电子束辐照防治扁甲科害虫及对小麦品质影响

郭东权 王争艳 鲁玉杰 李 湘，3 商飞飞，4 范家霖 王娟娟 杨保安 许 勃 董威杰 程仲杰 陈云堂 尚丙兰

(河南省科学院同位素研究所有限责任公司/河南省科学院核农学重点实验室/河南省辐照加工工程技术研究中心1，郑州 450015)(河南工业大学粮油食品学院2，郑州 450001)(湖北民族学院3，恩施 445000)(贺州学院4，贺州 542800)

电子束辐照防治扁甲科害虫及对小麦品质影响

郭东权1王争艳2鲁玉杰2李 湘1，3商飞飞1，4范家霖1王娟娟1杨保安1许 勃1董威杰1程仲杰1陈云堂1尚丙兰1

(河南省科学院同位素研究所有限责任公司/河南省科学院核农学重点实验室/河南省辐照加工工程技术研究中心1，郑州 450015)(河南工业大学粮油食品学院2，郑州 450001)(湖北民族学院3，恩施 445000)(贺州学院4，贺州 542800)

采用电子加速器对长角扁谷盗、锈赤扁谷盗和土耳其扁谷盗成虫及小麦进行辐照处理，研究了0～1 000 Gy的电子束辐照对这3种试虫的致死效应，分析了它们对辐照的敏感性，以及0～5 000 Gy剂量辐照下小麦的加工品质。结果表明，辐照剂量越高，3种试虫的死亡速度越快；100 Gy的剂量辐照后，试虫在18 d内全部死亡；3种试虫对辐照的敏感性差异不显著，辐照后第12天，长角扁谷盗、锈赤扁谷盗和土耳其扁谷盗成虫的LD99分别为280.2、260.4、281.3 Gy。电子束辐照对小麦的出粉率、湿面筋含量影响不显著(P>0.05)，但经2 000 Gy以上剂量辐照的小麦粉的面团形成时间和稳定时间显著下降(P<0.05)。因此，100～2 000 Gy辐照剂量可以作为辐照防治扁甲科储粮害虫的适宜剂量。

电子束辐照 长角扁谷盗 锈赤扁谷盗 土耳其扁谷盗 小麦 加工品质

长角扁谷盗(Cryptolestes pusillus)、锈赤扁谷盗(Cryptolestes ferrugineus)、土耳其扁谷盗(Cryptolestes turcicus)属鞘翅目(Coleoptera)，扁甲科(Cucujidae)，均为世界性重要储粮害虫[1-3]，是储粮中较为常见的粉食性害虫，大多数在蛀食性害虫发生后出现。此类害虫大多寿命和危害期长、繁殖迅速、适应性强、危害范围广，国内各地粮库、面粉厂均有分布。这3种害虫食性复杂，主要危害破碎或损伤的粮食、油料、粮油制品、酒曲等，以粉类储物受害最严重，条件适宜时，易大量发生引起储粮发热、结块、霉变。目前，国内外对这3种害虫防治的主要措施仍是采用磷化氢进行熏蒸处理。由于长期单一或不当的使用磷化氢，使害虫的抗药性不断增加[4-5]，且对粮食、环境造成污染，危害人畜健康。随着社会的进步和环境保护意识的增强，磷化氢熏蒸技术在储粮中的应用必将受到限制。因此，探寻绿色、安全、环保、高效的储粮害虫防治新技术具有十分重要的意义。

绿色防虫储粮技术作为近年来粮食贮藏领域研究的热点和重点，主要集中在温度防虫技术[6-7]、气调防虫技术[8-11]、微波防虫技术[12-13]、植物源杀虫剂防虫技术[1，13-16]、辐照防虫技术[17-18]等。辐照防虫技术具有安全、高效、环保、工艺简单，处理量大，可在常温常压下进行等优点，有望成为化学熏蒸技术的有效补充和替代方法[19]。辐照防治害虫技术是利用γ射线、X射线或电子束的电离辐射与害虫的相互作用所产生的物理、化学和生物效应，导致害虫不育或死亡的一种物理防虫技术。

近年来，电子束辐照技术在国际上的研究应用进入快速发展阶段，国内目前对60Co γ辐照技术的报道较多，对电子束辐照技术研究工作仍处于尝试阶段，但已取得一定进展。陈云堂等[20]研究了电子束对烟草甲末龄幼虫的辐照效应，通过对烟草甲辐照后生物学效益观察，具有良好的杀灭效果；徐朝哲等[21]研究发现电子束对水果害虫橘小实蝇具有良好的杀灭作用；范家霖等[22]研究表明电子束辐照对印度谷螟的发育具有抑制作用；WANG等[23]、王殿轩等[24-25]、王晶磊等[26]研究发现电子束对储粮害虫嗜虫书虱、米象、嗜卷书虱、赤拟谷盗等具有很好的防治效果。电子束对扁甲科这3种储粮害虫的辐照效应鲜见报道。研究了不同剂量的电子束对长角扁谷盗、锈赤扁谷盗、土耳其扁谷盗成虫的辐照效应，分析了它们对辐照的敏感性，并研究了辐照对小麦加工品质的影响，旨在为电子束辐照防治此类害虫提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

小麦：市售。长角扁谷盗、锈赤扁谷盗和土耳其扁谷盗为河南工业大学储粮生态培养室连续培养多代的试虫，以燕麦片、全麦粉、干酵母按质量比6∶3∶1混合均匀作为饲料，在相对湿度70%±5%、温度(30±1)℃的条件下，放置于内壁涂有聚四氟乙烯的广口瓶中避光培养。分别挑选30头羽化5～10 d的长角扁谷盗、锈赤扁谷盗和土耳其扁谷盗成虫置于洁净的塑料瓶中，加入1.0 g饲料，编号。

1.2 仪器与设备

ISO 0705电子直线加速器：天津市技术物理研究所；2200面筋值仪：北京东方孚德技术有限公司；Buhler MLU-202实验制粉机、Brabender拉伸仪、Brabender E型粉质仪：德国Brabender公司；1900降落数值仪：波通瑞华科学仪器(北京)有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 辐照处理

辐照处理采用ISO 0705电子直线加速器，能量7.5 MeV，平均束流0.07～0.4 mA，扫描频率10 Hz。辐照剂量分别为0、100、150、200、300、400、600、800、1 000 Gy，共9个处理，每处理3次重复。小麦的辐照剂量分别为0、1 000、2 000、3 000、5 000 Gy，共5个处理，每处理剂量3次重复，每个样品重500 g，采用聚乙烯自封袋包装。

1.3.2 害虫辐照效应评价

每批试虫采用不同的剂量辐照处理后，仍在原条件下培养，每6 d观察1次并更换塑料瓶和饲料，观察记录内容包括成虫的存活数量，计算其存活率。

1.3.3 小麦加工品质分析

湿面筋含量按GB/T 5506.2—2008测定[27]；降落数值按GB/T 10361—2008测定[28]；沉淀值按15685—2011测定[29]。

制粉方法参照NY/T 1094—2006[30]；面团粉质参数检测参照GB/T 14614—2006[31]；面团拉伸参数检测参照GB/T 14615—2006[32]。

1.4 数据处理

试虫的存活率、小麦加工品质等数据采用DPS数据处理软件Duncan新复极差法进行多重比较分析。3种试虫对辐照的敏感性分析步骤：根据成虫的存活率计算出其死亡率，再按式(1)计算其校正死亡率。采用DPS数据处理软件将不同剂量下的校正死亡率转换为机率值，辐照剂量转换为对数值进行几率分析，获得拟合良好的辐照剂量与死亡率的线性关系，进而计算出辐照对成虫的LD50和LD99及其95%置信区间。再通过DPS数据处理系统致死剂量比率测定方法来分析3种试虫成虫对辐照剂量的敏感性差异。

(1)

2 结果与分析

2.1 电子束辐照对长角扁谷盗、锈赤扁谷盗和土耳其扁谷成虫存活率的影响

长角扁谷盗、锈赤扁谷盗和土耳其扁谷成虫经不同剂量辐照处理后6～18 d的存活率情况见表1。

表1 长角扁谷盗成虫经电子束辐照后的存活率/%

注：数值为3个重复平均值±标准差，同列数据后相同小写字母表示在5%水平上差异不显著，下同。

从表1可以看出，随着电子束辐照剂量的升高，害虫成虫的存活率均呈下降趋势。辐照后第6天害虫成虫的存活率下降程度较小，800 Gy以下各剂量(包括对照)处理害虫成虫的存活率之间差异均不显著(P<0.05)；第12天时，各剂量辐照处理害虫成虫的存活率与对照组相比差异均显著(P<0.05)，150 Gy及以上剂量辐照的成虫存活率均降至10%以下，600～1 000 Gy剂量辐照的成虫均全部死亡；辐照18 d以后的观察结果，各剂量辐照处理害虫成虫均全部死亡，对照组存活率则均在90%以上。

束辐照后害虫不会立即死亡，而是经过一定的时间后才死亡，辐照剂量越高，种群灭绝所需时间越短。这是由于辐照可造成害虫细胞核DNA损伤，辐照剂量越高损伤越严重。电子束辐照杀虫机理主要是通过损伤的积累来杀死害虫细胞，细胞死亡数量达到一定程度导致虫体死亡。

2.2 长角扁谷盗、锈赤扁谷盗和土耳其扁谷盗成虫对电子束辐照敏感性差异

根据辐照后培养12 d的长角扁谷盗、锈赤扁谷盗和土耳其扁谷盗成虫的存活率，计算出成虫的死亡率，按式(1)进行校正后，利用DPS数据处理软件进行剂量—死亡率模型分析，得到辐照剂量与死亡率的线性回归方程，再通过DPS数据处理系统致死剂量比率测定方法来检验磷化氢抗性品系和敏感品系赤拟谷盗在致死剂量方面的差异。处理结果如表2所示。回归方程F值的显著水平P分别为0.000 9、0.003 9、0.000 9，均小于 0.05，表明所得到的回归方程是合适的。通过比较分析辐照后12 d的LD50和LD99可以判断这3种害虫对电子束辐照的敏感性大小存在差异，但是它们两两之间的LD50及LD99比率的95%置信区间分别为0.54～2.95、0.52～1.92、0.34～1.84及0.69～1.77、0.68～1.47、0.56～1.45，均包含1，表明它们对电子束辐照的敏感性差异不显著。

表2 长角扁谷盗、锈赤扁谷盗和土耳其扁谷

注：a：长角扁谷盗，b：锈赤扁谷盗，c：土耳其扁谷盗；若2种害虫致死剂量(LD)的比率95%置信区间包含1，则LD之间的差异不显著。

2.3 电子束辐照对小麦粉面团流变学特性的影响

电子束辐照后小麦粉面团的流变学特性变化情况如表3所示。由表3可知，电子束辐照对小麦粉面团的吸水量影响不显著(P>0.05)，但对粉质特性和拉伸特性影响显著(P<0.05)。粉质特性方面，当辐照剂量为3 000、5 000 Gy时，小麦的面团形成时间、稳定时间较未辐照组明显缩短(P<0.05)，而1 000、2 000 Gy剂量组与未辐照组间差异不显著(P>0.05)；辐照剂量≥2 000 Gy时，面团弱化度显著提高(P<0.05)，面团筋力明显下降。拉伸特性方面，1 000 Gy辐照组面团有最大拉伸阻力，拉伸能量最大，表明其面团弹性最好，面团筋力最强，因而发酵时的持气能力最强；2 000 Gy辐照组面团的最大拉伸阻力、拉伸能量仅次于1 000 Gy辐照组，而其拉伸比值最大，说明其筋力较强，延伸性相对较小；而3 000、5 000 Gy辐照组最大拉伸阻力、拉伸能量、拉伸比值均略低于未辐照组，面团筋力、延伸性下降。这些表明，经≥3 000 Gy辐照后，小麦粉面团中麦谷蛋白的网络结构受到了一定程度的破坏，而1 000 Gy辐照剂量对小麦粉面团中麦谷蛋白网络结构无不利影响。

2.4 电子束辐照对小麦粉面筋质量的影响

小麦粉品质主要取决于面筋的含量和质量，对加工食品品质至关重要。由表4可知，电子束辐照对小麦的湿面筋含量、出粉率无明显影响(P>0.05)，但沉淀值、降落数值(P<0.05)均随着辐照剂量的增加而下降，辐照组间小麦粉沉淀值差异不明显(P>0.05)。这表明辐照可降低小麦的烘烤品质和面团发酵能力，且面团发酵能力随辐照剂量的增加而明显下降。

表3 电子束辐照对小麦粉面团流变学特性的影响

SDS-沉淀值可反映出小麦粉中蛋白质在质量和含量方面的差异，与小麦的烘烤品质密切相关。本试验中，小麦粉的沉淀值随着电子束辐照剂量的增加而下降，辐照组与未辐照组间差异显著(P<0.05)，但各辐照剂量组间的差异不显著(P>0.05)。这表明电子束辐照可能影响小麦粉中蛋白质的组成，但这一点仍有待于进行蛋白亚基组分分析来加以证实。小麦粉的降落数值随着辐照剂量的增加而明显下降(P<0.05)，这可能因为α-淀粉酶的活性下降和/或小麦淀粉分子对α-淀粉酶的反应敏感性降低所致。

表4 电子束辐照对小麦粉面筋质量的影响

3 结论

储粮害虫各个虫态对辐照的敏感性高低顺序为：卵>幼虫>蛹>成虫[25，33]。因此，本试验以3种扁甲科储粮害虫成虫为研究对象。研究结果表明，电子束辐照处理对长角扁谷盗、锈赤扁谷盗和土耳其扁谷盗成虫存活率的影响规律相同。随着电子束辐照剂量的升高，3种成虫的存活率均逐渐下降，辐照剂量越高，种群灭绝的高峰期越靠前。长角扁谷盗、锈赤扁谷盗和土耳其扁谷盗成虫对电子束的敏感性存在差异，但差异不显著。100 Gy的辐照剂量可使这3种害虫成虫在18 d全部死亡。0～5 000 Gy剂量辐照不影响小麦的出粉率、湿面筋含量，但面团的流变学特性变化明显。1 000 Gy辐照时，面团弹性、面团筋力及发酵时面团的持气能力得到明显增强；3 000 Gy及以上剂量辐照时，小麦粉的面团弹性、面团筋力略低于未辐照组，但面团形成时间和耐搅拌性明显下降。

电子束辐照防治小麦中3种扁甲科害虫的适宜剂量为100～2 000 Gy。然而，本试验中试虫量较小，在实际应用中还需开展大量验证试验来印证此辐照剂量的可靠性，另外电子束辐照对粮食品质的影响也需深入研究。

[1]何玉杰，花日茂，李世广，等.八角茴香提取物对长角扁谷盗的触杀和驱避活性[J].中国粮油学报，2013，28(8)：63-67

[2]苏青峰，王殿轩，郑超杰，等.锈赤扁谷盗的综合治理技术对策[J].粮食储藏，2013，42(4)：3-7

[3]曾建德.甲酸乙醋对土耳其扁谷盗的熏蒸作用[J].吉首大学学报：自然科学版，2008，29(4)：83-86

[4]Subramanyam B H.Integrated management of insects in stored products[M].New York：Macel Dekker Inc，1995：304-318，349-383

[5]Rajendran S.Insect resistance to phosphne-challenges and strategies[J].International pest control，2001，43：118-123

[6]Andreadis S S，Eliopoulos P A，Savopoulou-Soultani M.Cold hardiness of immature and adult stages of the Mediterranean flour moth，Ephestiakuehniella[J].Journal of Stored Products Research，2012，48(2)：132-136

[7]Loganathan M，Jayas D S，Fields P G，et al.Low and high tem-peratures for the control of cowpea beetle，Callosobruchusmaculatus(F)(Coleoptera：Bruchidae)in chickpeas[J].Journal of Stored Products Research，2011，47(3)：244-248

[8]Wang F，Jayas D S，Whit N D G，et al.Combined effect of carbon monoxide mixed with carbon dioxide in air on the mortality of stored-grain insects[J].Journal of Stored Products Research，2009，45(4)：247-253

[9]Riudavets J，Castaite C，Alomar O，et al.The use of carbon dioxide at high pressure to control nine stored-product pests[J].Journal of Stored Products Research，2010，46(4)：228-233

[10]张玲，肖开德，周智华，等.氮气气调控温储粮技术实仓试验[J].粮油仓储科技通讯，2014(1)：12-13

[11]李国尧，梁燕理，黄文，等.充氮气调对不同粮食品种的储藏影响研究[J].粮食科技与经济，2013，38(4)：45-46，57

[12]El-Naggar S M，Mikhaiel A A.Disinfestation of stored wheat grain and flour using gamma rays and microwave heating[J].Journal of Stored Products Research，2011，47(3)：191-196

[13]田琳，陈玉麒，曹阳，等.隧道式微波防治袋装大米中储粮害虫技术研究[J].粮食科技与经济，2013，38(6)：34-36

[14]王晶磊，徐威，刘天德，等.蛇床子素在实仓防治储粮害虫中的研究与应用[J].粮食与食品工业，2013，20(4)：95-99

[15]王晶磊，肖雅斌，邹春霞，等.主要植物源杀虫剂防治储粮害虫应用及展[J].粮食科技与经济，2014，39(2)：47-50

[16]化丽丹，杨益众，季香云.蓖麻提取物的杀虫作用研究进展[J].应用昆虫学报，2013，50(4)：1157-1162

[17]苏营轩，陈飞.辐照技术在绿色储粮中的应用研究[J].粮食储藏，2013，42(5)：17-22.

[18]钟建军，吕建华，王洁静，等.物理防治在储粮害虫治理中的研究与应用[J].粮食与饲料行业，2012(12)：15，17-21

[19]Abdeljelil B，Neil H，Jorge H，et al.Fifty years of radiation biology in entomology：lessons learned from IDIDAS[J].Annals of the Entomological Society of America，2005，98(1)：1-12

[20]陈云堂，郭东权，吕晓华，等.电子束处理烟草甲末龄幼虫的辐照效应[J].核农学报，2010，24(4)：755-759

[21]徐朝哲，叶军，袁平，等.ESS-010-03电子直线加速器对水果进行辐照处理的研究[J].植物检疫，2008，22(4)：205-208

[22]范家霖，陈云堂，李旭照，等.电子束辐照对印度谷螟发育的影响[J].核农学报，2011(6)：1206-1210

[23]Juanjuan W，Dongquan G，Jialin F，et al.Survival and reproduction of Liposcelis paeta(Pearman)(Psocoptera：Liposcelididae)when irradiated by electron beams[J].Entomological Science，2012(15)：63-67

[24]王殿轩，王晶磊，李淑荣，等.电子束辐照对米象成虫脂肪酸影响研究[J].粮食储藏，2009(2)：12-15

[25]王殿轩，韩辉，李淑荣，等.电子束辐照对不同虫态的嗜卷书虱的作用[J].核农学报，2009，23(3)：467-470

[26]王晶磊，王殿轩，徐威.电子束对赤拟谷盗成虫辐照效应研究[J].粮食科技与经济，2012，37(5)：27-29

[27]GB/T 5506.2—2008，小麦和小麦粉 面筋含量 第2部分：仪器法测定湿面筋[S]

[28]GB/T 10361—2008，小麦、黑麦及其面粉，杜伦麦及其粗粒粉 降落数值的测定 Hagberg-Perten法[S]

[29]GB/T 15685—2011，粮油检验 小麦沉淀指数测定 SDS法[S]

[30]NY/T 1094—2006，小麦实验制粉[S]

[31]GB/T 14614—2006，小麦粉 面团的物理特性 吸水量和流变学特性的测定 粉质仪[S]

[32]GB/T 14615—2006，小麦粉 面团的物理特性 流变学特性的测定 拉伸仪法[S]

[33]李淑荣，王殿轩，温贤芳，原锴.电子束对赤拟谷盗辐照效应的试验研究[J].郑州工程学院学报，2004，25(2)：26-28.

Effects of Electronic Beam Irradiation on Cucujidae Insects-Control and the Qualities of Wheat

Guo Dongquan1Wang Zhengyan2Lu Yujie2Li Xiang1, 3Shang Feifei1, 4Fan Jialin1Wang Juanjuan1Yang Baoan1Xu Bo1Dong Weijie1Cheng Zhongjie1Chen Yuntang1Shang Binglan1

(Isotope Institute Co., Ltd., Henan Academy of Sciences / Key Laboratory of Nuclear Agriculture of Zhengzhou / Research Center of Irradiation Processing and Engineering of Henan1, Zhengzhou 450015) (College of Food Science and Technology, Henan University of Technology2, Zhengzhou 450001) (Hubei Minzu University3, Enshi 44500) (Hezhou University4, Hezhou 542800)

The irradiation lethal effects of 0～1 000 Gy electronic beam on Cryptolestes pusillus, Cryptolestes ferrugineus and Cryptolestes turcicus were studied, the irradiation susceptibilities of the three were compared, and the irradiation effects of 0～5 000 Gy electronic beam on the processing qualities of wheat were investigated. The results showed that the higher irradiation dose, the faster death of three kinds of Cucujidae insects adults, with an irradiation dose of 100 Gy, the average mortality at 18 d after the irradiation treatments is 100%; The irradiation susceptibilities of three kinds of Cucujidae insects were different, but the differences between them were no significant, at 18 d after the irradiation treatments, the LD99of Cryptolestes pusillus, Cryptolestes ferrugineus and Cryptolestes turcicus is 280.2, 260.4 and 281.3 Gy, respectively. Wet gluten content and flour yield were not changed significantly (P>0.05) after electron beam irradiation, but the development time and stability of dough were significantly decreased (P<0.05) following the doses more than 2 000 Gy. Thus, the irradiation dose of 100～2 000 Gy could be considered as a suitable dose for the control on the development of three kinds of Cucujidae insects in stored grain.

electronic beam, irradiation, cryptolestes pusillus, cryptolestes ferrugineu, cryptolestes turcicus, wheat, processing quality

TL99

A

1003-0174(2016)02-0098-05

国家公益性行业(农业)科研专项(201103007)，河南省创新型科技人才队伍建设工程(豫科人事[2009]2号)，郑州市农产品质量安全辐照控制科技创新团队(郑科计[2014]2号)，河南省重点科技攻关计划(122102110056、132102110153)

2014-07-22

郭东权，男，1980年出生，助理研究员，食品辐照加工技术应用及天然产物辐射改性

陈云堂，男，1963年出生，研究员，农产品及食品辐照加工