植物检疫辐照处理的研究进展

程 瑜，张瑞峰，杨 菲，康芬芬，黄庆林，魏亚东

（天津市出入境检验检疫局，天津300461）

随着我国对外贸易的迅猛发展，进出境植物产品的种类和数量也快速增长，随植物产品传播有害生物的风险性也显著提高。植物检疫辐照技术作为一种新兴的检疫处理方法，与传统的化学熏蒸处理以及冷、热处理相比，具有处理速度快、不改变货物温度、环保安全以及无化学残留等优点，受到检疫部门的重视，其在提高进出境植物产品安全和促进国际贸易中具有重要的作用。植物检疫辐照是利用γ射线、电子束或X射线照射植物上携带的有害生物，使其死亡、不能成功发育、无力繁殖、灭活和失活，从而达到防止有害生物传播、蔓延和扩散的目的[1-2]。常用辐照源有放射性同位素（60Co或137Cs）产生的γ射线、机械源产生的电子射线（最高10 MeV），或 X射线（最高7.5 MeV）[1]。每单位质量的被照射物质吸收的平均辐照能量，称为吸收剂量，其国际计量单位为Gray（ Gy）（ 1 Gy相当于 1 kg的物质吸收 1 J的能量）。大量研究表明，辐照处理技术是化学熏蒸的首选替代途径和有效的补充，是21世纪最有前途的检疫处理技术，拥有广阔的应用前景和优势[3]。

1 植物检疫辐照处理应用的发展和现状

最早关于植物检疫辐照处理的报道出现在1930年，Koidsumi建议使用X光对水果和蔬菜进行检疫处理[3]。在此之后，科学家们进行了大量的检疫辐照处理研究，为商业化运行提供了坚实的基础。国际组织在推动辐照处理的应用和推广上发挥了重要的作用。1970年，联合国粮农组织（FAO）和国际原子能机构（IAEA）经过联合评估后认识到，检疫辐照处理可以作为一种有效的方法用于果蔬的检疫处理[3]。1980年，世界卫生组织（WTO），FAO和IAEA宣布，用小于10 kGy剂量辐照过的食品没有毒理学危险，在营养学和微生物学上也是安全的[4]。辐照检疫剂量通常在几百Gy，因此，经辐照检疫处理的植物产品对人类健康无害。1991年，在FAO，IAEA和WTO支持下成立的国际食品辐照咨询小组（ICGFI）认定，检疫辐照处理是一种有效、广谱的检疫处理方法。1991年，ICGFI根据当时收集到的有限数据，推荐采用150 Gy作为处理实蝇科卵和幼虫的最低吸收剂量，300 Gy作为处理没有达到成熟期害虫的最低吸收剂量[5]。大量的科研数据，特别是FAO和IAEA在几十年来实施的几个联合项目证明，150 Gy可作为处理实蝇科昆虫的通用剂量[6]。1994年，ICGFI第17号文件《新鲜水果和蔬菜辐照检疫处理》提出了新鲜水果和蔬菜辐照检疫的推荐标准。2003年，国际植物保护公约（IPPC）下设的国际植物检疫措施委员会（ICPM）制定了第18号国际植物检疫措施标准《辐照用作植物检疫措施的准则》（ISPM 18），批准辐照可以作为检疫处理的措施。2007年制定的《限定性有害生物的植物检疫处理准则》（ISPM 28）的附件中，共收录了14种害虫的辐照处理剂量。

除国际组织以外，一些地区性组织和国家政府也积极行动，将辐照列为植物检疫处理的方法。1989年，北美植物保护组织（NAPPO）将辐照列入检疫处理方法[7]。1992年召开的区域性植保组织技术咨询会上，辐照作为新鲜园艺产品的检疫处理方法得到欧洲植保组织（EPPO）、亚太地区植物保护委员会（APPPC）、南锥体区域植物保护组织（COSAVE）和中美洲区域国际农业卫生组织（OIRSA）等在IPPC框架下运行的区域植保组织认可[8]。我国在2008年颁布了国家标准《植物检疫措施准则：辐照处理》（ GB/T 21659—2008），该标准规定了对限定性有害生物或物品采用电离辐照技术进行辐照处理的具体程序和技术准则。

国内外科研人员在检疫辐照领域进行了大量的研究，为检疫辐照的实际应用打下了坚实的基础。至2012年为止，IAEA的官方网站中的IDIDAS数据库收集了337种害虫和螨虫的检疫处理剂量，方便检疫工作人员的使用和参考[9]。自20世纪90年代起，我国科学家在辐照检疫处理领域开展了大量的研究，确定了谷斑皮蠹幼虫、柑橘大实蝇、橘小实蝇、光肩星天牛、松墨天牛老龄幼虫、舞毒蛾、芒果实蝇老熟幼虫、芒果果实象甲、芒果果肉象甲、荔枝蒂蛀虫、荔枝中昆士兰石蝇、莲雾中橘小实蝇等的检疫处理剂量[10]。

目前，一些国家和地区已将检疫处理应用于进出境检疫工作。为了控制番木瓜上的实蝇科害虫，1989年美国政府正式颁布了“批准辐照处理的夏威夷番木瓜作为有条件出口的政府指导文件”。目前，美国已经允许从印度、越南和泰国进口经辐照检疫的特定水果品种。2001年2月，澳大利亚和新西兰批准可对芒果、番木瓜、荔枝、龙眼、面包果等9种水果进行剂量不超过1 kGy的检疫辐照处理。近年来，新西兰农业部批准允许从澳大利亚进口芒果、番木瓜和荔枝。2007—2010年澳大利亚共有1 669 t水果经辐照检疫出口至新西兰。2009—2010年澳大利亚共出口经辐照检疫处理的芒果263 t到马来西亚[11]。

2 植物检疫辐照处理的生物学效应

检疫辐照对有害生物的生物学效应是一个复杂的过程，需要经历一系列性质不同而又相互关联的物理、化学和生物学变化，最终导致生物分子损伤。

生物分子自由基与生物分子损伤存在密不可分的关系。自由基是指一些化学性质不稳定，寿命短，独立存在的，带有一个或多个不成对电子的原子、分子、基团或离子。生物分子自由基产生后迅速起化学反应，2个自由基不配对，电子相互配对，或是不配对电子转移给另一个分子，造成分子化学键的变化，引起生物分子损伤[12]。自由基由2种方式产生：（1）直接作用。辐照直接作用于生物大分子（如DNA分子、酶和蛋白质），引起电离和激发，对生物大分子产生一定的损伤，并产生生物分子自由基。（2）间接作用。辐照作用于生物分子周围的水分子，形成水解自由基。水解自由基再与生物分子发生物理化学反应，生成生物分子自由基[13]。生物分子损伤主要由间接作用引起。

生物分子损伤可造成分子结构和性质的变化[14]，从而引起功能和代谢的障碍。同时，辐照后机体摄取食物减少，加剧蛋白质分解代谢。生物分子功能和代谢的障碍最终可导致昆虫死亡、寿命缩短、羽化延迟、不育、孵化减少、发育迟缓、取食减少和呼吸障碍[4]。

3 影响植物检疫辐照处理的因素

3.1 辐照对象的耐受性

辐照对象的耐受性是指不引起任何外部和内部损伤的情况下，产品所能耐受的最高剂量。制订植物检疫辐照处理方案时，首先应考虑辐照对象的耐受性，特别是新鲜植物产品的耐受性。适当剂量的辐照处理不会破坏果蔬营养成分和外形，并会保持其原有风味。

就水果而言，耐受性与其成熟程度成正比[3]。辐照能对新鲜植物产品表皮细胞的电子传递产生影响，从而使细胞膜渗透性遭到破坏，受破坏程度与表皮细胞对辐照的耐受程度和辐照剂量有关[4]。一般来说，在剂量小于1 000 Gy时，辐照对果蔬表皮的伤害有限[15]。不同果蔬对剂量小于1 000 Gy辐照的相对耐受程度如表1所示。

表1 不同果蔬对剂量小于1 000 Gy辐照的相对耐受程度[16]

3.2 检疫处理剂量

检疫处理剂量是指使产品中的昆虫数目达到控制水平（99.996 8%的死亡率或不育率）所需的剂量。辐照对细胞的辐照效应与昆虫细胞的分裂活动成正比，而与分化程度成反比，因为昆虫在卵的胚胎发育期、羽化前和化蛹后的一段时期，是细胞分裂的活跃期，此时的细胞对辐照是敏感的。在幼虫期，很少有细胞分裂。成虫细胞的分化程度最高，且除了性腺细胞外，极少有细胞分裂，所以，性腺细胞对辐照最敏感，较低的剂量即可使昆虫不育或产生遗传紊乱的配子[17]。因此，对同一种昆虫来说，不育剂量＜不发育剂量＜致死剂量。不育和不发育剂量远低于死亡剂量，可以更好地保持商品的品质，又可以防止害虫传播。因此，一般将不育和不发育的剂量作为对害虫的检疫处理剂量。不育包括完全不育；仅有一种性别具有有限的繁殖力；产卵或孵化，但不进一步生长发育；改变习性；子一代不育5种情况[2]。

为了方便和规范检疫辐照处理操作，Hallman[18]提出了设置检疫处理剂量的重要原则：对于卵，剂量应阻止其发育到1龄幼虫，不完全变态的幼龄幼虫应阻止其发育到老龄幼虫或成虫，完全变态的幼龄幼虫应阻止其发育为老龄幼虫或化蛹，老龄幼虫应阻止其化蛹或羽化，幼龄蛹应阻止羽化或繁殖，老龄蛹和成虫应阻止繁育。

辐照吸收剂量率对辐照处理也有一定的影响。吸收剂量率是单位时间内的吸收剂量。剂量率越高，处理效果越好。一定的辐照剂量下，提高60Co射线的剂量率，被处理的苹果蠹蛾老熟幼虫的羽化率明显降低[18]。进行辐照检疫处理时还要考虑到辐照的不均匀度。

3.3 检疫性害虫

由于害虫通常以不同种类和发育阶段相混合的群体侵染农产品，因此，应以抗性最强的种类和发育阶段作为确定检疫处理剂量的对象。

3.3.1 不同种类的昆虫 总体上讲，不同害虫对辐照的敏感性不同，敏感性从大到小依次为：双翅目＞鞘翅目＞蜱螨目＞鳞翅目。双翅目实蝇科昆虫不育的通用剂量为150 Gy。鞘翅目的不育剂量大多数在200 Gy以下[19]。螨虫不育需要剂量为450 Gy，鳞翅目害虫的不育剂量一般在500 Gy以上，其中，麦蛾、印度谷螟所需剂量超过1 000 Gy。同翅目、缨翅目、等翅目3目害虫的不育剂量一般在 100～500 Gy之间[20]。

目前还没有证据表明，不同亚种和生物型对辐照的敏感性存在显著差异；也没有证据表明，在不同寄主中以及在天然或人工饲料中进行辐照处理，有害生物的敏感性有明显的差别[21]。

3.3.2 害虫的不同发育阶段 昆虫不同的发育阶段对辐照的反应不同。昆虫对辐照抵抗力最强的生命阶段是最老熟的阶段。例如：低龄卵比高龄卵敏感，低龄幼虫比高龄幼虫敏感。雌性比雄性敏感，休眠幼虫比非休眠幼虫敏感[22]。对于滞育和非滞育害虫的敏感性，Nelson和Starford研究表明，非滞育二点叶螨比滞育二点叶螨敏感。但是，高美须等[23]研究表明，相同虫龄的谷斑皮蠹的滞育性和非滞育性幼虫，对辐照的敏感性相同。只是由于滞育幼虫发育滞后才较晚显现出辐照效果。就滞育和非滞育害虫对辐照敏感性的问题还需进一步研究和探讨。

3.4 环境因素

3.4.1 温度 原来认为温度会影响辐照检疫的效果。这种影响可能是因为：（1）改变了生物体内的氧含量；（2）改变了新陈代谢水平；（3）低温状态下，自由基的扩散受阻。但是植物检疫处理技术小组（TPPT）根据辐照检疫处理的经验以及对苹果实蝇研究所获得的数据认为，温度对辐照效果没有影响[21]。

3.4.2 大气压力 大气压力的改变会降低辐照检疫处理的效果[2]。

3.4.3 氧 氧气含量较低时，辐照处理效果会受到一定的影响[24]。Hallman[25-26]在缺氧和正常环境下辐照梨和苹果幼虫后发现，缺氧情况下梨小食心虫的羽化量和苹果实蝇的化蛹量均高于正常环境下。因为在氧气充足的环境下，生物分子自由基会被氧化成过氧化物自由基而难以被修复。

3.4.4 介质 在辐照过程中，若货物介质中存在辐射防护剂，如含SH基的化合物可减轻自由基反应，促进损伤生物分子修复，能减弱辐照效应；反之，如含有辐射增敏剂，如亲电子和拟氧化合物能增强自由基化学反应，阻止损伤分子和细胞修复，提高辐射效应。

4 展望

植物辐照检疫处理的应用现状与其拥有的优势和潜力相比有着巨大的差距。目前植物辐照检疫处理存在的问题为：（1）植物检疫辐照处理的投入大，给产业化发展带来一定的困难。（2）相关的法律、法规不健全。目前缺乏对辐照处理设施和辐照检疫处理操作的认证机制和有效监督。（3）对植物辐照检疫处理的安全性宣传不够，消费者对辐照产品心存恐慌。（4）目前，对实蝇辐照检疫处理的研究比较深入，同时应完善对其他检疫性害虫的研究，加强其他种类害虫的辐照检疫处理研究，为植物辐照检疫处理的实际应用提供处理标准。（5）植物经检疫辐照处理后，虽可以满足检疫处理效果，但是昆虫并不立即死亡，而是不发育或者不育，这给检疫人员对效果的判断带来极大的难度。目前，已有检验昆虫是否受到辐照的方法，但是检验准确性不高。因此，今后应大力开展辐照检疫处理效果评价的研究。

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