苯甲酸甲酯和苯乙酮对四种主要储藏物害虫的接触毒性、谷物保护效力及行为影响

《Insects》：Contact Toxicity, Grain-Protective Efficacy, and Behavioral Effects of Methyl Benzoate and Acetophenone Against Four Major Stored-Product Insect Pests

　　

虽然天然化合物苯甲酸甲酯及其类似物的熏蒸活性已针对储藏物害虫被广泛评估，但其作为残效表面喷雾和谷物保护剂应用时的接触毒性以及驱避效果仍未得到充分研究。本研究评估了苯甲酸甲酯（MB）和一种相关天然产物苯乙酮（AP）在玻璃表面上和小麦籽粒上的接触毒性，以及它们对谷蠹（Rhyzopertha dominica）、赤拟谷盗（Tribolium castaneum）、米象（Sitophilus oryzae）和谷斑皮蠹（Trogoderma granarium）成虫的驱避活性。两种化合物作为玻璃表面的残效膜均具有显著毒性，且S. oryzae和T. granarium对这两种化合物的敏感性高于R. dominica和T. castaneum。剂量-死亡率研究发现，MB对R. dominica、S. oryzae、T. castaneum和T. granarium成虫的LC₅₀值分别为0.265、0.233、0.257和0.149 mg/cm²，而AP对应值分别为0.328、0.156、0.233和0.126 mg/cm²。此外，两种化合物在小麦籽粒上对所有昆虫物种均表现出高毒性，在2.0 g/kg剂量下暴露3天后成虫死亡率达到100%，处理65天后无成虫羽化（0.0头成虫），且小麦籽粒重量无损失（0.0%损失）。然而，即使在最高测试浓度（50 μg/cm²）下，MB和AP对所有测试昆虫物种的驱避或吸引作用也极弱至微弱。总体而言，这些发现表明MB和AP可作为残效处理剂用于储藏物保护，并可能作为合成杀虫剂的替代方案或减少对其的依赖。

在全球人口持续增长的背景下，粮食安全保障面临严峻挑战。据预测，到2050年全球人口将达约91亿，粮食产量需要相应增加70%以上。每年全球生产超过20亿吨谷物，但在储藏、加工和运输过程中因害虫等生物因素造成的采后损失在发达国家达1%~2%，在发展中国家可高达20%~50%。其中昆虫是最重要的生物因素，约导致储粮30%~40%的损失。目前储粮除虫主要依赖磷化氢等熏蒸剂以及有机磷和拟除虫菊酯类合成杀虫剂，但这些方法存在磷化氢抗性扩散、非密闭空间效果差、残留、监管压力大和害虫抗性等问题，迫使人们寻求更安全高效的替代方案。

植物源天然产物因其广谱生物活性和环境友好性而备受关注。苯甲酸甲酯（methyl benzoate, MB）和苯乙酮（acetophenone, AP）是天然存在的挥发性化合物，已获美国FDA和欧盟批准用于食品、药品和化妆品。现有研究主要围绕其熏蒸活性，而接触毒性、残效表面喷雾和谷物保护剂效果的研究很少。MB和AP在25 °C下的蒸汽压分别为0.38和0.45 mmHg，低挥发性使其更适合作为接触杀虫剂而非熏蒸剂。为此，研究人员系统评估了MB和AP在玻璃表面上和小麦籽粒上的接触毒性，以及对谷蠹（Rhyzopertha dominica）、赤拟谷盗（Tribolium castaneum）、米象（Sitophilus oryzae）和谷斑皮蠹（Trogoderma granarium）四种主要储粮害虫成虫的驱避活性。结果发现，两种化合物在残效膜和谷物保护处理中均表现出高效杀虫活性，能完全抑制后代产生并防止籽粒重量损失，但驱避作用微弱。这表明MB和AP可作为合成杀虫剂的替代品或补充手段，具有重要应用潜力。

研究人员采用的主要技术方法包括：以埃及亚历山大大学农业学院生物测定实验室的长期饲养品系为对象，通过玻璃培养皿残效膜法测定接触毒性，将系列浓度化合物涂布于培养皿底部，接入20头成虫，24小时后统计死亡率，利用概率分析计算LC₅₀和LC₉₉；采用谷物处理法，将化合物以丙酮溶液混入60 g小麦籽粒中，处理浓度为0.25、0.5、1.0和2.0 g/kg，评估不同暴露时间（3、7、14天；谷斑皮蠹为3和7天）的成虫死亡率，并继续饲养65天统计后代羽化数和籽粒重量损失；采用滤纸区域偏好法测定驱避指数（RI），将半张滤纸分别用不同浓度化合物和丙酮处理，释放20头成虫，在0.5、1和2小时后记录分布，RI<1表示驱避，=1表示中性，>1表示吸引；数据分析采用重复测量方差分析和Tukey HSD检验。

### 3.1 苯甲酸甲酯和苯乙酮对成虫的接触毒性

通过玻璃培养皿残效膜试验发现，MB和AP对四种甲虫成虫均具有显著毒性，两者毒力无显著差异。谷斑皮蠹和米象比谷蠹和赤拟谷盗更敏感。MB对谷蠹、米象、赤拟谷盗和谷斑皮蠹的LC₅₀分别为0.265、0.233、0.257和0.149 mg/cm²；AP对应值分别为0.328、0.156、0.233和0.126 mg/cm²。

### 3.2 成虫暴露于处理小麦籽粒后的死亡率

通过谷物处理试验，发现不同剂量对死亡率有显著影响，但暴露时间及剂量与时间的交互作用大多不显著。MB在0.5 g/kg时即对谷蠹和赤拟谷盗成虫达到100%致死；1.0和2.0 g/kg时对所有物种均完全致死。AP在2.0 g/kg时对所有物种完全致死，1.0 g/kg时死亡率达91.7%~100%。较低剂量下，MB和AP的毒性存在物种差异。

### 3.3 对后代产生的影响

处理65天后统计羽化成虫数，两种化合物均显著减少所有测试物种的后代产生。MB在0.5 g/kg及以上浓度时对多数物种完全抑制后代（0.0头），但米象在0.5 g/kg时仍有4.7头羽化；AP在2.0 g/kg时完全抑制谷蠹后代，对赤拟谷盗和谷斑皮蠹在所有剂量下几乎完全抑制（除谷斑皮蠹0.25 g/kg时减少99.5%）。在成虫未完全死亡的剂量下仍能高度抑制后代，提示可能存在产卵忌避或杀卵作用。

### 3.4 对小麦籽粒重量损失的影响

处理65天后，MB和AP在多数剂量下显著降低重量损失。MB在所有剂量下对赤拟谷盗和谷斑皮蠹均实现0.0%重量损失，对谷蠹在除0.25 g/kg外的浓度下完全保护；AP仅在2.0 g/kg下对谷蠹完全保护。未处理对照中重量损失最高达30.9%。

### 3.5 驱避活性

通过滤纸偏好试验，MB和AP对四种成虫表现出微弱至弱的驱避或吸引作用。MB对赤拟谷盗有极弱驱避（RI 0.71~0.89），对谷蠹、米象和谷斑皮蠹有弱吸引（RI 1.01~1.53）。AP对谷蠹和赤拟谷盗有弱驱避（RI 0.49~0.73），对米象有弱吸引（RI 1.29~1.49）。整体看，两者不宜作为驱避剂。

讨论部分总结：本研究结果与先前关于MB和AP接触毒性的报道一致，例如对绿豆象、赤拟谷盗、烟甲虫等害虫均有明显毒性。作为谷物保护剂，MB和AP的效果与多种植物精油及其主成分相当，但通常需要在较高剂量下才能完全控制。值得注意的是，即使未完全杀死成虫，后代产生也被显著抑制，这可能与两种化合物的产卵忌避和杀卵作用有关，但这些机制尚未直接证实。在驱避性方面，MB和AP对部分物种表现弱驱避，对另一些物种则表现弱吸引，这与已有研究结果相符。总体而言，MB和AP更适合作为接触杀虫剂和谷物保护剂，而非驱避剂。

结论部分译文：苯甲酸甲酯和苯乙酮作为残效膜和小麦籽粒保护剂对供试的四种甲虫均表现出显著毒性。相反，MB和AP对这些昆虫仅表现出极弱至弱的驱避和吸引作用。因此，MB和AP可作为保护储粮免受害虫危害的候选药剂。未来研究可探讨这两种化合物单独使用或与其他谷物保护工具（如惰性粉尘和常规杀虫剂）联合使用。然而，用这两种化合物处理谷物可能会影响加工食品的风味和品质，这需要进一步研究。此外，还需开发有效的制剂配方，评估可能影响其性能的因素（如温度、相对湿度和谷物含水量），并考察其残留持久性及对谷物品质和种子萌发的潜在影响。