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昆蟲信息化學物質在病媒生物防治技術中的應用

  • 發布單位:危害控制組

預防媒介生物性疾病暴發流行的最有效手段是控制病媒生物, 目前,人們主要通過施用殺蟲劑控制病媒生物種群數量來降低媒介疾病的風險,但由於病媒生物對於殺蟲劑產生抗藥性和環境污染等問題,殺蟲劑的使用受到了越來越多的限制。因此,開發高效、安全、環保的控制新技術便成為病媒生物控制方面的研究熱點,其中「陷阱」誘捕或毒殺技術,成為病媒控制新技術研究的一個重要方向。

「陷阱」誘捕技術的高效與否的基礎在於「引誘性」,而對於病媒生物「引誘性」因子的研究,主要來自於昆蟲化學信息物質,即昆蟲化學生態學研究範疇,以昆蟲為研究對象,研究昆蟲與昆蟲、昆蟲與植物、昆蟲與其他生物及昆蟲與環境之間化學聯繫規律的科學。昆蟲信息化學物質防治害蟲是20世紀60年代以來發展起來的一種治蟲新技術 , 目前主要用於農業害蟲的監測和防治等,它解決了那些因使用化學農藥帶來的一系列問題(高毒 、污染環境 、殺傷天敵 、抗藥性和殘留等)。信息化學物質在低密度種群中所起的作用越來越大,不僅對害蟲的天敵沒有毒害作用,也能長期抑制常規殺蟲劑無法防治的害蟲的種群數量。氣候變化帶來的溫度升高和降雨改變使得控制本土和入侵害蟲成為日益緊迫的挑戰,使用殺蟲劑無法解決這一問題,信息化學物質卻可以實現可持續的大面積害蟲管理。但目前在病媒生物防治方面應用較少,研究的化學信息物質主要集中在昆蟲信息素、植物源功能性化合物和其他基於產卵場所需求、食物能量需求等眾多的環境信號因子。

PART01

昆蟲信息素

昆蟲信息素指同種昆蟲個體間在產卵、求偶、棲息、覓食、自衛等過程中用於傳達信息的一類化學物質的總稱,包括性信息素、聚集信息素、產卵信息素、報警信息素和示蹤信息素等。首次被分離鑑定出的昆蟲信息素是家蠶性信息素——蠶蛾醇,概念也由此產生,昆蟲化學生態研究進入一個新的發展階段。

性信息素

性信息素是昆蟲信息素研究中最為活躍也是最重要的部分,其理論基礎和技術方法也極大地推動了整個化學生態學學科的發展與進步。目前,我國人工合成的昆蟲性信息素>50種,特別是性誘劑已廣泛應用於蟲情監測、 害蟲誘捕、交配干擾、害蟲檢疫和分類鑑定等多個方面,其中性引誘劑技術在較多重要害蟲的防治中已常規化應用。性信息素在病媒生物領域應用較少, 目前主要用於蠅,蟑和蚊部分種類。

家蠅信息素 目前開發較成功的有誘蟲烯(muscalure),化學名稱為順-9-二十三碳烯,由美國 Carlson等從雌性家蠅(Muscadomestica)的表皮和糞便等類脂物中分離、鑑定的引誘活性成分,瑞士山道士公司(Sandoz AG)生產。理論上誘蟲烯僅對雄蠅具有引誘性,但現場試驗顯示其對雌、雄兩性均有引誘作用,可能因雄性在觸及誘蟲烯時釋放的交配性信息素引誘附近未交配的雌蠅聚集。誘蟲烯與殺蟲劑混配的滅蠅毒餌,經實驗室、模擬現場和現場滅蠅證明對家蠅具有很好的誘殺作用,但該種引誘性僅對 性成熟期的家蠅有作用,對性未成熟或已過交配期的家蠅則有一定的驅避作用,但家蠅信息素單獨存在時則無直接引誘作用,需與白糖復配才具明顯的引誘性。目前,誘蟲烯已廣泛用於粘蠅紙、粘蠅帶和滅蠅毒餌中。

蜚蠊信息素

發現美洲大蠊雌蟲至少含有2種性信息素,即蜚蠊酮-A和蜚蠊酮-B,提出蜚蠊酮-B的結構,並證實其對美洲大蠊雄蟲的活性最高,在10-16g用量下,雄蟲可產生反應;同時該物質對德國小蠊也有一定的活性,對日本大蠊和東方蜚蠊活性較低;但對澳 洲大蠊和黑胸大蠊則無活性。

蚊蟲信息素 部分雄蚊對宿主氣味也會產生行為反應,並在宿主附近與雌蚊交配,但宿主周圍往往有其他種類雌蚊,為識別同種,蚊蟲會依靠被稱為種間信息素的信息物質進行精確識別同種,種間信息素在白紋伊蚊、埃及伊蚊和脈毛蚊的相關研究中已有報導,但還未在實踐中應用。

產卵信息素

是指引導聚集產卵習性的是一些特殊的化學物質或昆蟲自身所產生的信息素。如蚊蟲可產生一種信息物質誘導其他雌蚊聚集產卵,按照其作用方式和作用結果,可分為誘卵信息素 和產卵刺激素,前者可引導雌蚊在適宜的產卵場所,主要為赤式 6-乙醯氧基-5-十六碳的內酯;後者主要作用是刺激雌蚊產卵。

聚集信息素

在20世紀60年代Ishii和Kuwahara發現德國小蠊若蟲的聚集依賴於其體表和糞便中含有的化學物質,該化學成分使不同齡期德國小蠊產生聚集現象。依據該生物習性,將聚集信息物質用於誘殺劑的開發研究,在很長時間內得到重視。但目前德國小蠊聚集信息素的實驗研究與現場應用還有一定差距,主要因聚集信息素組分尚未完全解碼。一方面,德國小蠊聚集信息素成分複雜,目前所提取的幾種組分生物活性均明顯低於混合物,說明不同組分間可能存在協調作用,且不同提取方法得到的組分不同,其生物活性也相差甚遠。另一方面,有研究表明聚集信息素組分中存在一些易揮發的小分子物質如羧酸類、活性胺等,而目 前的收集方法難以捕捉和保存這些物質。

PART 02

種間信息化學物質(種間素)

昆蟲除同種個體間通過信息物質傳遞信號外,在不同種 昆蟲間和昆蟲與其他生物之間也存在傳遞信息的化學媒介, 即種間信息化學物質(種間素),目前研究最多的是植物源功能性物質的開發利用, 而對於吸血性昆蟲則集中在宿主氣味性物質的研究與模擬。

引誘劑

植物的汁液、花蜜是雄蚊的主要能量來源, 而雌蚊在取食血液前需攝取糖分才能滿足飛行、交配、搜尋宿主等生命活動的能量需求。蚊蟲所攝取的糖分主要來源於植物的花、莖或葉,或同翅目昆蟲分泌的蜜露,但優先選擇花卉中的糖分,蚊蟲只有花期植物少或植物未開花,糖資源 缺乏時攝食莖或葉中的糖分。蚊蟲對糖分的獲取有賴於開花植物釋放的揮發性物質的吸引,現有研究表明,能吸引蚊蟲的香氣物質主要是單萜和二萜類化合物,一些倍半萜、多萜類、綠葉揮發物均對尖音庫蚊有引誘作用。蚊蟲對該類化學信號因子的依賴是在長期進化過程中對外界環境作出的行為適應。

驅避劑

特別是植物源驅避劑的開發研究已蓬勃發展, 20世紀60年代我國科學工作者深入調查研究,收集民間驅蚊植物3300餘種,對提取物進行驅蚊試驗後,選出100餘種有驅蚊作用的植物,主要集中在唇形花科、芳香科、木蘭科、菊科、 樟科、天南星科、北五味子科、蝶形花科、浮萍科、香梅科、馬鞭草科、粟蘭科、楝科和柏科等,對驅避劑的發展貢獻巨 大。

發現多種植物對蜚蠊具有驅避活性,而近年來對提取純化單體化合物的研究也有報導,如2002年Peterson等對荊芥內酯在德國小蠊的驅避活性進行了研究,在80μg/cm2的劑量濃度下, E,Z-荊芥內酯驅避率可達79.40%。林永麗等研究香葉醇、芳樟醇、檸檬醛和茴香醛對德國小蠊成蟲的驅避性,並與常用驅避劑DEET進行比較顯示,所有參試化合物的驅避 活性均優於DEET。

宿主氣味性化合物

人體及其他動物宿主通過呼吸和皮膚代謝不斷向周圍環境釋放化學物質,為吸血性昆蟲定位 宿主和完成吸血提供了重要信號。近年來,特別是蚊蟲控制工作者廣泛關注代謝物對昆蟲的引誘機制。目前研究較多的主要為二氧化碳、乳酸、氨、 1辛烯-3-醇等化合物。

PART03

環境信號因子

環境信號因子與昆蟲行為間的關係是重要的科研領域, 特別是基於產卵場所需求、食物能量需求的引誘性化學物質研究方興未艾,開發的誘食毒餌、誘卵器等得到廣泛應用。

蚊蟲環境引誘因子

影響蚊蟲聚集產卵習性因素有顏色、照度、水質、特殊化學氣味等,通常水中無機物的影響較微弱或不確定。有研究發現,水體中的細菌特別是假單胞菌科的代謝產物,如苯酚、3-甲基吲哚(糞臭素)、吲哚和4-乙基苯酚4-甲酚對蚊蟲具有較強的引誘產卵作用。

蠅類環境引誘因子 氣味物質同樣是蠅類尋找配偶、食物和產卵場所時重要 的環境信息物質,根據蠅類雜食性、腐蝕性特點研究麥芽浸 膏、糖醋、腐魚肚腸等物質對蠅類的引誘性。但迄今為止尚未明確對蠅類具有引誘性的化合物單體或組合物,且不同引誘物所誘捕的蠅種單一,如糖醋液引誘的蠅類主要是家蠅和綠蠅;腐魚主要引誘綠蠅和金蠅。 對廣譜、高效且可控性好的蠅類引誘劑進行研究仍任重道遠。

蟑螂環境引誘因子 在蜚蠊防治實踐中,基於糖類與食物引誘劑的毒殺技術仍是最為重要和有效的防治措施。劉泉等報導,德國小蠊取食糖類的頻率依次為麥芽糖>葡萄糖>乳 糖>蔗糖>紅糖,而取食停留時間依次為葡萄糖>麥芽糖> 乳糖>蔗糖>紅糖,葡萄糖和麥芽糖對其引誘力明顯高於其他糖類,麥芽糖的引誘效果也明顯優於蜚蠊酮-B;但隨著該類基於糖類誘食毒餌的長期應用,蜚蠊已對果糖、葡萄糖、麥芽糖、蔗糖等糖類食物產生顯著驅避性行為抗性,且該行為可遺傳。糖類誘食劑的應用及新型誘食劑的開發利用應予以足夠關注。

PART04

展望

隨著當前人們環境保護意識的提高,未來化學農藥的使用將會被限制的愈來愈嚴格,而像應用昆蟲信息化學物質這種對環境友好的害蟲治理方法,前景將會越來越廣闊。但也存在一定的問題,如防治效果看起來比較緩慢而且使用成本較高,這些問題在後面的技術發展中,會得到解決。

昆蟲信息化學物質對病媒生物的防治方法中應用較少,也許這就是一個機遇,要注重研究病媒生物的生態學習性,夯實基礎,探究化學信息物質在病媒生物防治中的應用,為病媒控制新技術提供科學依據,不僅在理論研究上意義重大,更在實際應用中前景光明。

本文主要內容參考自郝蕙玲研究員《昆蟲化學生態學在衛生害蟲防治中的應用》一文,在此表示感謝!

 

新聞來源:每日頭條(2018.10.18)

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  • 資料發布日期:107-10-18
  • 資料檢視日期:107-10-18
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