开发海藻酸水凝胶饵剂管理蚂蚁

罗梁锋 编译

(陕西省澄城县农技中心，陕西省澄城县 715200)

制剂与助剂

开发海藻酸水凝胶饵剂管理蚂蚁

罗梁锋 编译

(陕西省澄城县农技中心，陕西省澄城县 715200)

阿根廷蚁(Linepithema humile)是全球广泛分布的入侵性害虫。其是城市、农业和天然环境中最具破坏性的蚂蚁品种之一。和小黄家蚁(Monomorium pharaonis)等其他流浪品种(tramp ant species)一样，阿根廷蚁繁殖能力强，具有一夫多妻群体结构，能够通过芽殖繁殖。此外，与小黄家蚁相似，阿根廷蚁种群可由少许工蚁和1个蚁后组成，且快速地壮大。这些特点有助于阿根廷蚁成功入侵危害。

阿根廷蚁常常在城市中广泛为害，是一个重要的干扰生活的害虫。例如在加利福尼亚的城市居住环境中，阿根廷蚁是害虫管理专业人员经常防治的蚂蚁品种。在农业环境中，阿根廷蚁容易与产蜜露的半翅目害虫建立营养关系。半翅目昆虫产生的蜜露是阿根廷蚁的重要营养来源，阿根廷蚁收集蜜露的行为使半翅目害虫免受天敌捕食。因此，有效地管理农业中的阿根廷蚁能发挥天敌最大效力地防治害虫的潜力。

触杀性杀虫剂喷雾由于具有易应用，相对较快地压制蚂蚁害虫的种群等优势，是一种常见的防治城市和农业中阿根廷蚁的方法。害虫管理专业人员应用苯基吡唑或拟除虫菊酯的喷雾液防治城市居住环境中的阿根廷蚁，使用有机磷杀虫剂防治加利福尼亚柑橘园和葡萄园中的蚂蚁害虫。因此，其中一些常用的杀虫剂在河渠中被频繁地检测到。用于蚂蚁防治的一些类型的农业用农药也是挥发性有机物的重要来源，对空气质量有重要的影响。

由于大众对环境污染的关注和防治蚂蚁的杀虫剂喷雾对非靶标生物的影响，已研究了液体饵剂防治蚂蚁的效力。含有作用慢的有毒物的蔗糖液体饵剂能传递精确浓度的毒物，研究已表明其能有效防治阿根廷蚁。然而，数个因素制约着液体饵剂的广泛应用。例如，液体饵剂需要饵站的配套，但饵站的安装和维护(检查、清洁、装饵剂等)费用高，不被采用。例如在实地应用要用液体饵剂有效防治蚂蚁，就必须安装许多饵站以及进行定时维护。此外，液体饵剂饵站的设计也有一定的挑战性。液体饵剂一般置于饵站的贮液器中，然后缓慢释放到分配器。分配器中液体饵剂中的水蒸发，使饵剂和有效成分的浓度升高，使得饵剂的适口性差了，饵剂的效力降低了。此外，贮液器中的蔗糖液体饵剂在温暖的条件下可能发酵，而使其对蚂蚁的吸引力降低了。

为了解决传统液体饵剂的局限性，最近已研究了将液体饵剂传递给蚂蚁的水凝胶骨架。对由聚丙烯酰胺组成的吸附蔗糖液体饵剂的合成水凝胶对阿根廷蚁的防效进行了试验。水凝胶骨架的使用是将液体饵剂直接用于蚂蚁正在寻食的地面成为可能。高吸附性的水凝胶骨架作为控制-释放载体，能够在较长时间内保持水分使液体饵剂具有适口性。然而，聚丙烯酰胺水凝胶暴露于35 ℃，缓慢降解为其单体丙烯酰胺。丙烯酰胺为潜在的末梢神经毒素和致癌物，被世界卫生组织和加利福尼亚州列为有毒化学品。

使用天然的、易生物降解的、不产生有毒单体的水凝胶化合物可消除以上提及的安全担忧。本文用褐藻产生的多糖，即海藻酸制取可生物降解的水凝胶饵剂作为水凝胶骨架来传递液体饵剂来防治阿根廷蚁。海藻酸是不同比例和序列的(1-4)-连接的β-D-甘露糖醛酸(M)和 α-L-古罗糖醛酸(G)单体组成的多糖。在交联过程中，CaCl2溶液中的Ca2-代替了海藻酸钠(Na-alg)溶液中的 Na-，形成三维网状结构的固体海藻酸钙水凝胶。海藻酸水凝胶已被用于传递肥料、触杀型农药和药物等化合物。然而，必须进行数项新开发以确保海藻酸水凝胶系统能够传递最优浓度的诱食剂和毒物，使液体饵剂发挥最大效力。以噻虫嗪为杀虫活性成分，在实验室和实地应用测试了海藻酸水凝胶骨架吸附和传递蔗糖液体饵剂防治蚂蚁的效果。

1 材料和方法

试验1确定了制取具有最佳物理刚度和吸附液体诱饵性能的海藻酸水凝胶(以下被称为海藻酸水凝胶球)的方法。试验2－5测定了用试验1确定的方法生产的海藻酸水凝胶球作为骨架传递液体饵剂防治阿根廷蚁的潜力。试验2测定了在不同湿度条件下海藻酸水凝胶球失水特性。试验3评估了海藻酸水凝胶球干燥后被寻食蚂蚁的接受度。试验4研究了海藻酸水凝胶球在含有不同浓度噻虫嗪的25%蔗糖溶液中的水合作用。试验5测定了是否噻虫嗪迁移到整个海藻酸水凝胶球的似海绵的骨架中。最后，试验6和7测定了含有噻虫嗪的海藻酸水凝胶球(以下称为“海藻酸水凝胶饵剂”)在实验室和实地应用防治阿根廷蚁的效果。

1.1 试验1：制取海藻酸水凝胶球

藻酸钙水凝胶球由藻酸钠(Na-Alg)溶液和钙离子交联生成。研究了Na-Alg和CaCl2不同浓度和不同交联时间的 27种组合制取海藻酸水凝胶球的情况(表1)。1、1.5、2 g的中度黏度的Na-Alg(Sigma Aldrich,St. Louis,MO,USA)分别和100 mL去离子水混合得到10、15、20 g/L Na-Alg溶液。逐渐加热混合液到60 ℃，搅拌到Na-Alg完全溶解。冷却至室温后，立刻用5 mL的注射器(BD Bioscience,San Jose,CA,USA)把以上溶液分别加入5、10、20 g/L CaCl2(交联剂)溶液中。Na-Alg溶液经末端覆盖细薄织物(30×30 mm)的注射器的 100-mm 的聚乙烯管(Vincon Flexible PVC管，9.5 mm ID,12.7 mm OD，1.7 mm壁厚；Saint-Gobain Performance Plastics,Garden Grove,CA,USA)点滴加入。这样在 1滴Na-Alg溶液分离和滴进交联剂中前，在管的末端可积累较大量(约0.15 mL)溶液，可使形成的水凝胶球最大。在此过程中，用磁性搅拌棒不断地搅拌交联剂。在5、15、30 min后过滤得到水凝胶球，然后用去离子水冲洗掉水凝胶球表面的交联剂。用试验吸水纸(Kimberly-Clark Professional,Roswell,GA,USA)除去多余的水分，用分析天平称重每个凝胶球，记录为最初的重量。然后把每个水凝胶球浸没于100 mL的25%(w/v)的蔗糖溶液(没有毒物)中24 h，使其充分吸收蔗糖溶液，使水凝胶球完全水合化。阿根廷蚁非常喜食25%蔗糖溶液，故选此浓度进行试验。此后从蔗糖溶液中取出完全水合化的水凝胶球，除去表面多余的水分，称重，为最终重量。每个处理重复10次。

表1 不同条件制备水凝胶球

用一般线性模型(GLM)单变量分析法评估了不同制备参数下(即Na-Alg和CaCl2溶液浓度和交联时间)水凝胶重量增加的百分比[最终重量-最初重量/最初重量×100(%)]，以及不同制备参数的相互作用。采用逐步多元线性回归方法确定重量增加百分比的回归模型中变量对变化的贡献。

1.2 试验2：海藻酸水凝胶球的水分损失情况

研究了在模拟的湿度条件下海藻酸水凝胶球水分损失情况。模拟地表面和大气的不同湿度，测定了在基质水分含量和相对湿度(%RH)的 6个不同组合条件下水凝胶球失水情况。

海藻酸水凝胶球浸没过25%蔗糖溶液后称重，放于皮氏培养皿(直径100 mm，高15 mm)中的湿或干沙子(40 g)上，不加盖。湿沙为在1 g沙中边搅拌边加入0.1 g水，湿度为10%(w/w)。干沙为沙中没有加水。把以上培养皿放置于含有 500 g硅胶(0%RH)、饱和的MgCl2盐溶液(32% RH)或饱和的NaCl盐溶液(75% RH)的干燥器(直径240 mm)中。干燥器置于25.6 ℃的恒温箱中。用HOBO UX100检测器(Onset Computer Corp.,Bourne,MA,USA)持续记录干燥器中的温度和湿度。在干燥器中放置2、4、6、8、24 h后称重水凝胶球。在称重前要小心去除水凝胶球表面黏附的沙粒。在24 h后把所有的水凝胶球置于0%RH的干燥器中。每天称重水凝胶球直至其重量不再减少未止。最初水凝胶球和完全失水的水凝胶球间的重量差被认为是水凝胶球最初吸收的水量。用水凝胶球中最初的水量确定一定时间点水分损失百分比。此试验重复进行10次。对水分损失百分比数据进行反正弦平方根转化。用单项方差分析法和 Tukey检验(0.05显著水平)比较每个时间点的数据。

1.3 试验3：用部分脱水的水凝胶球进行饲喂试验

为了了解水凝胶球水分损失和阿根廷蚁取食偏好间的关系，研究了阿根廷蚁对 4种干燥水平(即0%、25%、50%和75%)的水凝胶球的取食情况。

从美国加利福尼亚大学的柑橘园采集阿根廷蚁。把有蚂蚁的土壤、落叶层和其他残渣收入大木盒中，把潮湿的灰泥巢放在盒子的中间。当收集来的材料干燥后，蚂蚁种群迁移到潮湿的灰泥巢中。然后把蚂蚁移入实验室中的塑料容器中。在饲喂试验中，蚂蚁被放入聚乙烯容器中(330×190×100 mm)，其内壁涂有一薄层特氟龙(聚四氟乙烯悬浮液)以防治蚂蚁从容器中跑掉。每个种群由 300个工蚁，2个蚁后和0.1 g的“后代”组成，它们都3 d没有被饲喂蔗糖溶液。

为了制取损失25%、50%和 75%水分的水凝胶球，先把水凝胶球浸入25%蔗糖溶液中24 h，然后置于恒定湿度条件(0%～5% RH，潮湿的沙子)中2.5、6.3、14.5 h(在试验2结果的基础上设定，图1)。持续测定水凝胶球的重量以获得失水0%、25%、50%和75%的水凝胶球。没有经历干燥过程的水凝胶球被定为失水为0。4种失水量(0%、25%、50%和75%)水凝胶球被同时放入装蚂蚁盒的底部，每个水凝胶球相隔20 mm(图2)。在放入水凝胶球后5、15、30、45和60 min以数字图像记录取食不同失水情况的水凝胶球蚂蚁的数量。试验重复5次。在进行分析前，对各数据进行 log10(+1)转换，用单项方差分析法和Tukey检验(0.05显著水平)比较每个时间点的数据。

图1 在不同相对湿度和底物湿度条件下海藻酸水凝胶球水分损失的百分比(平均值±SEM)

图2 蚂蚁对水分损失为0%、25%、50%和75%的水凝胶饵剂的取食偏好

1.4 试验 4：水凝胶球在含有噻虫嗪的蔗糖溶液中的水合作用

在试验1结果的基础上，取10 g/L Na-Alg溶液、5 g/L CaCl2溶液，5 min交联时间，来制取本试验所用海藻酸水凝胶球。用去离子水冲洗海藻酸水凝胶球，用Cen-tech数字卡尺测量水凝胶的最初直径，单位mm。用分析天平称量水凝胶球的重量。随后每个水凝胶球被浸没于100 mL含不同浓度(0、0.1、0.4、0.7和1 mg/L)的分析级噻虫嗪(噻虫嗪PESTANAL®,Sigma Aldrich)的25%蔗糖溶液中24 h。水凝胶球浸没于不含蔗糖和噻虫嗪的去离子水中作为阴性对照。24 h后，从溶液中取出水凝胶球，用试验用吸水纸吸去其表面多余的水分。测量完全水合化的水凝胶球的直径和重量。每处理重复10次。用单项方差分析法和 Tukey检验(0.05显著水平)比较不同处理间水凝胶球直径和重量增加的百分比。

1.5 试验5：水凝胶球对噻虫嗪的吸附

为了确定是否 25%蔗糖溶液中的噻虫嗪被吸附到水凝胶的骨架中，用酶联免疫吸附生测法(ELISA)评估了水凝胶球的内外部分中噻虫嗪的量。Rust等人详细描述了此分析方法。每个海藻酸水凝胶球被浸没于100 mL的含1 mg/L噻虫嗪的25%蔗糖溶液中。对照海藻酸水凝胶球为浸没于不含噻虫嗪的25%的蔗糖溶液中。在24 h后，从溶液中取出水凝胶球。用干净切割刀从水凝胶球的外面开始切割直到剩下一个小的立方体(约4×4×4 mm)，准确称取内外部分各0.05 g，分别放入1.5 mL的离心管中，再加入0.3 mL蒸馏水。用塑料杵研均匀，离心5 min。然后用吸液管移取4 μL上清液，用996 μL蒸馏水稀释(稀释250倍)。按Byren等人的方法用商业购买的 ELISA试剂盒(Thiamethoxam H.S. Plate Kit,catalog no.20-0102,Beacon Analytical System Inc.,Saco,ME,USA)评估水凝胶样品中噻虫嗪的量。每处理重复4次。用配对T-检验(0.05显著水平)比较水凝胶球外部和内部噻虫嗪的量。

1.6 试验6：室内防效试验

研究了用含有噻虫嗪的25%蔗糖溶液处理的海藻酸水凝胶饵剂对实验室阿根廷蚁种群的活性。每个试验含有300个工蚁、2个蚁后和0.1 g的饲养的种群产生的“后代”(卵、幼虫和蛹的混合体)。试验蚂蚁置于聚乙烯容器(330×190×100 mm)中，其内壁涂有一薄层特氟龙。皮氏培养皿(直径100 mm，高15 mm)的上盖有4个均匀分布的孔(直径4 mm)，内放一瓦楞纸(140×60 mm)，为人工蚂蚁巢。一周为蚂蚁提供一次水、25%蔗糖溶液和刚弄死的蜚蠊和罐装金枪鱼。在试验前7 d就将蚂蚁置于试验装置中使其适应环境，在试验前3 d开始只给蚂蚁提供水。Markin的研究表明使实验室种群饥饿3～4 d能加强其觅食行为，阿根廷蚁大田种群也有此现象。

对含有5种浓度噻虫嗪的海藻酸水凝胶饵剂的活性进行了研究。海藻酸水凝胶饵剂分别用含0.1、0.4、0.7、1 mg/L分析级噻虫嗪的25%蔗糖溶液处理。每个处理中3个海藻酸水凝胶饵剂被置于盒子的底部。以不含噻虫嗪的蔗糖溶液处理的海藻酸水凝胶饵剂为对照。处理后24 h，再开始给蚂蚁提供正常“饮食”，但不移除水凝胶饵剂。

以人工蚁巢和盒子的摄影影像为基础，在处理后1、3、5、7、14 d记录了活着的蚁后和工蚁的数量。在这些时间点也称量了“后代”的重量。“后代”一般在人工蚁巢内折叠的瓦楞纸上。“后代”的重量为折叠的瓦楞纸和附于其上的“后代”的重量减去瓦楞纸的重量。然后计算工蚁和蚁后数量减少的百分比和“后代”重量减少百分比。处理和对照重复4次。对百分比数据进行反正弦平方根转换，用单因素方差分析法分析转换后的数据。

1.7 试验7：实地应用药效试验

在2016年7月28日到9月23日，在美国加利福尼亚州河滨市的5个住宅中，试验了含有1 mg/L噻虫嗪(实验室研究中最有效的浓度)的海藻酸水凝胶饵剂的防效。阿根廷蚁是每一试验点的主要危害蚂蚁。

为了提高实地试验用的海藻酸水凝胶饵剂的生产规模，用 100-喷嘴喷头(AKDY AZ-6021 8-inch bathroom chrome shower head,AKDY Appliances,Rancho Cucamonga,CA,USA)产生10 g/L Na-Alg溶液的微滴。把Na-Alg溶液慢慢倒入与喷头相连的大漏斗(直径150 mm)中，从喷头喷出的Na-Alg溶液的液滴滴入含有 5 g/L CaCl2溶液的塑料容器(381×292×152 mm)中。连接喷头的漏斗被固定于铁支架上。在滴入过程中用玻璃棒持续搅拌交联剂以免形成的水凝胶球彼此黏附。过滤反应液得到海藻酸水凝胶球，浸没于含有2 mg/L噻虫嗪的5L 50%蔗糖溶液中24 h。假定浸没结束时水凝胶球内部和外部的噻虫嗪和蔗糖溶液的浓度均衡，得到了含约1 mg/L噻虫嗪的约25%的蔗糖溶液的海藻酸水凝胶饵剂。从液体饵剂中筛出水凝胶饵剂，装于塑料罐中于(4±) ℃贮存以备用。

在每一试验点以10 g/m2施用约1 kg的水凝胶饵剂，在建筑物内5 m的蚂蚁活跃路径上放置20堆水凝胶饵剂。每堆约重50 g。在每个房间四面墙边的10个点均匀地放置20个监测管(15 mL Falcon 塑料管)，每个管中有12 mL的25%蔗糖溶液，每个点放置2个管，其开口端用花盆覆盖(直径155 mm，高115 mm)以免喷灌、宠物、降雨和阳光的影响。每次检测时间称管的重量，计算与处理前蔗糖溶液重量的差值，并进行蒸发矫正，矫正差值即为蚂蚁取食的蔗糖溶液的量。蒸发量是放置于没有蚂蚁的另一点的一套监测管相对应重量减少量。在Reierson等人实验室研究中，阿根廷蚁每次到访平均取食 0.3 mg蔗糖溶液。以此为基础，评估了到访监测管的蚂蚁数量，以2管的平均值进行进一步的分析。在实地应用试验点在处理前1 d，处理后1、2和4周检测。在第4周检测后立即进行第2次水凝胶饵剂处理，处理后5、6和8周(以第1次处理时间算起)检测。第2次施用量和方法与第1次相同。

肉眼检查监测管，发现在整个试验期间，监测管中只有阿根廷蚁在觅食。评估和记录了所有检测时间到访每个点每管的蚂蚁数量，对此数据进行平方根转换，用配对 T-检验(0.05显著水平)比较处理后的每一检测时间和处理前的数据。

2 结 果

2.1 试验1：制作海藻酸水凝胶球

Na-Alg溶液的浓度(F=124.2；df=2，P＜0.001)，CaCl2溶液浓度(F=1612.1；df=2，P＜0.001)和交联时间(F=1058.6；df=2，P＜0.001)对水凝胶重量增加百分比在统计学上有显著影响(图2)。此外，发现这3个因素间(F=27.1；df=8，P＜0.001)有显著的相互作用(表2)。Na-Alg溶液的浓度、CaCl2溶液浓度和交联时间对水凝胶重量增加百分比的影响的多元线性回归分析得到的相关系数分别为r=0.141、–0.661、–0.529，表明3个因素的影响显著(P＜0.001)。确定试验变量间线性关系的多元回归模型为Y=352.6+49.0X1-150.7X2-7.3X3(R2=0.737，F=248.9，df=3、266，P＜0.001)，其中Y为水凝胶重量增加百分比，X1为Na-Alg溶液浓度，X2为CaCl2溶液浓度，X3为交联时间。此方程表明 CaCl2溶液浓度和交联时间的增加分别会导致水凝胶重量以 150.7%和7.3%降低。因此，为了获得重量增加百分比最高的海藻酸水凝胶球，选择CaCl2溶液浓度为5 g/L，交联时间为5 min。另一方面，Na-Alg溶液浓度的增加会使水凝胶重量增加 49%。然而，用＞10 g/L Na-Alg溶液得到的水凝胶球在浸没于蔗糖溶液后破裂，故选用10 g/L的Na-Alg溶液。

2.2 试验2：海藻酸水凝胶球的水分损失情况

用25%蔗糖溶液处理过的水凝胶球暴露于6种湿度环境(干或湿的底物，和0、32、75% RH)中24 h，最初8 h水凝胶球暴露于相同底物湿度，在0与32%RH 条件间水损失百分比相似(P＞0.05)(图1多元比较)。在整个试验期间(24 h)，置于湿润的底物和75%RH条件下的水凝胶球与其他处理相比，水损失百分比最小(2 h，F=47.2，df=5、54，P＜0.001；4 h，F=66.4，df=5、54，P＜0.001；6 h，F=103.6，df=5、54，P＜0.001；8 h，F=87.0，df=5、54，P＜0.001；24 h，F=31.2，df=5、54，P＜0.001)(图1)。

表2 不同制备方法下水凝胶重量增加百分比的单变量GLM结果

2.3 试验 3：用部分失水的水凝胶球进行的选择性取食研究

一般而言，在觅食的阿根廷蚁种群中放入水凝胶球后，蚂蚁立即开始取食所有的水凝胶球(图2)。然而，在放入水凝胶球后30 min内，发现与水分损失为0或25%处理相比，取食水分损失50%或75%的水凝胶球的蚂蚁显著少(5 min，F=58.5，df=3、16，P＜0.001；15 min，F=16.2，df=3、16，P＜0.001；30 min，F=30.9，df=3、16，P＜0.001)(图3 多元比较)。在45 min和60 min，水分损失为0或25%水凝胶球对蚂蚁的吸引力最强，其次为50%的，水分损失75%的水凝胶球对觅食蚂蚁的吸引性最低(45 min，F=22.8，df=3、16，P＜0.001；60 min，F=67.0，df=3、16，P＜0.001)(图3)。

2.4 试验 4：海藻酸水凝胶球在含有噻虫嗪的蔗糖溶液中的水合作用

制取的水凝胶球最初的平均直径为5.81～6.00 mm(表3)。浸没于蔗糖溶液或去离子水后，其平均直径增加为8.84～10.00 mm(表3)。浸没于去离子水的水凝胶球的直径增加百分比(增加 67%)显著大于浸没于 25%蔗糖溶液的(增加 51%～55%)(F=6.6，df=5、54，P＜0.001)。然而，用25%蔗糖溶液(含有或不含有噻虫嗪)处理的水凝胶球直径增加百分比相似(P＞0.05)，这表明液体饵剂中的噻虫嗪(试验浓度0.1～1 mg/L)不影响水凝胶球的水合作用(表3)。

海藻酸水凝胶球的最初平均重量为 0.14 g(表3)。用蔗糖溶液或去离子水处理后，平均重量增加为0.48～0.57 g(表3)。与直径增加情况相似，用去离子水处理的水凝胶球重量增加百分比(增加309%)显著高于用 25%蔗糖处理的(增加 253%～272%)(F=7.2，df=5、54，P＜0.001)。不管蔗糖溶液是否含有噻虫嗪，用其处理的水凝胶球重量增加百分比相似(P＞0.05)，这进一步表明液体饵剂中的噻虫嗪对水凝胶球的水合作用没有影响(表3)。

表3 浸没于不同水溶液的水凝胶球的重量和直径增加百分比

2.5 试验5：海藻酸水凝胶球吸附噻虫嗪的能力

海藻酸水凝胶球的外部和内部每千克所含的噻虫嗪的量相似[外部和内部分别为1 539.77±93.05、1 214.28±50.69 ng(平均±SEM)，t=2.3，df=3，P＞0.05]。这表明蔗糖溶液中的噻虫嗪均匀地迁移到海藻酸水凝胶球中。虽然用ELISA试剂盒检测到对照水凝胶球具有低水平吸附，但吸附值可忽略，这可能是由小的基体效应引起(水凝胶和蔗糖)。

图3 处理后不同时间取食水凝胶球的蚂蚁数量(平均值±SEM)

2.6 试验6：实验室活性试验

含有0.1～1 mg/L噻虫嗪的海藻酸水凝胶饵剂能够有效防治阿根廷蚁工蚁(表4)。在处理后1 d所有处理和未处理间工蚁减少率没有显著差异(F=1.7，df=4、20，P＞0.05)。然而，处理后3 d，高浓度噻虫嗪(0.7、1 mg/L)处理工蚁减少率与对照间有显著差异(F=39.9，df=4、20，P＜0.001)。此外，处理后5 d，所有处理和对照间工蚁减少率有显著差异(F=153.1，df=4、20，P＜0.001)。1、0.7、0.4 mg/L噻虫嗪处理在处理后5、7、14 d，工蚁的死亡率达100%(表4)。在处理后 14 d，对照工蚁死亡率约为21%。然而，本研究中对照死亡率与其他相似的实验室研究中在处理后8 d对照死亡率为33%或处理后7 d对照死亡率为8%～10%相当。

表4 实验室研究中应用海藻酸水凝胶饵剂后工蚁数量减少百分比(平均值±SEM)

水凝胶饵剂也对蚁后和“后代”有有效的控制。处理后3 d，用含有1 mg/L噻虫嗪的蔗糖溶液处理的水凝胶球与对照相比能显著减少蚁后的数量和“后代”的质量(蚁后，F=16.0，df=4、20，P＜0.001；“后代”，F=18.8，df=4、20，P＜0.001)。含有0.4～1 mg/L噻虫嗪的水凝胶饵剂处理后7 d对蚁后和处理后14 d对“后代”分别有100%防效(表5、6)。

表5 在实验室研究中蚁后数量减少百分比

表6 在实验室研究中“后代”数量减少百分比

2.7 试验7：实地应用药效试验

在整个试验期，处理后所有检测时间到访监测管的平均蚂蚁量显著低于各管处理前的(1周，t=3.6，df=4，P=0.023；2周，t=3.6，df=4，P=0.022；4周，t=4.4，df=4，P=0.012；5 周，t=5.7，df=4，P=0.005；6 周，t=3.7，df=4，P=0.020；周 8，t=6.9，df=4，P=0.002)(表7)。在处理后的前2周，水凝胶饵剂对蚂蚁防效变化很大，为7.8%～65.1%。在处理后4～6周平均防效为61%～72%，其中1个试验点在处理后第4周的防效为88%；处理后8周，防效为64%～91%。总的来说，平均防效为79%。

表7 在5个点施用含1 mg/L噻虫嗪的水凝胶饵剂前后平均“到访”的蚂蚁数量

3 讨 论

本研究中的海藻酸水凝胶为3个成分系统(海藻酸、水和盐)，其中每一成分都能被改进以产生具有不同特性(硬度、大小、吸附性等)的水凝胶骨架。水凝胶骨架的物理和化学特性可能影响吸附于水凝胶中的化合物的释放。因此，海藻酸水凝胶系统的多用途性将使其非常适合开发为含有不同类型诱食剂和杀虫活性成分的新颖饵剂系统。本研究中，对含有活性成分噻虫嗪的糖水饵剂的高吸附性被认为是海藻酸水凝胶球的最优特性之一。坚固的球形水凝胶球将会使自动化或人工实地应用水凝胶饵剂变为现实。

Na-Alg溶液浓度、CaCl2溶液的浓度和交联时间显著影响海藻酸水凝胶球在25%蔗糖溶液中的水合作用程度。首先，水合程度与Na-Alg溶液浓度成正相关性。由高浓度多聚物溶液产生的水凝胶，其每单位量含有更多的多聚体，故能吸收较大量的水。然而，本研究中，由高浓度(15、20 g/L)Na-Alg溶液产生的一些水凝胶球在浸没于蔗糖溶液的过程中由于过度的水合作用，而发生物理性破裂。由10 g/L Na-Alg溶液产生的海藻酸水凝胶在浸没于蔗糖溶液后仍能保持坚固的球状。其次，海藻酸水凝胶球的水合程度与交联剂浓度和交联时间呈负相关性。高浓度的交联剂和较长的交联时间增加了水凝胶球的交联密度，故导致水凝胶的硬度较大，水合潜力降低。交联密度的增加也可能降低水凝胶骨架中孔的大小，限制水和溶解于水中的化合物的吸附和释放。为了使水合作用最大化，本研究使用最低的交联剂浓度(5 g/L)和最短的交联时间(5 min)。

城市和农业环境中的阿根廷蚁在温暖的夏天觅食行为最活跃，此时环境也具备其喜欢的潮湿条件。因此，以阿根廷蚁为靶标的海藻酸水凝胶饵剂在实地应用期间将会暴露于不断变化的湿度条件中。因为水凝胶饵剂的水分含量影响其适口性，故需要评估水合化的水凝胶球的水分损失动态。当海藻酸水凝胶球暴露于干底物和/或低相对湿度下，其水分的损失更快。有趣的是，在低或中等的大气湿度条件下(即0、32%相对湿度)，水分的损失主要决定于底物的湿度水平，而不是大气的湿度。海藻酸水凝胶球可能从湿润的底物吸收水分，这样就可补偿表面蒸发的水分损失。海藻酸水凝胶球的水分损失动态(在0-32% RH环境中前8 h水分损失68%～89%)，相当于Buczkowski等人报道的聚丙烯酰胺水凝胶的情况，即聚丙烯酰胺水凝胶暴露于室外 2～32 ℃和22%～49% RH的环境中，大部分水分的损失发生在前8 h内。

选择取食研究表明水分损失≥50%的海藻酸水凝胶球对觅食蚂蚁的适口性或吸引性降低了，与Rust等人对聚丙烯酰胺水凝胶的发现相似。因为本研究中蔗糖溶液中的所试验剂量(0.1～ mg/L)的噻虫嗪活性成分不会阻遏觅食阿根廷蚁的取食，水凝胶球的水分含量会是影响蚂蚁持续取食的最重要的因素。在实地应用中，使水凝胶饵剂水分损失最小化有益于水凝胶饵剂在较长时间内对觅食蚂蚁具有适口性。在灌溉点附近应用水凝胶饵剂或在应用水凝胶饵剂前进行灌溉增加底物(即土壤)的湿度水平，可达到此目的。或者，在水凝胶损失太多水分前，增加觅食蚂蚁发现和取食饵剂的几率。Boser等人发现在聚丙烯酰胺水凝胶饵剂实地应用的最初 4 h内66%阿根廷蚁“拜访”过此饵剂。阿根廷蚁追踪激素可被用于缩短海藻酸水凝胶饵剂被发现时间。此方面还需要进一步的研究。

噻虫嗪在25 ℃具有相对高的水溶性(4.1 g/L)，故被选作饵剂的杀虫活性物质。活性成分的高水溶性被认为是制作有效的水饵剂的重要特性之一。ELISA研究表明溶解于蔗糖溶液中的噻虫嗪有效地分散到海藻酸水凝胶骨架中。试验结果表明当蚂蚁取食水凝胶球表面的蔗糖溶液时可持续地摄食到噻虫嗪。水凝胶骨架和最初液体饵剂间的噻虫嗪浓度几乎相同(水凝胶骨架和最初液体饵剂中的密度分别为1.2～1.5 mg/kg vs 1 mg/L)，这表明刚制取的水凝胶球中的液体能被蔗糖-噻虫嗪溶液有效代替，在24 h的蔗糖溶液浸没期间可达到平衡状态。

实验室研究表明含有低浓度噻虫嗪(0.1～1 mg/L)的海藻酸水凝胶饵剂在处理后7 d可有效防治阿根廷蚁的蚁后。因阿根廷蚁的蚁后一般不会到巢穴外觅食，含有毒物的饵剂一般通过工蚁觅食和随后的交哺行为传递给蚁后。因此，交哺和其他方式对毒物的潜在稀释作用已被认为是用液体饵剂防治蚁后的重要挑战之一。在以前对海藻酸水凝胶传递化合物的研究中，一般在发生交联反应前在海藻酸溶液中加入化合物。然而，本文研究者发现交联过程可能不经意地影响海藻酸水凝胶饵剂中的诱食剂(蔗糖)和杀虫活性成分(噻虫嗪)的浓度。因此，本研究首先制备海藻酸水凝胶球，随后把其浸没于含有已知浓度噻虫嗪的25%蔗糖溶液中。用此新方法能够确保最后(完全水合化)的饵剂含有已知量蔗糖和噻虫嗪，使其防效最大化。

选用1 mg/L噻虫嗪进行实地应用研究，是因为在实验室研究中处理后3 d，此剂量能显著地防治工蚁、蚁后和“后代”。在处理后1周海藻酸水凝胶饵剂的平均防效为42%，4周为40%～68%。在第4和5周间进行第 2次处理后，直到试验结束平均防效为61%～79%。在每周对未处理实地应用试验点监测的基础上，发现在整个实地应用研究期间未处理蚂蚁活跃水平没有自然下降。此外，整个研究期间的平均气温为20.6～32.2 ℃，阿根廷蚁具有正常的觅食活动。

用海藻酸水凝胶骨架传递含有少量杀虫剂的蔗糖液体饵剂，有效防治蚂蚁时，与合成水凝胶(例如丙烯酰胺)相比，对环境的不利影响降低了。共10 mg噻虫嗪被用于制取进行2个实地应用处理的10 kg饵剂。与其他含有噻虫嗪的商业化饵剂产品(例如Optigard Ant Gel Bait that contains，含有约100 mg/L噻虫嗪)相比，此饵剂含有的噻虫嗪的量极少(1 mg/L噻虫嗪)。虽然与聚丙烯酰胺水凝胶的数个特性(即水合作用、水分损失率，活性)相当，但海藻酸水凝胶不会降解产生有毒的单体而对环境友好。不同于其他天然凝胶化合物(例如白明胶)，海藻酸水凝胶的热稳定使其适宜用于日气温超过35 ℃的地方。海藻酸可商业购买，相对而言价格不高，可用于大规模生产水凝胶。进一步研究实地应用海藻酸水凝胶饵剂的水分损失和适口性动态，将有助于设计更有效的饵剂项目。也要进行进一步研究以确保开发利用除噻虫嗪外的其他活性成分“融合”到海藻酸水凝胶骨架中。目前正在进行其他实地应用研究来评估海藻酸水凝胶防治农业中蚂蚁的效果。

10.16201/j.cnki.cn31-1827/tq.2017.06.09

TQ450

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1009-6485(2017)06-0042-08

罗梁锋(1973—)，男，学士，从事植物病虫害防治工作。E-mail: ccllf@163.com。

2017-12-11。