《Entomological Research》：Innovative Pest Management: Synthesis and Field Trials of Four Pheromones for Controlling Astylus variegatus (Coleoptera: Melyridae) in Soybean Crops
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本文综述了针对南美重要农业害虫杂色阿鳃金龟（Astylus variegatus）的四种潜在聚集信息素的合成、表征及田间诱捕效果评估。研究通过高效、可放大的合成路径成功制备了(Z)-oct-2-enal等化合物，并在巴西大豆田中进行测试，发现化合物4和8表现出显著诱捕活性。该研究为大豆、玉米等作物的害虫综合治理（IPM）提供了新型、环保的监测与控制工具，有助于减少对高毒化学农药的依赖，促进农业可持续发展。
摘要
大豆和玉米是巴西主要的农产品，但均受到多种害虫的严重影响，导致作物严重减产。鞘翅目和鳞翅目害虫尤其构成重大挑战，因为它们已对毒性日益增强的化学防治手段产生抗性。其中，杂色阿鳃金龟（Astylus variegatus）常见于巴西西南部和南部地区，以及阿根廷北部和巴拉圭。这种昆虫影响夏季园艺植物，主要在开花期以大豆和玉米作物为食，取食过量的花粉。在此背景下，本研究的目标是生产四种作为杂色阿鳃金龟聚集信息素的挥发性化合物，并在大豆作物上测试这些化合物的吸引力和合成可行性。
1 引言
杂色阿鳃金龟常见于南美洲的新热带地区，包括巴西、阿根廷和巴拉圭，侵染开花作物如玉米、大豆、向日葵、南瓜和草莓。最初，这种昆虫因其出现在花中并以多余花粉为食而被视为有益的传粉者。然而，在1990年代，由于玉米生产因种子发芽不良和授粉不足而遭受重大损失后，这种看法发生了转变。此后，巴西农业研究公司发布了大量技术公报，概述控制杂色阿鳃金龟侵染的方案，通常建议使用农药。
为寻找控制这种害虫的替代方法，Ventura等人报道了在有机草莓和豆类作物中使用挥发性化合物如(E)-肉桂醛和1,4-二甲氧基苯来治理这种昆虫。作者测试了每种化合物约32毫克浸渍的粘卡，取得了积极结果——这是首次也是唯一一次报道用于控制该害虫的信息素。
值得注意的是，挥发性化合物(Z)-oct-2-enal作为其他蝽类（Pentatomidae）的警报信息素。当昆虫受伤时，它会释放这种化合物，产生特征性气味以及其他短链不饱和醛。该化合物已在黑胚缘蝽（Dichelops melacanthus）和英雄壮蝽（Euschistus heros）中检测到，这两种都是大豆和玉米的常见害虫。
化合物methyl (2E,4Z)-deca-2,4-dienoate被全球公认为蝽类的性信息素。在巴西，它被特别指出是雄性英雄壮蝽的性信息素，并且是Brochymena spp.和Chinavia hilaris的种间引诱剂。
Methyl (E)-dec-2-enoate存在于植物油和啤酒花中作为风味成分。它也被认为是昆虫性信息素的化学前体。
最后，methyl decanoate已在蜂巢中被鉴定出来，并被报道为几种昆虫的取食引诱剂。
目前尚无关于杂色阿鳃金龟生物活性化合物的近期出版物。基于相关物种的报道，我们鉴定了四种新化合物并评估了它们对这种甲虫的吸引力，具有在监测和侵染控制方面的潜在应用。因此，本研究的目的是描述一种醛、两种不饱和酯和一种饱和酯的简明合成，并评估它们在巴西南部大豆作物中对杂色阿纹金龟的活性。
2 材料与方法
2.1 化学品
所有试剂和化学品均购自Sigma-Aldrich（巴西圣保罗）。使用的气体氮气（N2）和氢气（H2）（优级）购自Air Products Corp。
2.2 信息素合成
2.2.1 Oct-2-yn-1-ol (2)的合成
根据Santangelo等人的方法进行修改。在预冷至-5°C的单颈圆底烧瓶中加入100 mL无水四氢呋喃和5 g 1-庚炔（1），在磁力搅拌下剧烈搅拌。系统密封并用氮气加压，将23.0 mL正丁基锂溶液（2.5 mol/L）注入搅拌的溶液中直至颜色变黄。15分钟后，一次性加入1.56 g多聚甲醛，反应30分钟。移除冷却浴，系统回流3小时。反应混合物冷却至20°C后，加入饱和氯化铵溶液（50 mL）中和过量碱。产物用乙醚萃取（2 × 50 mL），合并有机层，旋转蒸发仪去除溶剂。产物通过水蒸气蒸馏（Clevenger装置）纯化，得到化合物2（收率85%），直接用于下一步。
2.2.2 (Z)-Oct-2-en-1-ol (3)的合成
在高压不锈钢反应器中，加入0.5 g Lindlar催化剂、1.0 mL喹啉和120 mL 80:20 (v/v) 己烷/甲醇溶液。充分均质化后，加入3.33 g化合物2，密封反应器。用氮气在2 bar压力下进行三个循环“冲洗”内部气氛，随后用氢气加压至2 bar。系统在磁力搅拌下保持90分钟，通过观察氢气压力下降监测反应进程。反应完成后，混合物过滤去除Lindlar催化剂。溶剂用旋转蒸发仪去除，所得油状物溶于150 mL石油醚。为去除喹啉，加入饱和氯化铜（II）二水合物的丙酮溶液。喹啉-铜络合物通过过滤分离。溶剂在旋转蒸发仪中去除后，产物通过水蒸气蒸馏纯化，得到化合物3（收率70%），直接用于下一步。
2.2.3 (Z)-Oct-2-enal (4)的合成
在单颈圆底烧瓶中，加入5.9 g PCC、5.0 g硅胶和100 mL二氯甲烷。磁力搅拌10分钟后，滴加2.34 g化合物3，反应进行60分钟。反应混合物过滤去除残留水分，溶剂旋转蒸发。产物通过水蒸气蒸馏纯化，得到具有类似蝽类气味的淡黄色油状物化合物4（收率62%）。产物通过1H NMR、13C NMR和高分辨质谱（HRMS）表征。
2.2.4 Methyl (2E,4Z)-deca-2,4-dienoate (5)的合成
在配备磁力搅拌棒和橡胶塞的单颈圆底烧瓶中，加入3.99 g甲基2-(三苯基-λ5-亚膦酰基)乙酸酯和80 mL无水四氢呋喃。充分均质化后，滴加1.37 g化合物4。系统用氮气加压，在45°C下磁力搅拌60分钟。反应后，溶剂用旋转蒸发仪去除，产物通过水蒸气蒸馏纯化，得到淡黄色油状物化合物5（收率71%）。产物通过NMR和HRMS表征。
2.2.5 Methyl (E)-dec-2-enoate (8)的合成
在单颈圆底烧瓶中，加入19.8 g PCC试剂、20 g硅胶和250 mL二氯甲烷。剧烈搅拌10分钟后，滴加12.1 mL 1-辛醇（6），室温反应6分钟。混合物过滤，有机相用旋转蒸发仪去除。产物庚醛（7）通过水蒸气蒸馏回收，收率45%。第二步，在另一个单颈圆底烧瓶中，加入12.69 g甲基2-(三苯基-λ5-亚膦酰基)乙酸酯和80 mL无水四氢呋喃。将得到的庚醛（7）滴加到搅拌的混合物中，系统加热至45°C反应60分钟。之后溶剂旋转蒸发去除，产物8通过水蒸气蒸馏回收，收率87%。产物通过NMR和HRMS表征。
2.2.6 Methyl decanoate (10)的合成
在置于-5°C冷却浴中的单颈圆底烧瓶中，加入10.0 g癸酸（9）并溶于200 mL二氯甲烷。随后滴加8.41 mL氯化亚砜，剧烈搅拌。30分钟后，加入0.9 mL DMF作为催化剂，反应在室温下进行5小时。随后用旋转蒸发仪去除溶剂和过量氯化亚砜直至干燥，得到癸酰氯，直接用于下一步。第二步，将癸酰氯溶于100 mL二氯甲烷，加入11.7 mL甲醇和12.1 mL三甲胺。反应在室温下保持12小时。此后，加入20 mL饱和氯化铵水溶液，混合物用二氯甲烷萃取（2 × 20 mL）。有机相旋转蒸发，产物（10）通过水蒸气蒸馏回收，收率90%。产物通过NMR和HRMS表征。
2.3 昆虫吸引力测试
信息素4、5、8和10在2024年2月至3月夏季收获期间，在巴西南卡希亚斯（南里奥格兰德州）的大豆田中进行测试。每种化合物约5.0 mg溶解于30 μL正戊烷，加载到天然橡胶塞上，然后固定在三角洲陷阱的粘性插入物上。陷阱设置在使用农药（除虫脲和氟苯虫酰胺）和未使用农药的大豆田中，处于开花和结荚期。阴性对照为不含信息素的陷阱。三角洲陷阱安装在离地0.5米高的木桩上，分布在4公顷的田地中。陷阱随机放置，至少相距25米，在田间放置3天后收集，计数捕获的昆虫。实验在不同周重复三次。数据通过ANOVA和Tukey检验（显著性水平0.05）使用OriginPro 2023进行分析。
3 结果与讨论
3.1 合成
信息素4和5的合成采用了新方法，总收率分别为36.9%（三步合成）和26.2%（四步）。中间体2、3以及最终产物均通过水蒸气蒸馏纯化。第一步，末端炔烃1在多聚甲醛存在下与正丁基锂反应，得到中间体2，收率87%。第二步，炔烃选择性还原，在Lindlar催化剂作用下部分氢化，形成单一几何异构体，中间体3收率70%。最后，使用PCC试剂快速简单氧化醇，得到化合物4，收率62%。该产物因存在共轭α,β-不饱和羰基系统而热力学稳定。
信息素5通过化合物4与适当的Wittig叶立德直接转化合成，无需有机碱，收率71%（从起始原料1总收率26.9%）。该新合成路线具有重要优势：中间体挥发性好、热稳定性高，可通过蒸馏纯化，且易于放大生产。
化合物8从1-辛醇（6）经两步反应合成，总收率39%。若以庚醛（7）为起始原料，通过Wittig反应一步即可得到甲基酯8，收率高达87%，仅需1小时。
信息素10通过活化羧酸（9）形成酰氯，随后与甲醇进行甲基酯化合成。该方法高效、选择性好，室温下纯化产物收率达90%。
3.2 大豆田间试验
为评估合成化合物的有效性，于2024年2月和3月在大豆生殖期进行了田间实验。结果表明，所有化合物在田间暴露期间对杂色阿鳃金龟均表现出吸引力，尤其在陷阱安装后的前48小时内。鉴于这些化合物的挥发性，控制释放时间至关重要，这与安装初期较高的捕获率相关。
根据表中数据，信息素4和8表现出最高的吸引力，其次是信息素10和5，在用药和未用药田中趋势一致。然而，在未用药田中，信息素5和10与阴性对照相比未显示出显著吸引力。在用药田中，所有信息素陷阱均显示吸引力，但与阴性对照无统计学显著差异。捕获数据表明，农药施用减少但并未完全抑制田间的杂色阿鳃金龟种群。即使在此田间条件下无显著差异，使用信息素作为监测和管理侵染的补充工具仍然具有优势，可实现早期检测和针对性干预。
4 结论
我们的研究证明了(Z)-oct-2-enal (4)和methyl (E)-dec-2-enoate (8)作为杂色阿鳃金龟成虫信息素的成功合成与田间应用。这些化合物在田间条件下显示出生物活性，是治理这种害虫的有前景的工具。从应用角度看，信息素对于监测大豆和玉米田中的杂色阿鳃金龟尤为有价值。信息素陷阱即使在种群水平较低时也能提供灵敏、物种特异性的检测，从而更早发现侵染、更准确估计种群动态、更好把握防治时机。这有助于更合理地使用农药，促进害虫综合治理策略的采用。将这些化合物纳入大量诱捕系统或有毒诱饵，有望降低巴西南部、阿根廷和巴拉圭的害虫压力及相关作物损害。此外，基于信息素的方法有助于减少对广谱杀虫剂的依赖，支持更可持续的生产系统、环境保护，并最终通过更好的产量保护和降低投入成本为农民提高经济回报。
