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d-柠檬烯混合油剂对红火蚁的毒力及灭巢效果

2016-10-08伦演鹏田伟金杨悦屏曾环标庄天勇柯云玲广州市花都区农业技术管理中心广东广州50800广州粤昆源生物科技发展有限公司广东广州50260广东省昆虫研究所广东广州50260

广东农业科学 2016年7期
关键词:蚁巢红火蚁红火

伦演鹏,田伟金,杨悦屏,唐 孜,曾环标,庄天勇,柯云玲(.广州市花都区农业技术管理中心,广东 广州 50800;2.广州粤昆源生物科技发展有限公司,广东 广州 50260;.广东省昆虫研究所,广东 广州 50260)

d-柠檬烯混合油剂对红火蚁的毒力及灭巢效果

伦演鹏1,田伟金2,3,杨悦屏2,3,唐 孜1,曾环标2,3,庄天勇3,柯云玲3
(1.广州市花都区农业技术管理中心,广东 广州 510800;2.广州粤昆源生物科技发展有限公司,广东 广州 510260;
3.广东省昆虫研究所,广东 广州 510260)

d-柠檬烯是从芸香科植物中提取出的一种具有杀虫活性的天然单萜烯类化合物。以d-柠檬烯为有效成分并配以食品级植物油制成的80%、85%和90% d-柠檬烯混合油剂对红火蚁有翅繁殖蚁、工蚁、卵和蛹均具有良好的毒杀作用,其中90% d-柠檬烯混合油剂的效果最理想。各浓度d-柠檬烯混合油剂对红火蚁工蚁的作用时间均远小于有翅繁殖蚁。以单蚁巢处理的方式施用90% d-柠檬烯混合油剂,每蚁巢投放吸收了10 mL混合油剂的海绵,药后7 d灭巢率达97.44%(±2.56)%,与对照药剂0.1%氟虫腈粉剂灭巢率97.22%(±2.78)%差异不显著。以该方法施用90% d-柠檬烯混合油剂灭杀红火蚁巢效果显著,而且比传统的灌巢方法更简便。

d-柠檬烯;红火蚁;毒力;单蚁巢处理

伦演鹏,田伟金,杨悦屏,等.d-柠檬烯混合油剂对红火蚁的毒力及灭巢效果[J].广东农业科学,2016,43(7):93-99.

红火蚁(Solenopsis invicta Buren)是一种对人畜健康、农业生产、生态环境和公共设施危害极大的入侵性害虫,被列为世界上最具入侵性和破坏性的100种有害生物之一。红火蚁对人畜具有极强的攻击性,严重时可致人休克甚至死亡,而且红火蚁对环境适应性强,具有极强的繁殖和扩散能力。我国大陆于2004年首次发现红火蚁,随后在广东省多个市县以及广西、湖南、福建等地陆续发现,受害面积不断扩大。当前能有效控制红火蚁的措施仍主要依赖于化学手段[1-5]。虽然目前使用的防控红火蚁的化学农药多为低毒的,但某些药物仍有可能在人体或动物体内积累,同时长期施用化学农药也必然会对生态环境带来破坏。因此,寻求既能有效灭杀红火蚁又可快速降解、对人畜和环境安全的植物源药剂,是今后防控红火蚁药剂的发展方向。田伟金等以植物鱼藤为杀虫有效成分,以植物淀粉、引诱剂和粘附剂等助剂和填料配制成鱼藤根粉剂,采用单蚁巢撒施的方法灭杀红火蚁巢,取得了良好的防控效果[1,6]。植物源防控红火蚁药剂对环境友好,有着广阔的开发和应用前景。

柠檬烯是一种天然的单萜烯类,广泛存在于芸香科植物如柑橘、柠檬等的果皮中,是这类植物精油的主要生物活性物质,以其右旋异构体即d-柠檬烯普遍存在[7-10],可通过从植物中提取获得。d-柠檬烯被广泛应用于食品和化工行业,被美国食品药物管理局(FDA)认定为GRAS(安全)级,不仅对人体毒性低,还具有止咳、平喘、溶解结石、镇静中枢神经等药理学作用,甚至还具有抗肿瘤的活性作用,是人类临床用药的主要成分,目前已应用于制药行业[7,9-12]。d-柠檬烯具有强烈的挥发性和渗透性,在农业上一般作为杀虫剂的助剂或增效剂使用[8-9]。同时,d-柠檬烯具有一定的抗菌杀虫作用,其杀虫活性早已被应用于防治动物的寄生性害虫,并被证实对多种微生物、螨类和昆虫具有药效作用[13-17]。廖坤宏等[9]、Barr[13]、Vogt等[15]分别以灌巢或灌巢结合喷雾的施药方法,使用含橙油的药剂(药效成分为d-柠檬烯)或d-柠檬烯来灭杀红火蚁巢,取得了一定的防治效果,表明d-柠檬烯具有灭杀红火蚁的生物活性作用。以含d-柠檬烯的药剂灌巢可快速、有效地灭杀红火蚁巢[18]。

田伟金等[19]以d-柠檬烯为杀虫药效成分配制成d-柠檬烯混合油剂,并独创出与药剂配套使用的单蚁巢灭杀红火蚁的施药技术,获得了国家发明专利授权。本研究测试了该自主研发的d-柠檬烯混合油剂对红火蚁的毒力作用及其野外灭巢效果,为进一步利用以d-柠檬烯为杀虫活性成分的植物源防控红火蚁药剂提供理论依据。

1 材料与方法

1.1试验材料

供试红火蚁采自广州市花都区花山镇一闲置荒地的成熟红火蚁巢。从蚁巢内采集蚁卵、蛹、成年工蚁和有翅繁殖蚁等各个品级,连蚁巢土一起放于塑料箱内,以火腿肠饲养。

供试药剂d-柠檬烯(纯度为95.3%),由上海九橙实业有限公司提供;0.1%氟虫腈粉剂(红蚁净),由广州粤昆源生物科技发展有限公司提供;食用植物油。

1.2试验方法

1.2.1d-柠檬烯混合油剂的配制 按体积比将d-柠檬烯与植物油充分混合,配成80%、85% 和90%等3个浓度的d-柠檬烯混合油剂。

1.2.2室内毒力筛选 将从野外采回的红火蚁中挑选活跃正常的各个品级蚁,连同蚁巢土一起放入带盖透明塑料瓶(高15 cm、直径10cm)中,蚁巢土约占塑料瓶体积2/5。每瓶中各品级红火蚁均自同一蚁巢,每瓶含工蚁约500头、有翅繁殖蚁10头、蛹20头及卵约300粒。将配制好的80%、85%和90%等3个浓度的d-柠檬烯混合油剂分别吸取0.5 mL,滴于1/2滤纸片(直径7 cm)上。待滤纸片略干后,放入装有各品级红火蚁的塑料瓶中,平放于蚁巢土表面,每瓶放滤纸片1块。观察并记录瓶内各品级红火蚁对d-柠檬烯混合油剂的反应,以植物油为空白对照。

1.2.3野外灭巢试验 从1.2.2筛选出对红火蚁毒力效果较好的d-柠檬烯混合油剂浓度作为田间试验处理药剂的浓度,对照药剂为0.1%氟虫腈粉剂(红蚁净),另设不施药的空白对照。

灭巢试验在广州市花都区花山镇李溪村一荒地进行,试验地人为干扰少,地表有低矮杂草。试验期间天气晴朗干燥,温度27(± 2)℃。将试验地划分成面积约100 m2的试验小区7个,其中处理药剂和对照药剂的试验小区各3个,空白对照1个。各小区之间以5 m宽的缓冲带相隔,随机排列。在每个小区内挑选直径20~30 cm的成熟活动蚁巢10个以上作为试验蚁巢,用红色小旗标记,小区内其他较大的蚁巢和新建蚁巢用黄色小旗作标记以区分。

处理药剂蚁巢处理方法:用铁棒(直径3 cm、高80 cm)在蚁丘顶部中心处垂直往下插至蚁巢底部,迅速拔出铁棒后,立即用镊子将吸收了10 mL d-柠檬烯混合油剂的海绵块塞进孔内并迅速用泥土封住孔口。对照药剂的蚁巢处理按药剂使用说明进行:用工具将蚁巢破坏,待工蚁大量涌出时迅速将0.1%氟虫腈粉剂均匀撒于工蚁身上,每蚁巢用粉剂20~30 g。空白对照的蚁巢不作任何处理。缓冲带内所有红火蚁巢均用0.1%氟虫腈粉剂灭杀,但其结果不予统计。

药后7 d挖巢检查灭巢效果,方法是:从蚁丘中心一直挖至蚁巢底部,边挖边检查蚁尸,然后再挖蚁丘边缘检查是否有工蚁存活,最后检查蚁丘外围2 m以内是否出现新蚁巢。

用Excel 2007对试验数据进行整理和初步统计,用SPSS 17.0对数据进行统计分析和差异性比较。

灭巢效果参照国家标准《农药田间药效试验准则(二)第149部分:杀虫剂防治红火蚁》(GB/T 17980.149-2009)中活蚁巢防治效果的计算方法。

2 结果与分析

2.1d-柠檬烯混合油剂配制

纯度为95.3%的d-柠檬烯与食品级植物油混合后,得到澄清的淡黄色油剂,有特殊香气,静置30 min后未出现分层,混合油剂的分散性和稳定性良好。

2.2d-柠檬烯混合油剂对各品级红火蚁的室内毒力效果

室内毒力筛选结果表明,80%、85%和90% 等3种浓度的d-柠檬烯混合油剂对红火蚁卵、蛹、工蚁和有翅繁殖蚁等各个品级均具有较好的击倒力和毒杀作用,其中90% d-柠檬烯混合油剂的效果较理想。

90% d-柠檬烯混合油剂可在药后6 h内迅速使红火蚁卵和蛹的性质发生改变,对蚁卵和蛹的击倒力与85%浓度的混合油剂相近:药后6 h,85%和90% d-柠檬烯混合油剂处理瓶内的红火蚁卵和蛹的表面色泽变灰暗,轻触其表面可感觉其弹性差。而较低浓度的80% d-柠檬烯混合油剂处理的蚁卵和蛹在药后6 h表面色泽仍正常,至药后10 h蚁蛹和卵表面颜色变灰暗且弹性差。但3种浓度的d-柠檬烯混合油剂对红火蚁卵和蛹的毒杀作用在时间上基本相近:至药后72 h,3种浓度混合油剂处理的蚁卵和蛹均死亡,并长出霉菌。

90%、85%、80% d-柠檬烯混合油剂分别在药后60、60、100 min内可将红火蚁工蚁完全杀灭,而完全杀灭有翅繁殖蚁则分别需要240、300、360 min(表1、表2、图1)。90% d-柠檬烯混合油剂处理红火蚁后,药后20 min内可致工蚁严重中毒,并使部分工蚁死亡,而致有翅繁殖蚁严重中毒则大约需60 min,使部分有翅繁殖蚁死亡则需约120 min。90% d-柠檬烯混合油剂完全杀灭红火蚁工蚁的时间仅为有翅繁殖蚁的1/4。85%和80% d-柠檬烯混合油剂处理红火蚁工蚁后,分别在药后30、50 min内使工蚁严重中毒,药后50、80 min内致部分工蚁死亡,使有翅繁殖蚁严重中毒则分别需60、120 min,致部分繁殖蚁死亡分别需120、180 min。

表1 红火蚁工蚁在不同浓度d-柠檬烯混合油剂毒力作用下的行为反应

表2 红火蚁有翅繁殖蚁在不同浓度d-柠檬烯混合油剂毒力作用下的行为反应

图1 不同浓度d-柠檬烯混合油剂对红火蚁工蚁和有翅繁殖蚁的毒力效果比较

CK瓶内的工蚁和有翅繁殖蚁在观察期间活动正常,部分工蚁在滤纸上停留并舔食滤纸上的植物油,各虫态正常。至药后72 h试验结束,仍未发现有工蚁或有翅繁殖蚁死亡,蚁卵和蛹表面色泽鲜亮,轻触有弹性。

2.3d-柠檬烯混合油剂田间灭杀红火蚁巢效果

根据1.2.2试验结果,筛选出对红火蚁毒力效果较理想的90% d-柠檬烯混合油剂进行田间灭巢试验。药后7 d挖巢检查,结果显示:90% d-柠檬烯混合油剂3个试验小区共处理红火蚁巢37个,其中36个蚁巢内蚁尸结成块状,蚁巢内及蚁丘边缘未见活动工蚁,表明蚁巢已死,死亡蚁巢数为处理蚁巢总数的97.3%,其中,72.2%的死巢(26巢)已长出大量霉菌。经混合油剂处理的蚁丘外围2 m内未发现新蚁巢。对照药剂0.1%氟虫腈粉剂(红蚁净)处理的38个红火蚁巢中有37巢死亡,占处理蚁巢总数的97.4%,部分死巢长出霉菌,蚁丘外围2 m内未见新蚁巢。90% d-柠檬烯混合油剂处理红火蚁巢,平均灭巢率为97.44(±2.56)%,对照药剂0.1%氟虫腈粉剂(红蚁净)平均灭巢率为97.22(±2.78)%,两者差异不显著。

检查不施药空白对照区的红火蚁巢,轻轻触动蚁丘后有大量红火蚁迅速涌出,巢内红火蚁活动正常。

3 结论与讨论

本研究配制的d-柠檬烯混合油剂配方中使用食品级植物油作为配料,混合后不出现分层,形成的混合油剂分散程度和稳定性较好,具有良好的混合效果。d-柠檬烯为脂溶性液体,极难溶于水,可溶于乙醇、丙酮等有机溶剂[7-8],其挥发性气味对多数昆虫具有驱避性[9,14,17]。本研究的配方中使用植物油作为配料,一方面可与d-柠檬烯形成分散性能好的稳定的混合液,另一方面,植物油为红火蚁的食料,以其作配料可有助于降低d-柠檬烯的挥发性气味对红火蚁的驱避性,同时也有助于使杀虫活性成分d-柠檬烯更好地附着于红火蚁身上。

本试验结果表明,d-柠檬烯混合油剂对红火蚁工蚁、有翅繁殖蚁、卵和蛹等各个品级均具有良好的防治效果。室内毒力观察结果表明,红火蚁工蚁在药后1 min即表现出活动加剧、身体失衡、丧失方向感等中毒症状,药后20 min中毒症状加重,行动缓慢,部分个体死亡。Barr[13]指出,d-柠檬烯可引致靶标害虫产生感觉神经和运动神经的自发性动作,害虫身体出现抽搐、痉挛,行动缺乏协调性,身体麻痹,进而被击倒甚至死亡。这与本研究中红火蚁工蚁和有翅繁殖蚁所表现的中毒症状基本一致。

90% d-柠檬烯混合油剂可在60 min内使受药工蚁全部死亡,然而在相同浓度下使受药有翅繁殖蚁全部死亡则需大约240 min,是工蚁死亡时间的4倍。在其他浓度下使受药工蚁全部死亡所需时间也均远小于有翅繁殖蚁。廖坤宏[9]认为,雌性繁殖蚁对d-柠檬烯药液特别敏感,比工蚁更容易被灭杀。然而本研究结果却与其结论相反:在相同药剂浓度作用下,有翅繁殖蚁在受药工蚁100%死亡后才出现严重中毒。究其原因,可能是由于工蚁对d-柠檬烯混合油剂比有翅繁殖蚁更敏感,或者可能是工蚁因舔食了混合油剂而加快了中毒的缘故。无论何种原因,仍有待作进一步深入研究。

本研究使用的90% d-柠檬烯混合油剂以及采用的独特的投放药剂海绵的施药技术为国内外首创,并已获得国家发明专利授权[19]。本研究以钻孔投药的施药方法将吸收了d-柠檬烯混合油剂的海绵直接投放到红火蚁巢内,药后7 d灭巢率达97.44%,与对照药剂0.1%氟虫腈粉剂的灭巢效果无差异,处理区内未发现新蚁巢。使用90% d-柠檬烯混合油剂及其配套使用的施药技术灭杀红火蚁巢效果显著。廖坤宏、Barr、Vogt等以灌巢或灌巢结合喷雾的施药方法,分别使用含橙油药剂(药效成分为d-柠檬烯)和d-柠檬烯来灭杀红火蚁巢,防治效果有差异,并且有蚁巢迁移的现象:用稀释的橙油药液灌巢3.8 L,灭巢率约80%[15];每个红火蚁巢灌5% d-柠檬烯1.5 gal(约5.68 L),药后7 d灭巢率达93%[13];用中心灌巢结合周边喷雾的方法处理蚁巢,每巢灌入稀释5倍的97% d-柠檬烯乳剂药液3 L,药后2 d蚁巢衰退率为86.7%,重复灌巢后药后7 d蚁巢衰退率达93.3%[9]。Drees[20]提出,采用灌巢方法灭治红火蚁,施药者应在蚁丘以及以蚁丘为圆心直径0.9~1.2 m范围内的土壤上均须施以药液。在上述研究中,廖坤宏、Barr、Vogt等的灌巢药液量分别为3.8、5.68、3 L。由此可见,使用灌巢方法,每蚁巢需施用的药量很大。折算投放的d-柠檬烯用量,Barr[13]和廖坤宏[9]使用的d-柠檬烯药量分别为0.284、0.5 L/巢。相比之下,在本研究中,施用90% d-柠檬烯混合油剂并配以使用独创的投放药剂海绵的方法,每个中等的成熟红火蚁巢约投d-柠檬烯混合油剂10 mL即可获得理想的灭巢效果(97.44%),平均每巢投放d-柠檬烯(纯度为95.3%)仅需9 mL,该用量远远低于廖坤宏[9]和Barr[13]的用量。由此可见,本研究采用的施药技术比灌巢方法更简单方便,避免了因施药区远离水源而给防治带来的限制,同时投放的d-柠檬烯药量也显著低于灌巢方法。

迄今为止,利用d-柠檬烯防治红火蚁的研究不多,对其作用机理仍未有确切的定论。Ware[21]指出,d-柠檬烯对昆虫的作用方式类似于除虫菊,可作用于昆虫外周神经细胞钠通道。Barr[13]认为,d-柠檬烯可引致红火蚁产生感觉神经和运动神经的自主性动作如抽搐、痉挛,使蚁丧失行动的协调性,身体逐渐麻痹,最后被击倒致死。廖坤宏[9]则认为,d-柠檬烯灭杀红火蚁的作用机理是通过其呼吸系统进行的,可能是直接穿过红火蚁脂溶性膜与特定受体结合,或是直接破坏红火蚁呼吸系统的表面细胞而使其丧失氧交换能力,从而使红火蚁缺氧窒息死亡。本研究中,d-柠檬烯混合油剂能有效灭杀红火蚁巢,对其作用方式,目前初步推断是由于d-柠檬烯具有强大的挥发性和渗透性。由于混合油剂中d-柠檬烯的含量高,其挥发性仍十分强烈,当将混合油剂投放入蚁巢后,药效成分d-柠檬烯迅即以其良好的挥发作用在蜂窝状结构的蚁巢内弥漫,并迅速充满整个蚁巢;同时,d-柠檬烯以其强大的渗透性破坏蚁巢内各品级个体的表面蜡质层,造成红火蚁气孔阻塞并致其窒息死亡。对于后者,仍有待作进一步研究。

d-柠檬烯是一种植物源的具杀虫活性的天然化合物,化学性质十分活泼,在自然界中可自动氧化分解。纯净的d-柠檬烯对人和动物几乎没有影响,在人皮肤中的吸收量低于1%,经口摄入能被机体迅速吸收利用,在人体和动物体内可迅速完全代谢,不在机体内积累[7,10,22-23]。d-柠檬烯早已被广泛用作食品添加剂,被美国食品药物管理局(FDA)认定为GRAS(安全)级[7-8,10];在合理使用下可用于化妆品[24];同时,d-柠檬烯也是一些人类临床用药的主要成分,目前被应用于制药行业[7-8]。国际癌症研究机构(IARC)以及世界卫生组织(WHO)早于20世纪90年代已对d-柠檬烯的安全性作出了“柠檬烯无基因、免疫及生殖毒性,对人类无致癌性”的综合评价[10]。因此,d-柠檬烯对人体和动物是安全的。Barr[13]使用d-柠檬烯防治红火蚁,每蚁巢灌1.5 gal(约5.68 L)5% d-柠檬烯,药后引起蚁巢周边植被出现明显药害。然而,廖坤宏[9]在其野外灭巢试验中并未发现有其他生物因施用d-柠檬烯而死亡,也未出现其他不正常现象,因此认为d-柠檬烯对环境是安全的,是一种安全的植物源生物杀虫剂。在本研究中,每红火蚁巢投放d-柠檬烯不足10 mL,药后未发现蚁丘周围植物出现药害,对周边环境植被也未见造成伤害。对90% d-柠檬烯混合油剂的毒力检测结果显示,90% d-柠檬烯混合油剂对雌雄性SD大鼠的急性吸入LC50均大于2 204.7 mg/m3(2 h),其急性吸入毒性为低毒级(未公开发表数据)。因此,本研究中使用以d-柠檬烯为杀虫成分、配以食品级植物油制成的d-柠檬烯混合油剂防控红火蚁,仅需少量即可达到有效灭治红火蚁的目的,同时对人类、动物以及生态环境安全,是一种绿色环保、高效安全的植物源防控红火蚁药剂。

综上所述,本研究使用d-柠檬烯混合油剂防治红火蚁,一方面独创的施药技术可达到有效灭杀红火蚁巢的防治目的,另一方面简便的操作技术可解决水源问题对防治措施的限制,以及降低气候环境因素对施药效果的影响,同时还可显著减少药剂的使用量,降低药剂对敏感人群、禽畜以及周边环境植被的影响,充分发挥了植物源药剂所具有的既有效灭治有害生物又保护人类、动植物和生态的环境友好型生物制剂的效能。

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(责任编辑 杨贤智)

Toxicity and individual mound treatment effect of d-limonene on red imported fire
ant(Solenopsis invicta Buren)

LUN Yan-peng1,TIAN Wei-jin2,3,YANG Yue-ping2,3,TANG Zi1,
ZENG Huan-biao2,3,ZHUANG Tian-yong3,KE Yun-ling3
(1. Agricultural Technology Management Center of Huadu District,Guangzhou 510800,China;2. Guangzhou Yuekunyuan Biotechnology Development Co.,Ltd.,Guangzhou 510260,China;3. Guangdong Entomological Institute,Guangzhou 510260,China)

D-limonene is a Rutacea plant-derived monoterpene with pesticide properties. A formulation containing d-limonene(as active ingredient) and edible plant oil was assessed on its efficacy on red imported fire ant(Solenopsis invicta Buren). The toxicity of mixtures containing 80%,85% and 90% d-limonene on fire ants was evaluated in laboratory. All mixtures demonstrated excellent insecticidal effects on reproductive alates,workers,eggs and pupae of fire ants,and the effect of the mixture containing 90% d-limonene was the best. The time of all mixtures for killing workers was much shorter than that for killing alates. The effect of the mixture containing 90% d-limonene as an individual mound treatment was then evaluated. The mixture was applied by a unique method,that a sponge soaking up 10 mL mixture was immediately put into the core of ant mound after rapidly poking a Φ 3 cm hole intothe mound with an iron bar. 97.44(±2.56)% ant mounds on average were dead after application for 7 d,which was not statistically different(P > 0.05) from the mean death rate of ant mounds by pesticide control,0.1% fipronil dust97.22%(±2.78)%. The unique application of the mixture containing 90% d-limonene exhibited excellent effect of killing ant mounds,which was much more convenient and laborsaving than the traditional mound drench,that applied d-limonene to kill red imported fire ants.

d-limonene;Solenopsis invicta Buren;toxicity;individual mound treatment

S482.3+9;Q965.9

A

1004-874X(2016)07-0093-07

2016-01-22

国家农业科技成果转化资金项目(2011GB2E000009);广东省科技计划项目(2011B020308005);广东省植物防疫检疫研究专项(2011KY002)

伦演鹏(1967-),男,农艺师,E-mail:lyplu4002@163.com

田伟金(1956-),男,研究员,E-mail:tianwj@gdei.gd.cn

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