不同温度和水分小麦中不同谷蠹发生状态时二氧化碳变化研究

唐 多， 王殿轩＊， 姚剑锋

（1．河南工业大学粮油食品学院，粮食储藏与安全教育部工程研究中心，郑州 450052；2．中央储备粮襄垣直属库，襄垣 046200）

及时检查粮情和害虫的发生情况是储粮害虫防治的重要途径之一。现行粮情检测主要是预先设置测温系统，通过温度的变化情况来实现。通过测温点设置检测温度的方法因粮堆内部温度传递的特殊性、粮堆微气流的流向等，存在着检测时效性差的缺陷［1］。即有时会存在粮堆内部已有发热，但温度检测滞后的可能性。通过粮堆环境生物的生理代谢和生物活动产生的二氧化碳来检测粮情在一定条件下有其可能性，对此已有一些关于粮堆微生物变化与二氧化碳浓度对应性的探讨和报道［2－5］。正常条件下储藏中粮食呼吸代谢较弱，环境中二氧化碳浓度处于较低水平［6］，无虫粮中二氧化碳与微生物活性和粮食带菌量呈正相关，以此反映储粮霉变情况［7］。当粮食、微生物和害虫共存时，共同代谢会使环境中二氧化碳处于更高浓度水平，且储粮害虫具有较高呼吸代谢水平［8－9］。目前未见有关储粮害虫发生与危害等与二氧化碳浓度变化相关的报道。通过检测气体可及时了解害虫发生动态，尤其是害虫损失的临界值，起到预测预警作用。本文以谷蠹感染小麦，研究了不同储藏温度、粮食含水量条件下，粮食、微生物、储粮害虫与二氧化碳浓度变化的对应关系，以期为通过检测气体预测害虫发生提供参考依据。

1 材料和方法

1．1 小麦

试验小麦采用二等白色硬质冬小麦，杂质清除使不完善粒小于1%，试验前在60℃下处理2 h，并分别将小麦水分调节到12%、13%和14%。

1．2 试虫

试验用谷蠹采自中央储备粮建阳直属库，后在河南工业大学储藏物昆虫研究室培养数代，以羽化后两周成虫为试虫。

1．3 试验环境

样品置于24 cm×16 cm×18 cm的塑料箱中，其长边侧壁距底面5 cm和15 cm处设直径5 mm可密封取样口，箱顶用厚度0．2 mm的PE薄膜密封。在箱体上部两侧设可密封的气体取样孔，通过导气管连接二氧化碳检测仪和气体循环泵进行气体循环与检测。箱中小麦约占其容积的70%，重量3 kg。箱体密封性经500 Pa压力检测，其半衰期大于60 s。试验于120 L生化培养箱中，控温精度为±1℃。

1．4 二氧化碳浓度检测

试验中的二氧化碳浓度检测采用传感器、电子电路、浓度显示器、微型气泵等组合装置。二氧化碳传感器为非色散红外线型，检测量程0～0．5%，响应时间35 s，检测精度±5%FS。超出检测量程时采用按比例稀释的方法处理后测得。

1．5 样品与条件设置

自然带菌无虫样品设置为将经过杀虫处理并调节为3种不同水分的定量小麦放入前述塑料箱中，分别置于不同温度下定时检测二氧化碳浓度。

灭菌无虫样品为将经杀虫处理的小麦，用1%次氯酸钠溶液表面消毒1 min，用无菌水重复洗涤5次得表面灭菌小麦，在60℃温箱中去除小麦表面水分，将其置入前述塑料箱中，于不同温度定时检测二氧化碳浓度。

感染害虫样品为将经过杀虫处理并调节为3种不同水分的定量小麦放入前述塑料箱中，再将谷蠹成虫按10头／kg接入混匀，置于设定温度下定时检测二氧化碳浓度。

以上各种处理样品均设置3个重复。

1．6 数据处理

数据采用DPS软件Duncan新复极差法进行多重比较分析。

2 结果分析

2．1 20℃下感染谷蠹与自然带菌和灭菌无虫小麦中二氧化碳浓度变化

不同水分的小麦在感染谷蠹、自然带菌无虫和灭菌无虫情况下，置于20℃环境后不同时间的二氧化碳浓度变化结果见表1。从表1可以看出，经灭菌处理的小麦在20℃密封环境内二氧化碳浓度在试验期中已有变化，但总体浓度水平和变化都较小，一定时间后水分为14%的小麦中二氧化碳较12%、13%水分的小麦样品中明显高，说明粮食自身呼吸虽然也会引起二氧化碳浓度明显变化，但变化量较小。试验期内20℃时水分12%的自然带菌小麦与灭菌小麦的二氧化碳浓度差异不显著。当小麦水分为13%和14%时，自然带菌处理分别在第10天和第5天已达到并超过灭菌处理后第30天的二氧化碳浓度水平。说明样品带菌状态下，水分高时产生二氧化碳的量会明显且快速增大。在感染谷蠹的情况下，不管是12%水分的小麦，还是13%和14%水分的小麦，样品中二氧化碳浓度都有骤然增加的情况。说明粮食呼吸、霉菌活动和害虫代谢共同作用下，产生的二氧化碳总量增幅和增速都加大，粮食水分大时，二氧化碳增幅更大。即使在20℃的储粮准低温下粮食水分高时霉菌活动和害虫代谢也会显著增强。

表1中的结果还说明，与灭菌粮食相比，自然带菌小麦微生物存在一定活动，但在12%水分的小麦中微生物只能维持较低的代谢水平，粮食霉变不明显。在粮食水分为14%时，微生物活动明显加强，结果表明水分的上升可以加快粮食霉变速度。

表1 20℃时不同水分的感染谷蠹、自然带菌与灭菌无虫小麦不同时间的二氧化碳浓度1） %

2．2 25℃时感染谷蠹与自然带菌和灭菌无虫小麦中二氧化碳浓度变化

在25℃下，不同水分的感染谷蠹、自然带菌无虫和灭菌无虫的小麦在不同时间的二氧化碳浓度变化结果见表2。从表2可以看出，温度25℃时，12%水分的小麦灭菌样品中产生的二氧化碳水平总体偏低，且变化幅度最小，与温度20℃的同条件下相比增加甚微。水分为13%和14%的小麦中，二氧化碳浓度达到同样水平的时间则相应提前，说明粮食水分增加，粮粒自身生理活动加强，产生二氧化碳的量相应增加。带菌无虫的3种水分的小麦中产生二氧化碳的水平都相应地较灭菌样品高，说明温度升高水分增大后微生物对二氧化碳增量作用明显。与温度20℃时相似，感染害虫的样品中，害虫对二氧化碳浓度增加的影响显著增大，且粮食水分增加，感染害虫的样品中二氧化碳浓度上升速度和增加幅度都显著。

表2 25℃时不同水分的感染谷蠹、自然带菌与灭菌无虫小麦不同时间的二氧化碳浓度1） %

2．3 感染谷蠹与自然带菌和灭菌无虫小麦30℃时二氧化碳浓度变化

在30℃的温度环境中，不同水分的小麦感染谷蠹、自然带菌无虫和灭菌无虫情况下不同时间的二氧化碳浓度变化结果见表3。从表3可以看出，同样条件下，粮食呼吸、微生物活动和感染害虫的样品中二氧化碳浓度的变化趋势与前面两个温度条件下相似。比较同样水分不同时间和同样时间不同水分的情况可以看出，温度升高后粮食呼吸强度、微生物活动强度和害虫危害程度都相应显著加大，且彼此之间的差异更加显著。结果进一步说明，温度高粮食生理呼吸旺盛、微生物活动加剧和害虫发生严重。3种处理方式的样品历经30 d的时间后，处理样品中二氧化碳浓度均在水分为14%时达到最大值，其中灭菌无虫的样品中二氧化碳浓度为0．704%，自然带菌样品为3．831%，感染谷蠹样品则达到了7．892%。从粮食生理呼吸、微生物活动、谷蠹危害对产生二氧化碳的贡献率（害虫、微生物、粮食各自产生二氧化碳的增量与三者共同产生二氧化碳总量之比）考虑，对应小麦水分为12%、13%和14%时，谷蠹产生二氧化碳的贡献率逐渐下降，分别为63．8%、55．8%和51．5%，而相应地微生物活动产生的二氧化碳贡献率相应提高。结果说明粮食水分高时，微生物对产生二氧化碳的影响显著高于害虫对产生二氧化碳的影响。

表3 30℃时不同水分的感染谷蠹、自然带菌与灭菌无虫小麦不同时间的二氧化碳浓度1） %

1）表中数据为平均值±标准差。小写字母表示同样水分条件下不同时间CO2浓度的差异显著性，大写字母表示同一检测时间不同水分条件下CO2浓度的差异性。差异性显著水平为p＜0．05。

2．4 温度对粮食、微生物和害虫产生二氧化碳的影响

从表1、表2和表3还可以看出，对于灭菌无虫样品，同一水分条件下温度升高，不同时间后小麦中二氧化碳浓度都有增加，温度从20℃到25℃，再到30℃的等梯度升高，已可明显影响到粮食生理呼吸强度和产生的二氧化碳浓度，即使在很短的第5天的时间已可看出因温度升高导致的二氧化碳浓度显著变化。各试验样品中，粮食水分增加后二氧化碳浓度变化显著。粮食自然带菌和感染害虫后，二氧化碳变化幅度更加显著。不同水分的感染害虫样品在不同时间后，温度升高二氧化碳浓度增幅显著变大，尤其是25℃和30℃温度下的10 d以后，不仅不同水分样品中二氧化碳浓度均增幅加大，且水分高时增加幅度更大。二氧化碳增幅显著加大的原因除了因温度升高加大粮食呼吸、微生物活动和害虫代谢强度的原因外，对于感染害虫样品中，一定时间后二氧化碳增幅加大还与成虫产的卵发育成为幼虫后的代谢以及害虫发育加快等有关。

3 讨论

通常情况下，粮食呼吸、粮食中微生物活动、害虫的发生与危害都能产生二氧化碳，但同样情况下害虫存在时产生二氧化碳的水平会比微生物高，只有粮食呼吸时产生二氧化碳的水平最低。通常粮食是自然带菌的，处于安全水分的粮食其微生物代谢水平较低。相对密闭的环境中如果有二氧化碳浓度明显或异常升高时，即可能有虫霉开始活动。在无害虫感染时，二氧化碳浓度的升高与粮食水分增高、或局部湿热集中情况下微生物活动相关性较大。在有害虫存在的粮堆中，二氧化碳浓度的异常升高则更多与害虫的快速发育和种群增加有关。

二氧化碳浓度可以反映出密闭粮堆内虫霉发生和发展情况。粮食水分对微生物发生影响较大，温度则更大程度上影响储粮害虫的发育和繁殖。粮食处于低温低水分时，害虫和微生物受到抑制，二氧化碳浓度较低；低温高水分时，害虫受到抑制而微生物可能繁殖，二氧化碳浓度升高的主要起因当为微生物活动。本研究表明，即使在所谓准低温储粮的温度20℃时，水分超过14%后粮食自身呼吸和微生物活动都会明显增加，意味着准低温条件下拟长期安全储藏的小麦的水分也不宜超过14%。高温低水分条件下，微生物活动相对较少，害虫生长发育和代谢旺盛，害虫成为二氧化碳浓度升高的主要因素；高温高水分条件下，微生物和储粮害虫同时发生，二氧化碳浓度显著提高。高水分粮储藏中，无论温度高低，微生物都会有一定的活动，即使处于害虫明显抑制的温度时，微生物仍是不容忽视的因素。高温下二氧化碳浓度增长较快而在低温时二氧化碳浓度达到相同水平需要更长的时间，这与已报道的结果相似［10］。本研究中害虫密度为10头／kg，按 LS／T1211粮油储藏技术规范的虫粮等级规定属于一般虫粮，检测中后期环境中二氧化碳浓度变化是比较快的。试验前期已有较高水平二氧化碳浓度可检测出，说明即使害虫发生轻微时，也可以检测到因害虫发生引起的二氧化碳浓度变化。

储粮害虫有时发生在粮堆内部，且局部聚集发生。粮食又是热不良导体，通常的测温检测点间距还比较大，通过测温检测粮堆某点温度，尤其是局部发热时，存在一定的时间滞后性，甚至会有盲区（点）。本试验结果表明，粮堆中二氧化碳是浓度变化相对敏感气体成分，粮堆中气体又是在微气流的影响下流动的［11］，二氧化碳的变化可作为粮堆害虫是否生物代谢主要原因和害虫发生的参考。另外，通过二氧化碳浓度变化监测粮情需要环境具有相对的气密性，这对于以往密封性能差的粮仓似乎难以实现，而当前多数国家粮食储备库的仓房可以满足熏蒸杀虫的气密性需求，此等气密性能也为通过检测气体监测害虫发生提供可能。

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