一种落叶松尺蠖性信息素组合物合成方法、鉴定以及智能投放系统
阅读说明：本技术 一种落叶松尺蠖性信息素组合物合成方法、鉴定以及智能投放系统 (Synthetic method, identification and intelligent release system of larch geometrid sex pheromone composition ) 是由 刘福 张真 孔祥波 张苏芳 李如华 张志林 国志峰 周福成 张磊 戴南 岳志娟 于 2019-11-21 设计创作，主要内容包括：本发明属于害虫引诱剂研发技术领域,具体涉及一种落叶松尺蠖性信息素引诱剂组合物。一种落叶松尺蠖性信息素引诱剂组合物,所述的引诱剂组合物包含性信息素和辅助成分,所述性信息素由一种新的(Z,Z,Z)-3,6,9-十九碳三烯成分,及其环氧丙烷衍生物[(6Z,9Z)-cis-3,4-环氧十九碳二烯：(3Z,9Z)-cis-6,7-环氧十九碳二烯：(3Z,6Z)-cis-9,10-环氧十九碳二烯＝1：1：1]组成。本发明还涉及到本发明的引诱剂组合物(Z,Z,Z)-3,6,9-十九碳三烯的三步合成方法,以及气相色谱-触角电位仪分析鉴定方法。本发明的组合物合成方法简单,具有很强的诱捕能力,持效期长,特异性强,诱捕能力可调,对人畜无害,环境友好。智能投放准确地根据虫害情而做到精确投放,投放效率大大提高。(The invention belongs to the technical field of research and development of pest attractants, and particularly relates to a looper largeflower sex pheromone attractant composition. An attractant composition for looper sex pheromone, said attractant composition comprising sex pheromone and auxiliary components, said sex pheromone being composed of a novel (Z, Z, Z) -3,6, 9-nonadecatriene component and its epoxypropane derivative [ (6Z,9Z) -cis-3, 4-epoxynonadiene: (3Z,9Z) -cis-6, 7-epoxynonadecadiene: (3Z,6Z) -cis-9, 10-epoxynonadecadiene ═ 1:1: 1] is prepared. The invention also relates to a three-step synthesis method of the attractant composition (Z, Z, Z) -3,6, 9-nonadecatriene, and a gas chromatography-antennal potentiometer analysis and identification method. The composition has the advantages of simple synthesis method, strong trapping capability, long lasting period, strong specificity, adjustable trapping capability, no harm to human and livestock and environmental friendliness. The intelligent delivery accurately achieves accurate delivery according to insect pest situations, and the delivery efficiency is greatly improved.)
技术领域
本发明涉及一种天然产物性信息素组合物领域，尤其涉及尺蠖性信息素组合物合成方法及其鉴定，提供了一种落叶松尺蠖性信息素组合物的智能投放系统。
背景技术
落叶松尺蠖ErannisankerariaStaudinger属鳞翅目Lepidoptera，尺蛾科Geometridae，枝尺蛾亚科(Ennominae)Erannis，是落叶松叶害虫之一，国内主要分布在河南、吉林、山西、黑龙江、内蒙古，陕西、河北等省，国外分布于匈牙利等国。
落叶松尺蠖幼虫食性单一，可危害兴安落叶松，长白落叶松，华北落叶松等落叶松类和栎类，也危害云杉新生针叶。严重发生时落叶松全部针叶被食，对林木生长影响显著。落叶松从吐叶开始受害，在虫害结束后又重新吐叶，由于虫害作用造成树体已经相当衰弱，针叶黄弱，林木高生长停止，如果雨水不足，树木会大面积枯死。在郁闭度大的林分中，内部危害较重，边15缘危害较轻。落叶松尺蠖的危害规律为：落叶松纯林重于混交林；疏林重于密林；阳坡重于阴坡；人工林重于天然林。
目前，利用化学药剂是防治落叶松尺蠖的最重要手段。其中有化学合成类农药也有植物源类农药。由于其防治效果明显而被广泛应用。用于防治落叶松尺蠖的药剂有高效氯氰菊酯乳油、苦·烟乳油、高渗苯氧威、阿维菌素、20溴氰菊酯“741”插管烟雾剂、氧化乐果、敌敌畏、苦参素植物杀虫剂。另外，孙士英等利用野外采集的病虫进行病毒粗提液的制取并配置成不同的浓度进行防治实验，结果显著降低了落叶松尺蠖的发生。
目前，虽然化学农药见效快，但是该方法防治成本高，而且易产生农药残留、环境污染，害虫产生抗药性等问题；病毒的培育和施用技术要求高。因此，现有的防治技术效果不尽人意，亟待研发持续高效的防治技术。
昆虫性信息素在害虫防治中具有高效、持久、无毒、专一性强，不伤害天敌，不污染环境等的优点；另外，昆虫性信息素与其他害虫防治措施(尤其是生物防治)的配合使用，表现出很好的相容性，已受到国内外学者的高度重视，并正成为害虫综合治理中的重要措施之一。
然而，针对落叶松尺蠖现有技术都是使用十八碳系的三烯，学者并未注意到其他结构的更优质的分子结构作为性信息素。使得这一领域研究进度不尽如人意。并且单一地追求一次性消灭势必会引起抗药性，使得尺蠖长期的使用会察觉到与天然的性信息素的差异，进而可能会引起抵抗效应。因此本发明考虑到了不同的配方以让尺蠖逐渐接受该性信息素的诱惑力。此外，不同的受害地区,尺蠖的部分是不同的,如果不考虑起分布情况而投放相同计量的引诱剂，势必造成浪费。为此本发明致力于解决根据投放地点的尺蠖分布情况而相应地进行投放引诱剂量控制。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种可用于引诱落叶松尺蠖的性信息素引诱剂组合物。该组合物由于使用了一种十九碳系的组合物，经过合理的配比是的诱捕数在7-82之间可调，实现了让尺蠖对该性信息素的接受程度，进而达到逐渐消灭的技术效果。
一、一种落叶松尺蠖性信息素引诱剂组合物
组合物本发明提供如下技术方案为：一种落叶松尺蠖性信息素引诱剂组合物，所述的引诱剂组合物包含性信息素和辅助成分，所述性信息素由(Z,Z,Z)-3,6,9-十九碳三烯，及其环氧丙烷衍生物[(6Z,9Z)-cis-3,4-环氧十九碳二烯：(3Z,9Z)-cis-6,7-环氧十九碳二烯：(3Z,6Z)-cis-9,10-环氧十九碳二烯＝1：1：1，三者质量比]组成。其中，一种落叶松尺蠖性信息素活性成分，化学名称为(Z,Z,Z)-3,6,9-十九碳三烯，具有式I所示结构：
作为优选，所述的(Z,Z,Z)-3,6,9-十九碳三烯，及其环氧丙烷衍生物[(6Z,9Z)-cis-3,4-环氧十九碳二烯：(3Z,9Z)-cis-6,7-环氧十九碳二烯：(3Z,6Z)-cis-9,10-环氧十九碳二烯＝1：1：1]质量比:0.8：0.8-7.2。
作为优选，所述的(Z,Z,Z)-3,6,9-十九碳三烯，及其环氧丙烷衍生物[(6Z,9Z)-cis-3,4-环氧十九碳二烯：(3Z,9Z)-cis-6,7-环氧十九碳二烯：(3Z,6Z)-cis-9,10-环氧十九碳二烯＝1：1：1]质量比为0.8：0.8-7.2。
作为优选，所述的辅助成分为光稳定剂、抗氧化剂和缓释载体的至少一种。
作为优选，所述的缓释载体为橡胶、聚乙烯缓释管或瓶、聚氯乙烯缓释管中的至少一种。
作为优选，所述的抗氧化剂为维生素E、TBHQ、BHT、和BHA中的至少一种。
作为优选，所述的光稳定剂为水杨酸脂类、苯酮类、苯并***类、取代丙烯腈类、三嗪类和受阻胺类紫外吸收剂中的至少一种。
二、(Z,Z,Z)-3,6,9-十九碳三烯的三步合成方法与鉴定方法
为了研究上述组合物中作为新的性信息素结构式I，本发明提供了一种三步法合成的方法如下：
(1)在还原剂作用下，将α-亚麻酸((Z,Z,Z)-9,12,15-十八碳三烯酸)进行还原反应，得到(Z,Z,Z)-9,12,15-十八碳三烯-1-醇；
(2)在碱性催化剂条件下，将(Z,Z,Z)-9,12,15-十八碳三烯-1-醇和三氟甲磺酸酐进行反应，得到三氟甲磺酸(Z,Z,Z)-9,12,15-十八碳三烯醇酯；
(3)在低温、催化条件下，将三氟甲磺酸(Z,Z,Z)-9,12,15-十八碳三烯醇酯和甲基金属试剂进行耦连反应，得到(Z,Z,Z)-3,6,9-十九碳三烯。
优选的，所述步骤(1)中还原剂包括三乙酰氧基硼氢化钠、硼氢化钠、BH3、三叔丁氧基氢化铝锂、LiAlH4中的一种或几种；
所述α-亚麻酸((Z,Z,Z)-9,12,15-十八碳三烯酸)和还原剂的摩尔比为1：1-6；
所述还原反应的温度为-10-20℃，时间为2-24h。5
优选的，所述步骤(2)中碱性催化剂包括吡啶、二环己基碳二亚胺、三乙胺、4-二甲氨基吡啶等；
所述(Z,Z,Z)-9,12,15-十八碳三烯-1-醇、三氟甲磺酸酐、催化剂的摩尔比为1：1-4：1-10；
所述反应的温度为-10-0℃，时间为10-24h。10
优选的，三氟甲磺酸(Z,Z,Z)-9,12,15-十八碳三烯醇酯和甲基金属试剂、催化剂的摩尔比为2-4：1：0.01-0.04；
所述耦连反应在低温条件下进行(-78--10℃)，时间为1-24h。
本发明还提供了一种落叶松尺蠖性信息素活性成分的鉴定方法，包括以下步骤：
S1:采用气相色谱-触角电位仪对落叶松尺蠖性信息素腺体提取物与(Z,Z,Z)-3,6,9-十九碳三烯分别进行分析，得到相应的图谱；
S2:对谱图进行分析，若谱图中显示(Z,Z,Z)-3,6,9-十九碳三烯与落叶松尺蠖性信息素腺体提取物的保留时间相近，且能引起落叶松尺蠖雄蛾触角电生理反应，则可以确定(Z,Z,Z)-3,6,9-十九碳三烯为落叶松尺蠖性信息素主要活性成分之一。
三、一种落叶松尺蠖性信息素引诱剂智能投放系统
其包括前述一种使用所述的引诱剂组合物的落叶松尺蠖性信息素引诱剂诱芯，主要包括：无人机，用于拍摄投放地点的高清图像；图像图像采集系统，用于采集高清图像，安装有引诱剂诱芯以及信息处理系统的投放车；以及无线通讯系统和软件系统；其中，无人机将采集到的的高清图像通过无人机上安装的无线通讯系统将高清图片转给图像采集系统，接着投放车上的信息处理系统对图像进行智能识别，通过软件系统计算出无人机飞行投放地区的尺蠖分布密度，并控制投放车将引诱剂诱芯抛投入该地区的引诱剂诱芯数量以及指示投放人员驱车到最佳投放的地点进行投放。
优选地，所述的最佳投放的地点是尺蠖分布密度大于预设阈值的投放地点。
具体投放方法，是投放人员驱车到灾害区域，开启无人机飞到区域上空做地毯式飞行拍摄高清图像，通过图像采集装置采集图像数据，通过无线通讯装置，将数据发送到投放车软件系统，控制信息处理系统智能识别分析区域尺蠖分布，并通过软件计算出分布密度，从而得到该区域投放的引诱剂诱芯数量，并控制投放车投放引诱剂诱芯。
本发明主要具有如下四个有益效果：(1)首次利用(Z,Z,Z)-3,6,9-十九碳三烯，及其环氧丙烷衍生物对落叶松尺蠖性信息素引诱剂进行组合形成组合物，当使使含有该性信息素的引诱剂诱芯对尺蠖进行诱捕，具有很强的诱捕能力，持效期长，特异性强，不会使落叶松尺蠖产生抗性；对人畜无害，环境友好；(2)对于关键的新结构成分(Z,Z,Z)-3,6,9-十九碳三烯的三步合成方法简单，而采用本发明提供的气相色谱-触角电位技术，通过合成的标准物质和落叶松尺蠖性信息素腺体提取物对比分析的方法确定落叶松尺蠖性信息素活性成分，该鉴定方法周期短、结果可信度高；(3)通过对(Z,Z,Z)-3,6,9-十九碳三烯，及其环氧丙烷衍生物之间的配比调节，实现不同的诱捕数，使得尺蠖能逐渐接受该信息素，从而消除短时间大量使用而可能产生的后期抵抗作用；(4)通过无人机和图像之别技术，对准确判断投放区域的分布密度，从而精确投放的引诱剂诱芯数量，节约成本，投放效率大大提高。
附图说明
图1.不同(Z,Z,Z)-3,6,9-十九碳三烯，及其环氧丙烷衍生物质量比对于诱捕数的可调变化柱状图(图中显示了式I的(Z,Z,Z)-3,6,9-十九碳三烯分子结构)；
图2.落叶松尺蠖性信息素主要活性成分(Z,Z,Z)-3,6,9-十九碳三烯的合成路线如式(图中1-3分别表示为三步法的每一步合成出的中间或目标)；
图3.为本发明落叶松尺蠖雄蛾触角对雌蛾性信息素腺体正己烷提取物的气相色谱-触角电位仪分析GC-EAD图谱；
图4.为本发明落叶松尺蠖雄蛾触角对合成化合物的气相色谱-触角电位仪分析GC-EAD图谱，其中A为(Z,Z,Z)-3,6,9-十九碳三烯；
图5.本发明设计的落叶松尺蠖性信息素引诱剂智能投放系统构造示意图；
图6.本发明的落叶松尺蠖性信息素引诱剂智能投放系统工作流程示意图。
其中，附图标记1投放机，2投放车，3无人机，4，图像数据，5.图像采集系统，6.信息处理系统，7.软件系统。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
实施例1：环氧丙烷衍生物[(6Z,9Z)-cis-3,4-环氧十九碳二烯：(3Z,9Z)-cis-6,7-环氧十九碳二烯：(3Z,6Z)-cis-9,10-环氧十九碳二烯]的制备：
本发明中的环氧丙烷衍生物可以通过以下所述的路线进行合成。
将(3Z,6Z,9Z)-十九碳三烯(2.62g，10mmol)的10mL二氯甲烷溶液，在室温搅拌下缓慢滴加到间氯过氧苯甲酸(2.06g，12mmol)的二氯甲烷溶液中，搅拌反应1h，滤除不溶物，饱和碳酸氢钠溶液洗涤，蒸除溶剂后，经柱层析分离，石油醚/***(30:1)，得到环氧异构体混合物(2.08g，75％)。GC分析表明(6Z,9Z)-cis-3,4-环氧十九碳二烯：(3Z,9Z)-cis-6,7-环氧十九碳二烯：(3Z,6Z)-cis-9,10-环氧十九碳二烯＝1:1:1。
实施例2：不同引诱剂配方对落叶松尺蠖引诱落叶松尺蠖引诱监测效果实验
实验地点：河北塞罕坝机械林场及内蒙古呼和浩特苏木山林场。
实验方法：将表1配方制备成诱芯并置于三角形诱捕器中，诱捕器间隔20m左右，距离地面1.5m，采用随机区组设计，每处理重复4次，持续调查10天，每两天统计个诱捕器诱虫数量，并清除诱捕器诱集的成虫。
表1引诱配方
实验结果：引诱效果见图1。
由图1可知，组合(3Z,6Z,9Z)-十九碳三烯：环氧丙烷衍生物[(6Z,9Z)-cis-3,4-环氧十九碳二烯：(3Z,9Z)-cis-6,7-环氧十九碳二烯：(3Z,6Z)-cis-9,10-环氧十九碳二烯＝1：1：1]质量比为0.8:0.8-7.2时，引诱效果显著提高；特别是当活性成分(3Z,6Z,9Z)-十九碳三烯：环氧丙烷衍生物[(6Z,9Z)-cis-3,4-环氧十九碳二烯：(3Z,9Z)-cis-6,7-环氧十九碳二烯：(3Z,6Z)-cis-9,10-环氧十九碳二烯＝1：1：1]＝0.8：2.4时，引诱效果最高，平均每个诱捕器最高为81.5头。注意到未使用本发明的配方的传统引诱剂，诱捕数最低。通过不同的配比能够实现诱捕数的调节，从而使得尺蠖对于信息素的诱惑力逐渐稳固下来，最终接受我们的配方，从而达到稳定消灭的技术效果。
实施例3
在本发明中，所述落叶松尺蠖性信息素主要活性成分的合成路线如图2所示。
步骤一：在三乙酰氧基硼氢化钠作用下，将α-亚麻酸(结构式如式a中化合物1所示)20℃进行还原反应3h，所述α-亚麻酸和三乙酰氧基硼氢化钠的摩尔比优选为1：1，还原反应的溶剂为四氢呋喃。得到(Z,Z,Z)-9,12,15-十八碳三烯-1-醇(结构式如图2中最顶上第一箭头所示)。
其中将还原剂溶于溶剂中，然后将α-亚麻酸缓慢加入溶液中进行反应，所述反应的时间自α-亚麻酸加入完毕时开始计算。反应终止后，然后进行正己烷萃取，得到有机相，无水硫酸钠干燥。
步骤二：得到(Z,Z,Z)-9,12,15-十八碳三烯-1-醇后，将其溶于无水二氯甲烷中，加入碱性试剂，然后在-5-0℃下将三氟甲基磺酸酐缓慢滴加到(Z,Z,Z)-9,12,15-十八碳三烯-1-醇的溶液中，滴加完毕后在-5-0℃下进行酯化反应得到酯化反应液，即得到三氟甲磺酸(Z,Z,Z)-9,12,15-十八碳三烯醇酯(结构式如图2中中间箭头所指化合物)。所述(Z,Z,Z)-9,12,15-十八碳三烯-1-醇、三氟甲磺酸酐、催化剂的摩尔比为1：1：3
步骤三：将步骤二得到的三氟甲磺酸(Z,Z,Z)-9,12,15-十八5碳三烯醇酯溶解于无水***中，在-50℃低温条件下，加入四氯合铜酸二锂作为催化剂，搅拌20min；然后将甲基金属试剂甲基氯化镁缓慢加入，反应30min。三氟甲磺酸(Z,Z,Z)-9,12,15-十八碳三烯醇酯、甲基:金属试剂、催化剂的摩尔比为1：2：1；所述碘代反应的溶剂优选为无水。
其中在每一步得到的产物之后都需要萃取3次，得到有机相，无水硫酸钠干燥。其中萃取步骤针对三个步骤分别为正己烷萃取、酯化反应液和饱和碳酸钠溶液混合后进行乙酸乙酯萃取，以及和水混合，然后进行正己烷萃取。
实施例4
与实施例3不同的是在步骤二反应中加入催化剂，其中所述(Z,Z,Z)-9,12,15-十八碳三烯-1-醇、三氟甲磺酸酐、催化剂的摩尔比为1:4:10或1:3:6或1:2:4。步骤三中的三氟甲磺酸(Z,Z,Z)-9,12,15-十八碳三烯醇酯、甲基:金属试剂、催化剂的摩尔比为1：2：1。
实施例5
本实施例进行落叶松尺蠖性信息素主要活性成分的鉴定方法如下：
仪器：美国安捷伦Agilent 7890A气相色谱仪-荷兰Syntech触角电位联用仪(GC-EAD)；5色谱柱：HP-5，30m×0.25mm×0.25μm，J&W Scientice，Folsom，CA；
气相色谱工作条件：
检测器：氢火焰离子化监测器(FID)；
燃烧器：氢气，流量40mL/min；
助燃气：干燥空气。流量400mL/min；10
载气：氮气，流量2.5mL/min；
进样口温度：250℃；
检测器温度：280℃；
色谱柱程序：起始温度80℃，保持2min，以10℃/min的速率程序升温至280℃，保持20min；
进样方式：不分流进样，进样量1μL，样品浓度10ng/uL；
出口端分流器：0SS-2.SGE，澳大利亚，分流比1：2；触角电位仪工作条件：
EAG探头：PRG-2，叉状触角固定器；
IDAC转换器：Auto Spike，IDAC2/3，Syntech；20
放大器：UN-06，Syntech；
触角来源：羽化后2-3天的落叶松尺蠖雄蛾触角；
长度：10mm；
处理方式：用解剖剪从根部剪下，将触角顶端剪除约0.5mm，用导电胶将触角与EAG探头(PRG-2)叉状触角固定器的两个银电极连接。25
落叶松尺蠖性信息素活性成分的鉴定步骤：
落叶松尺蠖性信息素的提取：采集处于求偶期的落叶松尺蠖未交配雌蛾10头，待其性腺体外伸时，用手轻轻挤压雌蛾腹部，迫使其性腺体完全伸出，后取出腺体，合并提取液后浓缩，将浓缩所得提取物密封后置于-20℃保存备用；
将落叶松尺蠖性信息素腺体提取物与实施例1合成的化合物(Z,Z,Z)-3,6,9-十九碳三烯分别进行气相色谱-触角电位仪分析，得到相应的气相色谱-触角电位仪分析图谱，如图3和4所示，其中图3为落叶松尺蠖雄蛾触角对雌蛾性信息素腺体正己烷提取物的气相色谱-触角电位仪分析GC-EAD图谱；图4为落叶松尺蠖雄蛾触角对合成化合物的气相色谱-触角电位仪分析GC-EAD图谱。
根据图3和4可以看出，腺体提取物中具有使落叶松尺蠖雄蛾触角显著电生理反应的性信息素成分，在保留时间14.72min处存在能引起落叶松尺蠖雄蛾触角电生理反应的性信息素成分；由图4中的气相色谱数据分析可知，本发明实施例2最终得到的化合物的保留时间为14.73min，且能够引起明显的触角电生理反应，由此可以确定(Z,Z,Z)-3,6,9-十九碳三烯为落叶松尺蠖性信息素的主要活性成分。
由以本实施例可以看出，本发明首次提出了落叶松尺蠖性信息素活性成分的结构为(Z,Z,Z)-3,6,9-十九碳三烯，该化合物可引起落叶松尺蠖雄蛾电生理反应，并且本发明提供的合成方法具有产率高、纯度高等优点，本发明提供的鉴定方法具有周期短、结果可信度高等优点。
实施例6
受灾区使用智能投放系统投放引诱剂诱芯的实验
实验地点：河北塞罕坝机械林场及内蒙古呼和浩特苏木山林场。
实验方法：投放人员驾驶投放车2到达林场地点后，如图5开启无人机3上摄像头(图未示)，放开无人3机让其根据软件系统7(图6)的设定路线进行飞行拍摄，无人机上安装的蓝牙(图未示)将图像数据4交由图像采集系统5采集，图像采集系统5将图像数据4传给信息处理系统6(图6)，交由信息处理系统6进行智能识别出每一幅图中的尺蠖的数量分布，为每平方米分布10-20头尺蠖成虫。当完成拍摄，无人机3飞回，投放人员收回无人机3。此时软件系统7根据每一幅图中的尺蠖的数量分布自动计算出区域密度分布，区域靠近中心区域尺蠖分布较大并自动给出分布表2。同时软件系统7控制投放车2上的投放机1抛投引诱剂诱芯，并指示投放人员驱车深入林场进行进一步加投。
表2.林场尺蠖分布表(密度单位：头/平方米)