氣調(diào)殺蟲在儲(chǔ)糧害蟲防治中的研究與應(yīng)用進(jìn)展

許俊亞, 呂建華, 白春?jiǎn)? 唐培安, 郭 超, 張來林

(河南工業(yè)大學(xué)糧食和物資儲(chǔ)備學(xué)院;糧食儲(chǔ)藏安全河南省協(xié)同創(chuàng)新中心1,鄭州 450001)(南京財(cái)經(jīng)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院2,南京 210023)(廣東省糧食科學(xué)研究所3,廣州 510050)

民以食為天,食以糧為先,糧食是人類生存和發(fā)展所必需的基本物質(zhì),其營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)極其豐富。因此,糧食安全始終是全世界關(guān)注的重要問題。我國(guó)作為農(nóng)業(yè)大國(guó),雖然糧食總產(chǎn)量居世界首位[1],但由于人口眾多,人均所擁有的糧食數(shù)量在世界上的排名并不靠前,糧食安全仍為國(guó)家首要關(guān)注的問題。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì),糧食在儲(chǔ)存過程中時(shí)常遭受儲(chǔ)糧害蟲為害,造成嚴(yán)重?fù)p失[2],全球每年由儲(chǔ)糧害蟲為害造成的糧食損失占總儲(chǔ)量的10%～40%,如何科學(xué)有效防治儲(chǔ)糧害蟲對(duì)安全儲(chǔ)糧至關(guān)重要[3]。目前國(guó)內(nèi)外主要采用化學(xué)方式防治儲(chǔ)糧害蟲,但長(zhǎng)期不規(guī)范使用化學(xué)藥劑已導(dǎo)致許多害蟲產(chǎn)生較強(qiáng)的抗藥性,同時(shí)還伴有農(nóng)藥殘留、環(huán)境污染、人畜中毒等一系列負(fù)面問題[4]。因此,尋求一種安全、高效、綠色可持續(xù)的儲(chǔ)藏期害蟲防治方式來替代化學(xué)防治至關(guān)重要。

氣調(diào)是國(guó)內(nèi)外公認(rèn)的安全有效、經(jīng)濟(jì)環(huán)保的儲(chǔ)糧害蟲防治技術(shù),既能延緩儲(chǔ)藏物品質(zhì)劣變、抑制蟲霉孳生、減少化學(xué)藥劑污染,還能顯著提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益,是符合我國(guó)國(guó)情的綠色儲(chǔ)糧技術(shù)之一。為科學(xué)高效利用氣調(diào)殺蟲技術(shù)防治糧食儲(chǔ)藏與加工場(chǎng)所的害蟲,本文對(duì)氣調(diào)殺蟲的發(fā)展歷程、氣調(diào)殺蟲機(jī)理、氣調(diào)殺蟲的影響因素和應(yīng)用情況等方面進(jìn)行綜述,以期為今后采用氣調(diào)技術(shù)對(duì)儲(chǔ)糧害蟲進(jìn)行高效防治有所裨益。

1 氣調(diào)殺蟲概述

氣調(diào)(MA)是通過人為改變糧食儲(chǔ)存環(huán)境中大氣成分比例,將N2/CO2/O2控制在一定范圍內(nèi)并維持一段時(shí)間,從而抑制害蟲為害。害蟲的呼吸是維持其進(jìn)行正常生命活動(dòng)的基本條件,其生存環(huán)境中任何一種氣體成分(尤其是O2含量)改變對(duì)害蟲生命活動(dòng)都會(huì)產(chǎn)生重要影響[5]。多年以來,人為控制大氣組成的氣調(diào)殺蟲技術(shù)對(duì)于安全儲(chǔ)糧的重要性一直得到國(guó)內(nèi)外學(xué)者及糧食倉(cāng)儲(chǔ)行業(yè)工作者的廣泛關(guān)注。

2 氣調(diào)殺蟲的發(fā)展歷程

2.1 國(guó)內(nèi)

氣密儲(chǔ)藏在我國(guó)歷史悠久。遠(yuǎn)在仰韶文化時(shí)期已有氣密性的缸、壇、窖藏,到隋唐時(shí)期有規(guī)模宏大的地下倉(cāng)氣密儲(chǔ)糧,如洛陽(yáng)近郊的含嘉倉(cāng)。我國(guó)的現(xiàn)代氣調(diào)儲(chǔ)糧技術(shù)在20世紀(jì)60年代末和70年代初有了較大發(fā)展。在“六五”“七五”國(guó)家科技攻關(guān)課題中對(duì)氣調(diào)儲(chǔ)糧技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)研究和實(shí)倉(cāng)實(shí)驗(yàn)[6]。我國(guó)氣調(diào)儲(chǔ)糧曾分別進(jìn)行缺氧氣密儲(chǔ)藏、人工氣調(diào)等多種氣調(diào)技術(shù)研究,特別是“十五”期間先后在四川綿陽(yáng)、江蘇南京、上海、江西九江等地建造了我國(guó)第一批大型CO2氣調(diào)儲(chǔ)糧倉(cāng),標(biāo)志著氣調(diào)儲(chǔ)糧在我國(guó)開始進(jìn)入商業(yè)性應(yīng)用階段[7]。雖然CO2氣調(diào)儲(chǔ)糧殺蟲效果較好,但所用的倉(cāng)房氣密處理費(fèi)用高、外購(gòu)氣源CO2成本高,限制了該技術(shù)推廣應(yīng)用;2005—2007年隨著充氮技術(shù)替代CO2技術(shù)應(yīng)用,氣源費(fèi)用降低、用大氣囊密封糧面替代整倉(cāng)密閉使倉(cāng)房密封費(fèi)用大為降低,限制氣調(diào)技術(shù)推廣的瓶頸問題得到很好解決。由此,氣調(diào)技術(shù)在國(guó)內(nèi)得到飛速發(fā)展?！笆晃濉逼陂g推行充N2氣調(diào),以空氣為原料、采用碳分子篩/膜分離制氮技術(shù)獲得高濃度氮?dú)鈁8]。2008年,在成都召開的第八屆國(guó)際儲(chǔ)藏物氣調(diào)與熏蒸大會(huì)上,中儲(chǔ)糧總公司在充氮?dú)庹{(diào)儲(chǔ)糧技術(shù)推廣應(yīng)用方面的突出成果得到了參會(huì)專家、學(xué)者高度評(píng)價(jià)[9]。迄今為止,充氮?dú)庹{(diào)已應(yīng)用于稻谷、玉米、大豆、小麥等多個(gè)儲(chǔ)藏糧種,且推廣應(yīng)用區(qū)域由我國(guó)南方高溫高濕地區(qū)逐步向中部地區(qū)擴(kuò)展,使我國(guó)氣調(diào)儲(chǔ)糧技術(shù)實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展[10]。

2.2 國(guó)外

早期,國(guó)外儲(chǔ)糧技術(shù)采用地下窖儲(chǔ)備糧食。西班牙及埃及等國(guó)家通過排空空氣營(yíng)造一個(gè)密閉環(huán)境實(shí)現(xiàn)糧食的長(zhǎng)期儲(chǔ)藏。19世紀(jì)初期,有學(xué)者闡明氣調(diào)儲(chǔ)糧原理,之后氣調(diào)技術(shù)便迅速發(fā)展到世界各地,實(shí)現(xiàn)了從地下氣密儲(chǔ)糧到地上氣調(diào)倉(cāng)儲(chǔ)糧的突破。采用提高倉(cāng)內(nèi)CO2濃度的方法有效解決了脫粒玉米害蟲為害問題[11]。隨后,氣調(diào)技術(shù)成功應(yīng)用在阿根廷、肯尼亞等國(guó)的害蟲防治中。20世紀(jì)50年代,有學(xué)者運(yùn)用氣調(diào)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了殺蟲和安全儲(chǔ)糧的目的[12]。隨后,由于氣調(diào)殺蟲對(duì)氣密性要求較高和化學(xué)藥劑的快速發(fā)展而停滯不前。直到20世紀(jì)70年代,由于儲(chǔ)糧害蟲對(duì)農(nóng)藥的抗性日益增強(qiáng),引起各國(guó)對(duì)食品安全的重視,氣調(diào)殺蟲技術(shù)才取得快速發(fā)展。隨后,意大利、澳大利亞、以色列、加拿大等國(guó)多次召開國(guó)際氣調(diào)儲(chǔ)糧學(xué)術(shù)研討會(huì),掀起了氣調(diào)儲(chǔ)糧技術(shù)在世界范圍內(nèi)研究新高潮。

3 氣調(diào)殺蟲機(jī)理

與所有好氧生物一樣,昆蟲通過有氧呼吸產(chǎn)生ATP 為生命活動(dòng)提供能量。當(dāng)氧氣供應(yīng)不足時(shí),其呼吸代謝受阻,ATP合成減少,活性分子增多,引起機(jī)體細(xì)胞氧化應(yīng)激反應(yīng),致使組織損傷甚至死亡[13]。當(dāng)昆蟲面臨短期氣調(diào)處理時(shí),通過調(diào)節(jié)氣門開閉次數(shù)、氣管通氣量及氣體交換模式擴(kuò)大外界環(huán)境O2的供給,從而導(dǎo)致蟲體內(nèi)水分過量流失、神經(jīng)麻痹,如蝗蟲在氣調(diào)脅迫時(shí)通過增加氣管通氣量增加氧氣供給[14]。當(dāng)昆蟲遭遇長(zhǎng)期氣調(diào)脅迫時(shí),可抑制生長(zhǎng)發(fā)育、繁殖等生命活動(dòng)降低ATP消耗,促使自身由有氧代謝向無(wú)氧代謝轉(zhuǎn)換。昆蟲還可通過ILS和HIF通路等分子機(jī)制來調(diào)節(jié)基因表達(dá),在基因調(diào)控下通過縮小自身的體型或補(bǔ)償性氣管增生來適應(yīng)低氧環(huán)境[15]。

N2氣調(diào)和CO2氣調(diào)的殺蟲機(jī)制不盡相同。N2對(duì)害蟲沒有毒性,其主要機(jī)制是害蟲缺氧而窒息死亡。CO2除替換O2外,其本身也會(huì)對(duì)儲(chǔ)糧害蟲產(chǎn)生威脅。 CO2對(duì)儲(chǔ)糧害蟲的主要影響是害蟲氣門的永久打開,加快其呼吸速率,造成水分大量散失。高濃度CO2抑制害蟲體內(nèi)呼吸酶的活性,導(dǎo)致蘋果酸等積累,抑制三羧酸循環(huán)[16]。高濃度CO2可引起害蟲體內(nèi)碳酸含量增加,與體內(nèi)的乳酸共同引起酸中毒使儲(chǔ)糧害蟲造成過氧化性損傷[17]。由于神經(jīng)元細(xì)胞膜通透性改變,CO2還會(huì)導(dǎo)致儲(chǔ)糧害蟲內(nèi)部體液酸化和不同代謝途徑改變,如綠豆象在氣調(diào)環(huán)境下通過激活乙醛酸循環(huán)將脂肪酸轉(zhuǎn)化為糖類用于能量代謝,從而提高對(duì)氣調(diào)的耐受能力[18]?；A(chǔ)代謝水平的改變往往會(huì)影響轉(zhuǎn)錄水平的變化,HIF是昆蟲低氧應(yīng)答過程中的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子,且大多低氧調(diào)控因子都與線粒體的功能相關(guān)。有關(guān)研究表明高原飛蝗和平原飛蝗在實(shí)驗(yàn)室低氧環(huán)境下,其細(xì)胞色素C氧化酶的活性受HIF1調(diào)控,通過提高線粒體活性來維持細(xì)胞對(duì)O2的攝取[19]。一部分低氧響應(yīng)基因的改變影響了昆蟲對(duì)低氧的適應(yīng)能力,如與氧氣供應(yīng)相關(guān)的呼吸蛋白(Glob)和卵細(xì)胞形成密切相關(guān),可能受HIF調(diào)控,但其調(diào)控機(jī)制尚不明確。國(guó)際上對(duì)昆蟲低氧適應(yīng)性機(jī)制的研究多以模式昆蟲果蠅為主,而對(duì)非模式類的儲(chǔ)糧害蟲研究較少。研究證實(shí),低氧處理能夠增強(qiáng)赤擬谷盜糖酵解途徑,抑制三羧酸循環(huán),糖酵解產(chǎn)生的丙酮酸經(jīng)過無(wú)氧呼吸變成乳酸釋放能量。而桔小實(shí)蠅在低氧條件下脂質(zhì)代謝上調(diào),通過糖異生獲取能量[20]。不同昆蟲存在不同代謝響應(yīng)機(jī)制,昆蟲可能會(huì)依據(jù)所處環(huán)境來調(diào)控代謝方向,加強(qiáng)對(duì)低氧的適應(yīng)性。

4 氣調(diào)殺蟲效果的影響因素

氣調(diào)技術(shù)已成功應(yīng)用于多種糧食作物的儲(chǔ)藏。從糧食儲(chǔ)藏生態(tài)學(xué)的角度分析,氣調(diào)防治儲(chǔ)糧害蟲的效果主要取決于倉(cāng)房氣密性、濃度、時(shí)間、溫濕度及害蟲本身等多種因素。

4.1 倉(cāng)房氣密性

良好的倉(cāng)房氣密性是保證氣調(diào)殺蟲成功的關(guān)鍵因素。國(guó)際上對(duì)氣密性評(píng)價(jià)指標(biāo)是以充氣到一定程度后倉(cāng)內(nèi)壓力衰減到一半所需的時(shí)間來衡量,一般稱其為“壓力半衰期”。不同國(guó)家對(duì)氣密性標(biāo)準(zhǔn)的具體評(píng)判數(shù)值要求不同。澳大利亞規(guī)定空倉(cāng)初始?jí)毫? 500 Pa降至1 500 Pa所需時(shí)間≥5 min者為一級(jí)倉(cāng);從1 500 Pa降至750 Pa的時(shí)間≥5 min者為二級(jí)倉(cāng);從500 Pa降至250 Pa的時(shí)間≥5 min者為三級(jí)倉(cāng)[6]。我國(guó)儲(chǔ)糧倉(cāng)房的氣密性評(píng)價(jià)也采用壓力半衰期,考慮到我國(guó)平房倉(cāng)房結(jié)構(gòu)特點(diǎn),規(guī)定氣調(diào)一級(jí)倉(cāng)壓力范圍從500 Pa降至250 Pa的壓力半衰期≥5 min;二級(jí)倉(cāng)的壓力半衰期為4 min ≤t<5 min;三級(jí)倉(cāng)的壓力半衰期為2 min≤t<4 min[21]。氣調(diào)殺蟲要求倉(cāng)房的氣密性比熏蒸殺蟲高。為保證氣調(diào)殺蟲效果,必須嚴(yán)格做好倉(cāng)房氣密性。

4.2 濃度

氣體濃度是影響殺蟲效果的主要因素。通過改變儲(chǔ)糧環(huán)境中的氣體組成,使儲(chǔ)糧害蟲暴露在不利環(huán)境中,抑制害蟲生長(zhǎng)發(fā)育,達(dá)到糧食安全儲(chǔ)存的目的。因此,確定合適的氣體比例能夠高效、經(jīng)濟(jì)地防止害蟲為害。采用90%、95%和98%體積分?jǐn)?shù)的氮?dú)鈱?duì)銹赤扁谷盜Cryptolestesferrugineus、赤擬谷盜Triboliumcastaneum和書虱氣調(diào)處理測(cè)試其耐受性,90%體積分?jǐn)?shù)的氮?dú)獠荒苡行Х乐芜@3種儲(chǔ)糧害蟲,而95%、98%體積分?jǐn)?shù)的氮?dú)鈱?duì)所有成蟲均表現(xiàn)出較好的防治效果,且氮?dú)鉂舛仍礁?防治效果越好[22]。除N2外,CO2也常應(yīng)用于氣調(diào)儲(chǔ)糧殺蟲過程中。Hashem等[23]研究了含有20%、40%、60% 和 80%體積分?jǐn)?shù)的CO2氣調(diào)對(duì)鋸谷盜Oryzaephilussurinamensis防治效果。結(jié)果表明,鋸谷盜的LT50和LT95值隨CO2濃度增加顯著降低,且高濃度CO2會(huì)導(dǎo)致鋸谷盜供氧不足,其體內(nèi)三磷酸腺苷含量降低。

4.3 時(shí)間

氣調(diào)時(shí)間是影響氣調(diào)防治效果的重要因素之一。若氣調(diào)時(shí)間不足,儲(chǔ)糧害蟲體內(nèi)的酶活性變化不顯著,無(wú)法形成害蟲致死的體內(nèi)環(huán)境,降低殺蟲效果;若氣調(diào)時(shí)間過長(zhǎng),會(huì)造成不必要的經(jīng)濟(jì)支出。鋸谷盜各蟲態(tài)暴露在CO2氣調(diào)中的死亡率隨氣調(diào)時(shí)間的延長(zhǎng)而增加[24]。CO2氣調(diào)對(duì)雜擬谷盜Triboliumconfusum、米象Sitophilusoryzae、谷蠹Rhyzoperthadominica、印度谷螟Plodiainterpunctella、煙草甲Lasiodermaserricorne等儲(chǔ)糧害蟲的防治也得出類似結(jié)論[25]。有研究表明害蟲體內(nèi)谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶活性隨CO2氣調(diào)時(shí)間的延長(zhǎng)而增加[26]。此外,CO2氣調(diào)時(shí)間的延長(zhǎng)有助于提高咖啡豆象Araecerusfasciculatus體內(nèi)羧酸酯酶、酸性磷酸酯酶和谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶的酶活力[27]。

4.4 溫度

溫度也是影響防治儲(chǔ)糧害蟲的一個(gè)重要因素,氣調(diào)溫度與儲(chǔ)藏物害蟲死亡率、致死時(shí)間密切相關(guān)。一般情況下,儲(chǔ)藏物害蟲死亡率隨氣調(diào)溫度升高而升高,致死時(shí)間隨溫度升高而縮短。高濃度充氮?dú)庹{(diào)中溫度顯著影響米象各蟲態(tài)的發(fā)育歷期和致死時(shí)間,米象不同蟲態(tài)的LT50和LT99隨氣調(diào)溫度升高而縮短[28]。采用低O2高CO2對(duì)玉米象Sitophiluszeamais進(jìn)行氣調(diào)處理,其水分活度隨溫度升高而降低。玉米象可在14 ℃和 17 ℃下存活但不會(huì)產(chǎn)生后代,而24 ℃時(shí),玉米象無(wú)法存活[29]。高溫增加了谷斑皮蠹Trogodermagranarium老齡幼蟲在低O2高N2氣調(diào)中的耗氧量,抑制其呼吸代謝和發(fā)育速率,從而促進(jìn)死亡[30]。此外,在對(duì)谷斑皮蠹滯育幼蟲研究中也得出相似結(jié)論[31]。

4.5 昆蟲的影響

4.5.1 蟲種

不同儲(chǔ)糧害蟲在氣調(diào)過程中耐受性顯著不同。充氮?dú)庹{(diào)對(duì)赤擬谷盜、雜擬谷盜Triboliumconfusum、銹赤扁谷盜、谷蠹和玉米象均有較好殺蟲效果,但5種害蟲對(duì)充氮?dú)庹{(diào)的耐受性差異顯著。其中,玉米象耐受性最弱,谷蠹耐受性最強(qiáng),其LT50分別約為4 d和7 d[32]。此外,綠豆象Callosobruchuschinensis在90%體積分?jǐn)?shù)的CO2下暴露5 d后死亡率可達(dá)100%[33],而羅得西亞豆象Callosobruchussubinnotatus在90%體積分?jǐn)?shù)的CO2下處理7 d才能完全致死[34]。

4.5.2 蟲期

同一蟲種不同蟲態(tài)對(duì)氣調(diào)環(huán)境的耐受性不同。鞘翅目?jī)?chǔ)藏物害蟲的前期蛹對(duì)氣調(diào)的忍耐性最強(qiáng),其次是卵、高齡幼蟲、低齡幼蟲和成蟲[35]。鋸谷盜幼蟲和成蟲對(duì)55%、65%、75% 和 85% 體積分?jǐn)?shù)的CO2氣調(diào)的耐受性低于卵和蛹[36]。另外,鋸谷盜卵和蛹對(duì)高CO2壓強(qiáng)的耐受性較強(qiáng),鋸谷盜蛹在20kg/cm2壓強(qiáng)下至少處理30 min才能完全致死,而幼蟲和成蟲處理15 min時(shí)已全部死亡[37]。綠豆象的卵在90% 體積分?jǐn)?shù)的CO2下只需處理48 h就能完全殺死,但綠豆象蛹完全致死需處理120 h[33]。

4.6 濕度

相對(duì)于氣調(diào)濃度、時(shí)間、溫度及昆蟲自身,氣調(diào)殺蟲效果受環(huán)境濕度影響較小。在相同氣體條件下,不同環(huán)境濕度對(duì)儲(chǔ)糧害蟲產(chǎn)生不同的生態(tài)效應(yīng),通常相對(duì)濕度越低,害蟲防治效果越好,即不同蟲種及蟲期的LT50、LT99.5隨濕度降低而縮短。在干燥環(huán)境下,儲(chǔ)糧害蟲死亡率受O2含量小幅上升的影響較小[38]。但有研究發(fā)現(xiàn)不同相對(duì)濕度對(duì)Triboliumfreemani卵孵化率、蛹發(fā)育歷期和存活率均無(wú)顯著影響[39]。因此,通過確定糧食儲(chǔ)存中可能存在的害蟲種類及發(fā)育階段,調(diào)節(jié)合適的環(huán)境濕度以獲得最佳控制效果。

5 氣調(diào)殺蟲的應(yīng)用情況

5.1 氣調(diào)殺蟲的方式

氣調(diào)儲(chǔ)糧方式多種多樣,主要分為生物降氧和人工氣調(diào)兩大類。生物降氧又分為自然密閉缺氧和微生物降氧。自然密閉缺氧主要利用糧粒、糧堆微生物及儲(chǔ)糧害蟲等生物群自身的新陳代謝消耗O2,使糧堆趨于缺氧狀態(tài);微生物降氧是利用好氧性微生物的呼吸作用降低密閉糧堆內(nèi)的氧氣濃度。已有研究表明不同糧種及糧堆狀況的自然降氧能力差異顯著,常見糧種的降氧能力由強(qiáng)到弱排序?yàn)榇竺?玉米>小麥>稻谷>大豆。與自然降氧相比,微生物輔助降氧迅速,更適合自然降氧能力差的糧種,如面粉、紅薯干等。

人工氣調(diào)分為充氮?dú)庹{(diào)、充CO2氣調(diào)、脫氧劑除氧、真空包裝氣調(diào)。充氮?dú)庹{(diào)主要利用變壓吸附制氮法/膜分離富氮法從空氣中分離出高濃度氮?dú)?置換密閉儲(chǔ)糧環(huán)境中的氧氣。充氮?dú)庹{(diào)殺蟲時(shí)一般先用氣密性好塑料薄膜將糧面密封,最大限度增加倉(cāng)房氣密性,保證氣調(diào)殺蟲效果。充氮?dú)庹{(diào)殺蟲常用充氣方式有3種:上充下排連續(xù)充氣、上充下排結(jié)合尾氣回收利用、上充下排結(jié)合環(huán)流降氧。CO2氣調(diào)主要有整倉(cāng)充CO2氣調(diào)、密封糧堆充CO2氣調(diào)、充CO2小包裝3種方式。與充氮?dú)鈿庹{(diào)比,CO2氣調(diào)氣體來源不方便,液態(tài)運(yùn)輸成本高,且對(duì)倉(cāng)房氣密性要求更高。與CO2氣調(diào)相比,充氮?dú)鈿庹{(diào)以空氣為原料制取氮?dú)廨^為方便,成本低。因此,目前充氮?dú)鈿庹{(diào)被國(guó)內(nèi)外公認(rèn)為安全有效、經(jīng)濟(jì)環(huán)保的綠色儲(chǔ)糧技術(shù),具有較高的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益,值得推廣應(yīng)用。脫氧劑能與空氣中游離O2結(jié)合,降低密閉儲(chǔ)藏環(huán)境中的氧氣,操作簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)安全,適用于原糧及成品糧儲(chǔ)藏。真空包裝主要使用真空設(shè)備將儲(chǔ)糧空間氣體抽空形成負(fù)壓狀態(tài),致使空間氧含量降至低氧或絕氧,從而達(dá)到防蟲保質(zhì)目的。該技術(shù)早在20世紀(jì)60年代用于糧食儲(chǔ)藏,現(xiàn)在食品保鮮、糧油小包裝方面應(yīng)用廣泛,尤其適用于大米儲(chǔ)藏。根據(jù)實(shí)際儲(chǔ)糧環(huán)境,選擇合適的氣調(diào)殺蟲方式,對(duì)今后實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用具有指導(dǎo)意義[5,7]。

5.2 CO2氣調(diào)對(duì)儲(chǔ)糧害蟲的防控效果

CO2氣調(diào)對(duì)赤擬谷盜、鋸谷盜、玉米象、印度谷螟、粉斑螟等儲(chǔ)糧害蟲均有較好防治效果(表1)。在(25±1)℃、99.9% 體積分?jǐn)?shù)的CO2氣調(diào)環(huán)境下,赤擬谷盜幼蟲、蛹和成蟲達(dá)到99%死亡率需處理78.4、153.9、29.3 h[40]。Wong-Corral等[15]研究了四紋豆象Callosobruchusmaculatus、菜豆象Acanthoselidesobtectus和巴西豆象Zabrotessubfasiatus各蟲態(tài)分別在50%、70%、90% 體積分?jǐn)?shù)的CO2氣調(diào)下全部致死所需的暴露時(shí)間。結(jié)果表明,高濃度CO2對(duì)害蟲各蟲態(tài)的致死率與其代謝速率密切相關(guān)。成蟲對(duì)氧氣需求量大,代謝速率快,高濃度CO2阻礙了其對(duì)O2的利用,從而抑制其呼吸酶,導(dǎo)致其對(duì)CO2較敏感。

表1 氣調(diào)對(duì)重要儲(chǔ)藏物害蟲的防控效果

5.3 N2氣調(diào)對(duì)儲(chǔ)糧害蟲的防控效果

N2氣調(diào)對(duì)儲(chǔ)糧害蟲各個(gè)蟲態(tài)均有較好防治效果(表1),特別是在高溫下,對(duì)儲(chǔ)糧害蟲的致死效果更加顯著[41]。在38～43 ℃、高純N2(99.1%體積分?jǐn)?shù)N2和0.9%體積分?jǐn)?shù)O2)條件下,煙草粉螟Ephestiaelutella和鋸谷盜所有蟲態(tài)均可被完全控制[42]。高氮?dú)庹{(diào)下印度谷螟各蟲態(tài)死亡率隨溫度降低而增加緩慢, 即溫度降低延長(zhǎng)其完全致死時(shí)間。28 ℃下處理12 d可完全致死印度谷螟各蟲態(tài),而23 ℃和18 ℃下則分別需要16 d和20 d[43]。也有研究證實(shí)在98%體積分?jǐn)?shù)以上高氮低氧環(huán)境下蛀食性害蟲如谷蠹、米象和谷象比粉食性害蟲如赤擬谷盜、銹赤扁谷盜和鋸谷盜具有更強(qiáng)的耐低氧能力[44]。

5.4 N2/CO2氣調(diào)與其他殺蟲方式聯(lián)合使用對(duì)儲(chǔ)糧害蟲的防控效果

盡管 N2氣調(diào)具有較好的殺蟲效果,但在實(shí)際生產(chǎn)中由于現(xiàn)有倉(cāng)房的氣密性等級(jí)較低,制約了氣調(diào)殺蟲的推廣應(yīng)用。大量研究表明,N2與化學(xué)殺蟲劑等聯(lián)合使用可提高氣調(diào)殺蟲效果。將N2氣調(diào)與PH3熏蒸聯(lián)合應(yīng)用于赤擬谷盜防治中,當(dāng)N2濃度維持在95%體積分?jǐn)?shù)以上,使用200 mL/m3以上PH3聯(lián)合熏蒸時(shí),可取得優(yōu)于單獨(dú)氣調(diào)或PH3熏蒸的防治效果[45]。與N2氣調(diào)不同,CO2需要通過復(fù)雜的工藝設(shè)備制備,且運(yùn)輸、儲(chǔ)存等環(huán)節(jié)要求苛刻。在較低CO2濃度下,氣調(diào)對(duì)儲(chǔ)糧害蟲的防治效果不明顯。為此,通過將CO2氣調(diào)與其他殺蟲方式聯(lián)合以降低害蟲防治成本和風(fēng)險(xiǎn)。研究發(fā)現(xiàn)臭氧(O3)對(duì)CO2氣調(diào)防治玉米象有增效作用,且O3濃度越高,增效作用越強(qiáng)[46]。此外,一些高CO2含量廢氣也可替代純CO2。通過對(duì)比bio-CO2(CO2≥98%, CH4≤2.0%,)與純CO2(純度:99.9%)防治效果,結(jié)果發(fā)現(xiàn),bio-CO2對(duì)谷蠹防治效果明顯優(yōu)于純CO2[47]。

6 總結(jié)與展望

與傳統(tǒng)化學(xué)防治相比,氣調(diào) (MA)具有綠色可持續(xù)發(fā)展的天然優(yōu)勢(shì)。目前,氣調(diào)技術(shù)在我國(guó)儲(chǔ)藏物害蟲防治中已廣泛應(yīng)用。通過氣調(diào)能在短時(shí)間內(nèi)有效防控儲(chǔ)藏物害蟲,其防控效果主要受倉(cāng)房氣密性、氣體濃度、溫度、暴露時(shí)間及害蟲種類等多種因素的綜合影響。未來應(yīng)加強(qiáng)如何提高倉(cāng)房氣密性、N2/CO2與其他殺蟲方式聯(lián)合使用效果研究,同時(shí)可研究環(huán)境濕度和壓強(qiáng)對(duì)氣調(diào)殺蟲效果的影響。

隨著國(guó)內(nèi)新倉(cāng)建設(shè)氣密性的大幅度提高,氣調(diào)作為化學(xué)藥劑殺蟲的替代技術(shù)將會(huì)得到更廣泛推廣與應(yīng)用。為進(jìn)一步揭示昆蟲對(duì)低氧適應(yīng)性機(jī)制,今后應(yīng)系統(tǒng)研究昆蟲在缺氧/高CO2環(huán)境中重構(gòu)的代謝網(wǎng)絡(luò),探討昆蟲產(chǎn)生耐受性的主要代謝路徑及關(guān)鍵代謝物功能。目前大多以模式昆蟲飛蝗和果蠅為研究對(duì)象探討昆蟲低氧適應(yīng)性機(jī)制,今后應(yīng)加強(qiáng)關(guān)于儲(chǔ)糧昆蟲抵御氣調(diào)脅迫的分子機(jī)制研究,為科學(xué)高效實(shí)施氣調(diào)殺蟲提供參考。