小麥儲藏環(huán)境中CO2體積分?jǐn)?shù)變化與赤擬谷盜發(fā)生的關(guān)系研究

呂建華，張育濮,2，王殿軒，康宇龍，白春啟

1.河南工業(yè)大學(xué) 糧油食品學(xué)院, 糧食儲藏與安全教育部工程研究中心，河南 鄭州 450001 2.鄭州中糧科研設(shè)計(jì)研究院有限公司，河南 鄭州 450001

赤擬谷盜Triboliumcastaneum屬鞘翅目擬步甲科，食性復(fù)雜、分布廣、繁殖快，不僅取食為害儲糧，還分泌苯醌類物質(zhì)污染糧食，是一種重要的世界性儲糧害蟲[1-2]。糧食在儲藏過程中易受到蟲害和霉菌的侵染，造成損耗[3-4]。對儲糧環(huán)境中害蟲發(fā)生進(jìn)行早期預(yù)測、預(yù)報(bào)是貫徹我國現(xiàn)行“預(yù)防為主，綜合防治”保糧方針的基礎(chǔ)。Bartosik等[5]研究發(fā)現(xiàn)在危險儲藏條件與安全儲藏條件下，儲糧筒倉袋中CO2體積分?jǐn)?shù)存在明顯差異。Ileleji等[6]研究發(fā)現(xiàn)通過監(jiān)測CO2體積分?jǐn)?shù)變化可以反映玉米霉變情況。Emekci等[7]發(fā)現(xiàn)赤擬谷盜成蟲在正常環(huán)境中進(jìn)行各項(xiàng)生理活動時會穩(wěn)定地消耗O2產(chǎn)生CO2。唐多等[8]研究發(fā)現(xiàn)感染谷蠹的小麥樣品儲糧環(huán)境中CO2體積分?jǐn)?shù)高于自然帶菌和無菌無蟲小麥樣品的10～20倍。王殿軒等[9]發(fā)現(xiàn)在25 ℃密閉條件下，隨著害蟲感染蟲口密度增加，小麥儲存環(huán)境中CO2體積分?jǐn)?shù)顯著增高。而涂杰等[10]發(fā)現(xiàn)高體積分?jǐn)?shù)CO2氣調(diào)條件下長期儲藏的小麥品質(zhì)并沒有發(fā)生根本性的變化。目前關(guān)于赤擬谷盜發(fā)生與糧堆中CO2體積分?jǐn)?shù)變化的關(guān)系研究尚未見報(bào)道。作者研究了不同水分含量的小麥感染不同蟲口密度的赤擬谷盜后儲藏環(huán)境中CO2體積分?jǐn)?shù)的變化趨勢，為有效實(shí)施儲糧害蟲早期預(yù)測、預(yù)報(bào)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

用全麥粉和干酵母(質(zhì)量比9∶1)混勻作為飼料飼養(yǎng)赤擬谷盜，在河南工業(yè)大學(xué)儲藏物昆蟲研究實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)數(shù)代。飼養(yǎng)環(huán)境溫度為(28±2) ℃，相對濕度(70±5)%。隨機(jī)取羽化后一周健康成蟲作為試蟲。

小麥從河南本地糧庫購入，經(jīng)清洗除雜使不完善粒小于1.5%，分批于60 ℃烘箱中2 h進(jìn)行殺蟲處理。

1.2 儀器設(shè)備

KP830型泵吸式二氧化碳?xì)怏w探測器：量程0～5%VOL，河南中安電子探測技術(shù)有限公司；PN-2000型二氧化碳?xì)怏w探測儀：量程0～50%VOL，深圳市鵬雷科技有限公司；KLP04/KVP 04型氣體隔膜泵：卡川爾流體科技(上海)有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

無菌無蟲樣品的制備：將經(jīng)60 ℃殺蟲處理的小麥用1 %次氯酸鈉溶液表面消毒1 min，用無菌水重復(fù)洗滌5次后得到表面滅菌小麥[11-12]，在60 ℃烘箱中去除小麥表面水分，并將無菌無蟲小麥分為3份，分別添加適量蒸餾水調(diào)節(jié)水分含量至(12.0±0.2)%、(13.0±0.2)%和(14.0±0.2)%后，置于25 ℃環(huán)境中備用。

將調(diào)節(jié)水分含量后的2 kg小麥放入44 cm×30.5 cm×22.5 cm塑料箱中，將其中200 g小麥進(jìn)行粉碎處理。再將赤擬谷盜成蟲分別以0、2、5、10、20、30 頭/kg的蟲口密度接入小麥中[13]。偶數(shù)蟲口密度的試蟲按雌、雄比1∶1設(shè)置，奇數(shù)蟲口密度的試蟲按雌、雄比3∶2設(shè)置[14]，之后密閉試驗(yàn)裝置，根據(jù)GB/T 29890—2013《糧油儲藏技術(shù)規(guī)范》檢查氣密性，置于28 ℃的環(huán)境條件下開始試驗(yàn)。從第2天起每天定時測量、記錄儲藏環(huán)境中CO2體積分?jǐn)?shù)，重復(fù)3次。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS軟件對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析以及多重比較(Duncan法)。用OrijinLab軟件對不同水分含量、感染不同蟲口密度害蟲的小麥儲藏環(huán)境中CO2體積分?jǐn)?shù)變化與處理時間的關(guān)系進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 未感染害蟲的小麥儲藏環(huán)境中CO2體積分?jǐn)?shù)變化情況

由表1可知，初始感染蟲口密度為0頭/kg(即未感染害蟲)時，在相同處理時間內(nèi)，從第4天開始隨著小麥水分含量的增加儲藏環(huán)境中CO2體積分?jǐn)?shù)較水分含量12%時呈顯著上升趨勢；在相同水分含量小麥的儲藏環(huán)境中，隨著處理時間的延長，CO2體積分?jǐn)?shù)較初始時呈顯著上升趨勢。在試驗(yàn)處理期間，水分含量為12%、13%和14%的小麥儲藏環(huán)境中CO2初始體積分?jǐn)?shù)分別為0.063%、0.060%和0.063%，均在處理30 d后達(dá)到最大值，分別為0.203%、0.380%和0.417%。

2.2 感染蟲口密度2頭/kg的小麥儲藏環(huán)境中CO2體積分?jǐn)?shù)變化情況

由表2可知，初始感染蟲口密度為2頭/kg時，在相同處理時間內(nèi)，隨著小麥水分含量的增加，儲藏環(huán)境中CO2體積分?jǐn)?shù)較水分含量12%時呈上升趨勢；在相同水分含量小麥的儲藏環(huán)境中，隨著處理時間的延長,CO2體積分?jǐn)?shù)較初始時呈顯著上升趨勢。試驗(yàn)處理期間，水分含量12%、13%和14%的小麥儲藏環(huán)境中CO2初始體積分?jǐn)?shù)分別為0.187%、0.107%和0.363 %，在處理30 d后達(dá)到最大值，分別為3.743%、4.860%和5.647%。

表1 未感染害蟲的小麥儲藏環(huán)境中CO2體積分?jǐn)?shù)變化情況Table 1 CO2 volume fraction in stored wheat without infestation %

注：表中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤差；不同大寫字母表示同一行數(shù)據(jù)的差異顯著性，不同小寫字母表示同一列數(shù)據(jù)的差異顯著性，差異顯著水平P<0.05，表2—表6同。

2.3 感染蟲口密度5頭/kg的小麥儲藏環(huán)境中CO2體積分?jǐn)?shù)變化情況

由表3可知，初始感染蟲口密度為5頭/kg時，在相同處理時間內(nèi)，隨著小麥水分含量的增加，儲藏環(huán)境中CO2體積分?jǐn)?shù)較水分含量12%時呈顯著上升趨勢；在相同水分含量小麥的儲藏環(huán)境中，隨著處理時間的延長，CO2體積分?jǐn)?shù)較初始時呈顯著上升趨勢。試驗(yàn)處理期間，水分含量為12%、13%和14%的小麥儲藏環(huán)境中CO2初始體積分?jǐn)?shù)分別為0.353%、0.293%和 0.387%，在處理30 d后達(dá)到最大值，分別為5.610%、7.310%和8.627%。

表2 初始感染蟲口密度2頭/kg的嚴(yán)格密閉小麥儲藏環(huán)境中CO2體積分?jǐn)?shù)變化情況Table 2 CO2 volume fraction in strictly sealed wheat storage environment initially infested by 2 T. castaneum adults per kg of wheat %

2.4 感染蟲口密度10頭/kg的小麥儲藏環(huán)境中CO2體積分?jǐn)?shù)變化情況

由表4可知，初始感染蟲口密度為10頭/kg時，在相同處理時間內(nèi)，隨著小麥水分含量的增加，儲藏環(huán)境中CO2體積分?jǐn)?shù)較水分含量12%時呈顯著上升趨勢；在相同水分含量小麥的儲藏環(huán)境中，隨著處理時間的延長，CO2體積分?jǐn)?shù)較初始時呈顯著上升趨勢。試驗(yàn)處理期間，水分含量為12%、13%和14%的小麥儲藏環(huán)境中CO2初始體積分?jǐn)?shù)分別為0.453%、0.330%和0.420%，在處理30 d后達(dá)到最大值，分別為7.403%、9.947%和11.543%。

表3 初始感染蟲口密度5頭/kg的嚴(yán)格密閉小麥儲藏環(huán)境中CO2體積分?jǐn)?shù)變化情況Table 3 CO2 volume fraction in strictly sealed wheat storage environment initially infested by 5 T. castaneum adults per kg of wheat %

2.5 感染蟲口密度20頭/kg的小麥儲藏環(huán)境中CO2體積分?jǐn)?shù)變化情況

由表5可知，初始感染蟲口密度為20頭/kg時，在相同處理時間內(nèi)，隨著小麥水分含量的增加，儲藏環(huán)境中CO2體積分?jǐn)?shù)較水分含量12%時呈顯著上升趨勢；在相同水分含量小麥的儲藏環(huán)境中，隨著處理時間的延長，CO2體積分?jǐn)?shù)較初始時呈顯著上升趨勢。試驗(yàn)處理期間，水分含量為12%、13%和14%的小麥儲藏環(huán)境中CO2初始體積分?jǐn)?shù)分別為0.823%、0.560%和0.560%，在處理30、30、24 d后達(dá)到最大值，分別為11.437%、12.647%和17.967%。

表4 初始感染蟲口密度10頭/kg的嚴(yán)格密閉小麥儲藏環(huán)境中CO2體積分?jǐn)?shù)變化情況Table 4 CO2 volume fraction in strictly sealed wheat storage environment initially infested by 10 T. castaneum adults per kg of wheat %

2.6 感染蟲口密度30頭/kg的小麥儲藏環(huán)境中CO2體積分?jǐn)?shù)變化情況

由表6可知，初始感染蟲口密度為30頭/kg時，在相同處理時間內(nèi)，隨著小麥水分含量的增加，儲藏環(huán)境中CO2體積分?jǐn)?shù)較水分含量12%時呈顯著上升趨勢；在小麥水分含量12%、13%的儲藏環(huán)境中，隨著處理時間的延長，CO2體積分?jǐn)?shù)呈顯著上升趨勢，在小麥水分含量14%的儲藏環(huán)境中，隨著處理時間的延長，CO2體積分?jǐn)?shù)開始呈現(xiàn)上升趨勢，從第24天開始趨于穩(wěn)定，并略微降低。試驗(yàn)處理期間，小麥水分含量為12%、13%和14%的儲藏環(huán)境中CO2初始體積分?jǐn)?shù)分別為1.383%、0.847%和0.920%，在處理30、30、24 d后達(dá)到最大值，分別為13.187%、14.117%和18.217%。

表5 初始感染蟲口密度20頭/kg的嚴(yán)格密閉小麥儲藏環(huán)境中CO2體積分?jǐn)?shù)變化情況Table 5 CO2 volume fraction in strictly sealed wheat storage environment initially infested by 20 T. castaneum adults per kg of wheat %

2.7 感染不同蟲口密度赤擬谷盜的小麥儲藏環(huán)境中CO2體積分?jǐn)?shù)變化線性回歸分析

初始感染不同蟲口密度赤擬谷盜的小麥儲藏環(huán)境中CO2體積分?jǐn)?shù)與處理時間之間具有較強(qiáng)的正相關(guān)性。對線性方程進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，相同水分含量、感染不同蟲口密度赤擬谷盜的小麥在嚴(yán)格密閉儲糧環(huán)境中CO2體積分?jǐn)?shù)變化隨蟲口密度的增加呈上升趨勢(表7)。

表6 初始感染蟲口密度30頭/kg的嚴(yán)格密閉小麥儲藏環(huán)境中CO2體積分?jǐn)?shù)變化情況Table 6 CO2 volume fraction in strictly sealed wheat storage environment initially infested by 30 T. castaneum adults per kg of wheat %

2.8 儲糧環(huán)境中CO2體積分?jǐn)?shù)變化與赤擬谷盜發(fā)生關(guān)系的預(yù)測模型

對不同水分含量小麥在嚴(yán)格密閉儲糧環(huán)境中，第10 天感染不同蟲口密度時CO2體積分?jǐn)?shù)進(jìn)行分析，結(jié)果見圖1。擬合得到蟲口密度、CO2體積分?jǐn)?shù)和小麥水分含量之間的預(yù)測模型為F(x,y)=2.939-1.759x-0.211y+0.048x2+0.152xy+x3-0.004x2y(R2=0.969；)。通過預(yù)測模型，得到蟲口密度、CO2體積分?jǐn)?shù)和小麥水分含量之間的關(guān)系，可以對嚴(yán)格密閉儲糧環(huán)境中赤擬谷盜的發(fā)生情況進(jìn)行預(yù)測。對不同水分含量小麥嚴(yán)格密閉儲糧環(huán)境中第20、30天感染不同蟲口密度時CO2體積分?jǐn)?shù)進(jìn)行分析，擬合得到蟲口密度、CO2體積分?jǐn)?shù)和小麥水分含量之間的預(yù)測模型分別為F(x,y)=5.553-4.371x-0.381y+0.106x2+0.377xy+x3-0.009x2y(R2=0.937)和F(x,y)=-2.302-0.240x+0.264y+0.030x2+0.264xy+x3-0.007x2y(R2=0.978)。

表7 初始感染不同蟲口密度赤擬谷盜的小麥儲藏環(huán)境中CO2體積分?jǐn)?shù)變化與處理時間的線性回歸分析結(jié)果Table 7 Linear regression analysis between CO2volume fraction change in stored wheat infested by different initial densities of T. castaneum adults and infesting time

注：表中x是處理時間，d；y是CO2體積分?jǐn)?shù)，%。

圖1 第10 天不同水分含量小麥在嚴(yán)格密閉儲糧環(huán)境中不同蟲口密度赤擬谷盜發(fā)生與CO2體積分?jǐn)?shù)關(guān)系Fig.1 The relationship between the occurrence of T. castaneum with different densities and CO2volume fraction in strictly sealed stored wheat with different moisture contents on the 10th day

3 結(jié)論

研發(fā)靈敏的儲糧害蟲監(jiān)測預(yù)警技術(shù)，可以早期發(fā)現(xiàn)害蟲的發(fā)生，及時采取有效措施開展害蟲綜合治理，確保糧食儲藏的安全性。研究結(jié)果表明，在感染赤擬谷盜、具有相同水分含量的小麥儲藏環(huán)境中，隨著處理時間的延長，CO2體積分?jǐn)?shù)較開始時顯著升高。在相同的處理時間內(nèi)，初始感染蟲口密度相同，儲糧環(huán)境中CO2體積分?jǐn)?shù)隨小麥水分含量的增加較水分含量12%時呈現(xiàn)上升趨勢。本試驗(yàn)研究結(jié)果與王殿軒等[9,13]在密閉條件下測定感染谷蠹的小麥儲存環(huán)境中CO2體積分?jǐn)?shù)的變化規(guī)律相似，進(jìn)一步證明了利用檢測儲糧環(huán)境內(nèi)CO2體積分?jǐn)?shù)變化監(jiān)測害蟲的發(fā)生具有可行性，為通過檢測CO2體積分?jǐn)?shù)變化實(shí)現(xiàn)儲糧害蟲預(yù)警、預(yù)報(bào)提供科學(xué)依據(jù)。