電子束輻照防治扁甲科害蟲及對小麥品質影響

郭東權 王爭艷 魯玉杰 李 湘，3 商飛飛，4 范家霖 王娟娟 楊保安 許 勃 董威杰 程仲杰 陳云堂 尚丙蘭

(河南省科學院同位素研究所有限責任公司/河南省科學院核農學重點實驗室/河南省輻照加工工程技術研究中心1，鄭州 450015)(河南工業大學糧油食品學院2，鄭州 450001)(湖北民族學院3，恩施 445000)(賀州學院4，賀州 542800)

電子束輻照防治扁甲科害蟲及對小麥品質影響

郭東權1王爭艷2魯玉杰2李 湘1，3商飛飛1，4范家霖1王娟娟1楊保安1許 勃1董威杰1程仲杰1陳云堂1尚丙蘭1

(河南省科學院同位素研究所有限責任公司/河南省科學院核農學重點實驗室/河南省輻照加工工程技術研究中心1，鄭州 450015)(河南工業大學糧油食品學院2，鄭州 450001)(湖北民族學院3，恩施 445000)(賀州學院4，賀州 542800)

采用電子加速器對長角扁谷盜、銹赤扁谷盜和土耳其扁谷盜成蟲及小麥進行輻照處理，研究了0～1 000 Gy的電子束輻照對這3種試蟲的致死效應，分析了它們對輻照的敏感性，以及0～5 000 Gy劑量輻照下小麥的加工品質。結果表明，輻照劑量越高，3種試蟲的死亡速度越快；100 Gy的劑量輻照后，試蟲在18 d內全部死亡；3種試蟲對輻照的敏感性差異不顯著，輻照后第12天，長角扁谷盜、銹赤扁谷盜和土耳其扁谷盜成蟲的LD99分別為280.2、260.4、281.3 Gy。電子束輻照對小麥的出粉率、濕面筋含量影響不顯著(P>0.05)，但經2 000 Gy以上劑量輻照的小麥粉的面團形成時間和穩定時間顯著下降(P<0.05)。因此，100～2 000 Gy輻照劑量可以作為輻照防治扁甲科儲糧害蟲的適宜劑量。

電子束輻照 長角扁谷盜 銹赤扁谷盜 土耳其扁谷盜 小麥 加工品質

長角扁谷盜(Cryptolestes pusillus)、銹赤扁谷盜(Cryptolestes ferrugineus)、土耳其扁谷盜(Cryptolestes turcicus)屬鞘翅目(Coleoptera)，扁甲科(Cucujidae)，均為世界性重要儲糧害蟲[1-3]，是儲糧中較為常見的粉食性害蟲，大多數在蛀食性害蟲發生后出現。此類害蟲大多壽命和危害期長、繁殖迅速、適應性強、危害范圍廣，國內各地糧庫、面粉廠均有分布。這3種害蟲食性復雜，主要危害破碎或損傷的糧食、油料、糧油制品、酒曲等，以粉類儲物受害最嚴重，條件適宜時，易大量發生引起儲糧發熱、結塊、霉變。目前，國內外對這3種害蟲防治的主要措施仍是采用磷化氫進行熏蒸處理。由于長期單一或不當的使用磷化氫，使害蟲的抗藥性不斷增加[4-5]，且對糧食、環境造成污染，危害人畜健康。隨著社會的進步和環境保護意識的增強，磷化氫熏蒸技術在儲糧中的應用必將受到限制。因此，探尋綠色、安全、環保、高效的儲糧害蟲防治新技術具有十分重要的意義。

綠色防蟲儲糧技術作為近年來糧食貯藏領域研究的熱點和重點，主要集中在溫度防蟲技術[6-7]、氣調防蟲技術[8-11]、微波防蟲技術[12-13]、植物源殺蟲劑防蟲技術[1，13-16]、輻照防蟲技術[17-18]等。輻照防蟲技術具有安全、高效、環保、工藝簡單，處理量大，可在常溫常壓下進行等優點，有望成為化學熏蒸技術的有效補充和替代方法[19]。輻照防治害蟲技術是利用γ射線、X射線或電子束的電離輻射與害蟲的相互作用所產生的物理、化學和生物效應，導致害蟲不育或死亡的一種物理防蟲技術。

近年來，電子束輻照技術在國際上的研究應用進入快速發展階段，國內目前對60Co γ輻照技術的報道較多，對電子束輻照技術研究工作仍處于嘗試階段，但已取得一定進展。陳云堂等[20]研究了電子束對煙草甲末齡幼蟲的輻照效應，通過對煙草甲輻照后生物學效益觀察，具有良好的殺滅效果；徐朝哲等[21]研究發現電子束對水果害蟲橘小實蠅具有良好的殺滅作用；范家霖等[22]研究表明電子束輻照對印度谷螟的發育具有抑制作用；WANG等[23]、王殿軒等[24-25]、王晶磊等[26]研究發現電子束對儲糧害蟲嗜蟲書虱、米象、嗜卷書虱、赤擬谷盜等具有很好的防治效果。電子束對扁甲科這3種儲糧害蟲的輻照效應鮮見報道。研究了不同劑量的電子束對長角扁谷盜、銹赤扁谷盜、土耳其扁谷盜成蟲的輻照效應，分析了它們對輻照的敏感性，并研究了輻照對小麥加工品質的影響，旨在為電子束輻照防治此類害蟲提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

小麥：市售。長角扁谷盜、銹赤扁谷盜和土耳其扁谷盜為河南工業大學儲糧生態培養室連續培養多代的試蟲，以燕麥片、全麥粉、干酵母按質量比6∶3∶1混合均勻作為飼料，在相對濕度70%±5%、溫度(30±1)℃的條件下，放置于內壁涂有聚四氟乙烯的廣口瓶中避光培養。分別挑選30頭羽化5～10 d的長角扁谷盜、銹赤扁谷盜和土耳其扁谷盜成蟲置于潔凈的塑料瓶中，加入1.0 g飼料，編號。

1.2 儀器與設備

ISO 0705電子直線加速器：天津市技術物理研究所；2200面筋值儀：北京東方孚德技術有限公司；Buhler MLU-202實驗制粉機、Brabender拉伸儀、Brabender E型粉質儀：德國Brabender公司；1900降落數值儀：波通瑞華科學儀器(北京)有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 輻照處理

輻照處理采用ISO 0705電子直線加速器，能量7.5 MeV，平均束流0.07～0.4 mA，掃描頻率10 Hz。輻照劑量分別為0、100、150、200、300、400、600、800、1 000 Gy，共9個處理，每處理3次重復。小麥的輻照劑量分別為0、1 000、2 000、3 000、5 000 Gy，共5個處理，每處理劑量3次重復，每個樣品重500 g，采用聚乙烯自封袋包裝。

1.3.2 害蟲輻照效應評價

每批試蟲采用不同的劑量輻照處理后，仍在原條件下培養，每6 d觀察1次并更換塑料瓶和飼料，觀察記錄內容包括成蟲的存活數量，計算其存活率。

1.3.3 小麥加工品質分析

濕面筋含量按GB/T 5506.2—2008測定[27]；降落數值按GB/T 10361—2008測定[28]；沉淀值按15685—2011測定[29]。

制粉方法參照NY/T 1094—2006[30]；面團粉質參數檢測參照GB/T 14614—2006[31]；面團拉伸參數檢測參照GB/T 14615—2006[32]。

1.4 數據處理

試蟲的存活率、小麥加工品質等數據采用DPS數據處理軟件Duncan新復極差法進行多重比較分析。3種試蟲對輻照的敏感性分析步驟：根據成蟲的存活率計算出其死亡率，再按式(1)計算其校正死亡率。采用DPS數據處理軟件將不同劑量下的校正死亡率轉換為機率值，輻照劑量轉換為對數值進行幾率分析，獲得擬合良好的輻照劑量與死亡率的線性關系，進而計算出輻照對成蟲的LD50和LD99及其95%置信區間。再通過DPS數據處理系統致死劑量比率測定方法來分析3種試蟲成蟲對輻照劑量的敏感性差異。

(1)

2 結果與分析

2.1 電子束輻照對長角扁谷盜、銹赤扁谷盜和土耳其扁谷成蟲存活率的影響

長角扁谷盜、銹赤扁谷盜和土耳其扁谷成蟲經不同劑量輻照處理后6～18 d的存活率情況見表1。

表1 長角扁谷盜成蟲經電子束輻照后的存活率/%

注：數值為3個重復平均值±標準差，同列數據后相同小寫字母表示在5%水平上差異不顯著，下同。

從表1可以看出，隨著電子束輻照劑量的升高，害蟲成蟲的存活率均呈下降趨勢。輻照后第6天害蟲成蟲的存活率下降程度較小，800 Gy以下各劑量(包括對照)處理害蟲成蟲的存活率之間差異均不顯著(P<0.05)；第12天時，各劑量輻照處理害蟲成蟲的存活率與對照組相比差異均顯著(P<0.05)，150 Gy及以上劑量輻照的成蟲存活率均降至10%以下，600～1 000 Gy劑量輻照的成蟲均全部死亡；輻照18 d以后的觀察結果，各劑量輻照處理害蟲成蟲均全部死亡，對照組存活率則均在90%以上。

束輻照后害蟲不會立即死亡，而是經過一定的時間后才死亡，輻照劑量越高，種群滅絕所需時間越短。這是由于輻照可造成害蟲細胞核DNA損傷，輻照劑量越高損傷越嚴重。電子束輻照殺蟲機理主要是通過損傷的積累來殺死害蟲細胞，細胞死亡數量達到一定程度導致蟲體死亡。

2.2 長角扁谷盜、銹赤扁谷盜和土耳其扁谷盜成蟲對電子束輻照敏感性差異

根據輻照后培養12 d的長角扁谷盜、銹赤扁谷盜和土耳其扁谷盜成蟲的存活率，計算出成蟲的死亡率，按式(1)進行校正后，利用DPS數據處理軟件進行劑量—死亡率模型分析，得到輻照劑量與死亡率的線性回歸方程，再通過DPS數據處理系統致死劑量比率測定方法來檢驗磷化氫抗性品系和敏感品系赤擬谷盜在致死劑量方面的差異。處理結果如表2所示。回歸方程F值的顯著水平P分別為0.000 9、0.003 9、0.000 9，均小于 0.05，表明所得到的回歸方程是合適的。通過比較分析輻照后12 d的LD50和LD99可以判斷這3種害蟲對電子束輻照的敏感性大小存在差異，但是它們兩兩之間的LD50及LD99比率的95%置信區間分別為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，表明它們對電子束輻照的敏感性差異不顯著。

表2 長角扁谷盜、銹赤扁谷盜和土耳其扁谷

注：a：長角扁谷盜，b：銹赤扁谷盜，c：土耳其扁谷盜；若2種害蟲致死劑量(LD)的比率95%置信區間包含1，則LD之間的差異不顯著。

2.3 電子束輻照對小麥粉面團流變學特性的影響

電子束輻照后小麥粉面團的流變學特性變化情況如表3所示。由表3可知，電子束輻照對小麥粉面團的吸水量影響不顯著(P>0.05)，但對粉質特性和拉伸特性影響顯著(P<0.05)。粉質特性方面，當輻照劑量為3 000、5 000 Gy時，小麥的面團形成時間、穩定時間較未輻照組明顯縮短(P<0.05)，而1 000、2 000 Gy劑量組與未輻照組間差異不顯著(P>0.05)；輻照劑量≥2 000 Gy時，面團弱化度顯著提高(P<0.05)，面團筋力明顯下降。拉伸特性方面，1 000 Gy輻照組面團有最大拉伸阻力，拉伸能量最大，表明其面團彈性最好，面團筋力最強，因而發酵時的持氣能力最強；2 000 Gy輻照組面團的最大拉伸阻力、拉伸能量僅次于1 000 Gy輻照組，而其拉伸比值最大，說明其筋力較強，延伸性相對較小；而3 000、5 000 Gy輻照組最大拉伸阻力、拉伸能量、拉伸比值均略低于未輻照組，面團筋力、延伸性下降。這些表明，經≥3 000 Gy輻照后，小麥粉面團中麥谷蛋白的網絡結構受到了一定程度的破壞，而1 000 Gy輻照劑量對小麥粉面團中麥谷蛋白網絡結構無不利影響。

2.4 電子束輻照對小麥粉面筋質量的影響

小麥粉品質主要取決于面筋的含量和質量，對加工食品品質至關重要。由表4可知，電子束輻照對小麥的濕面筋含量、出粉率無明顯影響(P>0.05)，但沉淀值、降落數值(P<0.05)均隨著輻照劑量的增加而下降，輻照組間小麥粉沉淀值差異不明顯(P>0.05)。這表明輻照可降低小麥的烘烤品質和面團發酵能力，且面團發酵能力隨輻照劑量的增加而明顯下降。

表3 電子束輻照對小麥粉面團流變學特性的影響

SDS-沉淀值可反映出小麥粉中蛋白質在質量和含量方面的差異，與小麥的烘烤品質密切相關。本試驗中，小麥粉的沉淀值隨著電子束輻照劑量的增加而下降，輻照組與未輻照組間差異顯著(P<0.05)，但各輻照劑量組間的差異不顯著(P>0.05)。這表明電子束輻照可能影響小麥粉中蛋白質的組成，但這一點仍有待于進行蛋白亞基組分分析來加以證實。小麥粉的降落數值隨著輻照劑量的增加而明顯下降(P<0.05)，這可能因為α-淀粉酶的活性下降和/或小麥淀粉分子對α-淀粉酶的反應敏感性降低所致。

表4 電子束輻照對小麥粉面筋質量的影響

3 結論

儲糧害蟲各個蟲態對輻照的敏感性高低順序為：卵>幼蟲>蛹>成蟲[25，33]。因此，本試驗以3種扁甲科儲糧害蟲成蟲為研究對象。研究結果表明，電子束輻照處理對長角扁谷盜、銹赤扁谷盜和土耳其扁谷盜成蟲存活率的影響規律相同。隨著電子束輻照劑量的升高，3種成蟲的存活率均逐漸下降，輻照劑量越高，種群滅絕的高峰期越靠前。長角扁谷盜、銹赤扁谷盜和土耳其扁谷盜成蟲對電子束的敏感性存在差異，但差異不顯著。100 Gy的輻照劑量可使這3種害蟲成蟲在18 d全部死亡。0～5 000 Gy劑量輻照不影響小麥的出粉率、濕面筋含量，但面團的流變學特性變化明顯。1 000 Gy輻照時，面團彈性、面團筋力及發酵時面團的持氣能力得到明顯增強；3 000 Gy及以上劑量輻照時，小麥粉的面團彈性、面團筋力略低于未輻照組，但面團形成時間和耐攪拌性明顯下降。

電子束輻照防治小麥中3種扁甲科害蟲的適宜劑量為100～2 000 Gy。然而，本試驗中試蟲量較小，在實際應用中還需開展大量驗證試驗來印證此輻照劑量的可靠性，另外電子束輻照對糧食品質的影響也需深入研究。

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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

國家公益性行業(農業)科研專項(201103007)，河南省創新型科技人才隊伍建設工程(豫科人事[2009]2號)，鄭州市農產品質量安全輻照控制科技創新團隊(鄭科計[2014]2號)，河南省重點科技攻關計劃(122102110056、132102110153)

2014-07-22

郭東權，男，1980年出生，助理研究員，食品輻照加工技術應用及天然產物輻射改性

陳云堂，男，1963年出生，研究員，農產品及食品輻照加工