電子束輻照防治綠豆象及對綠豆品質(zhì)的影響

王爭艷 王文鐸 魯玉杰 郝思婧 許 蕾

(河南工業(yè)大學(xué)糧油食品學(xué)院 河南糧食作物協(xié)同創(chuàng)新中心糧食儲(chǔ)藏安全河南省協(xié)同創(chuàng)新中心, 鄭州 450001)

電子束輻照防治綠豆象及對綠豆品質(zhì)的影響

王爭艷 王文鐸 魯玉杰 郝思婧 許 蕾

(河南工業(yè)大學(xué)糧油食品學(xué)院 河南糧食作物協(xié)同創(chuàng)新中心糧食儲(chǔ)藏安全河南省協(xié)同創(chuàng)新中心, 鄭州 450001)

為完善輻照技術(shù)防治儲(chǔ)糧蟲霉的理論，研究了電子束輻照對綠豆象種群發(fā)育及對綠豆品質(zhì)的影響。綠豆象的卵、幼蟲、蛹和成蟲經(jīng)0.1～1.0 kGy劑量的電子束輻照后，卵和幼蟲在輻照的蟲態(tài)死亡；蛹發(fā)育至成蟲和成蟲的死亡率顯著增加，其種群存活個(gè)體的產(chǎn)卵總量顯著減少；輻照處理種群的F1 代不能孵化為幼蟲或在1～2 齡幼蟲時(shí)全部死亡，而0.2 kGy及以上的輻照劑量則能完全抑制F1 代孵化為幼蟲。盡管0.2 kGy的輻照劑量使綠豆的苗高下降了17%，脂肪酸值升高了12%，但對其發(fā)芽率、發(fā)芽勢、可溶性蛋白質(zhì)含量、降落數(shù)值和過氧化氫酶活性無顯著影響，并且提高了綠豆的糊化液黏度。因此，推薦0.2 kGy的電子束輻照作為有效防治綠豆中綠豆象的參考劑量。

電子束輻照 綠豆象 種群發(fā)育 綠豆品質(zhì)

綠豆象(CallosobruchuschinensisL.)是一種世界性的儲(chǔ)糧害蟲，對綠豆危害最為嚴(yán)重，可大大降低豆類的重量、營養(yǎng)價(jià)值和發(fā)芽率[1]。目前，在豆類的儲(chǔ)藏過程中，防治綠豆象常用的方法包括沸水浸燙、應(yīng)用保護(hù)劑和熏蒸劑等進(jìn)行化學(xué)防治。盡管這些方法在實(shí)際應(yīng)用中具有較好的防治效果，但也表現(xiàn)出多種局限性，如農(nóng)藥殘留、誘導(dǎo)害蟲抗藥性、不適用于大批量處理、損害糧食應(yīng)有品質(zhì)如降低發(fā)芽能力等。

利用輻照技術(shù)殺蟲，具有耗能少、殺蟲效果明顯的優(yōu)點(diǎn)，已逐漸成為化學(xué)藥物方法的有效替代與補(bǔ)充和害蟲綜合防治體系中的一項(xiàng)重要手段[2]。目前，在儲(chǔ)糧殺蟲滅菌中應(yīng)用中研究較多的輻射源有60Co γ射線和電子束。γ射線輻照防治綠豆象和赤擬谷盜的有效劑量分別為0.32和0.2 kGy[3-4]。電子束防治玉米象、嗜蟲書虱和印度谷螟的有效劑量分別為0.18、0.3和0.6 kGy[5-7]，電子束輻照控制小麥中小麥矮腥黑穗病菌和素雞中細(xì)菌的有效劑量分別為4.4和8.8 kGy[8-9]。并且隨著輻照劑量的增加，輻照對蟲霉的抑制效果增強(qiáng)。

但輻照在殺蟲滅菌的同時(shí)，還會(huì)對糧食品質(zhì)造成影響。研究表明，隨電子束或γ射線輻照劑量增加，糧食及其產(chǎn)品的脂肪酸值和過氧化值升高，脂肪氧化酶活性、降落數(shù)值和糊化黏度降低，蒸煮后褐變加重，并且同劑量的γ射線對糧食品質(zhì)的影響大于電子束輻照[2, 10-13]。因此，需要根據(jù)糧食加工和儲(chǔ)藏品質(zhì)的要求，來選取合適的輻照工藝參數(shù)。

與γ射線輻照裝置相比，電子加速器具有不受能源限制、操作安全、易于質(zhì)量控制、無需廢源處理等優(yōu)點(diǎn)，在儲(chǔ)藏物害蟲防治中具有良好的應(yīng)用前景[8-9]。因此，本試驗(yàn)通過研究電子束輻照對綠豆象種群的抑制作用，并評價(jià)電子束輻照對綠豆種用品質(zhì)和理化指標(biāo)的影響，以期為電子束輻照在害蟲防治中的推廣應(yīng)用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試蟲

綠豆象種群：湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院。于河南工業(yè)大學(xué)儲(chǔ)藏物害蟲防治實(shí)驗(yàn)室使用綠豆飼養(yǎng)3年以上，環(huán)境條件為(28±1) ℃、(75±5)%RH。

1.2 輻照處理

采用無錫愛邦電子加速器公司的5 MeV電子加速器對試蟲和綠豆進(jìn)行靜態(tài)輻照處理，能量為4.9 MeV、束流為2 mA，傳送速率為6 m/min；樣品采用半吸收劑量、翻轉(zhuǎn)180°的輻照方式，以保證樣品吸收劑量均勻。采用0、0.1、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 kGy共7 個(gè)輻照劑量進(jìn)行。綠豆象的幼蟲和蛹均在綠豆內(nèi)部為害，因此，幼蟲和蛹的日齡均自卵產(chǎn)之日起計(jì)算日齡。輻照處理所采用的綠豆象的蟲態(tài)分別為：卵(2 日齡)，幼蟲(14 日齡)，蛹(18 日齡)和成蟲(羽化后2 日齡)。分別將感染綠豆象各蟲態(tài)試蟲的35 顆綠豆(保證有30～35 頭試蟲)置于塑料盒中進(jìn)行輻照處理。另外，對等量的未感染綠豆象的綠豆使用相同劑量的輻照后用于綠豆品質(zhì)測定。每個(gè)處理重復(fù)3 次。

1.3 輻照對害蟲種群抑制作用的評價(jià)

輻照處理后，仍在原培養(yǎng)條件下培養(yǎng)綠豆象，將非成蟲態(tài)試蟲培養(yǎng)至成蟲。在無成蟲羽化后持續(xù)觀察30 d，不再有成蟲羽化鉆出時(shí)終止觀察，記錄成蟲的羽化數(shù)量，計(jì)算非成蟲態(tài)試蟲發(fā)育至成蟲的死亡率。結(jié)合剖粒法檢查豆粒內(nèi)部的非成蟲態(tài)試蟲的死亡情況。由于綠豆象成蟲通常在羽化后第8 天開始出現(xiàn)自然死亡，因此，以輻照5 d后的成蟲(即羽化后第7 天)的存活率評價(jià)輻照對成蟲的致死作用。輻照處理后，如有成蟲羽化或存活，將全部活成蟲轉(zhuǎn)入裝有50 g綠豆的透氣透明自封袋中產(chǎn)卵至成蟲全部死亡。由于綠豆象成蟲在綠豆表面產(chǎn)卵，并分泌粘液將卵牢固地粘附在綠豆上。剛產(chǎn)下的卵呈半透明色，并逐漸轉(zhuǎn)深呈乳白色。因此，利用體視顯微鏡直接觀察、記錄每個(gè)處理種群的產(chǎn)卵總量。自產(chǎn)卵之日起連續(xù)觀察61 d，確保F0 代所產(chǎn)的卵能全部發(fā)育至成蟲后結(jié)束試驗(yàn)，記錄成蟲的羽化數(shù)量，并結(jié)合剖粒法檢查豆粒內(nèi)部的F1 代非成蟲態(tài)試蟲的死亡情況。

1.4 綠豆品質(zhì)測定

根據(jù)需要，將綠豆磨制成粉后過80 目篩制成綠豆粉備用。測定的指標(biāo)包括綠豆的種子活力(GB/T 5520—2011)、脂肪酸值(GB/T 20569—2006附錄A)、可溶性蛋白質(zhì)含量[14]、水分含量(GB/T 5497—85)、過氧化氫酶活性(GB/T 5522—2008)、降落數(shù)值[8]、淀粉黏度和糊化特性(LS/T 6101—2002)。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與處理

采用SPSS16.0軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析。利用單因素方差分析(one-way ANOVA)和Duncan’s新復(fù)極差法進(jìn)行差異顯著性和多重比較，以P<0.05作為差異顯著性判斷標(biāo)準(zhǔn)。

2 結(jié)果與討論

2.1 電子束輻照對綠豆象種群的抑制作用

2.1.1 電子束輻照對各蟲態(tài)綠豆象的致死作用

通常害蟲對輻照的敏感性從高到低依次為：卵、幼蟲、蛹、成蟲[5-6]。如綠豆象對60Co輻照的敏感性依次為：卵>幼蟲>蛹>成蟲[3]。本試驗(yàn)中，綠豆象不同蟲態(tài)對電子束輻照的敏感性也存在差異。

輻照試驗(yàn)所使用的卵、幼蟲和蛹分別經(jīng)過17、6、3 d后，0 kGy輻照劑量處理的試蟲陸續(xù)發(fā)育至成蟲并鉆出豆粒，至觀察結(jié)束時(shí)，絕大多數(shù)非成蟲態(tài)試蟲發(fā)育至成蟲，而0.1～1.0 kGy輻照劑量處理的卵或幼蟲均未能發(fā)育至成蟲(表1)。對綠豆進(jìn)行剖粒檢查發(fā)現(xiàn)，0.1～1.0 kGy輻照處理的卵和幼蟲未能進(jìn)一步發(fā)育，均在輻照時(shí)所處的蟲態(tài)下死亡。這表明綠豆象卵和幼蟲的電子束輻照的種群完全致死劑量<0.1 kGy。

與卵和幼蟲相比，綠豆象成蟲和蛹對電子束輻照的敏感性較低。經(jīng)0.1～1.0 kGy劑量的輻照處理后，盡管仍有部分蛹能成功發(fā)育至成蟲，但蛹發(fā)育至成蟲的死亡率顯著增加(P<0.05)。并且與成蟲的輻照處理類似，蛹發(fā)育至成蟲的死亡率隨輻照劑量的增加而增加。其中，蛹和成蟲經(jīng)0.2 kGy的劑量處理后的死亡率增加至67.67%和65.98%(表1)。

表1 各蟲態(tài)的綠豆象經(jīng)電子束輻照后發(fā)育至成蟲的死亡率/%(n=3)

注：M±SE，同列數(shù)據(jù)標(biāo)記有相同字母的表示差異不顯著(P>0.05，ANOVA和Duncan’s新復(fù)極差法)。

2.1.2 電子束輻照對綠豆象F1代種群數(shù)量的影響

在選定的輻照劑量下僅蛹和成蟲經(jīng)輻照處理后的種群中仍有個(gè)體羽化和存活。隨著輻照劑量的增加，處理后種群全部存活個(gè)體的產(chǎn)卵總量逐漸降低(表2)。觀察至設(shè)定期限結(jié)束均未發(fā)現(xiàn)有F1 代成蟲羽化。對綠豆進(jìn)行剖粒檢查發(fā)現(xiàn)，0.2 kGy及以上的輻照劑量處理的蟲態(tài)所產(chǎn)生的F1 代全部在卵期死亡，僅在0.1 kGy的輻照劑量處理蛹或成蟲的F1 代中仍有部分(7.3%～11.2%)個(gè)體能孵化成幼蟲，但未能進(jìn)一步發(fā)育，在幼蟲的1～2 齡時(shí)死亡。這表明，盡管0.1 kGy及以上劑量的電子束輻照處理后蛹和成蟲仍有羽化或成活，并能產(chǎn)卵，但是，綠豆象F1 代的生長發(fā)育可完全被抑制，而0.2 kGy及以上的輻照劑量能徹底抑制綠豆象F1 代對綠豆的危害。

表2 綠豆象成蟲和蛹經(jīng)電子束輻照處理后全部存活個(gè)體的產(chǎn)卵總量/粒(n=3)

注：M±SE，同列數(shù)據(jù)標(biāo)記有相同字母的表示差異不顯著(P>0.05，ANOVA和Duncan’s新復(fù)極差法)。

2.2 電子束輻照對綠豆品質(zhì)的影響

2.2.1 電子束輻照對綠豆種用品質(zhì)的影響

隨著電子束輻照劑量的增加，綠豆種子活力逐漸降低。其中，輻照劑量與苗高相關(guān)性的線性回歸方程為Y=-15.52X+17.67(R2=0.98)。能顯著降低苗高、發(fā)芽率和發(fā)芽勢的最低輻照劑量分別為，0.1、0.4和0.8 kGy(P<0.05)，這說明綠豆種子活力指標(biāo)對電子束輻照的敏感性順序?yàn)椋好绺?發(fā)芽率>發(fā)芽勢。0.2 kGy的輻照劑量不會(huì)顯著降低綠豆的發(fā)芽勢和發(fā)芽率(P>0.05)，但與對照組相比使苗高下降了17%(表3)。這說明電子束輻照在一定劑量范圍內(nèi)雖然不會(huì)影響種子的萌發(fā)，但會(huì)抑制幼苗的生長，使幼苗發(fā)育遲緩。

表3 不同劑量電子束輻照后綠豆種子活力的變化(n=3)

注：M±SE，同列數(shù)據(jù)標(biāo)記有相同字母的表示差異不顯著(P>0.05，ANOVA和Duncan’s新復(fù)極差法)。

2.2.2 電子束輻照對綠豆?fàn)I養(yǎng)和儲(chǔ)藏品質(zhì)的影響

與不溶性蛋白質(zhì)相比，可溶性蛋白質(zhì)通常更易被生物體消化和吸收。而高能量的輻照通常會(huì)引起蛋白質(zhì)的變性，造成蛋白質(zhì)溶解性的降低。0.1～1.0 kGy劑量的電子束輻照對綠豆的可溶性蛋白質(zhì)含量無明顯影響，說明試驗(yàn)所使用的輻照劑量并未造成綠豆蛋白質(zhì)變性的廣泛發(fā)生，對綠豆蛋白質(zhì)的營養(yǎng)品質(zhì)無顯著影響。0.6～1.0 kGy的電子束輻照會(huì)顯著降低綠豆的水分含量(P<0.05)，這在一定程度上利于提高綠豆的儲(chǔ)藏穩(wěn)定性。但是，0.1～1.0 kGy劑量的輻照處理會(huì)顯著提高綠豆的脂肪酸值(P<0.05)。其中，0.2 kGy的輻照劑量使脂肪酸值升高了12%(表4)。糧食的脂肪酸值是糧食儲(chǔ)藏品質(zhì)的重要指標(biāo)。游離脂肪酸除了直接影響糧食食用品質(zhì)，還可以進(jìn)一步氧化生成低級的醛、酮化合物，降低糧食的食用品質(zhì)。因此，測定綠豆的脂肪酸值是判定綠豆儲(chǔ)藏穩(wěn)定性的重要指標(biāo)。綠豆經(jīng)輻照后脂肪酸值顯著升高，這很可能會(huì)降低綠豆的儲(chǔ)藏穩(wěn)定性。

表4 不同劑量電子束輻照后綠豆幾種化學(xué)組分的變化(n=3)

注：M±SE，同列數(shù)據(jù)標(biāo)記有相同字母的表示差異不顯著(P>0.05，ANOVA和Duncan’s新復(fù)極差法)。

當(dāng)受到低劑量輻照時(shí)，植物細(xì)胞會(huì)產(chǎn)生應(yīng)答反應(yīng)，補(bǔ)償或修復(fù)輻照對細(xì)胞的損害。如γ射線輻照后蛋白的修復(fù)過程包括蛋白質(zhì)的降解，去除異常、錯(cuò)誤折疊的蛋白質(zhì)，合成新的蛋白質(zhì)[15]。過氧化氫酶作為生物體內(nèi)活性氧防御系統(tǒng)的一種重要保護(hù)酶，輻照后酶活性可能發(fā)生變化[16]，參與相應(yīng)的代謝補(bǔ)償機(jī)制來抑制輻照引發(fā)的自由基的形成[13, 15]。0.1～0.8 kGy劑量的電子束輻照對綠豆的可溶性蛋白質(zhì)含量和過氧化氫酶活性沒有明顯影響。這可能是由于試驗(yàn)選定的輻照劑量過大，抑制了綠豆的應(yīng)答反應(yīng)，未能提高蛋白水解酶和保護(hù)酶的活性，并直接表現(xiàn)為設(shè)置的最小輻照劑量(0.1 kGy)也能顯著影響綠豆的生理代謝，使綠豆苗高降低。

2.2.3 電子束輻照對綠豆糊化品質(zhì)的影響

對于淀粉類制品，如綠豆粉絲和粉皮的加工制作，糊化特性直接影響到最終產(chǎn)品的加工特性[17]。隨著輻照劑量的增加，綠豆粉糊化的峰值黏度、最低黏度、最終黏度、回生值和起始糊化溫度均先上升至峰值后又降低(表5)。這表明0.2～0.4 kGy的輻照劑量處理盡管會(huì)抑制綠豆粉的糊化過程，但是會(huì)提高綠豆粉的成凝膠能力和凝膠的穩(wěn)定性。但隨著輻照劑量繼續(xù)增加，綠豆粉糊化后的膠凝能力又出現(xiàn)降低。

表5 不同劑量電子束輻照后綠豆粉糊化品質(zhì)指標(biāo)的變化

注：*M±SE(n=3)，同列數(shù)據(jù)標(biāo)記有相同字母的表示差異不顯著(P>0.05，ANOVA和Duncan’s新復(fù)極差法)。

在糧食糊化物中，降落數(shù)值除與α-淀粉酶活性有關(guān)外，還與淀粉粒的結(jié)構(gòu)有關(guān)[18]。通常電子束輻照會(huì)抑制植物細(xì)胞中的α-淀粉酶活性[8]，因此，0.4～1.0 kGy劑量的電子束輻照后綠豆粉降落數(shù)值的降低，不太可能是由綠豆淀粉酶活性升高所致。而可能是由于輻照破壞了淀粉粒的結(jié)構(gòu)，使淀粉大分子發(fā)生裂解[8, 13]，提高淀粉酶與淀粉糖苷鍵的接觸幾率，加速了淀粉的水解，使降落數(shù)值減小。并且，從綠豆粉的其他糊化品質(zhì)指標(biāo)可以進(jìn)一步推斷：隨著輻照劑量的增加，電子束輻照對淀粉結(jié)構(gòu)的破壞作用增強(qiáng)。正是由于低劑量的輻照引起淀粉分子鏈的適度斷裂，增加了糊化物中的直鏈淀粉含量，提高了綠豆粉的糊化物的黏度，而過高的輻照劑量則引起直鏈淀粉的進(jìn)一步斷裂，從而降低了糊化物中的大分子纏結(jié)作用，從而降低了糊化物的黏度。

3 結(jié)論

在本試驗(yàn)選定的劑量(0.1～1.0 kGy)下，電子束輻照對綠豆象的種群發(fā)育有顯著的抑制作用，同時(shí)對綠豆的苗高、脂肪酸值、降落數(shù)值和糊化品質(zhì)指標(biāo)也有一定的影響。需要強(qiáng)調(diào)的是，盡管0.2 kGy的電子束輻照使綠豆的苗高降低了17%，脂肪酸值升高了12%，但該劑量能100%抑制綠豆象F1 代為害，且對綠豆的發(fā)芽能力和營養(yǎng)品質(zhì)影響較小，并能一定程度地提高綠豆的加工品質(zhì)。因此，推薦0.2 kGy作為電子束輻照作為有效防治綠豆中綠豆象的參考劑量。

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Control of Callosobruchus Chinensis L. with Electron Beam Radiation and Its Effects on Mung Quality

Wang Zhengyan Wang Wenduo Lu Yujie Hao Sijing Xu Lei

(School of Food Science and Technology, Collaborative Innovation Center of Henan Grain Crops, Henan Collaborative Innovation Center of Grain Storage and Security, Henan University of Technology, Zhengzhou 450001)

To improve the theory about application of irradiation technique for pest disinfection and sterilization in grain storage, effects of electron beam radiation on the population development ofCallosobruchuschinensisL. and the quality of mung beans were investigated in this study. When eggs, larvae, pupae and adults ofC.chinensiswere irradiated with 0.1～1.0 kGy electron beam, no irradiated eggs, and larvae could survive and develop into the next stage, the mortality rate of irradiated pupae and adults was significantly elevated and F1 of irradiated populations could not hatch into larvae or died at the stage of first-or second-instar larvae. Furthermore, the exposure ofC.

to 0.2～1.0 kGy electron beam results in no F1 could develop into larvae. Although irradiation with electron beam at the dose of 0.2 kGy caused a decline of seedling height (17%) and an increment of fatty acid value (12%) in mung beans, it had no significant effect on their germination capacity, germination energy, soluble protein content, falling number and peroxidase activity. In addition, pasting viscosity of mung beans was enhanced after being exposed to 0.2 kGy electron beams. It was concluded that 0.2 kGy could be used as a reference dose of electron beam irradiation to control . during the storage of mung beans.

electron beam radiation, L., population development, mung quality

S433.5

A

1003-0174(2016)10-0093-06

國家自然科學(xué)基金(31272360)，河南工業(yè)大學(xué)高層次人才科研基金(150434)

2015-02-11

王爭艷，女，1979年出生，講師，儲(chǔ)藏物昆蟲學(xué)與害蟲綜合治理

魯玉杰，女，1971年出生，教授，儲(chǔ)藏物昆蟲學(xué)與害蟲綜合治理