李能威 张晓琳 郭伟群 宋渊

我国是粮食生产和消费大国,也是储粮大国,2008年我国粮食总产量约5亿吨,储粮约2.5亿吨。据报道,我国储粮虫害造成的储粮损失量约为总储粮量的6%～12%,农户的储粮虫害损失高于国库储粮的虫害损失,其中我国农户每年储粮经济损失达200亿元以上。同时,储粮虫害还会影响储粮的食用品质和加工特性。目前,各国或国际经济体推出各种绿色贸易保护法规如欧盟的EuP(Energy-using Products)指令和REACH(Registration, Evaluation, Authorization and Restriction of Chemicals)法规以及日本的“肯定列表制度(Positive List System)”等均对储粮质量提出了更高要求,开发和科学运用绿色储粮技术来降低储粮虫害损失和提高储粮品质变得尤为急切。

1 生物储粮防护剂——多杀菌素

多杀菌素(spinosad)是放线菌刺糖多孢菌Saccharopolyspora spinosa有氧发酵的胞内次级代谢产物,其活性成分为多杀菌素A和多杀菌素D,均属于大环内酯类化合物。多杀菌素包含1个独特的四环结构,左右两端分别连接着福乐胺糖和鼠李糖,其结构式如图。

目前,多杀菌素的化学结构、物化性质和定性定量分析方法已研究清楚,其生物合成途径和作用机理也已基本阐明。多杀菌素的杀虫作用模式独特,它对害虫存在快速触杀和胃毒作用,能刺激害虫的神经系统,导致其非功能性的肌肉收缩、衰竭,并伴随颤抖和麻痹;同时,多杀菌素也作用于γ-氨基丁酸受体,有可能进一步提高其杀虫活性。

多杀菌素具有生物农药的安全性,兼有化学合成农药的速效性。因其具有杀虫谱广、杀虫活性高、低残留、对害虫天敌安全、杀虫作用机理独特等特点,多杀菌素被美国环保局归类为降低风险杀虫剂产品而获得快速评价,并于1999年获得美国“总统绿色化学品挑战奖(Presidential Green Chemistry ChallengeAward)”,2005年美国环保局批准多杀菌素用作储粮防护剂,2008年欧盟批准多杀菌素用于有机农产品生产。

多杀菌素的商业产品于1997年在美国上市,现有商品化产品有Success®、Tracer®、Conserve®、Spin-Tor®和Entrust®,多杀菌素已在68个国家登记并批准使用于200多种农作物中。

Spinosad A:R=H;Spinosad D:R=CH3

图 多杀菌素A和多杀菌素D的结构式

2 多杀菌素防治储粮害虫的应用研究

2.1 多杀菌素的杀虫活性

储粮害虫多属于鞘翅目和鳞翅目,主要包括玉米象Sitophilus zeamais、米象Sitophilus oryzae、谷象Sitophilus granarius、谷蠹Rhyzopertha dominica、四纹豆象Callosobruchus maculatus、绿豆象Callosobruchus chinensis、赤拟谷盗Tribolium castaneum、锯谷盗Oryzaephilus surinamensis、锈赤扁谷盗Cryptolestes ferrugineus、长角扁谷盗Cryptolestes pusillus、印度谷螟Plodia interpunctella和嗜虫书虱Liposcelis entomophila等。

研究表明,1mg·kg^-1多杀菌素(1mg多杀菌素/kg谷物,下同)能有效防治硬质红冬麦、硬质红春麦、软红冬麦和硬质小麦中的印度谷螟幼虫及成虫出现,幼虫死亡率达95%～100%,成虫羽化降低93%～100%。Huang和Subramanyam研究发现,1mg·kg^-1多杀菌素能有效杀死玉米粒中98%以上的锈赤扁谷盗、谷蠹、锯谷盗、米象、玉米象的成虫,且能完全抑制其幼虫出现。1mg·kg^-1多杀菌素处理完好小麦粒、破损小麦粒和小麦粉后,其谷蠹成虫24h死亡率均达100%;而Liang等报道,0.1mg·kg^-1多杀菌素分别处理上述4种小麦后,谷蠹成虫死亡率均达100%,谷蠹子代存活率降低84%～100%。目前,大量研究结果显示,1mg·kg^-1多杀菌素能有效防治常见储粮害虫如锈赤扁谷盗、谷蠹、锯谷盗、米象、玉米象等的成虫及幼虫,其中多杀菌素防治谷蠹的效果最佳。

多杀菌素具有独特的杀虫作用机制,目前与常用的化学杀虫药剂无交互抗性。研究显示,对磷化氢抗性存在明显差异的谷蠹品系对多杀菌素的敏感性差异不明显,它们对多杀菌素没有表现出交互抗性。1mg·kg^-1多杀菌素分别处理有马拉硫磷、杀螟松和甲基嘧啶磷抗性的4个谷蠹品系和1个嗜虫书虱品系,第14d后不同品系谷蠹成虫死亡率及子代数量降幅均达100%,嗜虫书虱子代数量降低92%,第28d嗜虫书虱成虫死亡率和子代数量降幅均达100%。此外,1mg·kg^-1多杀菌素可有效防治小麦中拟除虫菊酯、有机磷酸酯类或烯虫酯抗性的谷蠹。

除了目标储粮害虫和谷物种类外,其他因素如温度、湿度等均会显著影响多杀菌素防治储粮害虫的功效。研究显示,当多杀菌素的作用温度从15℃提高到35℃时,其防治四纹豆象的能力增强,但会削弱多杀菌素防治玉米螟蛾Ostrinia nubilalius的功效。Athanassiou等研究发现,多杀菌素最佳功效所需温度和湿度与储粮害虫种类有关。

2.2 多杀菌素粮库应用试验及其持效期研究

粮库应用试验显示,多杀菌素能有效防治小麦中的锈赤扁谷盗、谷蠹和赤拟谷盗,且优于机械通风的防治效果。60～125吨粮库的硬质红冬小麦储藏试验显示,1mg·kg^-1多杀菌素或与3mg·kg^-1甲基毒死蜱的混合防护剂能有效防治硬质红冬小麦中的储粮害虫,前6个月每千克红冬小麦中赤拟谷盗、角胸粉扁Cryptolestes ferrugineus和锯谷盗的活成虫数量均低于3头,且没发现活谷蠹成虫;同时,经3mg·kg^-1甲基毒死蜱处理后的硬质红冬小麦于第3个月发现活谷蠹成虫,第6个月每千克硬质红冬小麦中有10.2头活谷蠹成虫;对照组的硬质红冬小麦于第2个月发现上述4种储粮害虫活成虫,且在第6个月时每千克硬质红冬小麦的成虫数量上升到22.1头。300吨粮仓规模试验发现,0.96mg·kg^-1多杀菌素与10mg·kg^-1甲基毒死蜱的混合防护剂能在14d内完全杀死储粮害虫,其子代死亡率均为100%,且混合防护剂的储粮害虫防治功效能维持16个月以上。

Daglish等研究显示,0.5mg·kg^-1多杀菌素可完全防治小麦中的储粮害虫长达9个月,储藏期间多杀菌素损耗约30%;在谷物储藏过程中,多杀菌素损耗量与谷物的种类和形态有关,麸皮中的多杀菌素损耗量低于面粉中的多杀菌素损耗量。Liang等报道,多杀菌素在应用过程中因光水解等因素会存在约25%的损耗,但剩余有效活性成分在1年内保持稳定,对谷蠹和赤拟谷盗的杀虫活性并没显著变化。Subramanyam研究发现,因谷物的非均匀特性以及太阳光分解,1mg·kg^-1多杀菌素在应用1星期内存在25%～30%的损耗,但剩余多杀菌素有效成分能维持6～12个月,且其杀虫活性基本保持不变。

上述研究结果表明,1mg·kg^-1多杀菌素在60～300吨不同规模粮仓中能有效防治多种常见储粮害虫,且其有效成分能持续1年以上,能作为有效的储粮防护剂。

3 多杀菌素在储粮害虫综合防治中的定位

害虫综合治理(Integrated Pest Management)源自Michelbacher和Bacon于1952年提出的“综合防治”,它是选择和使用有机整合于一体的害虫控制管理策略的决策支持系统,该系统包括对生产者、社会和环境之间的利益和影响的成本效益分析。它需要化学防治、生物防治和耕作防除策略等一系列措施有机结合运用,这与我国“以防为主,综合防治”的保粮方针一致。

切断虫源、杜绝害虫的传播途径、预防害虫感染是储粮虫害防治的根本,田间害虫、粮库残存粮内害虫和储粮周围环境害虫均是储粮害虫的来源。优化仓库布局构造、净化储粮环境、清除空仓和储粮器材中的害虫、不同等级储粮分开储藏和配套合理有效的储粮操作规程等措施能有效杜绝储粮害虫的传播。

同时,要正确认识多杀菌素在储粮害虫综合治理系统中的定位。储粮防护剂——多杀菌素需在谷物刚收割储藏前使用,起到预防储粮害虫感染谷物的作用。同时,科学合理做好多杀菌素的抗性治理计划,引进科学的辅助手段来实时监控储粮害虫的变化,制定常见储粮害虫的多杀菌素或其他候选储粮防护剂如硅藻土和烯虫酯等的敏感基线,记录储粮害虫对储粮防护剂的敏感变化情况,制定出最佳的用药时机。利用专家系统合理规划多杀菌素与其他储粮防护剂轮换或混合使用,达到避免或减缓储粮害虫对多杀菌素产生抗性,延长多杀菌素使用寿命,扩大防治储粮害虫谱和降低单一储粮防护剂的使用量并增加其使用间隔时间。