以殼聚糖為載體束縛脂肪酸吸附CO2在誘捕白紋伊蚊中的應用研究

吳 華,戴建青,陳大嵩,黃 鴻,楊瓊芳

(廣東省科學院動物研究所,廣東省動物保護與資源利用重點實驗室,廣東省野生動物保護與利用公共實驗室,廣東省礦物油農藥工程技術研究中心,廣州 510260)

白紋伊蚊Aedesalbopictus在我國最適宜的分布區在北緯30°以南,是登革熱、黃熱病以及西馬腦炎等多種蟲媒疾病的傳播媒介(陸寶麟和趙彤言,2000)。蚊蟲的吸血、宿主搜尋等行為主要受宿主動物氣味物質的影響(Gibson and Torr,1999;Takken and Knols,1999)。據文獻報道,人體引誘蚊蟲的差異與人體汗液有關,汗液參與影響蚊蟲宿主搜尋行為,人體汗液的主要成分是脂肪酸類物質(Boschetal.,2000)。吳華(2020a;2020b;2021a;2022)報道了乙酸、丙酸、丙酮酸等脂肪酸不僅對白紋伊蚊有吸引力,還對致倦庫蚊Culexpipiensquinquefasciatus有吸引力。此外,人體呼出的二氧化碳(CO2)是公認的對蚊蟲具有極佳吸引力的物質(李劍泉等,2003;Meerausetal.,2008;Farajollahietal.,2009;Obenaueretal.,2009;Johnsonetal.,2012)。

離子液體(Ionic liquid, IL)是由陰陽離子組成的低溫融鹽,具有蒸氣壓低、穩定性好、液程寬、氣體吸收性能好、可設計性等特點(Welton,1999;Hallett and Welton,2011)。因此,離子液體在吸附CO2方面具有廣泛應用(Wangetal.,2011;陽濤等,2012;劉維偉等,2012;Luoetal.,2014;李桂花等,2015)。殼聚糖結構單元中存在-NH2基團,極易與酸反應成鹽,殼聚糖可以溶解在脂肪酸中,形成一種脂肪酸型離子液體。

本研究以殼聚糖為載體束縛脂肪酸(丙酮酸、乙酸、丙酸),形成殼聚糖+脂肪酸離子液體,達到吸附、儲存、緩釋CO2的目的,并進行誘蚊試驗,以期研制出具有較佳誘蚊效果的組合物。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

1.1.1試劑與儀器

殼聚糖,脫乙酰度≥95%,粘度100～200 mPa.s,丙酸,99.5%,上海阿拉丁生化科技股份有限公司;丙酮酸,96%,乙酸,99.5%,上海吉至生化科技有限公司;二氧化碳(CO2),99.99%,干冰(固態二氧化碳),密度(固態):1 560 kg/m3(-78℃),廣州盈新氣體有限公司。

Secura224-1CN分析天平,精度:0.1 mg,德國賽多利斯集團;HH-501S循環水浴鍋,金壇區金城春蘭實驗儀器廠。

1.1.2離子液體配制

將等物質的量的脂肪酸(丙酮酸25 g、乙酸17 g、丙酸21 g)加入到1 g殼聚糖中,在室溫下充分攪拌12 h。得到殼聚糖+丙酮酸、殼聚糖+乙酸、殼聚糖+丙酸離子液體。

1.1.3引誘劑的配制

將60 mL/min的CO2分別通入殼聚糖+丙酮酸、殼聚糖+乙酸、殼聚糖+丙酸離子液體中,邊攪拌邊吸收30 min,得到(殼聚糖+丙酮酸+CO2)、(殼聚糖+乙酸+CO2)、(殼聚糖+丙酸+CO2)誘蚊組合物。將(殼聚糖+丙酮酸+CO2)、(殼聚糖+乙酸+CO2)、(殼聚糖+丙酸+CO2)、(殼聚糖+丙酮酸)、(殼聚糖+乙酸)、(殼聚糖+丙酸)、丙酮酸、乙酸、丙酸各稱取2 g,滴在醫用脫脂棉上;干冰,現場稱取2 g,放在醫用脫脂棉上;殼聚糖,稱取2 g;純水500 g,備用。

1.1.4陷阱誘捕器的制作

陷阱誘捕器:8 L方形黑色塑料桶(高26 cm,上長:24 cm,上寬:16 cm,下長:20 cm,下寬:13.5 cm)購自市場,將其內部不留死角全面涂一層膠黏劑。試驗過程中,以陷阱誘捕器中不加試驗物,只加純水作為對照組。

1.1.5試驗場所

以廣東省科學院動物研究所大院作為試驗場所。大院內樹木以紅花羊蹄甲、木棉樹、芒果樹、白玉蘭、蓮霧樹和大葉榕樹為主;建筑物周圍的綠化帶則主要種植花葉合果芋和翠蘆莉;圍墻外有池塘竹林,環境適合蚊蟲滋生。

1.2 試驗設計

1.2.1CO2吸收試驗

參考陳凱宏等(2016)的重量法,取約1 g的殼聚糖+脂肪酸離子液體放入直徑為10 mm的玻璃瓶中,將玻璃瓶置于金屬加熱套管中恒溫,金屬加熱套管固定于25℃恒溫水浴鍋中,邊攪拌邊將60 mL/min的CO2通入離子液體中,每隔一定時間用精度為0.1 mg的電子天平稱重,通過重量法得到離子液體吸收CO2的量。

1.2.2不同化合物對白紋伊蚊的引誘作用

處理組:按上述1.1.3方法,將處理過的脫脂棉放入按1.1.4制作的陷阱誘捕器中,每隔3周換1次。對照組(純水):在1.1.4制作的陷阱誘捕器里加入500 g純水,形成小積水,每隔3周換1次。試驗設置5個區組,每個區組內陷阱誘捕器的間距大約為3.0 m。試驗過程中,每天調查白紋伊蚊誘捕數量并清除捕獲的個體。陷阱誘捕器的位置每調查5次重新隨機變化1次。

1.2.3不同化合物對白紋伊蚊誘捕的持效性

將1.2.2試驗獲得的對白紋伊蚊具有增效作用的混合物及其單組分化合物,通過延長觀察時間,觀察各化合物對白紋伊蚊誘捕的持效時長。試驗方法同1.2.2,試驗過程中,處理組不更換誘芯脫脂棉。

1.3 數據處理與統計分析

每個階段的試驗結束后,將不同日期同一配方的5個陷阱誘蚊裝置分別對其誘捕量進行加和,以計算該配方的累計誘捕量;除以該配方重復次數(n=5),即為平均累計誘捕量(忻偉隆等,2015)。應用SPSS 24.0軟件,對試驗數據進行比較平均值分析,單因素ANOVA檢驗,事后多重比較(R-E-G-W范圍)處理,P< 0.05為差異具有有統計學意義。

2 結果與分析

2.1 CO2吸收結果

脂肪酸型離子液體在25℃,常壓下吸收CO2的結果見表1。吸收CO2性能最好的是殼聚糖+丙酮酸離子液體,1 mol殼聚糖+丙酮酸可以吸收0.0290 mol CO2,吸收CO2性能比殼聚糖+乙酸(0.0172 mol)和殼聚糖+丙酸(0.0183 mol)強,后兩者性能差別不大。

表1 25℃常壓條件下脂肪酸型離子液體的CO2吸收結果

2.2 不同化合物對白紋伊蚊的引誘作用

在供試的10種化合物中,對白紋伊蚊的平均累計誘蚊量均顯著高于對照純水(P<0.05),殼聚糖無誘蚊活性(P>0.05)。吸附CO2的脂肪酸(丙酮酸、乙酸、丙酸)均顯著高于單組分脂肪酸(丙酮酸、乙酸、丙酸)(P<0.05),說明CO2對脂肪酸具有協同增效作用。其中殼聚糖∶丙酮酸∶CO2=1∶25∶0.3621配比的平均累計誘蚊量最高,達26.80±1.30頭,其次是殼聚糖∶乙酸∶CO2=1∶17∶0.2141配比23.40±4.04頭和殼聚糖∶丙酸∶CO2=1∶21∶0.2280配比23.20±3.83頭,極顯著高于對照純水6.80±0.84頭(P<0.05)。殼聚糖對脂肪酸(丙酮酸、乙酸、丙酸)無增效作用,其平均累計誘蚊量與單組分脂肪酸(丙酮酸、乙酸、丙酸)比較,差異不顯著(P>0.05)。同劑量下3種脂肪酸吸附CO2對白紋伊蚊的誘蚊效果依次是丙酮酸>乙酸=丙酸(表2)。

表2 不同化合物對白紋伊蚊的引誘作用

2.3 不同化合物對白紋伊蚊誘捕的持效性比較

供試化合物對白紋伊蚊誘捕的持效性與化合物的揮發性有關,干冰CO2的揮發性最強,5 d內即揮發完了,表現為5 d后誘捕蚊蟲數量低于對照純水。然后是乙酸和丙酸,約20 d后誘捕蚊蟲數量低于對照純水。丙酮酸揮發性較弱,35 d后誘捕蚊蟲數量才與對照純水相當。殼聚糖對揮發性的脂肪酸(丙酮酸、乙酸、丙酸)均有緩釋作用,60 d的累計誘蚊總數量是單組分脂肪酸的1.46～2.43倍,持效期延長1.71～3.00倍。以殼聚糖為載體束縛脂肪酸(丙酮酸、乙酸、丙酸)吸附CO2(殼聚糖+脂肪酸+CO2)在60 d內的誘蚊量均高于(殼聚糖+脂肪酸),(殼聚糖+脂肪酸+CO2)混合物的60 d累計誘蚊總數量是(殼聚糖+脂肪酸)的1.62～1.78倍,這說明CO2對脂肪酸(丙酮酸、乙酸、丙酸)具有協同增效作用(圖1)。

圖1 不同化合物對白紋伊蚊誘捕的持效性Fig.1 Comparison of persistence of different compounds in the trapping of Aedes albopictus

3 結論與討論

趙錦年等(2011)利用微晶碳素、膨潤土等緩釋材料來改善松褐天牛Monochamusalternatus引誘劑的釋放速率,改良后的引誘劑持效期延長了4倍。吳華(2021a)通過乙酸銨對乙酸的吸附緩釋作用,制成的緩釋型白紋伊蚊引誘劑,釋放速率穩定,持效期長,混合物的累計誘蚊總數量(60 d)是單組分乙酸的3.46倍。根據離子液體原理,本研究選擇以殼聚糖為載體束縛具有誘蚊活性的脂肪酸(丙酮酸、乙酸、丙酸),殼聚糖與脂肪酸形成銨鹽結構,釋放速率穩定,持效時間長,殼聚糖+脂肪酸離子液體60 d的累計誘蚊總數量是單組分脂肪酸的1.46～2.43倍,持效期延長1.71～3.00倍。說明可以根據離子液體原理,改善引誘劑的揮發性,使其釋放速率穩定,延長持效期。

蚊蟲的嗅覺感受器多分布于其觸角、觸須與尾感器上,研究表明對CO2的感受器分布在觸須上,而其他化合物的感受器則分布在觸角和尾感器上(郝蕙玲,2009)。蚊蟲通過下顎須(嘴邊一種微小的附器)測出CO2,因為下顎須上有對CO2反應靈敏的氣味感受器,故蚊蟲可以遠距離定位宿主。蚊蟲定位宿主是人體不同氣味物質協同作用的結果(Geieretal.,1999)。本研究中,乙酸、丙酸是人體汗液成分,CO2是呼氣成分,丙酮酸是體內產生的三碳酮酸,它是糖酵解途徑的最終產物(王翔等,2002),也是人體氣味之一。以殼聚糖為載體束縛脂肪酸(丙酮酸、乙酸、丙酸)吸附CO2作為誘蚊組合物,現場誘蚊效果顯示,吸附CO2的脂肪酸(丙酮酸、乙酸、丙酸)均顯著高于單組分脂肪酸(丙酮酸、乙酸、丙酸)(P<0.05),說明觸須感受器的CO2與觸角和尾感器感受器的脂肪酸具有協同增效作用,CO2主要發揮遠距離引誘作用。吸附CO2的組合物(殼聚糖+脂肪酸+CO2)60 d的累計誘蚊總數量是不吸附CO2的組合物(殼聚糖+脂肪酸)的1.62～1.78倍。

殼聚糖+脂肪酸離子液體可以吸附CO2,起到緩釋作用,可根據其脂肪酸味道選擇適用環境,丙酮酸及混合物味道不大,可適用于家居辦公環境中使用,乙酸、丙酸味道太大,可在野外使用。