谷蠹不同虫态蛀蚀对小麦质量品质及蛋白特性的影响研究

张玉荣，暴 洁，张乃建，高佳敏

（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，粮食储运国家工程实验室，河南 郑州 450001；2.中国储备粮管理总公司 北京分公司，北京 100045）

0 引言

在全世界范围内，谷蠹是最具破坏性的储粮害虫[1]，尤其是对高淀粉含量的种子.其为害形式是在粮食籽粒中产卵[2]，孵出的幼虫钻入粮粒内为害，直至羽化为成虫钻出，且一粒粮食可以同时被多头虫钻蛀，谷蠹的钻蛀特性致使谷蠹一旦钻入很难防治，侵害严重时，可将小麦籽粒内部完全蛀空，只剩下一个薄层空壳[3].未蛀入粮粒内的幼虫还可在粮粒间或粉屑中活动，侵入粮粒表面，尤喜食害胚部[4]，同时为害过的粮食极容易被次级害虫和真菌为害.Golebiowska[5]指出谷蠹、米象和谷象在实验室条件（温湿度分别为28 ℃和75%）下对小麦进行30 d 感染，主要是幼虫和成虫对小麦进行为害，其中谷蠹对小麦的为害最为严重.谷蠹侵害小麦后不仅造成小麦数量上的损失，而且引起小麦质量劣变.关于储粮害虫为害后小麦品质的变化和害虫对稻米品质的影响已有大量报道[6-8].王殿轩等[9]的研究表明，随着谷蠹侵害时间的延长，小麦千粒重下降趋势平缓，虫蚀粒上升.张玉荣等[8，10-14]研究报道：小麦受谷蠹侵害后样品水分增加，容重降低；当虫口密度一定时，随着侵害时间的延长，样品中—SH 含量升高，—S—S—含量下降，蛋白的二级结构变化不显著；同时随损伤粒蛀蚀程度的增加，小麦的储藏品质会发生明显变化，粗蛋白含量、干湿面筋含量、面筋吸水率和面筋指数都呈下降趋势；谷蠹侵害后样品的稳定时间和粉质指数呈下降趋势；制成的面条质构参数也会发生变化，影响面条的食用品质.然而目前的研究大多是关于不同虫口密度、侵害时间对粮食品质的影响.在谷蠹不同生长发育阶段对小麦品质影响及相关分析的报道较少.作者主要通过研究谷蠹在4个不同生长发育阶段对储藏小麦品质指标变化趋势及各指标间相关性、差异性进行分析研究，并解释其变化的内在机理，旨在为小麦安全储藏和保持其良好的品质特性提供参考与指导.

1 材料与方法

1.1 材料

试虫:成都谷蠹在适宜条件下培养于河南工业大学粮油食品学院储藏物害虫培养室.

小麦:普通矮抗58 小麦储藏1 a（水分12.8%，容重780 kg/L）.清除杂质和虫蚀粒，采用分样器充分混匀，试验前在低温下处理，以杀死其中可能的害虫，再调节其水分至（13.0±1）% .

1.2 主要仪器及试剂

PQX 型多段可编程人工气候箱：宁波东南仪器有限公司；JXFM110 锤式旋风磨：上海嘉定粮油仪器有限公司；BCD-268B 冰箱：新乡新飞电器厂；Φ2.5 mm、Φ1.5 mm 谷物选筛：台州市新恩精密粮仪有限公司；BLH-6200 自动数粒机：上海安亭科技仪器有限公司；FA2004 分析天平：上海精科天平；101FAR-9 型电热鼓风干燥箱：上海树立仪器仪表有限公司；分析纯（AR）氯化钠：天津市科密欧化学试剂有限公司.

1.3 试验方法

1.3.1 蚀虫培养

[6]的方法.

1.3.2 蚀虫侵害试验

将5 kg 小麦置于-18 ℃条件下，连续冷冻72 h 以杀灭小麦籽粒中的虫卵，取出后升至室温.

准备洗净烘干的10 个广口瓶（直径6 cm，高11 cm），每两个瓶为一组，分别标上编号，从1 号到5 号，将每瓶各加入500 g 小麦样品，挑选5 000头两周龄的成虫，接入1 到4 号广口瓶中摇匀，用棉纱布封住瓶口，再将瓶子放入培养箱（（32±1）℃，RH（75±1）%）中进行侵害试验.3～5 d 后取出，将成虫全部筛出，并将过筛小麦放回原广口瓶中，再将其置于培养箱中.4～7 d 后取出1 号瓶，利用经典剖粒法与染色法相结合的方法，在电子显微镜下观察是否为卵期，若抽出样品95%以上处于卵期，则将其倒入自封袋中进行冷冻保存，若不是则放入培养箱中继续观察或重新进行蚀虫侵害.20～30 d 后，取出2 号瓶，取其籽粒剖开观察，判别是否有95%以上的谷蠹处于幼虫期.35～40 d 后取出3 号瓶，按幼虫期的判别方法观察是否为蛹期.45 d 后，取出4 号瓶进行观察是否为成虫期，若为成虫期，则筛出成虫；幼虫期、蛹期和成虫期后期样品处理与卵期后期处理相同.5 号瓶中的小麦按4 个虫期的时间分别取出一定数量进行冷冻保藏.

1.3.3 样品后处理

待4 种不同虫期的样品完全置备好后，将这些样品用谷物选筛（Φ2.5 mm）在谷物选筛器上筛去害虫及其排泄物，并将筛上物放入自封袋中冷冻保藏以供试验使用.

1.3.4 千粒重

用自动数粒机数对照样和4 个不同虫期的样品各1 000 粒，称其质量.每种样品做3 次重复.

1.3.5 试样制备及润麦

参照AACC 26—10A 方法.

1.3.6 水分测定

参照AACC 44—19.01 方法.

1.3.7 硬度测定

参照AACC 55—30.01 方法.

1.3.8 粗蛋白含量测定

参照AACC 46—09.01 方法.

1.3.9 干、湿面筋含量和面筋吸水量测定

参照AACC 38—12.02 方法.

1.4 数据统计与分析

采用Excel 作图，SPSS 数据处理软件进行分析.

2 结果与分析

2.1 水分含量变化（图1）

图1 谷蠹侵害后对小麦水分含量的影响Fig.1 Effect of moisture content of wheat against Rhizopertha dominica

由图1 可知，谷蠹感染小麦后在卵期、幼虫期和蛹期时，小麦中水分含量呈上升趋势，到达成虫期后小麦中水分含量有所降低.谷蠹在幼虫期时，小麦中水分含量上升幅度为7.76%，在卵期和蛹期上升的幅度分别是1.11%和2.31%.由此可见，谷蠹处于幼虫期时，小麦中水分含量变化最为显著，其次是蛹期.对照样的水分含量从原始样到成虫期是逐渐升高的.出现此种现象的主要原因与谷蠹的生物学特性有关，谷蠹卵期、幼虫期、蛹期都处于小麦籽粒内部，并且谷蠹处于幼虫期的时间长，长时间在培养箱的吸湿环境中，能使水分在粮粒表面发生单分子层或多分子层的吸附，通过多孔毛细管胶体物质进入粮粒内部，被淀粉、蛋白质、纤维素中很多亲水基团吸附.小麦籽粒表皮主要由管状细胞组成，组织结构疏松多孔吸水能力较强，快速吸水后并容纳其自身质量的80%[10].谷蠹幼虫蛀蚀后小麦珠心层受损，水分内渗阻力减少，小麦正常吸水路径被破坏，水分可直接通过皮层进入胚乳，导致小麦籽粒水分含量显著增加.而谷蠹处于成虫期时，与蛹期相比，小麦中水分含量大幅度降低，下降了1.678%.主要原因有两点：一是由于谷蠹到达成虫期时，小麦中蛋白质、淀粉、纤维素等很多具有亲水性的基团物质含量都显著降低，更有部分小麦籽粒内部被蛀空，多数种皮被不同程度破坏，导致小麦吸湿能力急速降低；二是到达成虫期时，谷蠹成虫从粮粒内部筛出，减少了虫体水分含量.到成虫期时经多次在实验室条件下筛虫，小麦籽粒不仅不能在培养箱环境中长期吸湿，而且其中的水分与空气中水分相互平衡，使小麦中水分流失，导致其水分含量明显降低.

2.2 千粒重变化（图2）

图2 谷蠹侵害后对小麦千粒重的影响Fig.2 Effect of Rhizopertha dominica infringed on 1 000 grain weight of wheat

由图2 可知，与对照样相比，谷蠹从卵期、幼虫期、蛹期到成虫期侵害小麦后小麦千粒重呈显著下降趋势.这与王殿轩研究千粒重的变化与粮食中存在的害虫发育期和虫态有关的结论相同[9].在前7 d 内粮食中只有初感染的成虫，成虫蛀蚀小麦，在粮粒内部产卵，而谷蠹虫卵不具有取食性，因此千粒重下降幅度较小，仅降低了2.4%；到谷蠹幼虫期和蛹期，千粒重分别降低了5.7%和2.7%.到成虫期后被感染的小麦千粒重下降的幅度为14.6%，出现此种现象的主要原因为：一方面是谷蠹成虫取食强劲，造成大量的不完整粮粒，并且到成虫期后成虫会钻出粮粒，经筛网过滤后成虫基本被筛除；另一方面在成虫期小麦籽粒水分含量降低，且虫体产生的酸性物质和分泌大量的酶类对籽粒产生分解作用，减少了小麦籽粒的质量，致使小麦在成虫期时，千粒重降低最为显著.其次是另一个取食强劲的幼虫阶段，千粒重降低得也比较明显，但由于幼虫阶段危害时间短，测量时幼虫虫体会增加一定质量，因此检测时小麦千粒重下降的幅度没有成虫阶段侵害时千粒重降低的幅度大.在卵期和蛹期时造成的危害较小，但仍有虫体产生的酸性物质和酶类对小麦籽粒的成分产生分解作用，因此在卵期和蛹期小麦千粒重下降幅度相对较小.

2.3 硬度变化（图3）

图3 谷蠹侵害后对小麦硬度的影响Fig.3 Effect of wheat hardness against Rhizopertha dominica

从图3 可知，与对照样相比，谷蠹从卵期到成虫期对小麦侵害后，小麦的硬度逐渐下降，尤其在成虫阶段，小麦硬度指数迅速降低.

小麦硬度主要反映小麦胚乳的质地，即小麦蛋白质与淀粉结合的紧密程度.由图3 可知，硬度下降的原因主要是谷蠹在卵期、幼虫期和蛹期侵害小麦时，小麦中的水分含量逐渐增加，致使小麦胚乳细胞中蛋白质基质和淀粉之间吸收的水分含量升高，使两者之间的结合能力减弱，结构蓬松，而幼虫和蛹虫体本身也提供了一定的外援水分，从而导致谷蠹在达到成虫期前侵害小麦后其硬度指数呈逐渐下降趋势.而在成虫期时对小麦侵害后，小麦中蛋白质和淀粉被谷蠹大量取食，其胚乳质地发生明显变化，且多数小麦内部被蛀成空洞，也大大降低了小麦的抗机械能力，导致成虫阶段小麦硬度指数急速下降.

2.4 粗蛋白含量变化（图4）

由图4 可知，谷蠹不同虫期侵害后小麦中粗蛋白含量先上升后降低.与对照样相比，到达卵期时，小麦中粗蛋白含量呈现上升趋势.在卵期发育到幼虫期时粗蛋白含量变化最大，增长得最快，与卵期相比增加的幅度为13.8%；而幼虫期发育到蛹期的过程中粗蛋白含量基本不变，与幼虫期时小麦中粗蛋白含量相比，仅上升了0.3%，而到成虫期时粗蛋白含量迅速降低，下降的幅度为11.2%.

图4 谷蠹侵害对小麦粗蛋白含量的影响Fig.4 Rhizopertha dominica damage effect on the protein content of wheat

谷蠹蛀蚀小麦后胚乳部位损伤最严重，而小麦粗蛋白主要存在于胚乳中，由此可知，谷蠹蛀蚀后小麦粗蛋白含量应逐渐下降，由图4 可知，粗蛋白含量在蛹期之前都是增加的，小麦中存在一定量的虫体蛋白.出现此种变化趋势的主要原因是：谷蠹幼虫的虫体蛋白含量高于谷蠹幼虫期间对小麦蛋白质的取食、幼虫分泌物和排泄物中存在的蛋白酶等对小麦粗蛋白的降解，而到达蛹期时，经过了整个幼虫阶段对小麦粗蛋白的消耗，使粗蛋白含量处于另一种微平衡状态，蛹期的虫体蛋白含量正好可弥补期间对小麦粗蛋白的损耗量，因此粗蛋白含量趋于一种非常平缓的增长状态，增长现象不明显；到达成虫期时，成虫被筛除，没有虫体的外援蛋白提供，且经谷蠹卵期、幼虫期和蛹期3 个阶段的取食和虫体分泌物、排泄物对粗蛋白的分解，加之谷蠹成虫自身蛀蚀损害强劲，使胚乳部分损失严重，相对的麸皮含量增加，因此在检测时，粗蛋白含量迅速降低.所以，当小麦被谷蠹为害后，不应把粗蛋白含量的高低作为评价其品质优劣的指标.

2.5 干、湿面筋含量及面筋吸水量（图5）

由图5 可知，谷蠹在不同生长发育阶段侵害小麦后，随着谷蠹不断生长发育，小麦干、湿面筋含量整体呈现先降低后升高的变化趋势，但是两者之间的变化幅度却大不相同.谷蠹处于卵期时，小麦中的干、湿面筋含量变化不显著，没有一定规律.小麦中的干、湿面筋含量在谷蠹幼虫和蛹期时有所降低，尤其是湿面筋含量降低幅度较大，小麦面筋吸水量在谷蠹幼虫期侵害时下降迅速，到达成虫期时小麦中的湿面筋含量及面筋吸水量明显增加，而干面筋含量增加的幅度较小.由图5 可知，谷蠹侵害小麦后面筋吸水量整体呈现降低趋势，在谷蠹达到成虫期时，小麦的面筋吸水量有回升的趋势.

图5 谷蠹侵害对小麦干、湿面筋含量及面筋吸水量的影响Fig.5 Effect of Rhizopertha dominica different infringement on wet gluten content dry gluten content and water absorption of wheat gluten

小麦湿面筋主要是由麦胶蛋白和麦谷蛋白与水结合形成的一种胶状水合物，面筋吸水量主要反映小麦面筋蛋白的质构，与蛋白质的质量密切相关.谷蠹蛀食小麦后，小麦中的蛋白含量前期增加后期降低.但由图5 可知，谷蠹蛀蚀后小麦干、湿面筋含量及面筋吸水率整体下降，到达成虫期时有回升的趋势.此种现象出现的原因很可能是谷蠹蛀蚀后小麦胶蛋白和麦谷蛋白已遭到严重的质和量的破坏，但是由于虫体自身提供了大量的外援蛋白，致使蛋白含量上升，但这些虫体蛋白不能够形成面筋，而在取样称量时却占一定比例，在成虫期时，谷蠹成虫全部被筛除，且称取的样品都是小麦籽粒自身的质量，因此谷蠹蛀蚀后在成虫期干、湿面筋含量及面筋吸水量升高，但这一变化趋势都只是相对的，并不代表其真实含量的增加.

2.6 相关性分析（表1）

从表1 可知，谷蠹感染小麦后，其生长发育阶段与小麦水分含量、粗蛋白含量的变化呈现正相关关系，与千粒重和硬度指数呈极显著负相关关系.由此说明，谷蠹从卵期到成虫期侵害小麦后，对小麦水分和粗蛋白含量增加是促进作用，而对千粒重和硬度指数的增加则是阻碍作用.谷蠹从卵期到成虫期侵害小麦后小麦水分含量变化与干、湿面筋含量变化规律呈极显著负相关关系，相关系数分别为-0.689、-0.454，与千粒重呈显著性正相关关系，相关性系数为0.054；硬度指数变化规律与千粒重和干、湿面筋含量的变化都呈现极显著正相关关系；千粒重变化规律与蛋白含量和干、湿面筋含量变化规律呈极显著正相关关系，相关系数分别是0.153、0.662、0.764；粗蛋白含量与干湿面筋含量变化规律呈显著负相关关系，相关系数分别是-0.538 和-0.240，与面筋吸水量相关性不显著，面筋吸水量主要由蛋白质质量品质决定；由此可知，谷蠹在不同虫期感染小麦后，小麦质量指标的变化对其蛋白特性的改变有较大影响.

由表1 分析说明，随着谷蠹不同生长发育阶段侵害小麦后其品质指标间的变化规律存在着密切的联系，同时也说明了随着害虫生长发育感染小麦时间的延长，害虫不断生长发育，大量取食小麦籽粒的营养成分，分泌大量代谢产物，破坏小麦组织结构，改变了小麦正常的生理和化学特性，导致小麦品质劣变.

表1 谷蠹不同虫期感染小麦与其品质指标间相关性分析Table 1 Rhizopertha dominica in different stages of infection and correlation analysis of quality indexes of wheat

2.7 差异性分析（表2）

由表2 可知，谷蠹在各个虫期侵害小麦后，小麦硬度指数在每一个虫期的变化均差异不显著，小麦中水分含量在谷蠹幼虫期和蛹期感染时其变化存在显著差异，其他时期差异不显著，可见谷蠹在幼虫期和蛹期侵害小麦后，对其水分含量影响较大；在谷蠹各个生长发育阶段感染时，小麦的千粒重变化差异都显著；幼虫期和成虫期感染时小麦中蛋白质含量与卵期感染时小麦中蛋白质含量相比较，差异性达到显著性水平，由此说明，谷蠹在幼虫期和成虫期侵害小麦后，对小麦中粗蛋白质含量的变化影响显著.在谷蠹幼虫期和蛹期侵害时与成虫期和卵期侵害相比小麦面筋吸水量变化差异性显著，而谷蠹成虫期侵害小麦后其面筋吸水量与幼虫期和蛹期相比差异性显著.由此得出，谷蠹成虫期侵害小麦，对其面筋吸水量影响较为明显.综之，谷蠹在生长发育过程中，在不同的发育阶段感染小麦后，小麦品质指标变化量各不相同，其中在谷蠹成虫期和幼虫期发生侵害时，各指标变化较为显著.

表2 谷蠹不同虫期感染小麦与其品质指标间差异性分析Table 2 Rhizopertha dominica in different stages of infection difference analysis between wheat and its quality index

3 结论

谷蠹生长发育经卵期、幼虫期、蛹期和成虫期，谷蠹生长发育在各阶段对小麦进行侵害后，其质量品质中千粒重和硬度指数显著降低，属于敏感指标，可作为评价谷蠹不同虫态蛀蚀小麦后小麦质量品质变化的重要指标.在蛋白特性研究中，粗蛋白、干湿面筋含量和面筋吸水量变化明显，但受其他因素影响较大，其中粗蛋白含量受外界因素影响最大，所以，当小麦被谷蠹不同虫态蛀蚀后，不应把粗蛋白含量的变化作为评价其品质优劣的指标.

小麦受谷蠹蛀蚀后，从卵期到成虫期，蛀蚀对小麦水分和粗蛋白含量的增加是促进作用，而对千粒重和硬度指数的增加则是阻碍作用，对其面筋含量和质量都造成极大损害；各指标间的变化具有一定相关性，其质量品质指标的变化对蛋白特性变化有较大影响.从谷蠹在不同虫期感染小麦与其品质指标间差异性分析可看出，谷蠹在幼虫期和成虫期感染小麦后，小麦各项品质指标变化更明显，差异性更显著.

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