海灰翅夜蛾性信息素研究进展

任鸿远, 钟江春, 王 敏, 边庆花

(中国农业大学 理学院 应用化学系 农药创新中心，北京 100193)

海灰翅夜蛾Spodoptera littoralis (Boisduval)，属鳞翅目 (Lepidoptera) 夜蛾科 (Noctuidae)，广泛分布于欧洲、非洲与亚洲的诸多国家[1-2]。海灰翅夜蛾主要危害棉花、番茄、甜椒、草莓等多种农作物，使作物减产、农产品品质下降，造成巨大经济损失[3-4]。使用杀虫剂是防治海灰翅夜蛾的主要手段，但长期施用化学药剂，不仅会使海灰翅夜蛾产生抗性，导致防治效果下降，而且会造成环境污染[5-6]、对非靶标生物不安全等[7-8]。目前，海灰翅夜蛾已对氨基甲酸酯类[9-10]、拟除虫菊酯类[11-12]、有机磷类[13-14]以及双酰肼类等[15]杀虫剂产生抗性，例如，其对氰戊菊酯和溴氰菊酯已分别产生 33 倍和 27 倍的抗性[16]。

与化学农药相比，基于昆虫性信息素的防治技术，具有微量高效、毒性低、不产生抗性、环境相容性好、对非靶标生物安全等优势，是极具发展前景的绿色防控新技术[17-18]。海灰翅夜蛾性信息素是雌虫腹尖的性腺体分泌并释放的微量化学物质[19a]，具有吸引雄虫、帮助海灰翅夜蛾完成交配的生理活性，可用于诱杀成虫、干扰交配、种群监测等。2008 年，Munoz 等总结了海灰翅夜蛾性信息素各种组分的生物合成途径[19b]。本文通过综述海灰翅夜蛾性信息素的分离及结构鉴定，按照构建碳碳双键的方法，重点总结其主要活性成分的化学合成方法，并简要介绍海灰翅夜蛾性信息素的生物活性与应用研究，以期为实现海灰翅夜蛾的绿色防控提供参考。

1 海灰翅夜蛾性信息素的分离与结构鉴定

据文献报道[19a-24]，海灰翅夜蛾性信息素目前共鉴定出8 种化学成分，分别为：(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) 与 (10E, 12E)-10,12-十四碳二烯-1-醇乙酸酯 (E10, E12-14:Ac，8)(结构式见图式1)。

不同地理环境的海灰翅夜蛾，其性信息素主要活性成分与次要活性成分不同，而且各种组分的含量也不同 (表1)。例如，肯尼亚海灰翅夜蛾性信息素的主要成分为化合物1，次要活性成分为化合物5[20]；而希腊海灰翅夜蛾性信息素主要成分为化合物4，次要活性成分为化合物1[22]。

表1 海灰翅夜蛾性信息素的化学组成 (质量分数)Table 1 The chemical compositions of the sex pheromone of Spodoptera littoralis

早在1973 年，Nesbitt 等[19a]就从海灰翅夜蛾雌虫腹尖的二氯甲烷提取液中分离得到了海灰翅夜蛾性信息素，并利用气相色谱-触角电位 (Gas Chromatography-Electroantennographic Detection,GC-EAD) 技术确认其活性成分为化合物1、2、3 和4。次年，Tamaki 等[20]对肯尼亚海灰翅夜蛾进行研究，从92 只雌虫腹尖的二氯甲烷提取液中分离得到 1 (38 μg，95%) 和 5 (2 μg，5%)。

1982 年，Sklarsz 等[21]对以色列海灰翅夜蛾的性腺抽提物进行了系统研究，通过气相色谱 (GC)和气相色谱-质谱 (GC-MS) 等技术确定其主要成分为化合物2 (46%) 和1 (33%)。次要成分为化合物3、5、6 与7，质量分数含量分别为9%、0.5～1%、7%与4%。Campion 等[22]通过研究雌成虫的挥发物发现，埃及和希腊的海灰翅夜蛾与以色列的海灰翅夜蛾性信息素的化学组成不同。埃及海灰翅夜蛾性信息素含有54% 的1、23% 的4、9% 的2 与3 以及5%的5；而希腊海灰翅夜蛾性信息素只含有1 (30%) 和4 (70%)。

1990 年Martinez 等[23]对西班牙海灰翅夜蛾的性腺提取物进行了分析，发现其主要活性成分为1，质量分数为71%；次要成分为2、3、4 与6。此后，Navarro 等[24]研究海灰翅夜蛾性腺提取物，发现了一种新组分，即8，由 (Z)-11-十四碳烯酸在海灰翅夜蛾性腺中进行生物合成得到。

2000 年 Malo 等[25]利用触角电位 (EAG) 技术和气相色谱-触角电位 (GC-EAD) 联用技术对海灰翅夜蛾性腺提取物进行了系统研究，发现主要活性成分1 具有最高的EAG 响应值 (1.54 mV)，而次要成分2、3、4、5 与6 响应值略低 (1.21～1.32 mV)。该研究结果进一步验证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 种化学成分中，其主要活性成分为 (9Z, 11E)-9,11-十四碳二烯-1-醇乙酸酯 (1)，因此，关于该化合物的合成研究具有重要意义，而合成1 的关键是构建Z-型与E-型碳碳双键。在已有研究中，构建E-型碳碳双键的方法主要采用E 型烯烃原料法；构建Z-型碳碳双键的策略主要包括碳碳三键还原法、Z-型烯烃复分解法、Wittig 反应法与Z-烯基铜锂法。

2.1 碳碳三键还原法

碳碳三键还原法是构建Z-型碳碳双键的重要手段，主要包括炔烃的催化氢化与硼氢化还原[26-27]。Ratovelomana 等[28]利用烯炔醇酯的硼氢化-还原构建了Z-型烯烃，完成了海灰翅夜蛾性信息素主要活性成分的合成研究 (图式2)。该方法以9-癸炔-1-醇 (9) 为起始原料，首先和乙酸酐发生酯化反应，得到9-癸炔-1-醇乙酸酯 (10)；然后与 (E)-1-碘-1-丁烯发生Sonogashira 偶联反应，得到烯炔醇酯11；最后与二异戊基硼烷发生硼氢化反应，生成烯基硼烷，再经乙酸还原为Z-型烯烃，得到目标化合物1。该方法具有路线简捷、总收率 (67%) 高等优点。

Yadav 等[29]合成海灰翅夜蛾性信息素主要活性成分的关键步骤为炔烃的催化氢化 (图式3)。该方法以 (E)-2-戊烯-4-炔-1-醇 (12) 为起始原料，先与四氢吡喃 (THP) 保护的8-溴-1-醇发生烷基化反应，得到碳链延长的烯炔醇13；接着与四氯化碳发生氯代反应，得到氯代烯炔14；然后与甲基格氏试剂发生偶联反应，得到多一个碳的THP 保护的烯炔醇15；再经脱THP 保护与乙酰化反应，得到烯炔醇酯11；最后经金属镍催化氢化，将碳碳三键还原为Z-型碳碳双键，得到目标化合物1，总收率为17%。

2.2 Z-型烯烃复分解法

Z-型烯烃复分解法可以快速、简捷地合成Z-型烯烃[30-31]，在有机合成领域具有重要地位。Grubbs 等[32]利用 Ru 催化剂 18 催化的 9-癸烯-1-醇乙酸酯 (16) 与 (E)-1,4-己二烯 (17) 的 Z-型烯烃复分解反应，直接构建9 位碳碳双键，得到目标化合物1，收率为56% (图式4)。该方法虽然高效、简捷，但需要合成结构复杂的Ru 催化剂18。

2.3 Wittig 反应法

Wittig 反应法是利用醛与鏻盐在强碱条件下发生反应，生成碳碳双键，是制备Z-型烯烃的重要手段[33-34]。用于制备海灰翅夜蛾性信息素主要活性成分的鏻盐主要包括酯基鏻盐、烯基鏻盐与羟基鏻盐等。Goto 等[35]利用醛与酯基鏻盐的Wittig反应直接构建了化合物1 的Z-9 碳碳双键 (图式5)。该方法以1,9-壬二醇 (19) 为起始原料，先与HBr反应，得到溴代醇20；然后进行乙酰化反应，得到溴代酯21；再与三苯膦反应，生成酯基鏻盐22；最后在氢化钠催化下，与 (E)-2-戊烯醛发生Wittig 反应，构建Z-9 碳碳双键，得到目标化合物1，总收率为67%。

另外，Goto 等[35]还研究了利用羰基酯25 与烯基鏻盐24 的Wittig 反应直接构建海灰翅夜蛾性信息素主要活性成分的Z-9 碳碳双键 (图式6)。结果表明，碱与溶剂是影响碳碳双键Z、E 比的重要因素。当碱为叔丁醇钾、溶剂为苯时，化合物1 与 (9E,11E)-9,11-十四碳二烯-1-醇乙酸酯 (E9,E11-14:Ac,26) 的质量比例为40 : 60；当碱为正丁基锂、溶剂为乙二醇二甲醚时，二者质量比为50 : 50；而碱换为氢化钠、溶剂换为二甲基亚砜时，二者质量比为60 : 40。

Ando 等[36]研究了利用THP 保护的羟基鏻盐与醛的Wittig 反应构建海灰翅夜蛾性信息素主要活性成分的Z-9 碳碳双键 (图式7)。该方法以1,9-壬二醇 (19) 为起始原料，先用THP 保护19 中的1 个羟基；然后与碘反应，得到碘代THP 醚 (27)；27 与三苯膦反应，生成THP 保护的羟基鏻盐(28)；28 在正丁基锂作用下，与 (E)-2-戊烯醛发生Wittig 反应，得到THP 保护的二烯醇29，9 位碳碳双键的Z、E 比为7 : 3；最后经脱去THP 保护基与乙酰化反应，得到目标化合物1。该方法需要先保护羟基，然后脱保护羟基，使反应路线较为冗长，步骤较为繁琐。

陈新[37]实现了利用羟基鏻盐与醛的Wittig 反应，直接构建了化合物1 的Z-9 碳碳双键 (图式8)，而且得到了理想的碳碳双键Z、E 比。以1,9-壬二醇 (19) 为起始原料，先经溴代反应得到溴代醇31；然后与三苯膦反应，生成羟基鏻盐32；再在六甲基二硅基氨基钠催化下，与 (E)-2-戊烯醛发生Wittig 反应，得到二烯醇30，9 位碳碳双键的Z、E 比为91 : 9；二烯醇30 最后与乙酸酐发生酯化反应，得到目标化合物1。

2.4 Z-烯基铜锂法

烷基铜锂试剂与炔烃的加成反应，可以得到Z-烯基铜锂试剂[38-39]，也是构建Z 型碳碳双键的重要方法。Tellier 与Ramiandrasoa[40]利用烷基铜锂与乙炔的加成反应，制得Z-烯基铜锂试剂35，实现了海灰翅夜蛾性信息素主要活性成分的合成(图式9)。该方法以1,8-辛二醇 (33) 为起始原料，先经溴代反应，得到34；然后34 与异丁烯反应得到叔丁基保护的溴代醇35；接着与金属锂反应得到烷基锂试剂36，再与CuI 反应原位生成烷基铜锂试剂；然后与乙炔反应制得Z-烯基铜锂试剂37；接着再经碘代、与乙酸酐反应，生成碘代酯39；最后在四 (三苯基膦) 钯的催化下，与 (E)-1-丁烯基溴化锌发生偶联反应，得到目标化合物1。

Naso 等[41]利用Z-烯基铜锂试剂42 完成了海灰翅夜蛾性信息素主要活性成分的合成研究 (图式10)。该研究以苯基2-溴乙烯基硫醚 (40) 为起始原料，先进行消除反应得到苯基乙炔基硫醚 (41)；然后利用Z-烯基铜锂试剂42 对乙炔硫醚41 的还原加成反应构建E-型碳碳双键，得到二烯硫醚43；再经格氏偶联反应与脱保护，制得二烯醇30；最后与乙酸酐反应得到目标化合物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虫性腺体分泌，具有吸引雄虫、帮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种活性成分具有不同的EAG 活性[25]、半数行为反应(50 percent behavioural reponse BR50)[20]与风洞试验行为反应[42](表2)。

表2 海灰翅夜雄蛾对性信息素的反应Table 2 The responses of Spodoptera littoralis males to sex pheromone

Tamaki 等[20]研究了不同剂量水平的信息素1、5 及二者混合物对海灰翅夜蛾雄虫吸引能力的差异。结果表明：信息素1 (BR50= 10−7μg) 的生理活性远高于 5 (BR50= 10−2μg)；二者混合物 (质量比5 : 1～20 : 1) 均具有引诱雄虫的生理活性，其中二者质量比为20 : 1 的混合物具有最高的生理活性 (BR50= 10−7μg)。

Quero 等[42]通过风洞试验，对海灰翅夜蛾性信息素主要成分1 以及5 种次要成分的生理活性进行测试，5 种次要成分包括：化合物2、3、4、5 与6。研究结果表明：化合物1 能够引起88%的雄蛾振翅、起飞、到达诱芯等行为反应的所有步骤，其吸引雄虫的生理活性与海灰翅夜蛾雌蛾相当，显著高于性信息素的5 种次要成分；并且在光照条件不变的情况下，1～1 000 μg 剂量范围的信息素1 所引起的雄虫反应没有显著差异。

4 海灰翅夜蛾性信息素的应用研究

海灰翅夜蛾性信息素可用于诱捕雄虫、干扰交配，也可用于种群监测，选择合适的性信息素释放器，最终实现海灰翅夜蛾的综合防治。

4.1 诱捕雄虫

大量诱捕雄虫可以降低害虫量，是海灰翅夜蛾性信息素的重要应用之一。早在1974 年，Neumark等[43]在棉花与苜蓿田间就利用性信息素1 实现了海灰翅夜蛾蛾雄虫的诱捕，而且研究发现，在16 mg 海灰翅夜蛾性信息素中加入抗氧剂 (N-正辛基-N-苯基对苯二胺) 8～12 mg，可显著延长诱捕雄虫的有效期 (由48 h 延长至30 d)。此后，该课题组优化了诱捕配方，在4.8 mg 性信息素1 中加入8 mg 上述抗氧剂，可以使诱捕雄虫的有效期延长至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，也会增加诱捕雄虫的效果。Campion等[22]研究发现，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 与7，均会增加诱捕雄虫的数量。Dunkelblum 等[21]利用田间试验测定了海灰翅夜蛾性信息素主要成分与次要成分不同配方诱捕雄虫的效果。结果表明，最佳诱芯成分为2 mg 的性信息素1 和质量分数为0.2%～1%的5 的混合物，其诱捕雄虫数量与海灰翅夜蛾雌虫相同。在以色列，利用海灰翅夜蛾性信息素大量诱捕雄虫，是此类害虫综合防治的重要组成部分。不仅减少了20%～45%的海灰翅夜蛾，而且减少了海灰翅夜蛾虫卵数量，减弱了虫卵的生存能力[45-46]。

4.2 干扰交配

利用海灰翅夜蛾性信息素干扰雌雄成虫的交配，可以显著降低交配几率，大幅度降低下一代海灰翅夜蛾的虫口密度。Kehat 等[47]比较了海灰翅夜蛾性信息主要活性成分与次要成分干扰交配的能力。研究发现，海灰翅夜蛾性信息素主要活性成分1 在距离为44.5 m 时，干扰交配率可高达89.5%；而次要成分干扰交配能力显著下降，化合物2 在7 m 的干扰交配率为74.9%，31.8 m 时下降为0%，化合物5 在31.8 m 时的干扰交配率仅为14.2%。

Downham 等[48]研究了海灰翅夜蛾性信息素与三氟氯氰菊酯的混合施用干扰交配，结果表明，在处理5～24 d 后，应用喷雾微胶囊制剂与聚氯乙烯诱芯的混合配方，均具有明显的干扰交配效果，成虫交配显著下降，但与对照组相比，下一代海灰翅夜蛾的虫口密度未见显著下降。

4.3 种群监测

海灰翅夜蛾性信息素可用于发生期、发生量等方面的种群监测。Salem 等[49]利用海灰翅夜蛾性信息素进行种群监测研究，结果表明海灰翅夜蛾一年发生6 代。前4 代发生在棉花田地中，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。后两代发生在甘蓝、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。利用种群监测信息，可以调整杀虫剂的施药方案。

4.4 性信息素释放器

性信息素释放器是影响海灰翅夜蛾性信息素应用效果的重要因素之一。Kehat 等[50]研究发现，Hercon 释放器的层状结构可有效地保护海灰翅夜蛾性信息素1，在不添加稳定剂和抗氧化剂的情况下，防止该性信息素的氧化或异构化。利用被化合物1 吸附的Hercon 释放器，可以高效地干扰海灰翅夜蛾的交配，有效期达28 d。Lanzoni 等[51]比较了Ecodian®信息素释放器和信息素浸渍线式释放器 (Pheromone-Impregnated-Thread dispenser)对海灰翅夜蛾的干扰交配效果。虽然两种信息素释放器都具有高效的干扰效果，干扰效率为94.6%～98.9%，并且与对照组相比，显著降低了海灰翅夜蛾的幼虫数目，但由于Ecodian®信息素释放器是一种特别耗时的技术，不适用于大田蔬菜作物，信息素浸渍线式释放器更具有应用前景。

5 展望

海灰翅夜蛾是一种危害严重的农业害虫，实现其绿色防控对于农业生产具有重要的现实意义。基于海灰翅夜蛾性信息素的防治技术，具有用量少、选择性高、对环境与非靶标生物安全等优点，是极具有应用前景的绿色防控方法。虽然关于海灰翅夜蛾性信息素的研究已经取得了很多成果，但还需从以下两方面发展：1) 关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，还需研究更为简捷、条件更为温和且适用于工业化生产的方法；2) 研究具有高选择性、高诱集效果的海灰翅夜蛾性信息素诱集技术，实现海灰翅夜蛾的绿色防控。