植物檢疫輻照處理的研究進展

程 瑜，張瑞峰，楊 菲，康芬芬，黃慶林，魏亞東

（天津市出入境檢驗檢疫局，天津300461）

隨著我國對外貿(mào)易的迅猛發(fā)展，進出境植物產(chǎn)品的種類和數(shù)量也快速增長，隨植物產(chǎn)品傳播有害生物的風險性也顯著提高。植物檢疫輻照技術作為一種新興的檢疫處理方法，與傳統(tǒng)的化學熏蒸處理以及冷、熱處理相比，具有處理速度快、不改變貨物溫度、環(huán)保安全以及無化學殘留等優(yōu)點，受到檢疫部門的重視，其在提高進出境植物產(chǎn)品安全和促進國際貿(mào)易中具有重要的作用。植物檢疫輻照是利用γ射線、電子束或X射線照射植物上攜帶的有害生物，使其死亡、不能成功發(fā)育、無力繁殖、滅活和失活，從而達到防止有害生物傳播、蔓延和擴散的目的[1-2]。常用輻照源有放射性同位素（60Co或137Cs）產(chǎn)生的γ射線、機械源產(chǎn)生的電子射線（最高10 MeV），或 X射線（最高7.5 MeV）[1]。每單位質(zhì)量的被照射物質(zhì)吸收的平均輻照能量，稱為吸收劑量，其國際計量單位為Gray（ Gy）（ 1 Gy相當于 1 kg的物質(zhì)吸收 1 J的能量）。大量研究表明，輻照處理技術是化學熏蒸的首選替代途徑和有效的補充，是21世紀最有前途的檢疫處理技術，擁有廣闊的應用前景和優(yōu)勢[3]。

1 植物檢疫輻照處理應用的發(fā)展和現(xiàn)狀

最早關于植物檢疫輻照處理的報道出現(xiàn)在1930年，Koidsumi建議使用X光對水果和蔬菜進行檢疫處理[3]。在此之后，科學家們進行了大量的檢疫輻照處理研究，為商業(yè)化運行提供了堅實的基礎。國際組織在推動輻照處理的應用和推廣上發(fā)揮了重要的作用。1970年，聯(lián)合國糧農(nóng)組織（FAO）和國際原子能機構（IAEA）經(jīng)過聯(lián)合評估后認識到，檢疫輻照處理可以作為一種有效的方法用于果蔬的檢疫處理[3]。1980年，世界衛(wèi)生組織（WTO），F(xiàn)AO和IAEA宣布，用小于10 kGy劑量輻照過的食品沒有毒理學危險，在營養(yǎng)學和微生物學上也是安全的[4]。輻照檢疫劑量通常在幾百Gy，因此，經(jīng)輻照檢疫處理的植物產(chǎn)品對人類健康無害。1991年，在FAO，IAEA和WTO支持下成立的國際食品輻照咨詢小組（ICGFI）認定，檢疫輻照處理是一種有效、廣譜的檢疫處理方法。1991年，ICGFI根據(jù)當時收集到的有限數(shù)據(jù)，推薦采用150 Gy作為處理實蠅科卵和幼蟲的最低吸收劑量，300 Gy作為處理沒有達到成熟期害蟲的最低吸收劑量[5]。大量的科研數(shù)據(jù)，特別是FAO和IAEA在幾十年來實施的幾個聯(lián)合項目證明，150 Gy可作為處理實蠅科昆蟲的通用劑量[6]。1994年，ICGFI第17號文件《新鮮水果和蔬菜輻照檢疫處理》提出了新鮮水果和蔬菜輻照檢疫的推薦標準。2003年，國際植物保護公約（IPPC）下設的國際植物檢疫措施委員會（ICPM）制定了第18號國際植物檢疫措施標準《輻照用作植物檢疫措施的準則》（ISPM 18），批準輻照可以作為檢疫處理的措施。2007年制定的《限定性有害生物的植物檢疫處理準則》（ISPM 28）的附件中，共收錄了14種害蟲的輻照處理劑量。

除國際組織以外，一些地區(qū)性組織和國家政府也積極行動，將輻照列為植物檢疫處理的方法。1989年，北美植物保護組織（NAPPO）將輻照列入檢疫處理方法[7]。1992年召開的區(qū)域性植保組織技術咨詢會上，輻照作為新鮮園藝產(chǎn)品的檢疫處理方法得到歐洲植保組織（EPPO）、亞太地區(qū)植物保護委員會（APPPC）、南錐體區(qū)域植物保護組織（COSAVE）和中美洲區(qū)域國際農(nóng)業(yè)衛(wèi)生組織（OIRSA）等在IPPC框架下運行的區(qū)域植保組織認可[8]。我國在2008年頒布了國家標準《植物檢疫措施準則：輻照處理》（ GB/T 21659—2008），該標準規(guī)定了對限定性有害生物或物品采用電離輻照技術進行輻照處理的具體程序和技術準則。

國內(nèi)外科研人員在檢疫輻照領域進行了大量的研究，為檢疫輻照的實際應用打下了堅實的基礎。至2012年為止，IAEA的官方網(wǎng)站中的IDIDAS數(shù)據(jù)庫收集了337種害蟲和螨蟲的檢疫處理劑量，方便檢疫工作人員的使用和參考[9]。自20世紀90年代起，我國科學家在輻照檢疫處理領域開展了大量的研究，確定了谷斑皮蠹幼蟲、柑橘大實蠅、橘小實蠅、光肩星天牛、松墨天牛老齡幼蟲、舞毒蛾、芒果實蠅老熟幼蟲、芒果果實象甲、芒果果肉象甲、荔枝蒂蛀蟲、荔枝中昆士蘭石蠅、蓮霧中橘小實蠅等的檢疫處理劑量[10]。

目前，一些國家和地區(qū)已將檢疫處理應用于進出境檢疫工作。為了控制番木瓜上的實蠅科害蟲，1989年美國政府正式頒布了“批準輻照處理的夏威夷番木瓜作為有條件出口的政府指導文件”。目前，美國已經(jīng)允許從印度、越南和泰國進口經(jīng)輻照檢疫的特定水果品種。2001年2月，澳大利亞和新西蘭批準可對芒果、番木瓜、荔枝、龍眼、面包果等9種水果進行劑量不超過1 kGy的檢疫輻照處理。近年來，新西蘭農(nóng)業(yè)部批準允許從澳大利亞進口芒果、番木瓜和荔枝。2007—2010年澳大利亞共有1 669 t水果經(jīng)輻照檢疫出口至新西蘭。2009—2010年澳大利亞共出口經(jīng)輻照檢疫處理的芒果263 t到馬來西亞[11]。

2 植物檢疫輻照處理的生物學效應

檢疫輻照對有害生物的生物學效應是一個復雜的過程，需要經(jīng)歷一系列性質(zhì)不同而又相互關聯(lián)的物理、化學和生物學變化，最終導致生物分子損傷。

生物分子自由基與生物分子損傷存在密不可分的關系。自由基是指一些化學性質(zhì)不穩(wěn)定，壽命短，獨立存在的，帶有一個或多個不成對電子的原子、分子、基團或離子。生物分子自由基產(chǎn)生后迅速起化學反應，2個自由基不配對，電子相互配對，或是不配對電子轉(zhuǎn)移給另一個分子，造成分子化學鍵的變化，引起生物分子損傷[12]。自由基由2種方式產(chǎn)生：（1）直接作用。輻照直接作用于生物大分子（如DNA分子、酶和蛋白質(zhì)），引起電離和激發(fā)，對生物大分子產(chǎn)生一定的損傷，并產(chǎn)生生物分子自由基。（2）間接作用。輻照作用于生物分子周圍的水分子，形成水解自由基。水解自由基再與生物分子發(fā)生物理化學反應，生成生物分子自由基[13]。生物分子損傷主要由間接作用引起。

生物分子損傷可造成分子結(jié)構和性質(zhì)的變化[14]，從而引起功能和代謝的障礙。同時，輻照后機體攝取食物減少，加劇蛋白質(zhì)分解代謝。生物分子功能和代謝的障礙最終可導致昆蟲死亡、壽命縮短、羽化延遲、不育、孵化減少、發(fā)育遲緩、取食減少和呼吸障礙[4]。

3 影響植物檢疫輻照處理的因素

3.1 輻照對象的耐受性

輻照對象的耐受性是指不引起任何外部和內(nèi)部損傷的情況下，產(chǎn)品所能耐受的最高劑量。制訂植物檢疫輻照處理方案時，首先應考慮輻照對象的耐受性，特別是新鮮植物產(chǎn)品的耐受性。適當劑量的輻照處理不會破壞果蔬營養(yǎng)成分和外形，并會保持其原有風味。

就水果而言，耐受性與其成熟程度成正比[3]。輻照能對新鮮植物產(chǎn)品表皮細胞的電子傳遞產(chǎn)生影響，從而使細胞膜滲透性遭到破壞，受破壞程度與表皮細胞對輻照的耐受程度和輻照劑量有關[4]。一般來說，在劑量小于1 000 Gy時，輻照對果蔬表皮的傷害有限[15]。不同果蔬對劑量小于1 000 Gy輻照的相對耐受程度如表1所示。

表1 不同果蔬對劑量小于1 000 Gy輻照的相對耐受程度[16]

3.2 檢疫處理劑量

檢疫處理劑量是指使產(chǎn)品中的昆蟲數(shù)目達到控制水平（99.996 8%的死亡率或不育率）所需的劑量。輻照對細胞的輻照效應與昆蟲細胞的分裂活動成正比，而與分化程度成反比，因為昆蟲在卵的胚胎發(fā)育期、羽化前和化蛹后的一段時期，是細胞分裂的活躍期，此時的細胞對輻照是敏感的。在幼蟲期，很少有細胞分裂。成蟲細胞的分化程度最高，且除了性腺細胞外，極少有細胞分裂，所以，性腺細胞對輻照最敏感，較低的劑量即可使昆蟲不育或產(chǎn)生遺傳紊亂的配子[17]。因此，對同一種昆蟲來說，不育劑量＜不發(fā)育劑量＜致死劑量。不育和不發(fā)育劑量遠低于死亡劑量，可以更好地保持商品的品質(zhì)，又可以防止害蟲傳播。因此，一般將不育和不發(fā)育的劑量作為對害蟲的檢疫處理劑量。不育包括完全不育；僅有一種性別具有有限的繁殖力；產(chǎn)卵或孵化，但不進一步生長發(fā)育；改變習性；子一代不育5種情況[2]。

為了方便和規(guī)范檢疫輻照處理操作，Hallman[18]提出了設置檢疫處理劑量的重要原則：對于卵，劑量應阻止其發(fā)育到1齡幼蟲，不完全變態(tài)的幼齡幼蟲應阻止其發(fā)育到老齡幼蟲或成蟲，完全變態(tài)的幼齡幼蟲應阻止其發(fā)育為老齡幼蟲或化蛹，老齡幼蟲應阻止其化蛹或羽化，幼齡蛹應阻止羽化或繁殖，老齡蛹和成蟲應阻止繁育。

輻照吸收劑量率對輻照處理也有一定的影響。吸收劑量率是單位時間內(nèi)的吸收劑量。劑量率越高，處理效果越好。一定的輻照劑量下，提高60Co射線的劑量率，被處理的蘋果蠹蛾老熟幼蟲的羽化率明顯降低[18]。進行輻照檢疫處理時還要考慮到輻照的不均勻度。

3.3 檢疫性害蟲

由于害蟲通常以不同種類和發(fā)育階段相混合的群體侵染農(nóng)產(chǎn)品，因此，應以抗性最強的種類和發(fā)育階段作為確定檢疫處理劑量的對象。

3.3.1 不同種類的昆蟲 總體上講，不同害蟲對輻照的敏感性不同，敏感性從大到小依次為：雙翅目＞鞘翅目＞蜱螨目＞鱗翅目。雙翅目實蠅科昆蟲不育的通用劑量為150 Gy。鞘翅目的不育劑量大多數(shù)在200 Gy以下[19]。螨蟲不育需要劑量為450 Gy，鱗翅目害蟲的不育劑量一般在500 Gy以上，其中，麥蛾、印度谷螟所需劑量超過1 000 Gy。同翅目、纓翅目、等翅目3目害蟲的不育劑量一般在 100～500 Gy之間[20]。

目前還沒有證據(jù)表明，不同亞種和生物型對輻照的敏感性存在顯著差異；也沒有證據(jù)表明，在不同寄主中以及在天然或人工飼料中進行輻照處理，有害生物的敏感性有明顯的差別[21]。

3.3.2 害蟲的不同發(fā)育階段 昆蟲不同的發(fā)育階段對輻照的反應不同。昆蟲對輻照抵抗力最強的生命階段是最老熟的階段。例如：低齡卵比高齡卵敏感，低齡幼蟲比高齡幼蟲敏感。雌性比雄性敏感，休眠幼蟲比非休眠幼蟲敏感[22]。對于滯育和非滯育害蟲的敏感性，Nelson和Starford研究表明，非滯育二點葉螨比滯育二點葉螨敏感。但是，高美須等[23]研究表明，相同蟲齡的谷斑皮蠹的滯育性和非滯育性幼蟲，對輻照的敏感性相同。只是由于滯育幼蟲發(fā)育滯后才較晚顯現(xiàn)出輻照效果。就滯育和非滯育害蟲對輻照敏感性的問題還需進一步研究和探討。

3.4 環(huán)境因素

3.4.1 溫度 原來認為溫度會影響輻照檢疫的效果。這種影響可能是因為：（1）改變了生物體內(nèi)的氧含量；（2）改變了新陳代謝水平；（3）低溫狀態(tài)下，自由基的擴散受阻。但是植物檢疫處理技術小組（TPPT）根據(jù)輻照檢疫處理的經(jīng)驗以及對蘋果實蠅研究所獲得的數(shù)據(jù)認為，溫度對輻照效果沒有影響[21]。

3.4.2 大氣壓力 大氣壓力的改變會降低輻照檢疫處理的效果[2]。

3.4.3 氧 氧氣含量較低時，輻照處理效果會受到一定的影響[24]。Hallman[25-26]在缺氧和正常環(huán)境下輻照梨和蘋果幼蟲后發(fā)現(xiàn)，缺氧情況下梨小食心蟲的羽化量和蘋果實蠅的化蛹量均高于正常環(huán)境下。因為在氧氣充足的環(huán)境下，生物分子自由基會被氧化成過氧化物自由基而難以被修復。

3.4.4 介質(zhì) 在輻照過程中，若貨物介質(zhì)中存在輻射防護劑，如含SH基的化合物可減輕自由基反應，促進損傷生物分子修復，能減弱輻照效應；反之，如含有輻射增敏劑，如親電子和擬氧化合物能增強自由基化學反應，阻止損傷分子和細胞修復，提高輻射效應。

4 展望

植物輻照檢疫處理的應用現(xiàn)狀與其擁有的優(yōu)勢和潛力相比有著巨大的差距。目前植物輻照檢疫處理存在的問題為：（1）植物檢疫輻照處理的投入大，給產(chǎn)業(yè)化發(fā)展帶來一定的困難。（2）相關的法律、法規(guī)不健全。目前缺乏對輻照處理設施和輻照檢疫處理操作的認證機制和有效監(jiān)督。（3）對植物輻照檢疫處理的安全性宣傳不夠，消費者對輻照產(chǎn)品心存恐慌。（4）目前，對實蠅輻照檢疫處理的研究比較深入，同時應完善對其他檢疫性害蟲的研究，加強其他種類害蟲的輻照檢疫處理研究，為植物輻照檢疫處理的實際應用提供處理標準。（5）植物經(jīng)檢疫輻照處理后，雖可以滿足檢疫處理效果，但是昆蟲并不立即死亡，而是不發(fā)育或者不育，這給檢疫人員對效果的判斷帶來極大的難度。目前，已有檢驗昆蟲是否受到輻照的方法，但是檢驗準確性不高。因此，今后應大力開展輻照檢疫處理效果評價的研究。

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