惰性粉對(duì)嗜卷書虱的致死效果及機(jī)理研究

劉陽星月 賈 浩 楊二妹 劉孟宜 李慧靜

(河北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院，保定 071000)

嗜卷書虱是書虱屬昆蟲中，最為常見的種類之一。嗜卷書虱營孤雌生殖，繁殖能力很強(qiáng)，在溫暖潮濕的環(huán)境中，種群的增長速率很快。食性很雜，主要嚙食粉屑和淀粉糊類物質(zhì)，在小麥、水稻等谷物類糧食上發(fā)生嚴(yán)重，書虱大量聚集會(huì)導(dǎo)致糧食重量減輕、發(fā)熱、結(jié)露甚至霉變，并以其排泄物、尸體等污染糧食。嗜卷書虱體型微小，具有極強(qiáng)的隱蔽性，只有當(dāng)其種群繁殖至一定規(guī)?；蛘咴谶m宜的條件下爆發(fā)時(shí)，才會(huì)被注意[1, 2]。李娜等[3]在河北省張家口、石家莊、邯鄲、秦皇島等4 個(gè)地級(jí)市糧食倉儲(chǔ)企業(yè)、糧油與飼料加工企業(yè)等糧食場(chǎng)所進(jìn)行了儲(chǔ)糧蟲螨的采集、種類鑒定工作，結(jié)果發(fā)現(xiàn)嗜卷書虱的發(fā)生頻率極高，在所調(diào)研的各地糧食加工企業(yè)和糧庫均有發(fā)現(xiàn)，因此本研究針對(duì)嗜卷書虱進(jìn)行研究。

目前，對(duì)嗜卷書虱的防治主要有機(jī)械通風(fēng)[1]、電子束輻照[4]等物理方法，利用天敵防治[5]、植物精油趨避[6,7]等生物防治方法，溴甲烷、磷化氫、氯化苦熏蒸等化學(xué)防治方法[8]，但書虱的防治非常困難，無論是藥劑熏蒸、氣調(diào)處理還是生物防治，都很難徹底殺死糧庫中的書虱。長期以來，在運(yùn)用各種技術(shù)手段防治書虱時(shí)，由于用藥不當(dāng)、成本控制、日常管理不嚴(yán)細(xì)等因素，導(dǎo)致防治效果不理想，書虱甚至產(chǎn)生了抗性[1]。

惰性粉是一大類物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的粉狀物質(zhì)，不會(huì)在自然界中引起化學(xué)反應(yīng)[9]，多指礦物質(zhì)粉，如滑石粉、蒙脫石、高嶺土、硅藻土、沸石粉、草木灰、礱糠灰等，在防治農(nóng)業(yè)害蟲的應(yīng)用上歷史悠久，作為非化學(xué)防治的一種有效手段，可有效防治赤擬谷盜、雜擬谷盜、米象、玉米象、谷蠹、鋸谷盜、銹赤扁谷盜等鞘翅目害蟲以及書虱和螨類害蟲，顯示出良好的應(yīng)用前景[10, 11]。姚英娟等[12]采用拌糧法測(cè)定了硅藻土單劑及6種混配劑對(duì)嗜卷書虱的防治效果，研究發(fā)現(xiàn)，硅藻土+0.4%天惠蟲清EC的組合效果最好，處理24 h后，致死率即達(dá)到100%。目前對(duì)于惰性粉(主要指硅藻土)的殺蟲機(jī)理，較為公認(rèn)的假說為粉粒磨損害蟲節(jié)間膜并快速吸附體液，使昆蟲喪失行動(dòng)能力“失血”過多而死亡[13]。

目前，對(duì)惰性粉殺蟲的研究主要是針對(duì)惰性粉對(duì)儲(chǔ)糧害蟲的防治效果，而從材料學(xué)角度分析惰性粉的各項(xiàng)性質(zhì)在殺蟲過程中起到的作用卻很少，所以本研究采用拌糧法用硅藻土、沸石粉、蒙脫石、高嶺土四種惰性粉處理嗜卷書虱，并對(duì)惰性粉的性質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)，研究其對(duì)嗜卷書虱的致死效果及不同惰性粉殺蟲效果存在差異的原因。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

嗜卷書虱為北京品系，由國家糧食和物資儲(chǔ)備局科學(xué)研究院昌平中試基地提供；硅藻土、沸石粉、蒙脫石、高嶺土均為食品級(jí)；啤酒酵母粉、聚四氟乙烯。

1.2 儀器與設(shè)備

HWS-150B程控恒溫恒濕箱，AK-4008搖擺式中藥粉碎機(jī)，101-2A電熱鼓風(fēng)干燥箱，BXM-30R立式壓力蒸汽滅菌器，D8 ADVANCE型X射線衍射儀，su8020型掃描電鏡，ASAP 2460型物理吸附儀。

1.3 方法

1.3.1 飼料準(zhǔn)備

小麥洗凈，80 ℃烘干2 h，烘后的小麥調(diào)節(jié)水分至(12.0±0.5)%，粉碎得到全麥粉，過80 目篩，置于冰箱中冷凍保存?zhèn)溆?，按全麥粉∶酵?10∶1的比例混合均勻，用于培養(yǎng)嗜卷書虱；調(diào)節(jié)水分至(12.0±0.5)%的小麥用于拌糧法試驗(yàn)。

1.3.2 試蟲的培養(yǎng)

嗜卷書虱在(28±2) ℃、(70±5)%RH的條件下培養(yǎng)，選取7～14 d蟲齡的成蟲用于實(shí)驗(yàn)。

1.3.3 藥劑拌糧法

罐頭瓶(容積350 mL)洗凈、烘干，105 ℃滅菌15 min，在距瓶底2/3處的內(nèi)壁上涂一層聚四氟乙烯，置于烘箱中60 ℃、30 min烘干。稱取99.5 g調(diào)整好水分的小麥和0.5 g同水分的碎麥置于準(zhǔn)備好的罐頭瓶中，稱取實(shí)驗(yàn)劑量的惰性粉放入裝有小麥的罐頭瓶里，用保鮮膜密封好，手持瓶子搖晃5 min，待懸浮藥劑完全沉淀下來即可得到混合均勻的惰性粉殺蟲劑混糧，每個(gè)劑量設(shè)3 個(gè)重復(fù)。每瓶混糧中放入20 頭試蟲，用濾紙密封瓶口，置于(28±1) ℃，(65±5)%RH條件下處理。在第7、14、21 d將混糧輕輕倒入托盤中，用毛筆小心撥開檢查試蟲死亡情況，記錄結(jié)果。

1.3.4 惰性粉的XRD檢測(cè)

使用D8 ADVANCE型X射線衍射儀測(cè)試惰性粉的XRD譜，管電流40 mA，管電壓 40 kV，Cu靶(λ=0.154 06 nm)，2θ角范圍：5°～90°，掃描速率：6(°)/min，掃描步長：0.02°。

1.3.5 惰性粉的SEM檢測(cè)

使用su8020型掃描電鏡觀察并拍照，工作電壓設(shè)定為3.0 kV。

1.3.6 惰性粉的BET檢測(cè)

使用ASAP 2460型物理吸附儀檢測(cè)惰性粉的比表面積和孔徑分布，檢測(cè)氣氛為N2，脫氣溫度為200 ℃，脫氣時(shí)間為6 h。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

利用IBM SPSS Statistics 22統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和方差分析，選用Duncan檢驗(yàn)比較多組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)之間的差異，顯著性水平為P<0.05。采用軟件Origin9作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同惰性粉濃度對(duì)嗜卷書虱的致死效果

不同濃度惰性粉對(duì)嗜卷書虱的作用效果如圖1所示。當(dāng)處理時(shí)間為7 d時(shí)，相比于其他幾種惰性粉，沸石粉的作用效果最好，在處理濃度為1 000mg/kg時(shí)，校正死亡率即達(dá)到了76.32%。高嶺土的作用效果也較好，在處理濃度為1 000 mg/kg時(shí)，校正死亡率達(dá)到了47.37%。4種惰性粉在較高的處理濃度時(shí)，不同濃度之間均無顯著差異，考慮這與小麥籽粒上吸附粉末的量達(dá)到一定限度后就不會(huì)再增加有關(guān)，不同惰性粉間趨勢(shì)并不完全相同，這也與不同惰性粉的性質(zhì)不同有關(guān)。而沸石粉的作用效果明顯比其他幾種惰性粉更好，說明嗜卷書虱對(duì)沸石粉的作用更加敏感。

當(dāng)處理時(shí)間為14 d時(shí)，沸石粉為1 200、1 600 mg/kg時(shí)，嗜卷書虱的校正死亡率均達(dá)到87.88%，與1 000 mg/kg的作用效果無顯著差異。高嶺土的作用效果隨著濃度的增加呈現(xiàn)出了不斷增加的趨勢(shì)，在1 600 mg/kg時(shí)，嗜卷書虱的校正死亡率達(dá)到了92.11%。蒙脫石為1 400 mg/kg時(shí)，嗜卷書虱的校正死亡率達(dá)到最高為84.85%。硅藻土不同處理濃度對(duì)嗜卷書虱的作用效果無顯著差異。隨著處理時(shí)間延長到14 d，4種惰性粉的作用效果差別不大，但考慮到實(shí)際應(yīng)用時(shí)，惰性粉在小麥上是施用量越低越好，所以考慮低濃度的結(jié)果，沸石粉的效果仍是4種惰性粉中最好的。

當(dāng)處理時(shí)間為21 d時(shí)，隨著處理時(shí)間的延長，幾種惰性粉的處理效果都有所提高。當(dāng)沸石粉濃度達(dá)到1 200、1 600 mg/kg時(shí)，嗜卷書虱的校正死亡率達(dá)到96.30%，1 000 mg/kg的處理效果與1 200、1 600 mg/kg的無顯著差異。當(dāng)高嶺土濃度為1 600 mg/kg時(shí)，校正死亡率達(dá)到100%，與1 200 mg/kg的作用效果無顯著差異。當(dāng)蒙脫石濃度達(dá)到1 400、1 600 mg/kg時(shí)，嗜卷書虱的校正死亡率達(dá)到92.59%。當(dāng)硅藻土濃度達(dá)到1 600 mg/kg時(shí)，嗜卷書虱的校正死亡率達(dá)到84.85%，但與其它濃度的作用效果無顯著差異。

2.2 不同惰性粉粒徑對(duì)嗜卷書虱的致死效果

不同粒徑的硅藻土、沸石粉、蒙脫石、高嶺土對(duì)嗜卷書虱的作用效果如圖2所示。處理時(shí)間為7 d時(shí)，硅藻土、沸石粉和蒙脫石在所測(cè)粒徑水平對(duì)嗜卷書虱的作用效果無顯著差異。100 目高嶺土的作用效果顯著優(yōu)于400 目的，與200 目的作用效果無顯著差異。處理時(shí)間為14 d和21 d時(shí)，四種惰性粉在所測(cè)粒徑水平對(duì)嗜卷書虱的作用效果均無顯著差異。

2.3 惰性粉的XRD檢測(cè)

四種惰性粉XRD檢測(cè)結(jié)果如圖3所示。進(jìn)行數(shù)據(jù)分析后得到各惰性粉的成分及含量如表1所示。

表1 惰性粉的成分及含量

沸石粉與硅藻土成分接近，大部分都為方石英，而差別在于沸石粉中含有無水芒硝即硫酸鈉，硫酸鈉暴露于空氣中易吸水，具有很強(qiáng)的吸濕性。因而從組成上來說，沸石粉具有更強(qiáng)的吸水性，而嗜卷書虱蟲體含水量約為90%[14]，主要由水構(gòu)成，這也就能從一方面解釋相比于硅藻土，沸石粉對(duì)嗜卷書虱的致死效果更好的原因了。

惰性粉對(duì)試蟲表皮和節(jié)間膜的磨損作用也很重要，粉粒的研磨作用與其化學(xué)成分、微觀結(jié)構(gòu)和硬度等有關(guān)[15]。4種惰性粉的主要成分硬度：剛玉[16]>石英[17]≥方石英[18]>蒙脫石>伊利石[19]，推測(cè)4種惰性粉的硬度：高嶺土>硅藻土≥沸石粉>蒙脫石，由此可以發(fā)現(xiàn)，蒙脫石的硬度最低，而這可能是蒙脫石殺蟲效果不是很好的原因所在。

2.4 惰性粉的SEM檢測(cè)

4種惰性粉的形貌如圖4所示。硅藻土主要是由圓盤和圓盤崩解后生成的不規(guī)則碎片構(gòu)成，圓盤的周邊結(jié)構(gòu)致密板結(jié)，基本沒有微孔，而在扁形圓盤的上部和底部，有許多的微孔。沸石粉由圓盤狀和不規(guī)則塊狀物質(zhì)組成，圓盤上部和底部有少量微孔，不規(guī)則塊狀顆粒上有較大的孔隙。硅藻土與沸石粉有著相似的圓盤結(jié)構(gòu)，但沸石粉對(duì)嗜卷書虱的致死效果更好，這可能與沸石粉中的不規(guī)則顆粒有關(guān)，規(guī)則的圓盤狀顆粒的殺蟲能力較弱[20]。蒙脫石由具有片層結(jié)構(gòu)的大小不一的顆粒組成，不同片層交疊在一起。高嶺土由表面光滑和表面粗糙不同的顆粒構(gòu)成，表面光滑的顆粒有棱角，不圓滑，粗糙的顆粒表面凹凸不平，具有較大孔洞。相對(duì)片層結(jié)構(gòu)為主的蒙脫石而言，高嶺土對(duì)嗜卷書虱的致死效果也較好，其中尖銳的顆粒可以更好地起到對(duì)試蟲表皮及節(jié)間膜的磨損作用，而表面粗糙具有孔洞的顆粒起到吸附試蟲體液的作用，兩者協(xié)作使高嶺土具有較好的殺蟲作用。

圖4 惰性粉的掃描電鏡圖

2.5 惰性粉的BET檢測(cè)

目前，較為公認(rèn)的惰性粉(主要指硅藻土)殺蟲機(jī)理為粉粒磨損害蟲節(jié)間膜并快速吸附體液，使昆蟲喪失行動(dòng)能力“失血”過多而死亡[13]，因此，惰性粉的吸附能力對(duì)殺蟲效果有很大影響，而吸附能力的大小與惰性粉的比表面積、孔容積和微孔結(jié)構(gòu)等性質(zhì)有關(guān)[21]。因此，本研究以氮?dú)鉃槲劫|(zhì)，采用BET真空吸附法對(duì)惰性粉進(jìn)行檢測(cè)，四種惰性粉的吸附等溫曲線如圖5所示。對(duì)吸附等溫線進(jìn)行分析計(jì)算得到了四種惰性粉的比表面積、總孔容、微孔孔容和平均孔徑，如表2所示。

圖5 惰性粉的吸附等溫曲線

表2 惰性粉的比表面積及孔的性質(zhì)

硅藻土、沸石粉和高嶺土的吸附等溫線均屬于Ⅲ型等溫線，等溫線下凹，且沒有拐點(diǎn)。吸附氣體量隨組分分壓增加而上升[22]。吸附等溫線與脫附等溫線基本重合，滯后現(xiàn)象不明顯，說明其孔結(jié)構(gòu)屬于一端封閉的圓柱形或平行板形孔，與掃描電鏡圖片相符。

蒙脫石的吸附量隨氮?dú)庀鄬?duì)壓力的升高呈逐漸增加的趨勢(shì)，當(dāng)相對(duì)壓力接近1時(shí)，顆粒的吸附量急劇增加，這種趨勢(shì)屬于Ⅱ型等溫線[23]，反映非孔性或者大孔吸附劑上典型的物理吸附過程。由于吸附質(zhì)與表面存在較強(qiáng)的相互作用，在較低的相對(duì)壓力下吸附量迅速上升，曲線上凸。

沸石粉和蒙脫石的吸附等溫線都具有H3型回滯環(huán)，反映的孔包括平板狹縫結(jié)構(gòu)、裂縫和楔形結(jié)構(gòu)等，沒有明顯的飽和吸附平臺(tái)，表明孔結(jié)構(gòu)很不規(guī)整[22]。

與其他幾種惰性粉相比，蒙脫石的比表面積、總孔容和微孔孔容都是四種惰性粉中最大的，但平均孔徑較小。沸石粉的比表面積、總孔容和微孔孔容與硅藻土相近，但平均孔徑更大。高嶺土的比表面積、總孔容和微孔孔容都是四種惰性粉中最小的，而平均孔徑是最大的。惰性粉的平均孔徑大，吸附速率較快[20]，這可能是沸石粉和高嶺土對(duì)嗜卷書虱致死效果更好的原因之一。惰性粉對(duì)試蟲表面蠟質(zhì)層的吸附作用受很多因素影響，如惰性粉的pH、試蟲表皮黏膠層和蠟層的成分及其分子質(zhì)量大小等，是各種因素共同作用的結(jié)果[20]，需要進(jìn)行更多的檢測(cè)來綜合分析。

3 結(jié)論

研究了不同惰性粉濃度和粒徑對(duì)嗜卷書虱的致死效果，結(jié)果表明，與其他3種惰性粉相比，沸石粉對(duì)嗜卷書虱的致死效果最好，處理時(shí)間為7 d時(shí)，在處理濃度為1 000 mg/kg條件下，校正死亡率即達(dá)到了76.32%。而在所研究的粒徑范圍內(nèi)，不同粒徑對(duì)嗜卷書虱的作用除在處理7 d時(shí)，100 目高嶺土的作用效果顯著優(yōu)于400 目的外，其他處理間并沒有顯著差異。

惰性粉的成分、形貌、比表面積、表面孔徑等性質(zhì)均會(huì)對(duì)殺蟲效果造成影響，圓盤狀的顆粒不具有良好的殺蟲能力，平均孔徑大的粉劑對(duì)嗜卷書虱的致死效果更好。惰性粉對(duì)試蟲的致死效果是多種因素綜合作用的結(jié)果，因此，本研究團(tuán)隊(duì)后期會(huì)繼續(xù)對(duì)惰性粉的硬度、pH和粒徑分布，試蟲表皮成分等進(jìn)行研究，以進(jìn)一步解釋不同惰性粉間殺蟲效果存在差異的原因，為選擇或改性出殺蟲效果更好的惰性粉提供參考。