复配惰性粉对玉米象致死效果的影响

赵国民, 刘阳星月, 张立京, 姚亚亚, 刘环环, 李慧静

(河北农业大学食品科技学院1,保定 071000)(益海嘉里(北京)粮油食品工业有限公司2,北京 102600)(石家庄市农业技术推广中心3,石家庄 050000)

粮食储备关系国计民生,粮食安全攸关社会经济稳定与国家未来发展,保证粮食安全一直是我国的战略需求[1]。在粮食储藏过程中,生物因素或环境因素都会不同程度的影响粮食的损失[2]。在部分国家和地区,由于粮食储藏条件差,受虫蚀、霉变、鼠害等影响,储藏环节造成的损失更加严重[3-5]。其中一些储粮害虫,包括玉米象、米象、麦蛾、谷蠹和大谷蠹等是造成储粮损失的重要因素[6,7]。据报告,由于储粮害虫造成的损失占平均储藏损失的4%～21%[8],严重危害储粮安全。

危害我国粮食储藏的主要害虫有谷蠹、米象、玉米象、谷盗类等。其中,玉米象是在粮食储存过程中危害最为严重的十大储粮害虫中,世界公认的头号储粮害虫[9],玉米象的种群危害程度和防治也一直是学者关注的重点[10, 11]。玉米象(Sitophiluszeamais)是一种世界性广泛分布的储粮害虫属于蛀食性害虫,成虫用喙在粮粒表面做窝,产卵后用黏液封口,大量发生时可引起储粮发热、霉变和结块,对多种谷物及加工品均造成危害,造成粮食在储藏期内的严重损失。吴琼等[12]概述了玉米象等蛀食性害虫的侵害对储藏小麦数量、质量、营养成分及其特性、挥发性物质、食用品质和人体健康的影响,发现害虫不仅通过取食对小麦造成一定的数量损失,还通过对小麦籽粒中的营养成分、酶类、风味物质等产生影响导致质量指标发生变化,最终造成食用品质的下降甚至丧失。因此,在粮食储藏过程中,寻求对玉米象等储粮害虫的最佳治理效果,最大限度减少粮食在储藏过程中的损失,并保证粮食品质具有重要的战略意义[13, 14]。

在过去的几十年中,用磷化氢进行储藏谷物和其他耐用商品的除虫[15],这一方法在全球范围内被使用,但由于害虫抗药性的日益增强以及化学药剂易造成环境污染等问题,粮食储藏技术急需从减损降耗、保质安全逐渐向高效除虫、绿色健康、低碳环保的方向转变[1, 16]。

惰性粉是一大类物理化学性质稳定的粉状物质,多指矿物质粉,如草木灰、蒙脱石、高岭土、硅藻土、沸石粉等,可作为一种非化学手段,有效防治多种储粮害虫。Tanja等[17]研究了山毛榉、挪威云杉和刺槐3种树种焚烧后的灰对玉米象成虫的致死效果,其中使用挪威云杉灰杀虫效果最好,推测这与其较高的二氧化硅含量及吸湿性有关,可以有效保护储藏小麦受到玉米象的侵害。

研究比较了硅藻土、高岭土、沸石粉以及蒙脱石4种惰性粉不同浓度、不同目数对玉米象的致死效果,择优选出2种较好惰性粉种类及其对应处理条件进行复配,研究玉米象对不同复配比例的差异性,评估了通过复配惰性粉提高玉米象最佳致死率的可行性,为惰性粉防治玉米象害虫和应用提供参考。

1 材料与方法

1.1 实验材料与仪器

聚四氟乙烯;100、200、400目的硅藻土、沸石粉、蒙脱石和高岭土,4种惰性粉均为食品级。

恒温恒湿箱HWS-150B,温度范围:0～65 ℃,偏差±0.5 ℃,控湿范围:45%～90%RH,偏差±5%～8% RH;LDS-1G谷物水分测定仪;电热鼓风干燥箱101-2A型;培养瓶,虫筛,毛笔,托盘,保鲜膜,细针(0.76 mm×36 mm)等。

1.2 饲料的准备

取藁优2018小麦,除去石块、土块、各类秸秆等杂质后用自来水洗净,浸泡1 h,将小麦沥水后置于79～81 ℃烘箱中[18],均匀摊开,每间隔0.5 h,重新对小麦进行混匀、平摊,对小麦进行干燥消毒2 h,取出置于室温,待其充分降温,调节小麦水质量分数至12%～14%,置于冰箱中冷冻120 h以上杀死潜在害虫[19],作为培养玉米象的饲料,备用。

1.3 试虫的培养及虫龄一致的玉米象的获取

玉米象虫源:实验用玉米象均来自于国家粮食和物资储备局科学研究院储藏物害虫培养室进行标准化培养。

虫龄一致玉米象的获取:参照杨涛等[20]获取虫龄一致玉米象的方法,准备洗净烘干的直径为80 mm,高100 mm的培养瓶,加入100 g小麦,挑选200 头玉米象成虫,置于培养瓶中,在27～29 ℃,65%～75%RH培养箱中饲养3 d后,将成虫筛出,感染小麦返回原培养瓶,放回培养箱中连续扩大培养30 d左右,获得足够数量且虫龄基本一致的玉米象,选取7 d左右虫龄的成虫用于实验。

1.4 实验方法

1.4.1 单一惰性粉对玉米象致死效果的影响

采用药剂拌粮法[21]测定不同惰性粉浓度对玉米象致死效果的影响。

罐头瓶(容积350 mL)洗净、烘干,105 ℃灭菌15 min,在距瓶底2/3处的内壁上涂一层聚四氟乙烯,置于烘箱中60 ℃、30 min烘干。分别称取100 g调整水质量分数至14%的小麦置于准备好的罐头瓶中,分别称取不同浓度、不同目数的硅藻土、高岭土、沸石粉、蒙脱石放入装有小麦的罐头瓶里,用保鲜膜密封好,手持瓶子摇晃5 min,待悬浮药剂完全沉淀下来即可得到混合均匀的惰性粉杀虫剂混粮,每个剂量设3个重复,每瓶混粮中放入20头玉米象试虫,用保鲜膜密封瓶口,用细针在保鲜膜上扎小孔若干,保证玉米象不能逃出的同时,保证罐头瓶中的通气性,随后置于27～29 ℃,相对湿度65%～75%RH条件下处理。在第7、14、21 d将混粮轻轻倒入托盘中,用毛笔小心拨开检查试虫死亡情况,记录结果。处理死亡率显著性差异比较时,结合空白死亡率,将处理组原始死亡率转换为校正死亡率,进行平方根反正弦转换,再进行统计分析。

死亡标准: 以拨针触及成虫尾部、触角及足不动者为死亡[23]。

1.4.2 复配惰性粉对玉米象致死效果的影响

基于4种惰性粉不同浓度与不同目数对玉米象致死效果的研究,选取硅藻土与高岭土按照质量比为0/5、1/4、2/3、3/2、4/1、5/0的复配比例进行复配,通过药剂拌粮法测定对玉米象在第7、14、21、28 d的致死情况,记录结果。

1.4.3 数据处理及处理

利用IBM SPSS Statistics 22统计软件进行数据处理和方差分析,选用Duncan检验比较多组实验数据之间的差异,显著性水平为P<0.05。采用软件Origin2022作图。

2 结果与分析

2.1 单一惰性粉对小麦中玉米象致死效果

结合惰性粉杀虫机理,当储粮害虫在经惰性粉处理过的粮食中爬行时,惰性粉的细微颗粒进入到储粮害虫的身体各个关节,造成储粮害虫关节之间的节间膜破裂,从而丧失运动能力,此外,还可以吸附害虫的血液,使得害虫不能运动,出现失血过多而亡[18]。惰性粉处理浓度和粒径是其对储粮害虫防治效果的主要影响因素,实验从这2个方面采用拌粮法研究单一惰性粉对小麦中玉米象致死效果。

2.1.1 不同惰性粉浓度对玉米象致死效果的影响

不同惰性粉浓度对玉米象致死效果的影响如图1所示。处理7 d时硅藻土、沸石粉和蒙脱石对玉米象无显著影响,1 000 mg/kg的高岭土对玉米象的作用显著,校正死亡率(经转换)为8.5%,800 mg/kg的致死效果与 1 000 mg/kg的无显著差异。

图1 不同惰性粉浓度对玉米象致死效果的影响

处理14 d时蒙脱石对玉米象的致死作用不显著,质量分数为600 mg/kg的沸石粉对玉米象的致死作用较好,校正死亡率(经转换)为11.20%,但其他浓度的作用均与未处理无显著差异,硅藻土与高岭土的处理效果相似,玉米象校正死亡率(经转换)均呈现出随着处理浓度增加而增强的趋势,高岭土在质量分数为1 000 mg/kg时,玉米象的校正死亡率(经转换)达到16.52%。

处理21 d时惰性粉浓度对玉米象致死效果的影响如图所示。4种惰性粉的杀虫效果均呈现出随着处理浓度的增加而增强的趋势,其中,硅藻土和高岭土的效果较好,处理21 d后,玉米象的校正死亡率(经转换)达到37.43%。

经过以上不同惰性粉浓度对玉米象致死效果可以发现,玉米象对4种惰性粉不同浓度的敏感性存在差异性,可能与玉米象的比表面积、表皮蜡质层厚度、表皮刚毛的量、表皮成分等有关,通过在爬行过程中影响玉米象与惰性粉的接触面积,进而影响致死效果。4种单一惰性粉中在各个时期、各个浓度,高岭土与硅藻土都表现出对玉米象较好的致死效果,其次是蒙脱石和沸石粉,可能与不同惰性粉吸油能力、堆积密度、成分、粒径分布、比表密度和孔径分布等粉体特征有关[18]。

2.1.2 不同惰性粉粒径对玉米象致死效果的影响

处理7 d时惰性粉粒径对玉米象致死效果的影响如图所示,硅藻土、沸石粉和高岭土在所测粒径水平对玉米象的致死效果无显著差异。100目的蒙脱石对玉米象的致死效果显著高于200目和400目的处理效果,200目和400目之间的作用效果无显著差异。

处理14 d时惰性粉粒径对玉米象致死效果的影响如图所示,硅藻土、沸石粉和高岭土在所测粒径水平对玉米象的致死效果无显著差异。100目的蒙脱石致死效果显著优于200目的,但100目与400目,200目与400目之间的致死效果无显著差异。

处理21 d时惰性粉粒径对玉米象致死效果的影响如图2所示。针对小麦而言,硅藻土、沸石粉和蒙脱石在所测粒径水平对玉米象的作用效果无显著差异。高岭土在200目和400目的条件下作用效果显著高于100目,且200目与400目之间的作用效果无显著差异。

图2 不同惰性粉粒径对玉米象致死效果的影响

由不同惰性粉粒径对玉米象致死效果的影响可以发现,随着处理时间的延长,不同惰性粉粒径对玉米象致死效果的差异并不是一成不变的,其中普遍在200目条件下获得较好的处理效果,这可能与玉米象对不同惰性粉的敏感度不同有关,不同惰性粉杀死玉米象需要的时间存在差异,除此之外,不同惰性粉的成分及特性也可能是影响玉米象致死效果的重要因素之一。后续将结合4种单一惰性粉对玉米象致死效果的影响,进行复配,研究不同食品级惰性粉之间的杀虫增效作用,以期提高惰性粉的杀虫效果和应用价值。

2.2 复配惰性粉对小麦中玉米象致死效果

基于不同单一惰性粉对玉米象致死效果的研究,选取200目的硅藻土与高岭土在总处理质量分数1 000 mg/kg处理条件下,按照质量比为0/5、1/4、2/3、3/2、4/1、5/0的复配比例进行复配,通过药剂拌粮法测定对小麦中玉米象在第7、14、21、28天的致死情况。

处理7 d时不同惰性粉浓度对玉米象致死效果的影响如图3所示,硅藻土与高岭土在质量比为1/4、3/2、4/1、5/0的复配比例下对玉米象的校正死亡率(经转换)无显著影响,质量比在0/5与2/3时对玉米象致死效果显著,校正死亡率(经转换)分别为4.21%与6.12%,且硅藻土与高岭土在质量比为2/3的复配条件下致死效果明显优于其他处理。

图3 复配惰性粉不同添加量7、14 d对玉米象致死效果的影响

处理14 d时惰性粉浓度对玉米象致死效果的影响如图3所示。硅藻土与高岭土在质量比为0/5、1/4、2/3、3/2、4/1、5/0的复配比例下对玉米象的致死效果显著,且在0/5与2/3时的作用效果最好,对玉米象的校正死亡率(经转换)分别达到69.14%与69.07%,且二者之间差异不显著,其他复配比例在作用显著的同时,玉米象死亡率出现随着硅藻土添加量的增多而降低的趋势。

处理21 d时惰性粉浓度对玉米象致死效果的影响如图4所示。硅藻土与高岭土在质量比0/5、1/4、2/3、3/2、4/1、5/0的复配比例下对玉米象的致死效果显著,且在1/4与2/3时的作用效果最好,对玉米象的校正死亡率(经转换)分别达到90.11%和88.99%,且二者之间差异不显著。

图4 复配惰性粉不同添加量21、28 d对玉米象致死效果的影响

处理28 d时惰性粉浓度对玉米象致死效果的影响如图4所示。硅藻土与高岭土在质量比0/5、1/4、2/3、3/2、4/1、5/0的复配比例下对玉米象的致死效果显著,且在1/4与2/3时的作用效果最好,对玉米象的校正死亡率(经转换)分别达到96.64%与96.64%,且二者之间差异不显著。

基于复配惰性粉对小麦中玉米象致死效果的研究,在常规剂量的惰性粉对有虫小麦进行药剂拌粮法处理,在总处理质量分数为1 000 mg/kg惰性粉浓度条件下,硅藻土与高岭土在质量比为2/3的复配比例条件下对玉米象的致死率在7、14、21、28 d均明显好于其他复配比例,且相对于硅藻土与高岭土单一处理能够在较短的时间内杀死玉米象,这可能与惰性粉的粉体特质有关。硅藻土与高岭土之间的复配,可能提高了惰性粉的吸附效果,进而快速破环节间膜,产生了杀虫增效作用,得到比二者单一处理更好的玉米象致死效果。

3 结论

结合药剂拌粮法研究硅藻土、高岭土、沸石粉以及蒙脱石4种不同惰性粉在200、400、600、800、1 000 mg/kg的处理条件下,对小麦中玉米象7、14、21 d的致死效果,其中,4种惰性粉的杀虫效果均呈现出随着处理浓度的增加而增强的趋势,硅藻土与高岭土处理效果较好,在处理浓度为1 000 mg/kg条件下,21 d时对玉米象的校对致死率(经转换)均达到37.43%。用100、200、400目的惰性粉分别处理玉米象时,4种惰性粉均在200目条件下获得较好致死效果。在此基础上,选取200目的硅藻土与高岭土在总处理条件为1 000 mg/kg条件下进行复配,硅藻土与高岭土复配质量比为2/3的条件下在7、14、21、28 d均获得较好的处理效果,其中在21 d与28 d时对玉米象的校正死亡率(经转换)分别达到88.99%和96.64%,杀虫效果显著。

综合惰性粉对小麦中玉米象的致死效果分析得出,单一200目的硅藻土与高岭土均能在1 000mg/kg的处理条件下获得较好处理效果,且经过复配,在各个时期,硅藻土与高岭土复配质量比为2/3时,获得杀虫增效作用,均能得到较好的处理效果。因此,复配惰性粉可作为一种绿色害虫防治技术,有效替代化学农药磷化氢的使用。这不仅符合我国绿色消费的发展趋势,也是我国粮食供给侧改革,实施优质粮食工程的重要举措。