海灰翅夜蛾性信息素研究進(jìn)展

任鴻遠(yuǎn), 鐘江春, 王 敏, 邊慶花

(中國農(nóng)業(yè)大學(xué) 理學(xué)院 應(yīng)用化學(xué)系 農(nóng)藥創(chuàng)新中心，北京 100193)

海灰翅夜蛾Spodoptera littoralis (Boisduval)，屬鱗翅目 (Lepidoptera) 夜蛾科 (Noctuidae)，廣泛分布于歐洲、非洲與亞洲的諸多國家[1-2]。海灰翅夜蛾主要危害棉花、番茄、甜椒、草莓等多種農(nóng)作物，使作物減產(chǎn)、農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)下降，造成巨大經(jīng)濟(jì)損失[3-4]。使用殺蟲劑是防治海灰翅夜蛾的主要手段，但長期施用化學(xué)藥劑，不僅會使海灰翅夜蛾產(chǎn)生抗性，導(dǎo)致防治效果下降，而且會造成環(huán)境污染[5-6]、對非靶標(biāo)生物不安全等[7-8]。目前，海灰翅夜蛾已對氨基甲酸酯類[9-10]、擬除蟲菊酯類[11-12]、有機(jī)磷類[13-14]以及雙酰肼類等[15]殺蟲劑產(chǎn)生抗性，例如，其對氰戊菊酯和溴氰菊酯已分別產(chǎn)生 33 倍和 27 倍的抗性[16]。

與化學(xué)農(nóng)藥相比，基于昆蟲性信息素的防治技術(shù)，具有微量高效、毒性低、不產(chǎn)生抗性、環(huán)境相容性好、對非靶標(biāo)生物安全等優(yōu)勢，是極具發(fā)展前景的綠色防控新技術(shù)[17-18]。海灰翅夜蛾性信息素是雌蟲腹尖的性腺體分泌并釋放的微量化學(xué)物質(zhì)[19a]，具有吸引雄蟲、幫助海灰翅夜蛾完成交配的生理活性，可用于誘殺成蟲、干擾交配、種群監(jiān)測等。2008 年，Munoz 等總結(jié)了海灰翅夜蛾性信息素各種組分的生物合成途徑[19b]。本文通過綜述海灰翅夜蛾性信息素的分離及結(jié)構(gòu)鑒定，按照構(gòu)建碳碳雙鍵的方法，重點總結(jié)其主要活性成分的化學(xué)合成方法，并簡要介紹海灰翅夜蛾性信息素的生物活性與應(yīng)用研究，以期為實現(xiàn)海灰翅夜蛾的綠色防控提供參考。

1 海灰翅夜蛾性信息素的分離與結(jié)構(gòu)鑒定

據(jù)文獻(xiàn)報道[19a-24]，海灰翅夜蛾性信息素目前共鑒定出8 種化學(xué)成分，分別為：(9Z, 11E)-9,11-十四碳二烯-1-醇乙酸酯 (Z9, E11-14:Ac，1)，(Z)-9-十四碳烯-1-醇乙酸酯 (Z9-14:Ac，2)、(E)-11-十四碳烯-1-醇乙酸酯 (E11-14:Ac，3)、十四碳-1-醇乙酸酯 (14:Ac，4)、(9Z, 12E)-9,12-十四碳二烯-1-醇乙酸酯 (Z9, E12-14:Ac，5)、(Z)-11-十四碳烯-1-醇乙酸酯 (Z11-14:Ac，6)、(9Z, 11Z)-9,11-十四碳二烯-1-醇乙酸酯 (Z9, Z11-14:Ac，7) 與 (10E, 12E)-10,12-十四碳二烯-1-醇乙酸酯 (E10, E12-14:Ac，8)(結(jié)構(gòu)式見圖式1)。

不同地理環(huán)境的海灰翅夜蛾，其性信息素主要活性成分與次要活性成分不同，而且各種組分的含量也不同 (表1)。例如，肯尼亞海灰翅夜蛾性信息素的主要成分為化合物1，次要活性成分為化合物5[20]；而希臘海灰翅夜蛾性信息素主要成分為化合物4，次要活性成分為化合物1[22]。

表1 海灰翅夜蛾性信息素的化學(xué)組成 (質(zhì)量分?jǐn)?shù))Table 1 The chemical compositions of the sex pheromone of Spodoptera littoralis

早在1973 年，Nesbitt 等[19a]就從海灰翅夜蛾雌蟲腹尖的二氯甲烷提取液中分離得到了海灰翅夜蛾性信息素，并利用氣相色譜-觸角電位 (Gas Chromatography-Electroantennographic Detection,GC-EAD) 技術(shù)確認(rèn)其活性成分為化合物1、2、3 和4。次年，Tamaki 等[20]對肯尼亞海灰翅夜蛾進(jìn)行研究，從92 只雌蟲腹尖的二氯甲烷提取液中分離得到 1 (38 μg，95%) 和 5 (2 μg，5%)。

1982 年，Sklarsz 等[21]對以色列海灰翅夜蛾的性腺抽提物進(jìn)行了系統(tǒng)研究，通過氣相色譜 (GC)和氣相色譜-質(zhì)譜 (GC-MS) 等技術(shù)確定其主要成分為化合物2 (46%) 和1 (33%)。次要成分為化合物3、5、6 與7，質(zhì)量分?jǐn)?shù)含量分別為9%、0.5～1%、7%與4%。Campion 等[22]通過研究雌成蟲的揮發(fā)物發(fā)現(xiàn)，埃及和希臘的海灰翅夜蛾與以色列的海灰翅夜蛾性信息素的化學(xué)組成不同。埃及海灰翅夜蛾性信息素含有54% 的1、23% 的4、9% 的2 與3 以及5%的5；而希臘海灰翅夜蛾性信息素只含有1 (30%) 和4 (70%)。

1990 年Martinez 等[23]對西班牙海灰翅夜蛾的性腺提取物進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)其主要活性成分為1，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為71%；次要成分為2、3、4 與6。此后，Navarro 等[24]研究海灰翅夜蛾性腺提取物，發(fā)現(xiàn)了一種新組分，即8，由 (Z)-11-十四碳烯酸在海灰翅夜蛾性腺中進(jìn)行生物合成得到。

2000 年 Malo 等[25]利用觸角電位 (EAG) 技術(shù)和氣相色譜-觸角電位 (GC-EAD) 聯(lián)用技術(shù)對海灰翅夜蛾性腺提取物進(jìn)行了系統(tǒng)研究，發(fā)現(xiàn)主要活性成分1 具有最高的EAG 響應(yīng)值 (1.54 mV)，而次要成分2、3、4、5 與6 響應(yīng)值略低 (1.21～1.32 mV)。該研究結(jié)果進(jìn)一步驗證了海灰翅夜蛾性信息素的活性成分。

2 海灰翅夜蛾性信息素主要活性成分的合成

在海灰翅夜蛾性信息素的8 種化學(xué)成分中，其主要活性成分為 (9Z, 11E)-9,11-十四碳二烯-1-醇乙酸酯 (1)，因此，關(guān)于該化合物的合成研究具有重要意義，而合成1 的關(guān)鍵是構(gòu)建Z-型與E-型碳碳雙鍵。在已有研究中，構(gòu)建E-型碳碳雙鍵的方法主要采用E 型烯烴原料法；構(gòu)建Z-型碳碳雙鍵的策略主要包括碳碳三鍵還原法、Z-型烯烴復(fù)分解法、Wittig 反應(yīng)法與Z-烯基銅鋰法。

2.1 碳碳三鍵還原法

碳碳三鍵還原法是構(gòu)建Z-型碳碳雙鍵的重要手段，主要包括炔烴的催化氫化與硼氫化還原[26-27]。Ratovelomana 等[28]利用烯炔醇酯的硼氫化-還原構(gòu)建了Z-型烯烴，完成了海灰翅夜蛾性信息素主要活性成分的合成研究 (圖式2)。該方法以9-癸炔-1-醇 (9) 為起始原料，首先和乙酸酐發(fā)生酯化反應(yīng)，得到9-癸炔-1-醇乙酸酯 (10)；然后與 (E)-1-碘-1-丁烯發(fā)生Sonogashira 偶聯(lián)反應(yīng)，得到烯炔醇酯11；最后與二異戊基硼烷發(fā)生硼氫化反應(yīng)，生成烯基硼烷，再經(jīng)乙酸還原為Z-型烯烴，得到目標(biāo)化合物1。該方法具有路線簡捷、總收率 (67%) 高等優(yōu)點。

Yadav 等[29]合成海灰翅夜蛾性信息素主要活性成分的關(guān)鍵步驟為炔烴的催化氫化 (圖式3)。該方法以 (E)-2-戊烯-4-炔-1-醇 (12) 為起始原料，先與四氫吡喃 (THP) 保護(hù)的8-溴-1-醇發(fā)生烷基化反應(yīng)，得到碳鏈延長的烯炔醇13；接著與四氯化碳發(fā)生氯代反應(yīng)，得到氯代烯炔14；然后與甲基格氏試劑發(fā)生偶聯(lián)反應(yīng)，得到多一個碳的THP 保護(hù)的烯炔醇15；再經(jīng)脫THP 保護(hù)與乙酰化反應(yīng)，得到烯炔醇酯11；最后經(jīng)金屬鎳催化氫化，將碳碳三鍵還原為Z-型碳碳雙鍵，得到目標(biāo)化合物1，總收率為17%。

2.2 Z-型烯烴復(fù)分解法

Z-型烯烴復(fù)分解法可以快速、簡捷地合成Z-型烯烴[30-31]，在有機(jī)合成領(lǐng)域具有重要地位。Grubbs 等[32]利用 Ru 催化劑 18 催化的 9-癸烯-1-醇乙酸酯 (16) 與 (E)-1,4-己二烯 (17) 的 Z-型烯烴復(fù)分解反應(yīng)，直接構(gòu)建9 位碳碳雙鍵，得到目標(biāo)化合物1，收率為56% (圖式4)。該方法雖然高效、簡捷，但需要合成結(jié)構(gòu)復(fù)雜的Ru 催化劑18。

2.3 Wittig 反應(yīng)法

Wittig 反應(yīng)法是利用醛與鏻鹽在強(qiáng)堿條件下發(fā)生反應(yīng)，生成碳碳雙鍵，是制備Z-型烯烴的重要手段[33-34]。用于制備海灰翅夜蛾性信息素主要活性成分的鏻鹽主要包括酯基鏻鹽、烯基鏻鹽與羥基鏻鹽等。Goto 等[35]利用醛與酯基鏻鹽的Wittig反應(yīng)直接構(gòu)建了化合物1 的Z-9 碳碳雙鍵 (圖式5)。該方法以1,9-壬二醇 (19) 為起始原料，先與HBr反應(yīng)，得到溴代醇20；然后進(jìn)行乙酰化反應(yīng)，得到溴代酯21；再與三苯膦反應(yīng)，生成酯基鏻鹽22；最后在氫化鈉催化下，與 (E)-2-戊烯醛發(fā)生Wittig 反應(yīng)，構(gòu)建Z-9 碳碳雙鍵，得到目標(biāo)化合物1，總收率為67%。

另外，Goto 等[35]還研究了利用羰基酯25 與烯基鏻鹽24 的Wittig 反應(yīng)直接構(gòu)建海灰翅夜蛾性信息素主要活性成分的Z-9 碳碳雙鍵 (圖式6)。結(jié)果表明，堿與溶劑是影響碳碳雙鍵Z、E 比的重要因素。當(dāng)堿為叔丁醇鉀、溶劑為苯時，化合物1 與 (9E,11E)-9,11-十四碳二烯-1-醇乙酸酯 (E9,E11-14:Ac,26) 的質(zhì)量比例為40 : 60；當(dāng)堿為正丁基鋰、溶劑為乙二醇二甲醚時，二者質(zhì)量比為50 : 50；而堿換為氫化鈉、溶劑換為二甲基亞砜時，二者質(zhì)量比為60 : 40。

Ando 等[36]研究了利用THP 保護(hù)的羥基鏻鹽與醛的Wittig 反應(yīng)構(gòu)建海灰翅夜蛾性信息素主要活性成分的Z-9 碳碳雙鍵 (圖式7)。該方法以1,9-壬二醇 (19) 為起始原料，先用THP 保護(hù)19 中的1 個羥基；然后與碘反應(yīng)，得到碘代THP 醚 (27)；27 與三苯膦反應(yīng)，生成THP 保護(hù)的羥基鏻鹽(28)；28 在正丁基鋰作用下，與 (E)-2-戊烯醛發(fā)生Wittig 反應(yīng)，得到THP 保護(hù)的二烯醇29，9 位碳碳雙鍵的Z、E 比為7 : 3；最后經(jīng)脫去THP 保護(hù)基與乙酰化反應(yīng)，得到目標(biāo)化合物1。該方法需要先保護(hù)羥基，然后脫保護(hù)羥基，使反應(yīng)路線較為冗長，步驟較為繁瑣。

陳新[37]實現(xiàn)了利用羥基鏻鹽與醛的Wittig 反應(yīng)，直接構(gòu)建了化合物1 的Z-9 碳碳雙鍵 (圖式8)，而且得到了理想的碳碳雙鍵Z、E 比。以1,9-壬二醇 (19) 為起始原料，先經(jīng)溴代反應(yīng)得到溴代醇31；然后與三苯膦反應(yīng)，生成羥基鏻鹽32；再在六甲基二硅基氨基鈉催化下，與 (E)-2-戊烯醛發(fā)生Wittig 反應(yīng)，得到二烯醇30，9 位碳碳雙鍵的Z、E 比為91 : 9；二烯醇30 最后與乙酸酐發(fā)生酯化反應(yīng)，得到目標(biāo)化合物1。

2.4 Z-烯基銅鋰法

烷基銅鋰試劑與炔烴的加成反應(yīng)，可以得到Z-烯基銅鋰試劑[38-39]，也是構(gòu)建Z 型碳碳雙鍵的重要方法。Tellier 與Ramiandrasoa[40]利用烷基銅鋰與乙炔的加成反應(yīng)，制得Z-烯基銅鋰試劑35，實現(xiàn)了海灰翅夜蛾性信息素主要活性成分的合成(圖式9)。該方法以1,8-辛二醇 (33) 為起始原料，先經(jīng)溴代反應(yīng)，得到34；然后34 與異丁烯反應(yīng)得到叔丁基保護(hù)的溴代醇35；接著與金屬鋰反應(yīng)得到烷基鋰試劑36，再與CuI 反應(yīng)原位生成烷基銅鋰試劑；然后與乙炔反應(yīng)制得Z-烯基銅鋰試劑37；接著再經(jīng)碘代、與乙酸酐反應(yīng)，生成碘代酯39；最后在四 (三苯基膦) 鈀的催化下，與 (E)-1-丁烯基溴化鋅發(fā)生偶聯(lián)反應(yīng)，得到目標(biāo)化合物1。

Naso 等[41]利用Z-烯基銅鋰試劑42 完成了海灰翅夜蛾性信息素主要活性成分的合成研究 (圖式10)。該研究以苯基2-溴乙烯基硫醚 (40) 為起始原料，先進(jìn)行消除反應(yīng)得到苯基乙炔基硫醚 (41)；然后利用Z-烯基銅鋰試劑42 對乙炔硫醚41 的還原加成反應(yīng)構(gòu)建E-型碳碳雙鍵，得到二烯硫醚43；再經(jīng)格氏偶聯(lián)反應(yīng)與脫保護(hù)，制得二烯醇30；最后與乙酸酐反應(yīng)得到目標(biāo)化合物1。

3 海灰翅夜蛾性信息素的生理活性研究

海灰翅夜蛾性信息素由雌蟲性腺體分泌，具有吸引雄蟲、幫助海灰翅夜蛾完成交配的生理活性。已有研究表明，海灰翅夜蛾性信息素各種活性成分具有不同的EAG 活性[25]、半數(shù)行為反應(yīng)(50 percent behavioural reponse BR50)[20]與風(fēng)洞試驗行為反應(yīng)[42](表2)。

表2 海灰翅夜雄蛾對性信息素的反應(yīng)Table 2 The responses of Spodoptera littoralis males to sex pheromone

Tamaki 等[20]研究了不同劑量水平的信息素1、5 及二者混合物對海灰翅夜蛾雄蟲吸引能力的差異。結(jié)果表明：信息素1 (BR50= 10?7μg) 的生理活性遠(yuǎn)高于 5 (BR50= 10?2μg)；二者混合物 (質(zhì)量比5 : 1～20 : 1) 均具有引誘雄蟲的生理活性，其中二者質(zhì)量比為20 : 1 的混合物具有最高的生理活性 (BR50= 10?7μg)。

Quero 等[42]通過風(fēng)洞試驗，對海灰翅夜蛾性信息素主要成分1 以及5 種次要成分的生理活性進(jìn)行測試，5 種次要成分包括：化合物2、3、4、5 與6。研究結(jié)果表明：化合物1 能夠引起88%的雄蛾振翅、起飛、到達(dá)誘芯等行為反應(yīng)的所有步驟，其吸引雄蟲的生理活性與海灰翅夜蛾雌蛾相當(dāng)，顯著高于性信息素的5 種次要成分；并且在光照條件不變的情況下，1～1 000 μg 劑量范圍的信息素1 所引起的雄蟲反應(yīng)沒有顯著差異。

4 海灰翅夜蛾性信息素的應(yīng)用研究

海灰翅夜蛾性信息素可用于誘捕雄蟲、干擾交配，也可用于種群監(jiān)測，選擇合適的性信息素釋放器，最終實現(xiàn)海灰翅夜蛾的綜合防治。

4.1 誘捕雄蟲

大量誘捕雄蟲可以降低害蟲量，是海灰翅夜蛾性信息素的重要應(yīng)用之一。早在1974 年，Neumark等[43]在棉花與苜蓿田間就利用性信息素1 實現(xiàn)了海灰翅夜蛾蛾雄蟲的誘捕，而且研究發(fā)現(xiàn)，在16 mg 海灰翅夜蛾性信息素中加入抗氧劑 (N-正辛基-N-苯基對苯二胺) 8～12 mg，可顯著延長誘捕雄蟲的有效期 (由48 h 延長至30 d)。此后，該課題組優(yōu)化了誘捕配方，在4.8 mg 性信息素1 中加入8 mg 上述抗氧劑，可以使誘捕雄蟲的有效期延長至90 d[44]。

在性信息素1 中加入海灰翅夜蛾性信息素次要成分，也會增加誘捕雄蟲的效果。Campion等[22]研究發(fā)現(xiàn)，在海灰翅夜蛾性信息素主要成分二烯酯1 中加入次要成分4 與7，均會增加誘捕雄蟲的數(shù)量。Dunkelblum 等[21]利用田間試驗測定了海灰翅夜蛾性信息素主要成分與次要成分不同配方誘捕雄蟲的效果。結(jié)果表明，最佳誘芯成分為2 mg 的性信息素1 和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2%～1%的5 的混合物，其誘捕雄蟲數(shù)量與海灰翅夜蛾雌蟲相同。在以色列，利用海灰翅夜蛾性信息素大量誘捕雄蟲，是此類害蟲綜合防治的重要組成部分。不僅減少了20%～45%的海灰翅夜蛾，而且減少了海灰翅夜蛾蟲卵數(shù)量，減弱了蟲卵的生存能力[45-46]。

4.2 干擾交配

利用海灰翅夜蛾性信息素干擾雌雄成蟲的交配，可以顯著降低交配幾率，大幅度降低下一代海灰翅夜蛾的蟲口密度。Kehat 等[47]比較了海灰翅夜蛾性信息主要活性成分與次要成分干擾交配的能力。研究發(fā)現(xiàn)，海灰翅夜蛾性信息素主要活性成分1 在距離為44.5 m 時，干擾交配率可高達(dá)89.5%；而次要成分干擾交配能力顯著下降，化合物2 在7 m 的干擾交配率為74.9%，31.8 m 時下降為0%，化合物5 在31.8 m 時的干擾交配率僅為14.2%。

Downham 等[48]研究了海灰翅夜蛾性信息素與三氟氯氰菊酯的混合施用干擾交配，結(jié)果表明，在處理5～24 d 后，應(yīng)用噴霧微膠囊制劑與聚氯乙烯誘芯的混合配方，均具有明顯的干擾交配效果，成蟲交配顯著下降，但與對照組相比，下一代海灰翅夜蛾的蟲口密度未見顯著下降。

4.3 種群監(jiān)測

海灰翅夜蛾性信息素可用于發(fā)生期、發(fā)生量等方面的種群監(jiān)測。Salem 等[49]利用海灰翅夜蛾性信息素進(jìn)行種群監(jiān)測研究，結(jié)果表明海灰翅夜蛾一年發(fā)生6 代。前4 代發(fā)生在棉花田地中，第1 代始于 6 月的第 1 周，第 2 代始于 7 月的第2 周，第3 代始于8 月的第1 周或第2周，第4 代始于9 月的第3 周。后兩代發(fā)生在甘藍(lán)、甜椒等蔬菜地中，第5 代始于10 月末，第6 代始于次年3 月的第2 周。利用種群監(jiān)測信息，可以調(diào)整殺蟲劑的施藥方案。

4.4 性信息素釋放器

性信息素釋放器是影響海灰翅夜蛾性信息素應(yīng)用效果的重要因素之一。Kehat 等[50]研究發(fā)現(xiàn)，Hercon 釋放器的層狀結(jié)構(gòu)可有效地保護(hù)海灰翅夜蛾性信息素1，在不添加穩(wěn)定劑和抗氧化劑的情況下，防止該性信息素的氧化或異構(gòu)化。利用被化合物1 吸附的Hercon 釋放器，可以高效地干擾海灰翅夜蛾的交配，有效期達(dá)28 d。Lanzoni 等[51]比較了Ecodian?信息素釋放器和信息素浸漬線式釋放器 (Pheromone-Impregnated-Thread dispenser)對海灰翅夜蛾的干擾交配效果。雖然兩種信息素釋放器都具有高效的干擾效果，干擾效率為94.6%～98.9%，并且與對照組相比，顯著降低了海灰翅夜蛾的幼蟲數(shù)目，但由于Ecodian?信息素釋放器是一種特別耗時的技術(shù)，不適用于大田蔬菜作物，信息素浸漬線式釋放器更具有應(yīng)用前景。

5 展望

海灰翅夜蛾是一種危害嚴(yán)重的農(nóng)業(yè)害蟲，實現(xiàn)其綠色防控對于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有重要的現(xiàn)實意義。基于海灰翅夜蛾性信息素的防治技術(shù)，具有用量少、選擇性高、對環(huán)境與非靶標(biāo)生物安全等優(yōu)點，是極具有應(yīng)用前景的綠色防控方法。雖然關(guān)于海灰翅夜蛾性信息素的研究已經(jīng)取得了很多成果，但還需從以下兩方面發(fā)展：1) 關(guān)于海灰翅夜蛾性信息素的主要成分 (9Z, 11E)-9,11-十四碳二烯-1-醇乙酸酯的合成方法，還需研究更為簡捷、條件更為溫和且適用于工業(yè)化生產(chǎn)的方法；2) 研究具有高選擇性、高誘集效果的海灰翅夜蛾性信息素誘集技術(shù)，實現(xiàn)海灰翅夜蛾的綠色防控。