精油杀虫气味景观：针对核桃相关储粮甲虫的植物挥发物探索性多终点分析框架

《Journal of Stored Products Research》：Essential-oil pesticidal odorscapes: An exploratory multi-endpoint framework for profiling plant volatiles against walnut-associated stored-product beetles

　　

摘要
储粮甲虫威胁着农村核桃储存，其中磷化氢的替代方案仍然有限。我们提出了一种基于杀虫气味景观概念的探索性实验室框架，利用混合物架构描述符、终点特异性行为和毒理学反应以及半定量乙酰胆碱酯酶筛选来比较精油（EO）基质。来自阿根廷西北部的六个物种产出了九种 EO 基质，包括三个分类群的 CT1/CT2 图谱。气相色谱 - 质谱图谱摘要使用了多样性、优势度、浓度和氧化度描述符。通过双选择空间驱避性评估了其对截角蠹 (Carpophilus truncatus) 和大粒谷盗 (Oryzaephilus mercator) 的活性，使用了最小有效剂量阈值 (MED25/MED50) 和曲线净面积，通过 24 小时熏蒸毒性使用半致死浓度 (LC50) 以及体外乙酰胆碱酯酶 (AChE) 筛选。探索性排序表明存在苯丙素 - 萜类和氧化度梯度。反应具有甲虫特异性：在测试的数据集中，孜然 (Cuminum cyminum) EO 对 O. mercator 的净驱避性点估计最大，而全叶萨利姆纳 (Salimenaea integrifolia) EO 对 C. truncatus 的估计最大。茴香 (Pimpinella anisum) CT1 基质对这两种甲虫产生的 LC50 值最低，而其 CT2 基质吸引了 O. mercator。由于这些终点涉及不同的基质，这种对比并不能证明单一 EO 内的行为 - 致死解耦。AChE 反应并不一致地平行于熏蒸效力，且浓度系列排除了半最大抑制浓度估计；因此，AChE 被视为半定量终点。本研究为比较 EO 基质分析和未来基于气相的 IPM 研究提供了产生假设的基础。需要独立批次验证以推广终点特异性排名，并且在确立多功能产后性能之前需要进行同基质验证。

引言
储粮甲虫仍然是产后系统中的主要限制因素，因为它们的侵扰可能在封闭储存条件下迅速升级。在储存设施内，昆虫主动分散以寻找食物资源、避难所和适宜的微气候，其运动很大程度上由储存气相中存在的化学线索介导。这些定向过程强烈影响监测结果和有害生物综合治理 (IPM) 策略的有效性 (Jian, 2019)。在这些环境中，空气传播挥发性物质来源于储存商品、相关微生物和周围储存材料，产生了昆虫必须解码以定位资源的复杂化学背景。来自储粮系统的证据表明，微生物产生的化合物可以根据节肢动物物种和生态背景引起吸引、驱避或中性反应，表明背景挥发性物质作为定殖的生态驱动因素，而不仅仅是感官噪声 (Ponce et al., 2021)。在储存系统之外，关于复杂环境中昆虫嗅觉的研究表明，气味背景可以抑制、掩盖或扭曲对行为相关信号的反应。因此，昆虫在波动的气味羽流中导航，其特征是间歇性、变化的混合成分以及相对于周围挥发性混合物变化的对比度 (Conchou et al., 2019; Renou, 2022; Renou et al., 2015)。

因此，储存设施中存在的化学环境可以强烈影响昆虫的定向和定殖动态。这个问题在阿根廷西北部的核桃储存系统中尤为相关，那里的产后处理经常在有利于昆虫存留和种群快速增长的小规模农村条件下进行。在这种情况下，截角蠹 (Carpophilus truncatus)（鞘翅目：小蠹科）(Tobin and Cunningham, 2024) 和大粒谷盗 (Oryzaephilus mercator)（鞘翅目：蛛甲科）代表了对可销售产量和果核质量的主要限制。在卡塔马卡省主要核桃产区，严重侵扰情景下的经济损失估计在 30% 到 74% 之间 (Comelli et al., 2018)。这些甲虫可以在储存期间完成其生命周期，当侵扰未被管理时可能导致产品近乎完全破坏 (Comelli et al., 2024; Denett et al., 2023)。除了直接取食损害外，甲虫活动促进了次级劣变过程，包括微生物腐败，这进一步降低了产品质量，并经常迫使农民在不利的市场条件下迅速销售。尽管存在这些风险，农村储存单元中的害虫控制仍然主要依赖磷化氢（磷化铝）熏蒸，这通常代表可用的唯一操作化学策略 (Rodríguez et al., 2025)。

植物精油（EOs）因其挥发性、广谱生物活性以及与可持续 IPM 策略的潜在兼容性，越来越被调查作为储粮害虫管理的低风险替代品 (Cagáň et al., 2022; Kavallieratos et al., 2025; Souto et al., 2021)。然而，EO 在储存环境中的效力通常使用单终点毒性测定或通过单独测试主要成分来评估。这种方法可能简化了昆虫对在控制气相条件下测试的复杂天然挥发性混合物的反应 (Bruce and Pickett, 2011; Th?ming, 2021)。越来越多的证据表明，植物挥发性物质的生物活性通常源于混合物相互作用，其中化合物比例、微量成分和依赖背景的相互作用塑造了行为和毒理学反应 (Aulicky et al., 2025; ?i;?ek et al., 2024; Otto et al., 2025)。因此，评估储存系统中的 EO 性能需要既考虑混合物组成，又考虑挥发性基质引起的不同行为和生理反应的方法。

从这个角度来看，储存中的 EO 基害虫管理可以通过杀虫气味景观的概念来考察。在其更广泛的生态学用法中，气味景观是一个动态的、空间异质的和多来源的嗅觉环境 (Baig et al., 2025; Renou, 2022; Wechsler and Bhandawat, 2023)。在本研究中，杀虫气味景观是在更窄的操作意义上使用，以描述在控制实验室气相暴露下由化学复杂的 EO 基质产生的结构化挥发性环境。这个操作定义并不意味着双选择嗅觉计或密封熏蒸室重现了真实世界储存气味景观的完整空间、时间和化学复杂性 (Conchou et al., 2026)。相反，它提供了一个有界的概念框架，用于在标准化暴露条件下比较基质特异性反应。

之前在这核桃相关的储粮害虫系统内的研究考察了 QSAR 关系、EO 化学成分和杀虫活性，以及兴奋 - 驱避/拟农药特性 (Comelli et al., 2018, 2024; Denett et al., 2023)。本研究通过在一个跨域分析框架内整合基质级混合物架构描述符、明确的基质来源以及单独的生物学反应域来扩展这项工作。这些域包括：(i) 空间驱避性，跨越剂量间隔评估；(ii) 24 小时熏蒸毒性，通过半致死浓度 (LC50) 量化；以及 (iii) 体外乙酰胆碱酯酶 (AChE) 抑制作为辅助的、半定量的生化筛选终点。包括 AChE 反应是为了检查测定条件下的生化反应性，而不是作为基于 IC50 的抑制效力估计或作为熏蒸死亡体内机制的确认。

我们期望组成不同的 EO 基质在其终点特异性反应图谱上有所不同，并探索混合物架构描述符是否显示出与那些图谱的描述性关联。由于数据集包含九种化学基质，化学 - 功能比较和跨域可视化被视为探索性的。此外，对于茴香、朱尼尔香茶菜和 Tagetes minuta，熏蒸毒性和 AChE 抑制使用指定的 CT1 基质进行评估，而行为反应使用 CT2 进行评估。因此，这些分类群的跨域图谱结合了 CT1 和 CT2 观察结果，而不是提供单一 EO 基质的多维表征，不应被解释为基质内多功能性或行为 - 致死解耦的证据。因此，提出的框架被视为产生假设的，适合在测试的数据集内进行初步比较，任何跨域聚合仅限于次要探索性分析。

尽管如此，它提供了识别后续驱避性或致死性定向验证候选基质的结构化基础，并为未来农村核桃储存基于气相的 IPM 工具开发提供信息。

章节片段
植物材料
孜然 (Cuminum cyminum, Cc)、茴香 (Pimpinella anisum, Pa)、全叶萨利姆纳 (Salimenaea integrifolia，异名：全叶香茶菜 Lippia integrifolia) (Si)、朱尼尔香茶菜 (Lippia junelliana, Lj)、Tagetes minuta (Tm) 和香柠檬 (Aloysia gratissima, Ag) 的地上部分于 2021 年和 2022 年 1 月至 3 月间从阿根廷卡塔马卡省的不同地点收集。每次收集事件对应一个约 1 公斤的独立植物材料批次，该批次独立水蒸气蒸馏以获得不同的 EO 基质。
对于 C. cyminum, S.

化学空间组织和混合物架构描述符
基于 GC-MS 组成图谱的 PCoA 显示九种 EO 基质之间存在实质性的组成分化（图 1；补充表 S1A）。PCoA1 和 PCoA2 分别解释了总组成变异的 29.30% 和 17.84%，累积解释了 47.14%。额外的组成变异在后继轴上表示：PCoA3 解释了 15.98%，将累积解释变异增加到 63.12%，而 PCoA4 又解释了 11.76%，使

杀虫气味景观框架内的物种和终点特异性反应
杀虫气味景观框架强调，化学复杂的 EO 气相可能根据目标昆虫和所考虑的生物学终点引起不同的反应。目前的结果支持这种物种和终点特异性的观点，而不是单一通用的 EO 活性测量。由于三个终点在生物学意义和定量分辨率上有所不同，这里将它们的标准图谱解释为物种内的相对位置，而不是

结论
杀虫气味景观概念提供了一个有用的操作框架，用于比较化学不同的 EO 产生气相与物种和终点特异性昆虫反应的关系。在评估的数据集中，没有植物来源在 C. truncatus、O. mercator 以及行为、熏蒸和 AChE 终点上显示出一致 superior 的相对反应，突显了 EO 活性的目标和反应依赖性。
PaEO-CT1 在...中显示出最大的熏蒸效力

CRediT 作者贡献声明
Gabriel Omar Denett：调查、方法论、写作 - 审查与编辑。Maria Rosa Rodriguez：形式分析、调查、方法论、写作 - 原稿、写作 - 审查与编辑。Virginia L. Usseglio：方法论、写作 - 审查与编辑。Daniela Milagros Bracamonte：调查、方法论。Tamara Elizabeth López：调查、方法论。Jose Francisco Aranda Cano：软件。María Paula Zunino：方法论、写作 - 审查与编辑。Jorge Omar Werdin Gonzalez：

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资助
这项工作得到了 CONICET (PIP 2022-2024-11220210100903CO)、FUNDACION WILLIAMS 2024 和 PIDI-2024-2025-SIyP (UNCA)-02/Q168 的支持。

竞争利益声明
作者声明他们没有已知的竞争财务利益或个人关系可能影响本文报告的工作。

致谢
GOD、MRR、DMB、TEL 和 NCC 感谢 Miguel Garlatti 先生 (CPA-CONICET) 在昆虫饲养方面的技术支持。
MRR、VLU、MPZ、JOWG、DAS 和 NCC 是 CONICET 的研究成员。GOD 是 CONICET 的研究员。

Gabriel Omar Denett|Maria Rosa Rodriguez|Virginia L. Usseglio|Daniela Milagros Bracamonte|Tamara Elizabeth López|Jose Francisco Aranda Cano|María Paula Zunino|Jorge Omar Werdin Gonzalez|Diego Alejandro Sampietro|Nieves Carolina Comelli
昆虫生物控制和生物多样性实验室 (LACBBI)，可持续发展区域能源与环境中心 (CREAS)，阿根廷国家科学技术研究委员会 (CONICET)，卡塔马卡国立大学 (UNCA)，Prado 366, San Fernando Del Valle de Catamarca, K4700BDH, 阿根廷