精油与氮基控制气氛联合使用，有效防治主要储粮害虫

《Journal of Stored Products Research》：Joint action between an essential oil and nitrogen-based controlled atmospheres against major stored grain pests

薄荷加拿大 EO 与高浓度氮气结合显著增强储粮害虫控制效果，对四类主要害虫成虫协同增效作用明显，且增效效果随氮气浓度提高而增强。

　　植物精油（EOs）因其多种杀虫机制和对环境几乎无残留的特性，在控制储粮害虫方面展现出巨大的潜力。然而，由于其渗透性较差以及容易被储粮商品吸附，植物精油在实际害虫防治中的应用仍然有限。为了提升植物精油在储粮害虫防治中的应用效果，本研究评估了加拿大薄荷精油单独使用及与氮气为基础的控制气氛（CAs）联合使用对主要储粮害虫的熏蒸毒性。结果显示，加拿大薄荷精油对稻象甲（*Rhyzopertha dominica*）、谷蠹（*Sitophilus zeamais*）、赤拟谷盗（*Cryptolestes ferrugineus*）和粉螨（*Liposcelis entomophila*）成虫表现出较高的熏蒸毒性，而对于红谷盗（*Tribolium castaneum*）成虫则毒性较低。当加拿大薄荷精油与98%或100%氮气结合使用时，其对上述四种害虫成虫均表现出显著的协同毒性，其中与100%氮气的协同作用更为明显。此外，稻象甲成虫对这种协同作用的敏感性高于其他三种害虫。

昆虫害虫在储粮过程中造成20%至30%的损失，每年的经济损失超过40亿美元（Tadesse, 2020）。目前，储粮害虫的管理主要依赖于合成农药，包括熏蒸剂和残留型农药。然而，广泛使用这些化学物质带来了诸多问题，如环境污染、农药残留对人类健康的危害、广泛的农药抗性以及高昂的防治成本（Cheng et al., 2013; Hamel et al., 2020）。因此，迫切需要开发更安全、更环保的防治技术。在合成农药的替代方案中，通过调整气体成分以大幅提高氮气（N?）和/或二氧化碳（CO?）浓度并降低氧气（O?）浓度的控制气氛（CAs）被认为是一种环境友好的防治手段（Navarro, 2012）。提高氮气浓度至98%或以上可以有效控制大多数储粮害虫，99%氮气的处理在48小时后能显著降低害虫存活率（Hashem et al., 2014），并且在20天内可完全杀死包括谷斑皮蠹（*Trogoderma granarium*）在内的害虫（Navarro, 2012）。然而，99%氮气的高浓度在实际大规模应用中难以维持，尤其是在长期暴露条件下，这主要是由于储粮设施的气密性较差。

植物精油的协同作用可以为解决高浓度氮气控制气氛的缺点提供新的思路。例如，将乙酸乙酯或甲酸乙酯添加到超低氧（<0.5% O?）环境中，可将达到99%死亡率所需的时间从几周或几个月缩短至8小时至5天（Jamieson et al., 2013）。植物精油是通过水蒸气蒸馏、溶剂萃取或超临界流体萃取等方法从芳香植物和花朵中提取的天然挥发性液体。其成分复杂多样，包括生物碱、黄酮类、酚酸类、单萜类、异黄酮类、醛类、含氧和不含氧的萜烯烃等（Ni et al., 2021）。近年来，植物精油因其大规模可获得性、多种杀虫机制、复杂的成分结构导致抗药性形成的可能性较低、对哺乳动物和非目标生物相对安全以及易于降解而具有几乎无残留的特性，成为合成农药的优选替代品（Chaudhari et al., 2021; Singh et al., 2021）。

尽管植物精油在防治不同储粮害虫方面表现出显著的杀虫活性，但由于其渗透性差、容易被谷物吸附以及对光照、热、氧气和水分敏感，其在食品工业中的实际应用仍然受到限制（Chaudhari et al., 2019; Rajendran and Sriranjini, 2008）。因此，全球范围内植物精油仅占杀虫剂市场的1%（Campolo et al., 2018）。然而，植物精油与高浓度二氧化碳和低氧环境的结合已被证明对某些储粮害虫具有协同毒性（Shaaya et al., 1999; Wang et al., 2001），这表明植物精油与控制气氛的结合可能是提高其在储粮害虫防治中应用效果的一种可行方法。在二元组合中，高分压的控制气氛可作为载体气体，帮助植物精油均匀分布（Rajendran and Sriranjini, 2008）。此外，高浓度二氧化碳或氮气的存在可降低氧气浓度，刺激害虫的呼吸活动，从而加快植物精油的吸收速率，减少暴露时间（Bharathi and Jayas, 2024）。

植物精油与控制气氛的协同组合不仅有助于提高害虫防治效果，还能够解决控制气氛难以维持高目标气体浓度的问题，以及植物精油在实际应用中所需的高剂量和较低的防治效果。尽管某些薄荷属植物精油已被证明在熏蒸剂应用方面具有巨大潜力（Basaid et al., 2021; Kumar et al., 2011; Singh and Pandey, 2018），但其商业化仍面临技术上可行且经济上合理的挑战（Guru et al., 2022）。由于植物精油与控制气氛的协同作用尚未被充分研究，本研究采用自行提取的加拿大薄荷精油与高浓度氮气控制气氛结合，以评估其对主要储粮害虫的防治效果，旨在为解决植物精油应用和高浓度氮气控制气氛的局限性提供一种新的生态友好型防治方法。

本研究的实验材料来自河南工业大学实验田（34°49′40″N, 113°33′5″E）的加拿大薄荷植株，采收后经过自然干燥并研磨成通过CB30筛网的粉末。该植物标本由山西农业大学的分类学家张丽君鉴定，并存放在山西农业大学标本馆。实验过程中，将50克植物粉末放入1升烧瓶中，并加入0.5升去离子水，随后进行4小时的水蒸气蒸馏以提取精油。通过气相色谱-质谱联用技术（GC-MS）分析，共鉴定出20种化学成分，其中五种主要成分按含量从高到低依次为(+)-薄荷酮（56.1%）、壬醛（27.8%）、D-香叶烯（5.1%）、D-柠檬烯（3.8%）和(E)-生育酚（2.6%）（表1）。这些成分可能在加拿大薄荷精油的杀虫作用中发挥关键作用。

在研究过程中，发现随着氮气浓度的增加，五种昆虫成虫的死亡率均显著上升。然而，对于稻象甲和红谷盗成虫而言，不同浓度的氮气处理并未显著影响其死亡率，这可能与其生理特性或对氮气的敏感性有关。这表明，氮气的浓度对不同昆虫的杀虫效果存在差异，某些昆虫可能对高浓度氮气的处理更为敏感。此外，实验结果还表明，加拿大薄荷精油与高浓度氮气的协同作用能够显著提升其杀虫效果，特别是在对稻象甲等昆虫的处理中，协同作用的效果更为明显。这可能是因为高浓度氮气的环境改变了昆虫的生理状态，使其更容易吸收和响应精油中的活性成分。

植物精油的生物活性与其化学成分密切相关（Basaid et al., 2021）。不同植物精油的化学组成受到多种因素的影响，包括植物的遗传背景（如物种、生态型和化学型）、栽培和收获条件（如生长地点、土壤特性和气候因素）、用于提取精油的植物部位（如花、茎、叶或整个地上部分）以及采后处理技术（如干燥方法、提取时间和提取方式等）。这些因素共同决定了植物精油的最终组成及其对害虫的防治效果。因此，在研究植物精油的杀虫作用时，必须考虑到这些变量的综合作用。此外，植物精油的化学成分在不同提取方法和储存条件下的变化也可能影响其杀虫活性。例如，某些成分可能在提取过程中被破坏，或者在储存过程中因氧化而降解，从而降低其有效性。

在本研究中，加拿大薄荷精油的协同作用机制可能涉及多个方面。首先，高浓度氮气的环境可能通过改变昆虫的呼吸模式和代谢过程，使其更容易吸收精油中的活性成分。其次，精油中的某些成分可能与氮气发生化学反应，产生新的化合物或增强原有化合物的毒性。此外，高浓度氮气的环境可能通过物理方式，如增加气体的扩散速率或改变昆虫的活动行为，促进精油的分布和作用。这些机制共同作用，使得加拿大薄荷精油与高浓度氮气的协同效果显著，尤其是在对稻象甲等昆虫的处理中。

值得注意的是，尽管植物精油与控制气氛的协同作用具有显著的防治效果，但其应用仍需考虑多个实际因素。例如，如何确保高浓度氮气的稳定供应，以及如何在不破坏储粮质量的前提下实现精油的有效释放。此外，精油的储存和运输条件也需优化，以防止其在储存过程中因氧化或其他化学反应而失效。因此，在实际应用中，需要综合考虑这些技术因素，以确保植物精油与控制气氛的协同作用能够稳定、高效地发挥其杀虫效果。

综上所述，加拿大薄荷精油与高浓度氮气控制气氛的结合为储粮害虫的防治提供了一种新的生态友好型方法。该方法不仅能够提高植物精油的杀虫效果，还能解决高浓度氮气控制气氛在实际应用中的局限性。通过进一步优化提取和应用技术，这一协同作用有望在未来的储粮害虫防治中发挥更大的作用。此外，研究结果也为其他植物精油与控制气氛的协同应用提供了理论依据和实验支持，有助于推动绿色、可持续的害虫防治技术的发展。