惰性粉對嗜卷書虱的致死效果及機理研究

劉陽星月 賈 浩 楊二妹 劉孟宜 李慧靜

(河北農業(yè)大學食品科技學院，保定 071000)

嗜卷書虱是書虱屬昆蟲中，最為常見的種類之一。嗜卷書虱營孤雌生殖，繁殖能力很強，在溫暖潮濕的環(huán)境中，種群的增長速率很快。食性很雜，主要嚙食粉屑和淀粉糊類物質，在小麥、水稻等谷物類糧食上發(fā)生嚴重，書虱大量聚集會導致糧食重量減輕、發(fā)熱、結露甚至霉變，并以其排泄物、尸體等污染糧食。嗜卷書虱體型微小，具有極強的隱蔽性，只有當其種群繁殖至一定規(guī)模或者在適宜的條件下爆發(fā)時，才會被注意[1, 2]。李娜等[3]在河北省張家口、石家莊、邯鄲、秦皇島等4 個地級市糧食倉儲企業(yè)、糧油與飼料加工企業(yè)等糧食場所進行了儲糧蟲螨的采集、種類鑒定工作，結果發(fā)現嗜卷書虱的發(fā)生頻率極高，在所調研的各地糧食加工企業(yè)和糧庫均有發(fā)現，因此本研究針對嗜卷書虱進行研究。

目前，對嗜卷書虱的防治主要有機械通風[1]、電子束輻照[4]等物理方法，利用天敵防治[5]、植物精油趨避[6,7]等生物防治方法，溴甲烷、磷化氫、氯化苦熏蒸等化學防治方法[8]，但書虱的防治非常困難，無論是藥劑熏蒸、氣調處理還是生物防治，都很難徹底殺死糧庫中的書虱。長期以來，在運用各種技術手段防治書虱時，由于用藥不當、成本控制、日常管理不嚴細等因素，導致防治效果不理想，書虱甚至產生了抗性[1]。

惰性粉是一大類物理化學性質穩(wěn)定的粉狀物質，不會在自然界中引起化學反應[9]，多指礦物質粉，如滑石粉、蒙脫石、高嶺土、硅藻土、沸石粉、草木灰、礱糠灰等，在防治農業(yè)害蟲的應用上歷史悠久，作為非化學防治的一種有效手段，可有效防治赤擬谷盜、雜擬谷盜、米象、玉米象、谷蠹、鋸谷盜、銹赤扁谷盜等鞘翅目害蟲以及書虱和螨類害蟲，顯示出良好的應用前景[10, 11]。姚英娟等[12]采用拌糧法測定了硅藻土單劑及6種混配劑對嗜卷書虱的防治效果，研究發(fā)現，硅藻土+0.4%天惠蟲清EC的組合效果最好，處理24 h后，致死率即達到100%。目前對于惰性粉(主要指硅藻土)的殺蟲機理，較為公認的假說為粉粒磨損害蟲節(jié)間膜并快速吸附體液，使昆蟲喪失行動能力“失血”過多而死亡[13]。

目前，對惰性粉殺蟲的研究主要是針對惰性粉對儲糧害蟲的防治效果，而從材料學角度分析惰性粉的各項性質在殺蟲過程中起到的作用卻很少，所以本研究采用拌糧法用硅藻土、沸石粉、蒙脫石、高嶺土四種惰性粉處理嗜卷書虱，并對惰性粉的性質進行檢測，研究其對嗜卷書虱的致死效果及不同惰性粉殺蟲效果存在差異的原因。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

嗜卷書虱為北京品系，由國家糧食和物資儲備局科學研究院昌平中試基地提供；硅藻土、沸石粉、蒙脫石、高嶺土均為食品級；啤酒酵母粉、聚四氟乙烯。

1.2 儀器與設備

HWS-150B程控恒溫恒濕箱，AK-4008搖擺式中藥粉碎機，101-2A電熱鼓風干燥箱，BXM-30R立式壓力蒸汽滅菌器，D8 ADVANCE型X射線衍射儀，su8020型掃描電鏡，ASAP 2460型物理吸附儀。

1.3 方法

1.3.1 飼料準備

小麥洗凈，80 ℃烘干2 h，烘后的小麥調節(jié)水分至(12.0±0.5)%，粉碎得到全麥粉，過80 目篩，置于冰箱中冷凍保存?zhèn)溆茫慈湻邸媒湍?10∶1的比例混合均勻，用于培養(yǎng)嗜卷書虱；調節(jié)水分至(12.0±0.5)%的小麥用于拌糧法試驗。

1.3.2 試蟲的培養(yǎng)

嗜卷書虱在(28±2) ℃、(70±5)%RH的條件下培養(yǎng)，選取7～14 d蟲齡的成蟲用于實驗。

1.3.3 藥劑拌糧法

罐頭瓶(容積350 mL)洗凈、烘干，105 ℃滅菌15 min，在距瓶底2/3處的內壁上涂一層聚四氟乙烯，置于烘箱中60 ℃、30 min烘干。稱取99.5 g調整好水分的小麥和0.5 g同水分的碎麥置于準備好的罐頭瓶中，稱取實驗劑量的惰性粉放入裝有小麥的罐頭瓶里，用保鮮膜密封好，手持瓶子搖晃5 min，待懸浮藥劑完全沉淀下來即可得到混合均勻的惰性粉殺蟲劑混糧，每個劑量設3 個重復。每瓶混糧中放入20 頭試蟲，用濾紙密封瓶口，置于(28±1) ℃，(65±5)%RH條件下處理。在第7、14、21 d將混糧輕輕倒入托盤中，用毛筆小心撥開檢查試蟲死亡情況，記錄結果。

1.3.4 惰性粉的XRD檢測

使用D8 ADVANCE型X射線衍射儀測試惰性粉的XRD譜，管電流40 mA，管電壓 40 kV，Cu靶(λ=0.154 06 nm)，2θ角范圍：5°～90°，掃描速率：6(°)/min，掃描步長：0.02°。

1.3.5 惰性粉的SEM檢測

使用su8020型掃描電鏡觀察并拍照，工作電壓設定為3.0 kV。

1.3.6 惰性粉的BET檢測

使用ASAP 2460型物理吸附儀檢測惰性粉的比表面積和孔徑分布，檢測氣氛為N2，脫氣溫度為200 ℃，脫氣時間為6 h。

1.4 數據統(tǒng)計與分析

利用IBM SPSS Statistics 22統(tǒng)計軟件進行數據處理和方差分析，選用Duncan檢驗比較多組實驗數據之間的差異，顯著性水平為P<0.05。采用軟件Origin9作圖。

2 結果與分析

2.1 不同惰性粉濃度對嗜卷書虱的致死效果

不同濃度惰性粉對嗜卷書虱的作用效果如圖1所示。當處理時間為7 d時，相比于其他幾種惰性粉，沸石粉的作用效果最好，在處理濃度為1 000mg/kg時，校正死亡率即達到了76.32%。高嶺土的作用效果也較好，在處理濃度為1 000 mg/kg時，校正死亡率達到了47.37%。4種惰性粉在較高的處理濃度時，不同濃度之間均無顯著差異，考慮這與小麥籽粒上吸附粉末的量達到一定限度后就不會再增加有關，不同惰性粉間趨勢并不完全相同，這也與不同惰性粉的性質不同有關。而沸石粉的作用效果明顯比其他幾種惰性粉更好，說明嗜卷書虱對沸石粉的作用更加敏感。

當處理時間為14 d時，沸石粉為1 200、1 600 mg/kg時，嗜卷書虱的校正死亡率均達到87.88%，與1 000 mg/kg的作用效果無顯著差異。高嶺土的作用效果隨著濃度的增加呈現出了不斷增加的趨勢，在1 600 mg/kg時，嗜卷書虱的校正死亡率達到了92.11%。蒙脫石為1 400 mg/kg時，嗜卷書虱的校正死亡率達到最高為84.85%。硅藻土不同處理濃度對嗜卷書虱的作用效果無顯著差異。隨著處理時間延長到14 d，4種惰性粉的作用效果差別不大，但考慮到實際應用時，惰性粉在小麥上是施用量越低越好，所以考慮低濃度的結果，沸石粉的效果仍是4種惰性粉中最好的。

當處理時間為21 d時，隨著處理時間的延長，幾種惰性粉的處理效果都有所提高。當沸石粉濃度達到1 200、1 600 mg/kg時，嗜卷書虱的校正死亡率達到96.30%，1 000 mg/kg的處理效果與1 200、1 600 mg/kg的無顯著差異。當高嶺土濃度為1 600 mg/kg時，校正死亡率達到100%，與1 200 mg/kg的作用效果無顯著差異。當蒙脫石濃度達到1 400、1 600 mg/kg時，嗜卷書虱的校正死亡率達到92.59%。當硅藻土濃度達到1 600 mg/kg時，嗜卷書虱的校正死亡率達到84.85%，但與其它濃度的作用效果無顯著差異。

2.2 不同惰性粉粒徑對嗜卷書虱的致死效果

不同粒徑的硅藻土、沸石粉、蒙脫石、高嶺土對嗜卷書虱的作用效果如圖2所示。處理時間為7 d時，硅藻土、沸石粉和蒙脫石在所測粒徑水平對嗜卷書虱的作用效果無顯著差異。100 目高嶺土的作用效果顯著優(yōu)于400 目的，與200 目的作用效果無顯著差異。處理時間為14 d和21 d時，四種惰性粉在所測粒徑水平對嗜卷書虱的作用效果均無顯著差異。

2.3 惰性粉的XRD檢測

四種惰性粉XRD檢測結果如圖3所示。進行數據分析后得到各惰性粉的成分及含量如表1所示。

表1 惰性粉的成分及含量

沸石粉與硅藻土成分接近，大部分都為方石英，而差別在于沸石粉中含有無水芒硝即硫酸鈉，硫酸鈉暴露于空氣中易吸水，具有很強的吸濕性。因而從組成上來說，沸石粉具有更強的吸水性，而嗜卷書虱蟲體含水量約為90%[14]，主要由水構成，這也就能從一方面解釋相比于硅藻土，沸石粉對嗜卷書虱的致死效果更好的原因了。

惰性粉對試蟲表皮和節(jié)間膜的磨損作用也很重要，粉粒的研磨作用與其化學成分、微觀結構和硬度等有關[15]。4種惰性粉的主要成分硬度：剛玉[16]>石英[17]≥方石英[18]>蒙脫石>伊利石[19]，推測4種惰性粉的硬度：高嶺土>硅藻土≥沸石粉>蒙脫石，由此可以發(fā)現，蒙脫石的硬度最低，而這可能是蒙脫石殺蟲效果不是很好的原因所在。

2.4 惰性粉的SEM檢測

4種惰性粉的形貌如圖4所示。硅藻土主要是由圓盤和圓盤崩解后生成的不規(guī)則碎片構成，圓盤的周邊結構致密板結，基本沒有微孔，而在扁形圓盤的上部和底部，有許多的微孔。沸石粉由圓盤狀和不規(guī)則塊狀物質組成，圓盤上部和底部有少量微孔，不規(guī)則塊狀顆粒上有較大的孔隙。硅藻土與沸石粉有著相似的圓盤結構，但沸石粉對嗜卷書虱的致死效果更好，這可能與沸石粉中的不規(guī)則顆粒有關，規(guī)則的圓盤狀顆粒的殺蟲能力較弱[20]。蒙脫石由具有片層結構的大小不一的顆粒組成，不同片層交疊在一起。高嶺土由表面光滑和表面粗糙不同的顆粒構成，表面光滑的顆粒有棱角，不圓滑，粗糙的顆粒表面凹凸不平，具有較大孔洞。相對片層結構為主的蒙脫石而言，高嶺土對嗜卷書虱的致死效果也較好，其中尖銳的顆粒可以更好地起到對試蟲表皮及節(jié)間膜的磨損作用，而表面粗糙具有孔洞的顆粒起到吸附試蟲體液的作用，兩者協作使高嶺土具有較好的殺蟲作用。

圖4 惰性粉的掃描電鏡圖

2.5 惰性粉的BET檢測

目前，較為公認的惰性粉(主要指硅藻土)殺蟲機理為粉粒磨損害蟲節(jié)間膜并快速吸附體液，使昆蟲喪失行動能力“失血”過多而死亡[13]，因此，惰性粉的吸附能力對殺蟲效果有很大影響，而吸附能力的大小與惰性粉的比表面積、孔容積和微孔結構等性質有關[21]。因此，本研究以氮氣為吸附質，采用BET真空吸附法對惰性粉進行檢測，四種惰性粉的吸附等溫曲線如圖5所示。對吸附等溫線進行分析計算得到了四種惰性粉的比表面積、總孔容、微孔孔容和平均孔徑，如表2所示。

圖5 惰性粉的吸附等溫曲線

表2 惰性粉的比表面積及孔的性質

硅藻土、沸石粉和高嶺土的吸附等溫線均屬于Ⅲ型等溫線，等溫線下凹，且沒有拐點。吸附氣體量隨組分分壓增加而上升[22]。吸附等溫線與脫附等溫線基本重合，滯后現象不明顯，說明其孔結構屬于一端封閉的圓柱形或平行板形孔，與掃描電鏡圖片相符。

蒙脫石的吸附量隨氮氣相對壓力的升高呈逐漸增加的趨勢，當相對壓力接近1時，顆粒的吸附量急劇增加，這種趨勢屬于Ⅱ型等溫線[23]，反映非孔性或者大孔吸附劑上典型的物理吸附過程。由于吸附質與表面存在較強的相互作用，在較低的相對壓力下吸附量迅速上升，曲線上凸。

沸石粉和蒙脫石的吸附等溫線都具有H3型回滯環(huán)，反映的孔包括平板狹縫結構、裂縫和楔形結構等，沒有明顯的飽和吸附平臺，表明孔結構很不規(guī)整[22]。

與其他幾種惰性粉相比，蒙脫石的比表面積、總孔容和微孔孔容都是四種惰性粉中最大的，但平均孔徑較小。沸石粉的比表面積、總孔容和微孔孔容與硅藻土相近，但平均孔徑更大。高嶺土的比表面積、總孔容和微孔孔容都是四種惰性粉中最小的，而平均孔徑是最大的。惰性粉的平均孔徑大，吸附速率較快[20]，這可能是沸石粉和高嶺土對嗜卷書虱致死效果更好的原因之一。惰性粉對試蟲表面蠟質層的吸附作用受很多因素影響，如惰性粉的pH、試蟲表皮黏膠層和蠟層的成分及其分子質量大小等，是各種因素共同作用的結果[20]，需要進行更多的檢測來綜合分析。

3 結論

研究了不同惰性粉濃度和粒徑對嗜卷書虱的致死效果，結果表明，與其他3種惰性粉相比，沸石粉對嗜卷書虱的致死效果最好，處理時間為7 d時，在處理濃度為1 000 mg/kg條件下，校正死亡率即達到了76.32%。而在所研究的粒徑范圍內，不同粒徑對嗜卷書虱的作用除在處理7 d時，100 目高嶺土的作用效果顯著優(yōu)于400 目的外，其他處理間并沒有顯著差異。

惰性粉的成分、形貌、比表面積、表面孔徑等性質均會對殺蟲效果造成影響，圓盤狀的顆粒不具有良好的殺蟲能力，平均孔徑大的粉劑對嗜卷書虱的致死效果更好。惰性粉對試蟲的致死效果是多種因素綜合作用的結果，因此，本研究團隊后期會繼續(xù)對惰性粉的硬度、pH和粒徑分布，試蟲表皮成分等進行研究，以進一步解釋不同惰性粉間殺蟲效果存在差異的原因，為選擇或改性出殺蟲效果更好的惰性粉提供參考。