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      感染隱蔽性害蟲玉米象的稻谷、糙米和大米微環(huán)境中二氧化碳濃度變化

      2024-11-03 00:00:00劉秭一王殿軒馬雪李夢唐培安
      植物保護 2024年5期

      摘要糧食中隱蔽性害蟲早檢早治可更好地避免糧食損失,明確糧堆中因害蟲代謝產(chǎn)生的二氧化碳與稻米中隱蔽性害蟲感染度的關系有助于隱蔽害蟲快速檢測。本研究分別以內(nèi)含玉米象卵、1齡幼蟲、2齡幼蟲、3齡幼蟲、蛹和粒內(nèi)成蟲的稻谷、糙米和大米按0、5、10頭/kg和20頭/kg密度混于無蟲稻谷、糙米和大米中檢測其中二氧化碳濃度。24 h時,無蟲糧二氧化碳濃度僅為0.04%,含5、10頭/kg和20頭/kg卵和1齡幼蟲的稻谷、糙米和大米中二氧化碳濃度為0.042%~0.055%;含2齡幼蟲相應密度稻谷中二氧化碳濃度為0.127%、0.246%和0.425%,糙米中為0.145%、0.234%和0.483%,大米中為0.134%、0.246%和0.438%;含3齡幼蟲相應密度稻谷中二氧化碳濃度為0.292%、0.425%和0.677%,糙米中為0.303%、0.482%和0.670%,大米中為0.292%、0.463%和0.668%;含蛹相應密度稻谷中二氧化碳濃度為0.095%、0.237%和0.381%,糙米中為0.082%、0.223%、0.430%,大米中為0.096%、0.235%和0.385%;含羽化成蟲相應密度下稻谷中二氧化碳濃度為0.125%、0.215%、0.494%,糙米中為0.151%、0.235%、0.557%,大米中為0.131%、0.221%、0.503%。結(jié)果表明,稻谷、糙米和大米感染隱蔽蟲態(tài)的玉米象24 h,環(huán)境二氧化碳濃度在0.15%以下為輕度感染(除蛹期外,此時玉米象多處于卵、1齡幼蟲以及密度5頭/kg及以下的2齡幼蟲,為害蟲發(fā)生初期或低密度感染狀態(tài)),濃度為0.2%~0.4%時為中度感染(此時玉米象多處于2齡幼蟲期,蟲口密度10頭/kg左右),濃度達0.55%以上時為嚴重感染(此時玉米象多處于3齡幼蟲期,蟲口密度20頭/kg左右)。中度和嚴重感染時可在12 h檢測到其顯著變化。比較結(jié)果顯示,糙米最容易被隱蔽的玉米象取食并產(chǎn)生較多氣體,其次為大米和稻谷。

      關鍵詞稻谷;糙米;大米;玉米象;隱蔽蟲態(tài);二氧化碳濃度

      中圖分類號:S 379.5; TS 210.1文獻標識碼:ADOI:10.16688/j.zwbh.2023518Variation of carbon dioxide concentration in the microenvironment

      of paddy rice, brown rice, and milled rice infested by hidden pest,

      Sitophilus zeamais MostchulskyLIU Ziyi1,WANG Dianxuan1*,MA Xue1,LI Meng1,TANG Peian2(1. National Grain Industry (Storage Insect Pest Control) Technology Innovation Center, National

      Engineering Research Center of Grain Storage and Logistics, School of Food and Strategic Reserves,

      Henan University of Technology, Zhengzhou450001, China; 2. Jiangsu Collaborative

      Innovation Center of Modern Grain Circulation and Safety, Nanjing210023, China)AbstractEarly detection and treatment of hidden insect pests in grain can prevent grain losses. Understanding the relationship between carbon dioxide produced by the metabolism of pests in hidden life stages and infestation levels in cereals is helpful for rapid detection. Paddy rice, brown rice, and milled rice containing Sitophilus zeamais Mostchulsky eggs, first instar larvae, second instar larvae, third instar larvae, pupae, and adults in kernels mixed into insect-free paddy rice, brown rice, and milled rice at densities of 0, 5, 10, ZvAMiiYgLIsh6+1u5E7EWEV5FBnvPFi6SkqxKF1us3M=and 20 larvae per kilogram of grain were measured for carbon dioxide concentration. The carbon dioxide concentration in insect-free cereal bulk was only 0.04%. In the stored microenviroment of paddy rice, brown rice, and milled rice containing S.zeamais at densities of 5, 10, and 20 larvae per kilogram of cereals, the carbon dioxide concentration ranged from 0.042% to 0.055% for eggs and first instar larvae infestation. For second instar larvae infestation corresponded to 5, 10, and 20 larvae per kilogram of cereals, the carbon dioxide concentrations were 0.127%, 0.246%, and 0.425% in paddy rice; 0.145%, 0.234%, and 0.483% in brown rice; and 0.134%, 0.246%, and 0.438% in milled rice, respectively. For third instar larvae infestation, carbon dioxide concentrations were 0.292%, 0.425%, and 0.677% in paddy rice; 0.303%, 0.482%, and 0.670% in brown rice; and 0.292%, 0.463%, and 0.668% in milled rice. For pupa infestation, the carbon dioxide concentrations were 0.095%, 0.237%, and 0.381% in paddy rice; 0.082%, 0.223%, and 0.430% in brown rice; and 0.096%, 0.235%, and 0.385% in milled rice. For adult infestation in kernels, carbon dioxide concentrations were 0.125%, 0.215%, and 0.494% in paddy rice; 0.151%, 0.235%, and 0.557% in brown rice; and 0.131%, 0.221%, and 0.503% in milled rice. The results indicate that when paddy rice, brown rice, and milled rice were infested by S.zeamais, carbon dioxide concentrations can be detected within 24 h, and concentrations below 0.15% correspond to light infestations of immature stages (excluding pupal stage), concentrations between 0.2% and 0.4% resulted in moderate infestation (corresponding to second instar larvae, 10 larvae per kilogram cereals), and concentrations exceeding 0.55% caused heavy infestations (corresponding to third instar larvae stage, 20 larvae per kilogram rice). Significant changes can also be detected in moderate and heavy infestations within 12 h. Brown rice was found to be the most susceptible to S.zeamais larvae, with higher carbon dioxide production, followed by milled rice and paddy rice.

      Key wordspaddy rice;brown rice;milled rice;Sitophilus zeamais;hidden insect stages;carbon dioxide concentration

      糧食儲藏中減少蟲害損失是國家糧食安全的重要組成部分。原糧儲藏中首先易于感染的是蛀食性或前期性害蟲,如代表性的玉米象Sitophilus zeamais Mostchulsky、米象Sitophilus oryzae Schoenherr等,這些害蟲可在田間感染成熟糧粒,而后進入流通與儲藏環(huán)節(jié),期間其子代成蟲羽化鉆出糧粒前的各階段均隱蔽于糧粒內(nèi),并行相應為害。通常待成蟲羽化出糧粒后,對糧粒造成的危害已相當嚴重。常規(guī)的檢測糧食中成蟲或活動性蟲態(tài)的方法與措施難以檢測到糧粒內(nèi)部的隱蔽性害蟲[12]。玉米象卵于糧粒內(nèi)孵化出幼蟲,發(fā)育為蛹,羽化為成蟲并蛀出糧粒后,整個糧粒幾乎被蛀食一空,因此,玉米象在我國有“頭號儲糧害蟲”之稱。適時檢測糧粒內(nèi)隱蔽害蟲,及時進行防治,可更好地減少糧食損失[35]。現(xiàn)行GB/T29890糧油儲藏技術規(guī)范中玉米象被列為主要儲糧害蟲,在檢測方法中推薦了GB/T24534.4谷物與豆類隱蔽性昆蟲感染的測定 第4部分:快速方法[6]來檢測玉米象類隱蔽性害蟲。該方法采用了國際標準ISO6639.4的推薦方法[7],包括二氧化碳測定法[8]、茚三酮法、整粒糧漂浮法[9]、聲音測定法[1011]、X射線法[12]。這些方法的研究和報道也說明其存在不夠簡便、不夠快速、經(jīng)濟性不足等缺點,因此其在國內(nèi)未能得到實際推廣應用。在GB/T24534.4或ISO6639.4推薦的二氧化碳氣體檢測法中,檢測二氧化碳濃度推薦的是采用較為復雜的玻璃儀器的化學試劑法定量分析和價格較高的近紅外分析電位記錄儀法,也提出了二氧化碳氣體濃度與害蟲感染度的關系[67]。50卷第5期劉秭一等:感染隱蔽性害蟲玉米象的稻谷、糙米和大米微環(huán)境中二氧化碳濃度變化2024在一定密閉條件下,糧粒中隱蔽害蟲的不同感染密度、不同發(fā)育階段、感染時間、糧食品種與狀態(tài)等與二氧化碳氣體濃度高低與變化的關系影響到該方法的應用,關于稻谷及其加工產(chǎn)品與隱蔽性害蟲感染程度的關系缺乏報道。相較于ISO6639.4方法中的化學檢測分析,二氧化碳檢測儀在便攜性、成本和操作方面具有顯著優(yōu)勢。近年來,二氧化碳氣體檢測儀在檢測精度和經(jīng)濟性方面也有了顯著提升[13],使得該設備在檢測微環(huán)境中隱蔽害蟲發(fā)生具有一定的可行性[1415]。一般認為稻谷、糙米、大米儲藏特性不同,害蟲感染度和發(fā)生為害程度也會不同,尤其是沒有了外殼的保護,稻谷胚芽胚乳裸露后更容易受到害蟲侵害[1617]。糙米受到害蟲感染蛀食后,其品質(zhì)會受到嚴重影響[18],儲糧感染害蟲30 d后,其脂肪酸值等相關儲藏品質(zhì)指標會明顯下降[1920]。大米是糙米經(jīng)過研磨打磨后的產(chǎn)品,更容易被害蟲侵害[21],其中玉米象的發(fā)生率最高[2223]。目前尚缺乏不同蟲態(tài)與感染程度下隱蔽性害蟲對稻谷、糙米和大米為害程度的比較,更缺少不同密度、蟲態(tài)時害蟲發(fā)生與確定時間內(nèi)二氧化碳濃度變化關系的研究,這些也影響著通過檢測二氧化碳氣體濃度確定隱蔽性害蟲為害程度方法的推廣應用。本文參考GB/T24534.4和ISO6639.4推薦的二氧化碳氣體檢測法中的微環(huán)境處置方法,分別采用不同發(fā)育階段的玉米象感染稻谷、糙米、大米,使之成為感染糧粒,再以不同密度混合于稻谷樣品中,采用循環(huán)取樣法使用二氧化碳檢測儀檢測微環(huán)境中二氧化碳濃度的變化,以期為利用二氧化碳檢測儀作為一種方便快速檢測糧食中隱蔽性害蟲的有效方法提供參考。

      1材料與方法

      1.1供試玉米象和稻谷

      試驗所用玉米象種群采自于河南省鄭州某糧庫,在河南工業(yè)大學儲藏物昆蟲研究室以潔凈小麥在(28±1)℃、(70±5)% RH條件下培養(yǎng)。

      將當年收獲的稻谷(品種為‘信粳1787’,水分含量13%)在4℃存儲2個月,使其中無活蟲。之后,在防止害蟲感染條件下在室溫平衡溫度。用THU35-CT型日本佐竹實驗礱谷機脫殼得試驗用糙米,再用TM05-C型試驗碾米機將部分前述糙米碾為試驗用大米。

      1.2含不同蟲期玉米象的稻谷、糙米和大米的準備

      將羽化2周的玉米象成蟲以5 000頭/kg密度接入前述籽粒完整稻谷、糙米和大米中,24 h后移出成蟲,得內(nèi)含玉米象卵的相應糧粒。用染色法確認糧粒帶有蟲卵[24],再將帶卵糧粒在28℃、(70±5)% RH條件下培養(yǎng)不同時間[8],分別于7、14、21、28 d和35 d時得到分別處于卵期、1齡幼蟲、2齡幼蟲、3齡幼蟲、蛹和羽化在糧粒內(nèi)成蟲的糧粒[15]。

      1.3玉米象不同發(fā)育時期鑒定

      將成蟲產(chǎn)卵1 d后的稻谷、糙米和大米使用高錳酸鉀溶液染色[24]。將待測糧粒用紗布包住,放入溶液中浸泡30~60 s,撈出后放入清水中清洗并擦干,放在顯微鏡下觀察表面是否有黑褐色卵斑,將帶有卵斑的糧粒收集到一起,分別培養(yǎng)7、14、21、28 d和35 d至不同齡期,取樣并使用手術刀進行剖粒操作,觀察內(nèi)部是否有蟲存在并確定其齡期,確認采用上述方法帶蟲糧粒的染蟲率達到95%以上。

      1.4含不同蟲期和密度的糧粒微環(huán)境中二氧化碳濃度檢測分別將前述含不同蟲期玉米象的稻谷、糙米和大米各以0、5、10、20頭/kg的蟲口密度對應混入完整無蟲的稻谷、糙米和大米中,再各自裝于容量750 mL的大口玻璃瓶中,裝至滿瓶。大口瓶底直徑80 mm,瓶口直徑100 mm,高140 mm。樣品瓶用橡膠蓋密封,蓋中配置直徑5 mm測氣管,測氣管用截止夾控制測氣、密閉和連接狀態(tài)。裝置置于30℃環(huán)境中檢測不同時間二氧化碳濃度(圖1)。樣品瓶測試狀態(tài)下的正壓500 Pa的壓力半衰期大于5 min。以上每處理設3個重復。

      樣品分別放置12 h和24 h檢測其中二氧化碳氣體濃度。檢測時用測氣軟管和固定套管密閉連接二氧化碳氣體檢測儀出入氣口和樣品瓶測氣管,形成循環(huán)取樣氣體回路(圖1)。二氧化碳檢測儀型號為MS-400,量程0~30 000 mL/m3,氣體流量為500 mL/min,響應時間為30 s。

      1.5數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

      數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2010進行統(tǒng)計,用IBM SPSS Statistics 20軟件進行單因素方差分析、獨立樣本t檢驗和Duncan氏新復極差法進行多重比較分析。

      2結(jié)果與分析

      2.1稻谷、糙米和大米糧粒中玉米象代表蟲態(tài)的個體大小圖2顯示了玉米象感染稻谷、糙米和大米后不同時間解剖得到的1齡幼蟲、2齡幼蟲、3齡幼蟲、蛹及羽化且處于粒內(nèi)的成蟲圖片及個體大小測量數(shù)據(jù)。圖中可見玉米象不同齡期個體大小差異顯著,實際上其對應取食量也在增加,故而相應產(chǎn)生二氧化碳量也漸增。

      2.2含不同蟲期和密度玉米象的稻谷儲存環(huán)境中二氧化碳濃度表1顯示,無蟲樣品中二氧化碳濃度近0.4%,含不同密度卵和1齡幼蟲的稻谷儲存12 h時環(huán)境中二氧化碳濃度有顯著變化,但濃度較低。含20頭/kg 1齡幼蟲樣品中的二氧化碳濃度僅為0.048%。12 h時含2齡幼蟲5頭/kg的稻谷樣品中二氧化碳濃度達0.046%,10頭/kg和20頭/kg樣品中二氧化碳濃度升至0.117%和0.185%。12 h時含3齡幼蟲5、10、20頭/kg稻谷樣品中二氧化碳濃度升至0.166%、0.393%和0.622%。

      含2齡幼蟲稻谷中二氧化碳濃度大量增加,且蟲口密度對二氧化碳濃度變化影響顯著。含3齡幼蟲稻谷中因害蟲取食增加促使二氧化碳濃度增加,蟲口密度的影響更顯著。蛹期取食停止,因此,微環(huán)境中二氧化碳濃度變化不明顯,僅略大于卵期,明顯地小于含2齡幼蟲和3齡幼蟲的稻谷儲存環(huán)境。成蟲羽化暫存在于糧粒內(nèi)時對二氧化碳濃度的影響明顯,相應的二氧化碳濃度仍然低于含有3齡幼蟲的稻谷,這應與此時間的成蟲未必取食但其呼吸代謝量有所增加有關[15]。

      與儲藏12 h相比,含不同蟲態(tài)和密度的稻谷密封儲存24 h后,環(huán)境中二氧化碳濃度有所提高,帶有卵、1齡幼蟲和蛹的樣品中二氧化碳濃度增加幅度較小,帶有2齡幼蟲、3齡幼蟲和糧粒內(nèi)成蟲的樣品中二氧化碳濃度增幅較大,害蟲密度對二氧化碳濃度增加幅度影響更加顯著(表2)。

      2.3含不同蟲期和密度玉米象的糙米儲存環(huán)境中二氧化碳濃度表3顯示,與無蟲糙米樣品相比,含卵糙米儲藏12 h環(huán)境中二氧化碳濃度隨蟲口密度增加有顯著變化,但總體濃度較低。含1齡幼蟲糙米樣品中不同蟲口密度樣品間二氧化碳濃度差異顯著,最大蟲口密度20頭/kg樣品中二氧化碳濃度達0.049%。含2齡幼蟲5頭/kg糙米樣品儲藏12 h二氧化碳濃度即達0.079%,密度10頭/kg和20頭/kg糙米中二氧化碳濃度升高至0.134%和0.218%,含3齡幼蟲5、10、20頭/kg糙米中二氧化碳濃度達到0.216%、0.396%和0.485%。測試蟲口密度下,含玉米象2齡和3齡幼蟲的糙米環(huán)境中二氧化碳產(chǎn)生量均因蟲口密度增加而增大。3齡幼蟲導致微環(huán)境中二氧化碳濃度增加更為顯著,說明其對糙米的為害更重。

      與儲藏12 h相比,同樣情況下儲藏24 h含蟲糙米環(huán)境中二氧化碳濃度有所提高,同樣表現(xiàn)為卵期、1齡幼蟲和蛹期時二氧化碳濃度增幅較小。3齡幼蟲和粒內(nèi)成蟲導致的二氧化碳濃度增幅較大,害蟲密度對二氧化碳濃度變化影響顯著(表4)。

      2.4含不同蟲期和密度玉米象的大米儲存環(huán)境中二氧化碳濃度表5顯示,與無蟲大米相比,含蟲卵大米儲藏12 h二氧化碳濃度隨蟲口密度增加雖有顯著變化,但濃度較低。含1齡幼蟲大米樣品中二氧化碳濃度變化略明顯,蟲口密度20頭/kg時二氧化碳濃度為0.048%。含2齡幼蟲5、10頭/kg和20頭/kg的大米樣品中二氧化碳濃度為0.068%、0.115%和0.192%,二氧化碳濃度增加顯著。含3齡幼蟲5、10頭/kg和20頭/kg的大米中二氧化碳濃度增至0.176%、0.406%和0.602%,同樣情況下3齡幼蟲對大米的為害也較為嚴重。

      與儲藏12 h相比,同樣條件下含蟲大米儲存24 h后環(huán)境中二氧化碳濃度有所提高(表6),但含卵、1齡幼蟲和蛹的大米樣品中二氧化碳濃度增幅較小。含2齡、3齡幼蟲和粒內(nèi)成蟲的大米環(huán)境,檢測到的二氧化碳濃度顯著增加,且蟲口密度的影響也相應顯著。

      2.5玉米象感染的稻谷、糙米和大米中害蟲發(fā)育階段、密度與二氧化碳濃度變化比較圖3顯示,在糧粒內(nèi)1齡幼蟲取食代謝導致的稻谷、糙米和大米中二氧化碳濃度均處于0.5%以下的較低水平。稻谷、糙米和大米中含2齡、3齡幼蟲或成蟲5頭/kg及以上時,同條件下24 h檢測二氧化碳濃度(0.14%以上)顯著高于12 h的檢測結(jié)果。儲藏12 h檢測二氧化碳濃度達0.11%以上的包括2齡幼蟲10頭/kg以上、3齡幼蟲5頭/kg以上、成蟲5頭/kg以上等。在含相同害蟲蟲態(tài)和密度時,稻谷、糙米和大米樣品間的二氧化碳濃度差異相對較小,玉米象2齡幼蟲、3齡幼蟲和粒內(nèi)成蟲對糙米造成危害更大,其次為大米和稻谷。

      3結(jié)論與討論

      GB/T 24534.4 和ISO 6639.4將二氧化碳檢測法列為快速檢測谷物隱蔽性害蟲的有效方法之一[67]。該方法通過測量微環(huán)境中二氧化碳氣體的濃度判斷害蟲的感染程度,近紅外分析法則以二氧化碳氣體流量值判斷害蟲感染程度。已有報道表明,采用二氧化碳檢測儀循環(huán)取樣能夠成功檢測小麥中玉米象的發(fā)育階段和數(shù)量變化,如30℃時儲藏12 h和24 h都可以檢測到微環(huán)境中含有玉米象1齡、2齡、3齡幼蟲,蛹和成蟲時二氧化碳濃度的變化[15]。本試驗繼續(xù)探究了稻谷、糙米和大米含有玉米象隱蔽蟲態(tài)后微環(huán)境中的二氧化碳濃度變化,發(fā)現(xiàn)含玉米象卵、1齡幼蟲和蛹的微環(huán)境中,儲藏12 h和24 h二氧化碳濃度較低,含玉米象2齡、3齡幼蟲和粒內(nèi)成蟲樣品中,儲藏12 h和24 h時二氧化碳濃度變化顯著。二氧化碳檢測儀循環(huán)取樣法可快速、方便、經(jīng)濟地在12 h和24 h時檢測到稻谷、糙米和大米中玉米象2齡、3齡幼蟲和粒內(nèi)成蟲的感染,在24 h檢測到稻谷、糙米和大米中較高密度的玉米象1齡幼蟲和蛹。

      采用二氧化碳檢測儀循環(huán)取樣檢測與GB/T 24534.4方法相比,稻谷、糙米和大米含玉米象卵、1齡幼蟲、2齡幼蟲在5頭/kg蟲口密度下24 h檢測二氧化碳濃度在0.15%以下,此時為害蟲發(fā)生初期或低密度感染狀態(tài),可視為輕度感染。稻谷、糙米和大米中含有玉米象2齡幼蟲、粒內(nèi)成蟲(包括其中的蛹),在10頭/kg蟲口密度下,在24 h時檢測二氧化碳濃度達0.2%~0.4%,可視為中度感染。稻谷、糙米和大米中含有玉米象3齡幼蟲(包括蛹和粒內(nèi)成蟲),密度達到20頭/kg時,在24 h檢測二氧化碳濃度達0.55%以上,可視為嚴重感染。在中度和嚴重感染情況下,在儲藏12 h時檢測二氧化碳濃度可更加快速判定稻谷、糙米和大米中的玉米象感染。從二氧化碳濃度變化量比較,玉米象為害最嚴重的是糙米,其次為大米和稻谷。

      本文的研究結(jié)果表明,二氧化碳循環(huán)取氣方法在優(yōu)化檢測時間、簡化操作流程等方面的潛力,從而為快速檢測糧食中隱蔽性害蟲提供了參考。

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      (責任編輯:楊明麗)

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