汰，儲糧害蟲對磷化氫的抗藥性問題也日益嚴重［4－6］。因此，尋求綠色、安全、環保的儲糧害蟲防治藥劑已顯得非常迫切。甲酸乙酯(ethyl formate，EtF)是一種古老的熏蒸劑，近年來因其環境友好性又重新引起人們的研究興趣。甲酸乙酯作為儲糧熏蒸劑具有殺蟲迅速、降解速度快、熏蒸后對糧食無不良影響等優良特性，然而在熏蒸過程中也暴露出吸附性強、受環境溫度影響較大以及高濃度下容易發生爆炸等問題急需解決［7－13］。

氮氣氣調技術是一種綠色環保的儲糧新技術，利用空氣中取之不盡用之不竭的惰性氣體——氮氣作為氣調儲糧介質，置換糧倉內的氧氣，使儲糧環境保持高氮(96%以上)、低氧(4%以下)的狀態，從而導致儲糧害蟲缺氧窒息死亡;該技術還具有抑制霉菌繁殖，保持糧食品質的作用，是一種集殺蟲、抑霉、保鮮于一體的無毒、無害、安全、環保的綠色儲糧技術［14－17］。然而該技術要求高氮低氧的環境持續時間較長才能達到較好的殺蟲效果，這就對糧倉的密閉性提出了很高的要求。將氮氣氣調技術與甲酸乙酯混合使用有望提高甲酸乙酯的燃爆臨界濃度，縮短氣調儲糧的處理時間、降低對糧倉密閉性的苛刻要求，從而降低糧倉的建設成本、減少氣調儲糧過程中的能耗等。本試驗以赤擬谷盜為對象，系統研究了氮氣氣調與甲酸乙酯混合使用的熏蒸效果，為兩種技術的結合使用提供理論指導。

1 材料與方法

1.1 供試昆蟲

供試昆蟲赤擬谷盜(Tribolium castaneum)于2010年9月采自南京財經大學儲糧害蟲防治實驗室的模擬糧倉中，并在養蟲室內人工飼養數代。將赤擬谷盜成蟲接種于含有60 g配制飼料的500 mL玻璃瓶中，其中，玻璃瓶經160℃干熱滅菌60 min，配制飼料為全麥粉和酵母粉按質量比20∶1混合而成。產卵1周后將赤擬谷盜成蟲篩去，其后代在溫度為(32±1)℃、相對濕度(75±5)%、24 h無光照條件下繼續培養，待成蟲大量出現后1～2周內，挑取發育健康的成蟲作為供試蟲源。

1.2 供試藥劑

甲酸乙酯(含量≥98.0%):中國醫藥集團上海化學試劑公司，化學純。

1.3 試驗方法

1.3.1 氣調方法及裝置

以理想氣體狀態方程PV=nRT和阿伏伽德羅定律為理論依據，利用真空泵抽取密封廣口瓶內空氣至一定壓力后(以三通管連通的U型壓力計測定)，注入等量的高純度氮氣，獲得試驗所需的氮氣濃度。試驗所用裝置如圖1所示。

圖1 試驗氣調裝置

1.3.2 氮氣濃度對甲酸乙酯熏蒸效果的影響

采用廣口瓶密閉熏蒸法。處理溫度為20℃，熏蒸時間為24 h，氮氣濃度分別為78%、81%、84%、87%、90%和95%，甲酸乙酯濃度分別為10、12、14、16和18μL/L進行試驗。具體方法為:挑取供試赤擬谷盜成蟲50頭置于3 L廣口瓶中，密封廣口瓶，利用1.3.1中氣調裝置將廣口瓶內氮氣濃度調至試驗設定濃度，加入一定劑量的甲酸乙酯。將處理后的廣口瓶放置于已設定好溫度的培養箱內，全黑暗條件下進行熏蒸。每個處理設置3次重復，并設置空白對照組，在散氣24 h后檢查記錄成蟲死亡數。

1.3.3 熏蒸時間對氮氣和甲酸乙酯混合熏蒸效果的影響

熏蒸方法同1.3.2。在25℃，氮氣濃度為90%，甲酸乙酯濃度分別為12、14和16μL/L條件下，設定熏蒸時間分別為24、36、48、60和72 h，全黑暗熏蒸后檢查記錄成蟲死亡數。每個處理供試赤擬谷盜成蟲50頭，設置3次重復和空白對照。

1.3.4 溫度對氮氣和甲酸乙酯混合熏蒸效果的影響

熏蒸方法同 1.3.2。溫度設定 15.0、17.5、20.0、22.5、25.0、27.5、30.0 和 32.5 ℃，氮氣濃度分別為87%、90%和95%，甲酸乙酯濃度分別為12、14和16 μL/L，在全黑暗條件下熏蒸處理24 h。每個處理供試成蟲50頭，設置3次重復，并設置空白對照組。

1.3.5 不同氮氣濃度下甲酸乙酯對赤擬谷盜成蟲致死中濃度LC50的測定

熏蒸方法同1.3.2。熏蒸時間設定為24 h，溫度條件為25℃，氮氣濃度分別為78%、87%、90%和95%。每一處理選擇5～7個藥劑濃度。氮氣濃度78%條件下，甲酸乙酯濃度梯度為 17、18、19、21、23 μL/L;氮氣濃度87%條件下，甲酸乙酯濃度梯度為16、17、18、19、20 μL/L;氮氣濃度 90% 條件下，甲酸乙酯濃度梯度為 13、14、16、17、18 μL/L;氮氣濃度95% 條件下，甲酸乙酯濃度梯度為 8、9、10、11、13 μL/L。使其平均校正死亡率在16%～84%之間，每一處理供試成蟲50頭，設3次重復和空白對照。

1.3.6 數據處理

采用Abbott公式對死亡率進行校正:校正死亡率=［(處理死亡率－對照死亡率)/(1－對照死亡率)］×100%

將校正死亡率進行反正弦轉換后，采用SPSS軟件進行方差分析，多種比較采用Duncan’s新復極差法。采用IRM害蟲抗藥性管理軟件進行回歸分析，用幾率值法求出毒力回歸線和LC50、LC95值。

2 結果與分析

2.1 氮氣濃度對甲酸乙酯熏蒸效果的影響

不同氮氣濃度下甲酸乙酯的熏蒸效果如表1所示。從表1中可以看出，相同甲酸乙酯濃度下，氮氣濃度的提高可顯著增加赤擬谷盜成蟲的校正死亡率(P＜0.05)。在甲酸乙酯濃度為18μL/L時，78%的氮氣濃度下，試蟲的校正死亡率為41.5%，而當氮氣濃度90%時，校正死亡率超過90%，氮氣濃度上升至95%時，赤擬谷盜全部死亡。

表1 不同濃度的氮氣和甲酸乙酯混合熏蒸處理赤擬谷盜成蟲的死亡率(24 h，20℃)

2.2 熏蒸時間對氮氣和甲酸乙酯混合熏蒸效果的影響

在90%的氮氣濃度下，熏蒸時間對甲酸乙酯熏蒸效果的影響結果見表2。從表2中可以看出，當甲酸乙酯濃度相同時，在供試的所有熏蒸時間內(24、36、48、60、72 h)赤擬谷盜的校正死亡率無顯著差異(P＞0.05)，說明甲酸乙酯與氮氣混用可以在較短的時間內發揮熏蒸毒力，具有良好的速效性。

表2 不同甲酸乙酯濃度和熏蒸時間下赤擬谷盜成蟲的死亡率(25℃，90%N2)

2.3 溫度對氮氣和甲酸乙酯混合熏蒸效果的影響

溫度對氮氣和甲酸乙酯混合熏蒸效果的影響見表3～表5。試驗結果表明，在供試的3個氮氣濃度下，溫度均顯著影響甲酸乙酯對赤擬谷盜的熏蒸效果，且甲酸乙酯的熏蒸效果在低溫下比在高溫下好，15.0℃ ～32.5℃范圍內隨著溫度的升高赤擬谷盜成蟲的校正死亡率呈現逐漸降低趨勢，其差異達極顯著水平(P ＜0.01)。

表3 不同甲酸乙酯濃度和處理溫度下赤擬谷盜成蟲的死亡率(24 h，87%N2)

表4 不同甲酸乙酯濃度和處理溫度下赤擬谷盜成蟲的死亡率(24 h，90%N2)

表5 不同甲酸乙酯濃度和處理溫度下赤擬谷盜成蟲的死亡率(24 h，95%N2)

2.4 不同氮氣濃度下甲酸乙酯對赤擬谷盜成蟲致死中濃度LC50的測定

在不同氮氣濃度下測定甲酸乙酯對赤擬谷盜成蟲的熏蒸毒力，并采用直線回歸方程擬合死亡率概率值(Y)與濃度對數值(X)之間的關系(表6)。隨著氮氣濃度的增加甲酸乙酯對赤擬谷盜成蟲的致死中濃度逐漸減小，說明氮氣濃度的提高可明顯增加甲酸乙酯的熏蒸毒力。

表6 不同氮氣濃度下甲酸乙酯對赤擬谷盜成蟲的毒力回歸方程(25℃，24 h)

3 討論與結論

甲酸乙酯作為糧食熏蒸劑具有殺蟲速度快、熏蒸后對糧食品質無不良影響、對環境安全等優點，受到國內外儲糧害蟲管理研究者越來越多的關注。唐培安等［18］通過甲酸乙酯對赤擬谷盜不同蟲態的熏蒸效果研究顯示，處理時間和溫度顯著影響甲酸乙酯對赤擬谷盜各蟲態的熏蒸致死效果，且在低溫條件下處理比在高溫下熏蒸效果好。Dojchinov等［19］研究發現施用劑量分別為420、660和940 g/m3的甲酸乙酯與二氧化碳制劑(VapormateTM)熏蒸50 t小麥倉3、24和72 h，各種蟲態的谷蠹和赤擬谷盜均得到完全控制，混合蟲態的米象死亡率也在98%以上。此外，王殿軒等［20］還發現對磷化氫抗性系數分別為1、3、170和247倍的赤擬谷盜品系對甲酸乙酯的敏感性相似，未表現出交互抗性。2002年，甲酸乙酯作為處理干果的熏蒸劑在澳大利亞登記注冊?？梢?，甲酸乙酯是一個具有開發潛力的優良熏蒸劑。

然而，甲酸乙酯作為儲糧熏蒸劑的問題是容易被糧食吸附、熏蒸效果受溫度影響比較大、濃度過高時容易引起爆炸等。澳大利亞聯邦科學與工業研究組織(CSIRO)從甲酸乙酯與二氧化碳混用的角度入手進行開發研究，證明二氧化碳對甲酸乙酯具有很強的增效作用，按照甲酸乙酯與二氧化碳1∶6(體積比)的比例配制的VapormateTM已成功注冊了為一種儲糧熏蒸制劑［8，19］。但是，以二氧化碳作為媒介的問題也非常突出，熏蒸后糧庫中高濃度的二氧化碳會導致人體供氧不足，對操作人員具有一定的威脅，而熏蒸后二氧化碳的排放會加劇全球溫室效應，再者二氧化碳的獲取不便也增加了操作成本。

氮氣在空氣中的比例高達78%，更易獲得，降低了成本，具有無毒、無害、安全、環保的優良特性，是最常用的氣調技術。然而，氮氣氣調技術要求在糧倉中保持高氮氣濃度(96%以上)較長的時間(15 d)才能達到預期的殺蟲效果，這就對糧倉的密閉性提出了很高的要求。本研究從甲酸乙酯與氮氣混合應用的角度進行研究，結果表明，氮氣濃度增加可顯著提高甲酸乙酯對赤擬谷盜成蟲的熏蒸效果，且在24 h以內就能發揮非常好的熏蒸活性，此外，溫度對熏蒸效果影響極顯著，在相對較低的溫度下兩者混用可以達到更好的熏蒸效果，這一特性符合當前低溫儲糧的要求。氮氣氣調技術與甲酸乙酯混用結合了兩種技術的優點，可顯著降低甲酸乙酯的使用濃度、減少氣調技術對糧倉密閉性的依賴，降低儲糧成本，增加儲糧安全性，是一種非常有潛力的儲糧新方法。同時氮氣氣調技術與甲酸乙酯結合在實際應用中會受到儲糧種類、施用方法、環境溫度、害蟲數量等各種條件的影響，其具體應用技術有待于進一步研究。

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