臭氧作为增效剂显著增强异链烷烃的杀虫活性及其机制研究

《Scientific Reports》：Enhanced insecticidal activity of isoparaffin by ozone as an adjuvant

为解决化学农药抗性、健康风险及环境持久性等问题，研究人员开展了臭氧(O3)作为增效剂提升异链烷烃(Isoparaffin)杀虫活性的研究。结果表明，臭氧补充使喷雾剂(SS+O3)对蟑螂、白蚁、蚊虫等卫生害虫的致死时间缩短至1.6分钟（蟑螂）且死亡率达100%。扫描电镜证实臭氧可促进异链烷烃覆盖气门(spiracle)，通过物理窒息机制实现快速杀虫。该研究为开发低抗性、高安全性杀虫剂提供了新策略。

　　

随着化学农药的长期广泛使用，害虫抗药性演化、生态环境风险以及人体健康威胁等问题日益凸显。特别是在卫生害虫防治领域，蟑螂、蚊虫等病媒生物不仅传播登革热、疟疾等严重疾病，其对传统杀虫剂的抗性增强更成为全球性难题。化学农药虽在保障农业生产和公共卫生方面发挥过重要作用，但其对非靶标生物的伤害、在环境中的残留持久性，以及可能引发的过敏反应和中毒事件，促使科研人员不断寻求更具针对性、作用快速且环境友好的替代方案。

在这一背景下，作用于昆虫独特生理结构的防治策略受到青睐。昆虫依靠遍布体表的气门进行气体交换，这一与脊椎动物截然不同的呼吸系统，使其成为理想的新型杀虫剂作用靶点。异链烷烃作为传统的物理性杀虫剂，通过阻塞气门导致昆虫窒息死亡，因其作用机制特殊，不易诱发抗药性，且对人体毒性低，被欧洲食品安全局推荐为可持续使用的农药候选。然而，其杀虫效率和应用方法仍有优化空间。臭氧作为一种强氧化剂，虽广泛应用于水和食品的消毒，但其对昆虫的急性毒性较低，且自身分解快、环境残留少，安全性较高。将臭氧与异链烷烃联用，能否产生协同增效作用，此前尚未有系统研究。

为探究这一问题，发表在《Scientific Reports》上的研究论文《Enhanced insecticidal activity of isoparaffin by ozone as an adjuvant》进行了一系列实验。研究人员以烟褐色蟑螂、台湾乳白蚁、白纹伊蚊和棕色 marmorated 蝽等典型卫生及农业害虫为对象，评估了由液化石油气、异丙醇和异链烷烃组成的喷雾物质单独使用及补充臭氧后的杀虫效果。通过死亡率统计、死亡时间记录以及扫描电子显微镜观察，深入分析了臭氧的增效机制。

本研究采用的关键技术方法主要包括：1）喷雾实验：使用两种喷雾方法（直接喷雾和通过透明圆管间接喷雾）将测试物质施加于不同害虫，记录死亡率和死亡时间，并以单独喷射液化石油气作为对照；2）扫描电子显微镜观察：对处理后的昆虫样本进行固定、干燥和镀金处理，观察其气门形态结构变化，分析异链烷烃的覆盖情况；3）统计分析：运用Fisher精确检验、Mann-Whitney U检验、t检验以及广义线性模型，评估不同处理组间的差异显著性，并识别影响杀虫活性的关键因素。实验所用昆虫样本购自日本住友化学株式会社。

昆虫杀虫活性

实验结果表明，单独使用液化石油气对所有测试昆虫均无杀虫活性（死亡率0%）。而异链烷烃喷雾剂对所有测试昆虫均表现出杀虫效果，死亡率均高于60%。补充臭氧后，对台湾乳白蚁的杀虫效果提升最为显著，两种喷雾方法下的死亡率均达到100%，且与单独使用喷雾剂相比差异显著。对烟褐色蟑螂，喷雾剂和臭氧补充喷雾剂的死亡率分别为90%和100%。对白纹伊蚊，两种处理均能达到100%死亡率。对棕色 marmorated 蝽，不同喷雾方法下结果略有差异，但臭氧补充普遍显示出达到100%死亡率的趋势。这表明异链烷烃本身具有杀虫活性，而臭氧的加入能显著提升其对某些害虫（如白蚁）的致死率。

作用速度有效性

死亡时间分析揭示了臭氧增效的关键优势——快速起效。在所有测试昆虫中，臭氧补充喷雾剂导致死亡的时间均显著短于单独使用喷雾剂。例如，对烟褐色蟑螂，喷雾剂和臭氧补充喷雾剂的平均死亡时间分别为10.5分钟和1.6分钟，后者快了约6倍。对白纹伊蚊，相应时间分别为13.5分钟和1.6分钟。对台湾乳白蚁和棕色 marmorated 蝽，也观察到臭氧补充组死亡更快的趋势。这表明臭氧的主要贡献在于极大加快了杀虫速度。

臭氧是即时效果的主要因素

通过广义线性模型分析死亡时间和死亡率，发现喷雾量和温度并非造成差异的主要因素，而臭氧的添加是导致死亡时间显著缩短的关键因素。对于死亡率，除台湾乳白蚁外，臭氧的添加并未显著改变最终死亡率，但其对作用速度的提升效应在所有测试昆虫中均一致且显著。这证实了臭氧在加速杀虫过程中的核心作用。

观察气门阻塞情况

扫描电镜观察为臭氧的增效机制提供了直观证据。对照处理（液化石油气）的昆虫气门结构清晰完整。经喷雾剂处理后，昆虫气门表面可见异链烷烃覆盖。而经过臭氧补充喷雾剂处理的昆虫，其气门被覆盖的程度更深、范围更广。例如，台湾乳白蚁的气门几乎被完全覆盖；烟褐色蟑螂和棕色 marmorated 蝽气门内的过滤毛和角质层被异链烷烃粘附；白纹伊蚊的中胸气门内部也被牢固覆盖。这表明臭氧可能改变了异链烷烃的物理性质，使其更容易在气门处形成致密的阻塞层，从而更有效地阻断昆虫的呼吸，导致快速窒息死亡。

本研究通过严谨的实验证明，臭氧作为增效剂能显著增强异链烷烃的杀虫活性，特别是极大缩短了致死时间。其作用机制在于臭氧促进了异链烷烃在昆虫气门处的覆盖和滞留，通过物理性窒息作用杀死昆虫。这种作用机制使得害虫难以产生抗药性。同时，由于异链烷烃和臭氧均具有低毒性、低环境持久性的特点，它们的组合使用代表了一种环境友好型害虫防治新策略。该研究为解决化学农药抗性、减少环境残留和健康风险提供了创新思路，尤其对于防治具有重要公共卫生意义的蚊、蟑螂等抗性害虫显示出巨大应用潜力。未来研究需进一步评估其对非靶标生物的影响，并通过田间试验验证其实际应用效果。总体而言，臭氧增效的异链烷烃喷雾剂是一种具有前景的新型害虫防治剂。