甲酸乙酯与异硫氰酸甲酯混用熏蒸菜豆象的最优配方

杨 璐， 戴仁怀*， 杨 洪， 江兆春

1贵州大学昆虫研究所/贵州山地农业病虫害重点实验室，贵州 贵阳 550025； 2贵州省植保植检站，贵州 贵阳 550001

菜豆象Acanthosceliesobtectus(Say)又名大豆象，属鞘翅目Coleoptera豆象科Bruchidae三齿豆象属Acanthoscelides，是我国重要的检疫性害虫。菜豆象主要危害菜豆PhaseolusvulgarisL.、豇豆Vignaunguiculate(L.)、绿豆Vignarabiata(L.)和小豆Vignaumbellate(Thunb.)等(张润志，2017)。菜豆象主要以幼虫蛀入寄主豆粒内取食，豆粒被菜豆象幼虫蛀食后，由于表面和内部破损，无法食用和销售，失去了食用及商品价值，造成巨大损失；豆粒严重破损后，难以出芽，也不宜再留作种用(申智慧等，2014)。

甲酸乙酯(ethyl formate, EF)常温下为无色液体，是一种防治储粮害虫的新型熏蒸剂，具有氧硫化碳所有的良好特性，能迅速杀死害虫，其残留物能快速降解为甲酸和乙醇(郭道林等,2004)。多种作物储藏期间会自然产生EF，因此，该药剂的使用不会对储藏物的品质造成影响(Valmasetal.,2006)。2002年，EF已作为处理干果的熏蒸剂在澳大利亚登记注册(Vu & Ren, 2004)。异硫氰酸甲酯(methyl isothiocyanate, MITC)是一种无色固体，微溶于水，沸点高(117～180 ℃)，密度为1.069 g·mL-1。MITC可以在油菜类蔬菜上自然形成，其自然含量为0.001～0.05 mg·kg-1(Kirkegaard & Sarwar,1998; Sarwar & Kirkegaard,1998; Sarwaretal.,1998)，它在保护这些作物免受害虫危害方面发挥着重要作用(Sarwaretal.,1998)。长期以来，储粮害虫的控制主要依赖磷化氢和溴甲烷等药剂，但磷化氢的抗性问题日益严重(Ren & Mahon,2006)，而溴甲烷因对臭氧层具有毁坏作用已被禁用(Ajwaetal.,2003)。有学者用EF来熏蒸储粮害虫，然而其使用浓度常接近或高于其燃烧阈值，极易产生安全隐患，因此，开发新型的储粮害虫防治方法极为重要。Renetal.(2005)研究表明，用EF+MITC熏蒸米象SitophilusoryzaeLinne成虫，二者有协同增效作用。因此，本研究在应用二因子二次通用旋转回归组合设计法研究菜豆象成虫死亡几率值与不同浓度熏蒸剂之间相互关系的基础上，计算得到菜豆象死亡几率值与药剂用药量之间的二次多项式方程，结合拉格朗日求极值原理，求取费用最低、杀虫效果最好的配比，以期为入侵害虫菜豆象的防治提供参考。

1 材料与方法

1.1 供试材料

1.1.1 供试药剂 98.0% EF原药(天津市科密欧化学试剂有限公司)；98.0% MITC原药(上海阿拉丁生化科技股份有限公司)。

1.1.2 供试虫源 菜豆象采自贵州省贵阳市花溪粮食市场，在贵州大学昆虫研究所气候箱中进行人工饲养数代。将菜豆象成虫接种于菜豆(经60 ℃干燥4 h)中饲养，待成虫产卵1周后将其移除，后代在温度(25±1)℃、相对湿度70%±5%、24 h黑暗条件下继续饲养多代，以健康成虫(羽化1～3 d)作为供试虫源。

1.1.3 供试器材 RGL-P400A型人工气候箱(合肥达斯卡特生物科技有限公司)、1 L广口瓶、软毛刷、纱布、保鲜膜等。

1.2 实验方法

1.2.1 供试药剂配制 称取10 mg的MITC溶于1 mL的丙酮溶液，得到母液，放入容量瓶中备用。

1.2.2 熏蒸剂的毒力测定 采用广口瓶密闭熏蒸法(李俊等，2006)。将40头菜豆象放入1 L的广口瓶，广口瓶内放置熏蒸盒(直径2 cm，高1 cm)供药剂挥发。在人工气候箱25 ℃条件下，设置5个EF浓度梯度(16、18、20、22、24 μL·L-1)和5个MITC浓度梯度(0.05、0.1、0.2、0.4、0.8 mg·L-1)，熏蒸24 h，处理结束24 h后检查死亡率。

1.2.3 二因子二次通用旋转回归组合实验 以EF、MITC的LC50值为基础，使用公式对其进行转换，编制各参试熏蒸剂编码值与所使用熏蒸剂浓度之间的关系表(陶方玲和田世尧，1996)，然后参照丁希泉(1986)的二因子二次通用旋转回归组合设计表进行熏蒸实验。对数转换关系式如下：

Xi=log10Ni-log10N0

(1)

式中，Ni和N0分别为与i水平与0水平相对应的杀虫剂使用浓度，Xi为i水平的编码值。

1.3 数据处理

毒力测定数据利用SPSS 17.0软件计算出LC50、LC90、LC99值及其毒力回归方程；采用Excel 2010软件对二因子二次通用旋转回归组合设计实验数据进行统计分析，得出死亡几率值估计量的二次多项式回归方程及该方程的回归分析结果；运用Matlab 2018软件计算出最优化配方。

2 结果与分析

2.1 熏蒸剂的毒力测定

EF、MITC的毒力测定结果见表1。2种药剂对菜豆象成虫的毒力存在较大的差异，其中MITC的杀虫效果较强，其LC50值为0.667 mg·L-1；EF的杀虫效果次之，LC50值为20.59 μL·L-1。

表1 2种熏蒸剂对菜豆象成虫的毒力测定

2.2 二因子二次通用旋转回归组合设计

熏蒸剂EF、MITC编码值与使用浓度之间的关系见表2。根据表2中的用药量，结合二因子二次通用旋转回归组合设计表进行实验，可得各处理条件下菜豆象成虫的死亡几率值(表3)。根据表3中的数据计算可得二次多项式：

(2)

为分析该回归方程能否适用于熏蒸剂用药量与菜豆象成虫死亡几率值之间的相互关系，对此式进行回归分析，讨论方程的回归显著性问题，结果如表4、表5所示。由表4可知：R2=0.9867，说明该回归方程拟合优度很好。由表5可知：P=0.000023<0.01，故在α=0.01的显著水平下极显著，说明该回归方程能够较好地反映药剂用药量与菜豆象成虫死亡几率值之间的数量关系。

表2 参试因子用药量与编码值的转换关系

表3 二因子二次通用旋转回归组合设计

表4 回归方程的回归统计表

2.3 最优化配方

一个最优化配方的评判标准包括2个方面：一是对目标害虫菜豆象的防治效果应最好；二是防治菜豆象的费用最省。把对数转换关系式带入(2)式中，可得约束函数：

(3)

优化目标函数：

J=C1N1+C2N2=0.089N1+0.218N2

(4)

式中，C1、C2分别表示EF、MITC的单价；N1、N2含义同(3)式。

根据(3)式、(4)式和拉格朗日求极值原理，求得：N1=102.702 μL、N2=3.0263 mg，N1∶N2≈33.94∶1。当混配液中EF用药量(N1)为102.702 μL，MITC用药量(N2)为3.0263 mg，2种成分比例约为33.94∶1时，可获得最佳经济效益，且杀虫效果最佳。

表5 回归方程的方差分析

3 讨论

EF是一种防治储粮害虫的新型熏蒸剂，常温下为无色液体，有学者运用EF熏蒸储粮害虫研究，然而其防治浓度常高于其燃烧阈值(Ren & Mahon,2003)。姚洁等(2016)在使用EF防治菜豆象的熏蒸实验中发现，不同浓度的EF对菜豆象成虫具有较好的防治效果，但是，由于菜豆象的高龄幼虫和蛹藏于豆粒内，EF对它们的有效熏蒸浓度将会大于50 μL·L-1，有效防治浓度值可能会接近或者高于EF的燃烧阈值(84～91 mg·mL-1)。MITC是一种无色固体，主要用作土壤熏蒸剂，也有用于熏蒸四纹豆象CallosobruchusmaculatusFabricius的报道，当MITC浓度高于0.8 mg·mL-1时，处理结束后所有昆虫都死亡(Sanonetal.,2002)。由于EF熏蒸菜豆象幼虫及蛹的有效浓度可能会接近或大于其燃烧阈值，而MITC的成本过高，因此，结合二者的特点，将二者进行混配，既能降低EF的用量又能降低防治成本。

Renetal.(2005)研究表明，米象成虫在5.9 mg·mL-1EF 25 ℃下熏蒸24 h后不受影响，但在相同的EF浓度下，添加5%的MITC后死亡率可达到99%。所以MITC可以显著降低EF的使用量，使其低于燃烧阈值，它们之间有显著的协同增效作用。但其研究中没有考虑经济效益与杀虫效果之间的关系，因此，本研究应用二因子二次通用旋转回归组合设计，再应用拉格朗日求极值原理，求得最优化配方：EF(N1)∶MITC(N2)≈33.94∶1，该方法不仅可以减少大量的实验次数，还可以节约实验成本，同时又容易筛选出最优化配方。

本研究配比结果是根据室内的实验数据得到的，这只是确定一个好的混配药剂的第一步。虽然该结果可以为EF与MITC混配制剂的开发提供一定的理论依据，但其增效机理尚未清楚，实仓防效也还需进一步验证。