摘要:為了控制嗜蟲書虱對煙草及其他倉儲物的危害,利用不同劑量的電子束對不同蟲態(tài)的嗜蟲書虱進行輻照處理,研究了其輻照效應。結(jié)果表明,嗜蟲書虱的卵、若蟲、成蟲對電子束輻照的敏感性依次降低;100 Gy劑量輻照處理的嗜蟲書虱卵不能孵化;成蟲和若蟲經(jīng)輻照后21 d的半致死劑量LD50分別為198.5 Gy和175.9 Gy;250 Gy劑量輻照處理的嗜蟲書虱成蟲和若蟲在49 d內(nèi)全部死亡,并且導致成蟲不能產(chǎn)生下一代成蟲。因此,250 Gy的劑量可以作為電子束輻照防治嗜蟲書虱的參考劑量。
關(guān)鍵詞:電子束;輻照;嗜蟲書虱;生物效應
中圖分類號:S379.5文章標識碼:A文章編號:0439-8114(2011)10-2014-05
Effect of Electronic Beam Irradiation on Liposcelis entomophilus
CHEN Yun-tang1,GUO Dong-quan1,FAN Jia-lin1,LU Yu-jie2,ZHANG Xiao-yan3,ZHU Jun1,DU Yue-guang4,
ZHANG Zhi-jian4,ZHANG Jian-wei1,Yang Bao-an1
(1. Isotope Institute Co., Ltd., Henan Academy of Sciences / Key Laboratory of Nuclear Agriculture of Zhengzhou / Research Center of Irradiation Processing and Engineering of Henan, Zhengzhou 450015, China; 2. School of Food Science and Technology, Henan University of Technology, Zhengzhou 450052, China; 3. Shengzhou Branch of Shaoxing Tobacco Companny, Shengzhou 312400,Zhejiang,China;
4. Tianchang International Tobacco Co., Ltd., Xuchang 461000,Henan, China)
Abstract: In order to control the damage of Liposcelis entomophilus on tobacco and other storages,the irradiation effects ofdifferent dosages of electronic beam on the different stages of Liposcelis entomophilus were studied. The results showed that the sensitivity of its egg, nymphae, and adult to electron beam irradiation decreased in sequence. The hatch of egg could be stopped by 100 Gy irradiation. The LD50 of the adult and nymphae within 21 days after irradiated was 198.5 Gy and 175.9 Gy respectively. When received the 250 Gy irradiation, the adult and nymphae would die out within 49 days, and no new generation was found. Thus, the 250 Gy was the reference dose to prevent Liposcelis entomophilus (Enderlein) using the electron beam irradiation.
Key words: electronic beam; irradiation; Liposcelis entomophilus (Enderlein); biological effect
嗜蟲書虱[Liposcelis entomophilus(Enderlein)]屬嚙蟲目、書虱科,是不完全變態(tài)昆蟲,有卵、若蟲和成蟲3個發(fā)育時期。它食性復雜,生活周期短,對環(huán)境的適應能力強。嗜蟲書虱原產(chǎn)于熱帶非洲[1],現(xiàn)今已經(jīng)在世界各地廣為分布,是所有嚙蟲目昆蟲中經(jīng)濟意義最重要的一個類群[2],是為害原糧、食品、煙草、中藥材、圖書、檔案及生物標本等多種儲藏物的常見害蟲,只要條件適宜,一年四季都可以發(fā)生為害,并且危害十分嚴重[1,3-5]。在我國,嗜蟲書虱的分布遍及大部分?。ㄊ小^(qū)),是儲藏物尤其是儲糧害蟲中的優(yōu)勢種群之一[6]。嗜蟲書虱的防治非常困難,目前的防治措施仍然以藥劑熏蒸和使用化學保護劑處理為主,但是,由于其繁殖速度快,對化學藥劑的抗性強,熏蒸或其他化學藥劑處理后不久又能重新危害儲藏物[6-8]。其為害已經(jīng)引起了全世界各地倉儲工作者的高度關(guān)注[9]。
多年的研究表明,輻照防治儲藏物害蟲技術(shù)是對化學熏蒸的替代和有效補充[10]。輻照技術(shù)已逐漸成為害蟲綜合防治體系中的一項重要內(nèi)容。在倉儲害蟲的防治上,國際上已經(jīng)有許多成功利用輻照防治的實例[11]。輻照防治害蟲技術(shù)是利用γ射線、X射線或電子束的電離輻照與害蟲的相互作用所產(chǎn)生的物理、化學和生物效應,導致害蟲不育或死亡的一種物理防蟲技術(shù)。目前,關(guān)于輻照防治儲藏物害蟲的研究多采用γ射線,相比之下,由于電子束輻照裝置節(jié)約能源、操作簡單、安全性強、易于控制,使得近年來電子束輻照食品技術(shù)在國內(nèi)外迅速發(fā)展、應用。我國在利用電子束輻照技術(shù)對煙草害蟲的防治[12]、水果害蟲檢疫處理[13]、儲糧害蟲的防治[14-16]等方面也進行了一些研究,但利用電子束輻照技術(shù)防治嗜蟲書虱的研究還未見報道。因此,本研究以不同蟲態(tài)的嗜蟲書虱為試驗材料,研究不同劑量的電子束輻照對嗜蟲書虱的致死效應,為電子束輻照防治此類害蟲提供科學依據(jù)。
1材料與方法
1.1供試蟲源及培養(yǎng)條件
試驗采用的嗜蟲書虱為河南省科學院核農(nóng)學重點實驗室連續(xù)培養(yǎng)多代的成蟲,以全麥粉、脫脂奶粉和酵母粉過80目篩后按質(zhì)量比10∶1∶1混合均勻作為飼料,在相對濕度75%±5%、溫度28 ℃±1 ℃的條件下,放置于內(nèi)壁涂有聚四氟乙烯、底面貼有黑色濾紙的6 cm培養(yǎng)皿中避光培養(yǎng)。將若干嗜蟲書虱成蟲在上述條件下培養(yǎng)2 d后移出培養(yǎng)皿,將其產(chǎn)的卵在原條件下繼續(xù)培養(yǎng),分別在20 d和30 d后得到蟲齡一致的若蟲和成蟲,每30頭為一組置于新的培養(yǎng)皿中,并將培養(yǎng)皿編號,待輻照處理。另取培養(yǎng)皿轉(zhuǎn)入50頭成蟲,撒上一薄層飼料,待其產(chǎn)卵2 d后移出成蟲,在雙目體視顯微鏡下統(tǒng)計卵的數(shù)量,并將培養(yǎng)皿編號,待輻照處理[14]。
1.2輻照處理
輻照處理采用中國原子能科學研究院的HJIY-6M2高頻單槍電子加速器,能量為2 MeV,束流為10 mA,利用丙酰胺劑量片測得電子加速器的劑量率為50.0 Gy/s。將1.1中編有號碼的培養(yǎng)皿置于距電子加速器鈦窗口30 cm處進行靜態(tài)輻照,掃描寬度為100 cm,輻照劑量分別為0(對照)、50 Gy、100 Gy、150 Gy、200 Gy、250 Gy、300 Gy、400 Gy、600 Gy、800 Gy、1 000 Gy、1 200 Gy和1 400 Gy,共13個處理,每處理劑量3個重復。
1.3輻照效應評價
每批試蟲采用不同的劑量輻照處理后,仍在原條件下培養(yǎng),每7 d觀察1次并更換成蟲和若蟲的培養(yǎng)皿和飼料,觀察記錄內(nèi)容包括成蟲和若蟲的存活數(shù)量,計算其存活率。每天觀察記錄卵的孵化情況,直至不再有若蟲孵化出,統(tǒng)計卵的孵化率。另外,嗜蟲書虱成蟲經(jīng)不同劑量的電子束輻照后,挑取雌蟲和雄蟲按照1∶1配對,每10頭放入一個培養(yǎng)皿中仍在原條件下培養(yǎng)3 d后,篩去成蟲,原條件下培養(yǎng)30 d后檢查并統(tǒng)計飼料中F1代成蟲的數(shù)量,將各輻照處理產(chǎn)F1代成蟲數(shù)量與對照產(chǎn)F1代成蟲數(shù)量相比,將比值作為嗜蟲書虱的繁殖力。繁殖力按公式(1)計算:
繁殖力=■×100%(1)
1.4數(shù)據(jù)處理
根據(jù)1.3檢查得到的嗜蟲書虱卵孵化率及成蟲、幼蟲的存活率,采用DPS數(shù)據(jù)處理軟件Duncan新復極差法進行多重比較分析。根據(jù)嗜蟲書虱成蟲、若蟲的存活率計算出其死亡率,以對照處理中成蟲、若蟲的自然死亡率進行校正后,采用DPS數(shù)據(jù)處理軟件將不同劑量下的校正死亡率轉(zhuǎn)換為機率值,輻照劑量轉(zhuǎn)換為對數(shù)值進行幾率分析,獲得擬合良好的輻照劑量與死亡率的線性關(guān)系,進而計算出輻照對嗜蟲書虱成蟲、若蟲的半致死劑量LD50和95%置信區(qū)間[17]。
2結(jié)果與分析
2.1電子束輻照對嗜蟲書虱卵孵化率的影響
嗜蟲書虱的卵經(jīng)0 Gy到1 400 Gy各劑量的電子束輻照處理后,觀察統(tǒng)計各個處理卵的孵化率,結(jié)果見表1。由表1可以看出,嗜蟲書虱卵的孵化率隨著輻照劑量升高而顯著下降,各輻照處理卵的孵化率與對照組相比差異顯著(P<0.05)。對照組嗜蟲書虱卵的孵化率為80.1%,50 Gy輻照處理的卵孵化率僅為8.9%,100 Gy及以上劑量輻照處理的卵孵化率均為0??梢?,嗜蟲書虱的卵對電子束輻照極為敏感,100 Gy劑量的電子束輻照即可完全阻止嗜蟲書虱卵的孵化。
2.2電子束輻照對嗜蟲書虱若蟲存活率的影響
經(jīng)過不同劑量的電子束輻照后,檢查嗜蟲書虱若蟲的存活情況,結(jié)果見表2。由表2可知,在輻照后的相同檢查時間,隨著電子束輻照劑量的升高,嗜蟲書虱若蟲的存活率下降,各輻照處理若蟲的存活率與對照組相比差異顯著(P<0.05)。在150 Gy、200 Gy、250 Gy、300 Gy、400 Gy、600 Gy、800 Gy、1 000 Gy、1 200 Gy、1 400 Gy的輻照劑量下,嗜蟲書虱若蟲完全(100%)死亡時間分別為63 d、63 d、49 d、49 d、35 d、35 d、21 d、14 d、14 d、7 d。由此表明,電子束輻照對嗜蟲書虱若蟲的存活率有顯著影響,但若蟲不會立即全部死亡,而是經(jīng)過一段時間超過150 Gy劑量輻照的陸續(xù)死亡直至全部死亡。其全部死亡時間與輻照劑量有關(guān),輻照劑量越高,嗜蟲書虱若蟲完全(100%)死亡的時間越短。根據(jù)輻照后培養(yǎng)21 d若蟲的存活率,計算出若蟲的死亡率進行輻照劑量—死亡率模型分析,得到輻照劑量與死亡率的線性關(guān)系為y=1.166 3x+2.381 5(r=0.9779),LD50為175.9 Gy,95%置信區(qū)間為149.6~206.8 Gy。
2.3電子束輻照對嗜蟲書虱成蟲存活率的影響
嗜蟲書虱成蟲經(jīng)不同劑量輻照處理后各檢查時間的存活率情況見表3。從表3可以看出,在輻照后的相同觀察時間,隨著電子束輻照劑量的升高,嗜蟲書虱成蟲的存活率下降。輻照后第七天時,300 Gy及以下劑量處理嗜蟲書虱成蟲的存活率與對照組相比差異不顯著(P>0.05),1 400 Gy劑量輻照的嗜蟲書虱成蟲存活率降至8.9%。14 d時,100 Gy及以下劑量處理嗜蟲書虱成蟲的存活率與對照組相比差異不顯著(P>0.05),250 Gy及以上劑量輻照的成蟲存活率降至50%以下,1 200 Gy和1 400 Gy劑量輻照的成蟲全部死亡。輻照21 d以后的所有觀察結(jié)果中,各劑量輻照處理成蟲的存活率明顯下降,其存活率與對照組相比差異顯著(P<0.05)。在
1 000 Gy、800 Gy、600 Gy、400 Gy、300 Gy、250 Gy、200 Gy的輻照劑量下,嗜蟲書虱若蟲完全(100%)死亡的時間分別為21 d、21 d、35 d、49 d、49 d、49 d、63 d。與若蟲表現(xiàn)相似,成蟲的死亡時間也與輻照劑量有關(guān),輻照劑量越高,嗜蟲書虱成蟲完全死亡的時間越短。根據(jù)輻照后培養(yǎng)21 d成蟲的存活率,計算出成蟲的死亡率,進行輻照劑量—死亡率模型分析,得到輻照劑量與死亡率的線性關(guān)系為y=1.392 5x+1.800 1(r=0.981 6),LD50為198.5 Gy,95%置信區(qū)間為172.7~228.2 Gy??梢钥闯?,嗜蟲書虱若蟲比成蟲對電子束具有更高的敏感性。
2.4電子束輻照對嗜蟲書虱繁殖力的影響
不同劑量的電子束對嗜蟲書虱成蟲進行輻照處理后,通過公式(1)計算其繁殖力,結(jié)果見圖1。由圖1可見,嗜蟲書虱成蟲繁殖力隨著輻照劑量增加而明顯下降。經(jīng)50 Gy的劑量輻照,嗜蟲書虱成蟲的繁殖力已降至70.3%;200 Gy劑量輻照處理的嗜蟲書虱成蟲的繁殖力不到4%;經(jīng)250 Gy及以上劑量輻照處理的嗜蟲書虱成蟲的繁殖力為0,即無法產(chǎn)生下一代成蟲。
3討論
電子束對3種蟲態(tài)的嗜蟲書虱輻照試驗結(jié)果表明,較低劑量的電子束輻照即可殺死3種蟲態(tài)的嗜蟲書虱,嗜蟲書虱對電子束的敏感性由高到低依次為:卵>若蟲>成蟲,這與國外利用電子束輻照處理其他害蟲的研究結(jié)果相同[18,19]。說明電子束輻照能夠徹底解決化學熏蒸防治中存在的害蟲蟲卵、蟲蛹難殺,害蟲會產(chǎn)生抗性等難題。分析不同輻照劑量下嗜蟲書虱若蟲和成蟲的死亡情況發(fā)現(xiàn),電子束輻照后的若蟲和成蟲不會立即全部死亡,而是經(jīng)過一段時間后才全部死亡,而且輻照劑量越高嗜蟲書虱全部死亡所需時間越短。這是由于輻照可造成害蟲細胞核DNA損傷,輻照劑量越高損傷越嚴重[20]。電子束輻照殺蟲機理主要是通過損傷的積累來殺死害蟲細胞,當細胞死亡數(shù)量達到一定程度會導致害蟲死亡。本研究中,以300 Gy的劑量輻照后,嗜蟲書虱的若蟲和成蟲在49 d內(nèi)就全部死亡。王殿軒等[14]對同是書虱科的嗜卷書虱進行了輻照效應研究,300 Gy的劑量輻照后,嗜卷書虱若蟲和成蟲則分別需要42 d和56 d才能全部死亡。這表明雖同屬書虱科,但不同種的書虱對電子束輻照的敏感性有所不同。目前,書虱防治常用的方法是化學熏蒸法,但由于長期單一地使用和不科學合理的應用磷化氫,面臨著書虱對其產(chǎn)生日益嚴重的抗藥性問題,同時也帶來了食品安全和生態(tài)環(huán)境問題[21]。近年來,隨著人們的環(huán)保意識和對食品衛(wèi)生要求的提高,電子束輻照殺蟲這一綠色高新技術(shù)在國內(nèi)外得到快速發(fā)展、應用。輻照技術(shù)已經(jīng)廣泛應用于農(nóng)產(chǎn)品和食品貯藏保鮮方面[22,23]。由電子束輻照殺蟲具有殺蟲徹底、能耗少、安全、環(huán)保等優(yōu)點,逐漸成為儲藏物害蟲防治的一個重要手段,是化學熏蒸的有效替代技術(shù),具有進一步研究開發(fā)的價值和廣闊的應用前景。
4結(jié)論
1)不同蟲態(tài)的嗜蟲書虱經(jīng)足夠劑量電子束輻照處理后在一定時期內(nèi)全部死亡,輻照劑量不同則書虱完全死亡所需的時間不同,輻照劑量越高完全死亡所需的時間越短。
2)嗜蟲書虱的不同蟲態(tài)對電子束的敏感性存在差異,成蟲和若蟲經(jīng)250 Gy劑量輻照后在49 d內(nèi)全部死亡,而卵經(jīng)100 Gy劑量輻照后就無法孵化;在輻照后21 d,若蟲的半致死劑量LD50為175.9 Gy,而成蟲的LD50為198.5 Gy。嗜蟲書虱的卵、若蟲、成蟲對電子束的敏感性依次降低。
3)嗜蟲書虱成蟲的繁殖力隨著輻照劑量的提高而明顯下降,成蟲經(jīng)250 Gy劑量輻照后其繁殖力為0,即無法產(chǎn)生下一代成蟲。因此,250 Gy的輻照劑量可以作為電子束防治嗜蟲書虱的有效劑量。
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注:本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請以PDF格式閱讀原文