氮氣及溫度、濕度條件對銹赤扁谷盜卵發育的影響

王明潔 蔡婷婷 汪 峰 邵小龍 蔡宏郁 鞠興榮

(南京財經大學食品科學與工程學院1，南京 210046)(江蘇省現代糧食流通與安全協同創新中心2，南京 210046)

氮氣及溫度、濕度條件對銹赤扁谷盜卵發育的影響

王明潔1,2蔡婷婷1汪 峰1,2邵小龍1,2蔡宏郁1鞠興榮1,2

(南京財經大學食品科學與工程學院1，南京 210046)(江蘇省現代糧食流通與安全協同創新中心2，南京 210046)

在3種氮氣濃度(78.8%、83.0%、88.0%)、3種相對濕度(69.6%RH、75.1%RH、83.7%RH)及5種溫度(19.9、25.0、29.3、34.7、39.8 ℃)組合條件下，研究了銹赤扁谷盜卵的孵化情況。結果表明：發育歷期為2.2～18.9 d，發育起點溫度為13.8～14.3 ℃，最高臨界發育溫度為40.4～43.0 ℃，有效積溫為61.6～115.6 日度。發育歷期、發育速率與溫度之間分別是“指數”型及“S”型曲線關系。氮氣及溫度、濕度因素相互作用影響了卵的孵化，88.0%的氮氣對孵化有顯著的抑制效應，溫度(>30.0 ℃)及濕度(>69.6%RH)強化了氮氣對孵化的抑制效應。

銹赤扁谷盜 卵 氮氣 溫度 相對濕度

銹赤扁谷盜Cryptolestesferrugineus(Stephens)是第二食性害蟲，現今因其逐漸對熏蒸劑產生了較強的抗性而備受關注[1-2]。氣調儲糧具有延緩品質劣變、抑殺蟲霉及安全環保等優點，作為一種保護儲糧的技術手段已被廣泛認同。近些年開展了充氮氣調控制儲糧害蟲的工作，這些研究多集中在氮氣處理濃度超過90%的情況下對儲糧害蟲的抑殺效應上，如楊健、嚴曉平等[3-7]發現95%以上的氮氣控制儲糧害蟲效果較好，而對90%以下的氮氣的研究鮮見報道。有資料表明，銹赤扁谷盜的卵與幼蟲、蛹和成蟲等蟲態相比，呼吸強度最小，因而也是最難防治的一個蟲態[8]。為此，在氮氣處理濃度低于90%的情況下，針對高水分稻谷，研究氮氣及溫度、濕度條件對銹赤扁谷盜卵發育的影響，以期為充氮氣調防治稻谷儲藏期害蟲提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

試蟲：成都糧食儲藏研究所害蟲防治中心，于南京財經大學糧食儲運國家工程實驗室在(28±1) ℃、相對濕度為(70±5)%的條件下，用碎小麥、燕麥粉、酵母粉按6∶3∶1混配成飼料常規飼養。

供試氣源：南京天澤氣體有限責任公司，配制3種氮氧壓縮鋼瓶氣，按體積含量計，氮氣分別為78.8%、83.0%和88.0%。

淮5粳稻：江蘇農墾集團。稻谷初始水分為17.3%，將供試稻谷水分分別調至13.6%、14.5%及16.3%，破碎粒率調至2%。

氯化鉀：南京化學試劑有限公司；碘化鉀：國藥集團化學試劑有限公司；氯化銅：上海振欣試劑廠；氯化鈉、硝酸鈉：西隴化工股份有限公司。所用試劑均為分析純。

1.2 試驗裝置及設施

連續通氣裝置如圖1所示。鋼瓶內的氮氧混合氣作為氣源；流量計用以調控氣體的流速[(50±5)mL/min]；洗氣瓶(500 mL)內裝不同的鹽溶液，用以調控流經的氮氧混合氣的相對濕度；干燥器(直徑21.0 cm)隔板上裝有1 200 g的稻谷，將分別裝有25個養蟲管(直徑1.1 cm，高度4.5 cm)的2個養蟲缸(直徑9.0 cm，高度5.5 cm)埋在稻谷下1.0 cm處；通氣后氣體流經這一試驗裝置后，通過墻壁排到養蟲室外。

注:1 氮氧壓縮氣鋼瓶，2 流量計；3 干燥器，4 養蟲缸，5 洗氣瓶，6 玻璃管，7 鹽溶液，8 稻谷。

圖1 試驗裝置

養蟲室：用空調將5間養蟲室的溫度分別控制為(19.9±0.50)、(25.0±0.55)、(29.3±0.49)、(34.7±0.20)和(39.8±0.32) ℃。各養蟲室內均設置3套連續通氣裝置，每套裝置的供試氣源按體積含量計，氮氣分別為78.8%、83.0%和88.0%。

1.3 試驗方法

1.3.1 配制飽和鹽溶液

在一定的溫度條件下，用密閉空間中的飽和鹽溶液可以設定該空間的相對濕度[9]，故讓氮氧混合氣流經特定的鹽溶液就可以使其達到與稻谷的平衡水分相平衡的相對濕度(表1)。表1中稻谷的平衡水分可以由修正Chung-Pfost 解吸等溫線模型計算得到[10]。該等溫線模型為：

式中：RH為相對濕度；M為平衡含水量/(干基，%)；t為溫度/℃。C1=502.485，C2=45.276，C3=0.186 。

表1 5種飽和鹽溶液設定的氮氧混合氣相對濕度及對應的稻谷平衡水分/%

根據表1的數據，計算得出在5個溫度條件下，氮氧混合氣相對濕度均值及對應的稻谷平衡水分均值(濕基)分別為(69.62±1.81)%/(13.58±0.28)%、(75.06±0.28)%/(14.50±0.46)%和(83.67±1.10)%/(16.33±0.67)%。

按照表1配制飽和鹽溶液，分別裝入洗氣瓶，連接在5間養蟲室的3套裝置上。

1.3.2 卵期的觀察

在試驗前5 d開啟試驗裝置，檢查其密封性，待氣體流速穩定后開始試驗，試驗期間保持流速的穩定。

在雙目體視顯微鏡下選取1粒24 h內產的卵，用毛筆輕輕拈起放入養蟲管，然后將養蟲管置于養蟲缸中，每個干燥器中放入2個養蟲缸，每個養蟲缸中內置25個養蟲管。養蟲管及養蟲缸均用尼龍篩網封口，將養蟲缸埋入稻谷下1 cm處，逐日觀察并記載卵的孵化情況。

2 結果與分析

2.1 不同氮氣濃度及溫度、濕度條件下銹赤扁谷盜卵的發育歷期

2.1.1 氮氣濃度及溫度、濕度條件對卵發育歷期的影響

卵發育歷期表示卵完成發育所需要的時間。試驗表明，卵的發育歷期為2.2～18.9 d，受到氮氣及溫度、濕度條件的影響，變化較大(圖2)。

卵發育歷期曲線按照氮氣濃度的不同分成明顯的3組，3組曲線按照氮氣濃度從小到大的順序自下而上排列。此外，隨著溫度的升高各組之間的間距越來越小，溫度升至30 ℃間距趨于穩定。比較相同濕度但不同氮氣濃度的3根曲線之間的距離，發現濕度越高距離越大，此現象在20 ℃至30 ℃之間最為明顯(圖2)。上述現象表明：氮氣濃度越高，卵發育歷期越長；在低于30 ℃條件下，溫度大大削弱了氮氣對卵發育歷期的延長作用；相對濕度強化了氮氣對卵發育歷期的延長作用。

圖2 不同氮氣濃度及溫度、濕度條件下銹赤扁谷盜卵的發育歷期

除78.8%氮氣處理濃度組曲線在35 ℃前隨著溫度的增加呈下降的趨勢外，其余2組下降的趨勢要持續至40 ℃。下降速度最大的溫度區間為25～30 ℃，此現象在88.0%氮氣濃度組曲線上表現的尤為突出(圖2)。該現象說明，溫度越高，卵發育歷期越短，25 ～30 ℃是卵發育歷期由長變短的溫度轉折期；氮氣可以增強卵發育歷期之于溫度的敏感性。

各氮氣濃度組內的3根曲線也不完全重合(圖2)。69.6%RH的曲線居于各組最上方位置，75.1%RH與83.7%RH的曲線依次位于其下方。78.8%氮氣組的3根曲線重合度最小，83.0%次之，88.0%最大，此現象在溫度小于30 ℃，特別是在25 ℃左右極為明顯。這說明在相同氮氣濃度的情況下，相對濕度越大卵發育歷期越短；氮氣削弱了相對濕度對卵發育的促進作用；低于30 ℃的溫度對于卵發育歷期之于相對濕度敏感性的影響遠大于30 ℃以上的溫度。

2.1.2 卵發育歷期與溫度的回歸方程的建立

在試驗條件下，進行卵發育歷期(Y)與溫度(X)的一元回歸方程的擬合。共對直線、指數、對數、冪函數、“S”型和二次函數等6種函數進行了擬合比較，得到的最優形式為Y=ae(-bX)(a>0，b>0)，說明在20～40 ℃內，隨著溫度的升高，卵發育歷期按照指數函數的形式逐漸縮短(表2)。

表2 擬合Y=ae(-bX)得到的參數(Y為卵發育歷期/d，X為溫度/℃)

2.2 不同氮氣濃度及溫度、濕度條件下銹赤扁谷盜卵的發育速率

2.2.1 氮氣濃度及溫度、濕度條件對發育速率的影響

發育速率為發育歷期的倒數。與圖2一樣，發育速率曲線亦分為3組，但卻是按照氮氣濃度從小到大的順序自上而下排列。此外，在溫度升至30 ℃之后3組曲線的組間距極為明顯。比較相同濕度但不同氮氣濃度的3根曲線之間的距離，發現濕度越高距離越大(圖3)。這些表明：氮氣濃度越高，發育速率越低，說明氮氣抑制卵發育，88.0%氮氣的抑制效應最強。與78.8%氮氣處理相比，相同濕度條件下在各溫度88.0%氮氣的發育速率起碼要小0.032；溫度(>30.0 ℃)極大地強化了氮氣對卵發育的抑制效應，同樣與78.8%氮氣相比，當溫度大于30 ℃時，相同濕度條件下88.0%氮氣的發育速率起碼要小0.076；相對濕度強化了氮氣的抑制效應，與69.6% RH在各溫度78.8%與88.0%氮氣發育速率差的均值相比，75.1%RH與83.7%RH的均值分別要大0.012 6和0.018 0。

隨著溫度的增加，78.8%氮氣濃度組的曲線經歷了緩慢上升、急劇上升繼而下降的過程，發育速率急劇上升的溫度范圍為25～35 ℃。與之不同，另2組曲線呈緩升、快升再慢升的趨勢，“急劇上升溫度范圍”縮小為25～30 ℃(圖3)。這些表明：溫度與發育速率為“S”型曲線關系；氮氣的“介入”使得“S”型曲線在高溫階段依舊緩慢上升，且“急劇上升溫度范圍”縮小。

圖3 不同氮氣濃度及溫度、濕度條件下銹赤扁谷盜卵的發育速率

與圖2類似，在圖3中，78.8%氮氣組的3根曲線重合度最小，88.0%最大。但各組的69.6%RH曲線均居于該組最下方位置，而83.7%RH曲線位于最上方。在“急劇上升溫度范圍”之內，各組的三條曲線基本平行或重合。這些說明：在相同氮氣濃度的情況下，相對濕度越大發育速率越高，氮氧混合氣中的水分促進了卵的發育；氮氣會極大地削弱相對濕度對卵發育速率的影響；就溫度對于發育速率之于相對濕度敏感性的影響而言，“急劇上升溫度范圍”內的溫度影響極微。

2.2.2 發育速率與溫度的回歸方程的建立

在試驗條件下，用溫度與發育速率的試驗數據擬合 “王-蘭-丁” 溫度與發育速率關系模型(表3)。模型如下：

式中：K為高溫下潛在的飽和發育速率，等于最適發育速率V(T0)的2倍；r是發育速率隨溫度變化的指數增長率；TL、TH各為最低、最高臨界發育溫度；T0為最適發育溫度；δ為邊界層的寬度，其相對大小反映了昆蟲對極端溫度的不同忍耐程度。

比較表3中的參數后發現：1)高溫下潛在的最大發育速率(K)隨著氮氣濃度的升高而下降，當氮氣濃度大于78.8%時相對濕度對K值影響極微；2)發育速率隨溫度變化的指數增長率(r)在氮氣濃度升至83.0%以上有明顯的增加，因相對濕度差異而至r值變化的幅度小于0.150；3)最適宜發育溫度(T0)隨著氮氣濃度的增加逐漸下降，78.8%、83.0%與88.0%氮氣濃度下69.6%RH、75.1%RH及83.7%RH的T0均值分別為27.4、26.9、26.5 ℃，另外，氮氣濃度相同時因相對濕度差異而至T0變化的幅度小于0.7 ℃；4)各氮氣濃度下3種相對濕度邊界層的寬度(δ)都在氮氣濃度升至83.0%時達到最大，而后隨著氮氣濃度的增加而下降。78.8%、83.0%與88.0%氮氣濃度下3種相對濕度的δ均值依次為0.179 2、0.202 3和0.094 9。此外，各氮氣濃度下，相對濕度越大，δ值就越小。結合2.2的分析說明，在氮氣濃度升至88.0%時，氮氣對卵的發育表現出明顯的抑制效應；就對極端溫度的忍耐程度而言，卵對氮氣有1個適應和忍耐的限度，當濃度超過了83.0%，忍耐力就會明顯下降，卵的發育會因此受到明顯影響。此外，氮氧混合氣中的水分降低了卵對極端溫度的耐受力。

表3 用發育速率及溫度觀察值擬合“王-蘭-丁”模型得到的參數

2.3 不同氮氣濃度及相對濕度條件下銹赤扁谷盜卵的發育臨界點溫度及有效積溫

發育臨界點溫度包括發育的最低和最高溫度，即發育起點溫度和最高臨界發育溫度。發育起點溫度以上的溫度之于生長發育才是有效溫度，而完成某一發育階段需要的有效溫度之和是一個常數，將這個常數稱為有效積溫，其數學表達式如下：

Ki=Ni(Ti-C)

式中：Ki為有效積溫/日度；Ni為發育歷期/d；Ti為發育期的平均溫度/℃；C為發育起點溫度/℃。

用表3中的最低、最高臨界發育溫度來討論發育臨界點溫度，有效積溫用上述數學表達式計算得到(圖4)。

圖4 不同氮氣濃度及相對濕度條件下銹赤扁谷盜卵的發育臨界點溫度和有效積溫

2.3.1 發育臨界點溫度

發育起點溫度及最高臨界發育溫度分別為13.8～14.3 ℃和40.4～43.0 ℃，隨氮氣濃度增加而升高的幅度都不大，在0.42 ℃及2.52 ℃之內(表3，圖4)。隨著氮氣濃度的增加，二者均呈上升的趨勢，在氮氣濃度升至83.0%以后上升趨勢較為明顯，且相對濕度越小，上升的趨勢越明顯。二者隨氮氣濃度變化曲線均按照相對濕度從大到小的順序分成自下而上排列的三條曲線。這說明，提高氮氣濃度，降低相對濕度，卵能夠發育的最低與最高溫度均會有有限的升高；就提高發育臨界點溫度而言，升氮與降濕之間是相互促進的關系。

Kawamoto等[11]在15～35 ℃、50%～90%RH的條件下發現該蟲卵發育速率和溫度是線性關系，并推算發育起點溫度為15.3 ℃。而在78.8%氮氣濃度、20～40 ℃、69.6%～83.7%RH條件下，發現40 ℃條件下的發育速率較35 ℃明顯下降，因而發育速率和溫度為S型曲線關系(圖3)，由此推算發育起點溫度為13.8～13.9 ℃，較Kawamoto等[11]的要低。

2.3.2 有效積溫

有效積溫為61.6～115.6日度，隨氮氣濃度增加而升高。有效積溫隨氮氣濃度變化的3條曲線亦按照相對濕度從大到小的順序自下而上排列，但它們之間的差異隨著氮氣濃度的升高而減少(圖4)。這些現象說明提高氮氣濃度、降低相對濕度可顯著的提高卵對有效積溫的要求，“升氮”削弱了“降濕”對有效積溫的升高效應。

3 結論

綜上所述，在3種氮氣濃度(78.8%、83.0%、88.0%)、3種相對濕度(69.6%RH、75.1%RH、83.7%RH)及5種溫度(19.9、25.0、29.3、34.7和39.8 ℃)的條件下，氮氣及溫度、濕度因素相互作用影響了卵的孵化，88.0%的氮氣對孵化有顯著的抑制效應，溫度(> 30.0 ℃)及濕度(> 69.6%RH)強化了氮氣對孵化的抑制效應。這些有助于在生產實踐中，從氮氣、溫度、濕度和糧食水分這幾個因素入手，尤其是使用低于常規氣調的氮氣濃度，創造抑制儲糧害蟲發育的外部環境，最大限度地壓低害蟲種群增長速度，達到安全、經濟、有效的防治效果。

志謝：何榮博士對論文的修改提供了寶貴意見，謹致謝意。

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The Influences of Nitrogen, Temperature and Relative Humidity on Egg Development of Rusty Grain Beetle,CryptolestesFerrugineus(Stephens)

Wang Mingjie1,2Cai Tingting1Wang Feng1,2Shao Xiaolong1,2Cai Hongyu1Ju Xingrong1,2

(College of Food Science and Engineering, Nanjing University of Finance and Economics1, Nanjing 210046)(Jiangsu Collaborative Innovation Center for Modern Grain Circulation and Safety2，Nanjing 210046)

Egg eclosion ofCryptolestesferrugineus(Stephens) was investigated under the combined conditions of nitrogen concentrations (78.8%, 83.0% and 88.0%) , relative humidity(69.6%RH, 75.1%RH, 83.7%RH) and temperatures(19.9,25.0,29.3,34.7,39.8 ℃). The results showed that the development period, the development zero, the maximum development temperature and the effective accumulated temperature were 2.2～18.9 d,13.8～14.3 ℃,40.4～43.0 ℃ and 61.6～115.6 day-degree, respectively. The curves between the development period, development rate and the temperatures were respective ‘index’ and ‘S’-shaped pattern. It was concluded that the interaction of nitrogen, temperature and humidity would affect egg eclosion；88% nitrogen had significant inhibitory effects on the eclosion；Temperature (>30.0 ℃) and humidity (>69.6%RH) enhanced the inhibitory effect of nitrogen on egg eclosion.

Cryptolestesferrugineus(Stephens), egg, nitrogen, temperature, relative humidity

S379.5

A

1003-0174(2016)12-0106-06

國家科技支撐計劃(2011BAD03B02)

2015-04-23

王明潔，女，1963年出生，副教授，糧食儲藏