电子束辐照防治绿豆象及对绿豆品质的影响

(河南工业大学粮油食品学院河南粮食作物协同创新中心粮食储藏安全河南省协同创新中心, 郑州 450001)

为完善辐照技术防治储粮虫霉的理论，研究了电子束辐照对绿豆象种群发育及对绿豆品质的影响。绿豆象的卵、幼虫、蛹和成虫经0.1～1.0 kGy剂量的电子束辐照后，卵和幼虫在辐照的虫态死亡；蛹发育至成虫和成虫的死亡率显著增加，其种群存活个体的产卵总量显著减少；辐照处理种群的F1 代不能孵化为幼虫或在1～2 龄幼虫时全部死亡，而0.2 kGy及以上的辐照剂量则能完全抑制F1 代孵化为幼虫。尽管0.2 kGy的辐照剂量使绿豆的苗高下降了17%，脂肪酸值升高了12%，但对其发芽率、发芽势、可溶性蛋白质含量、降落数值和过氧化氢酶活性无显著影响，并且提高了绿豆的糊化液黏度。因此，推荐0.2 kGy的电子束辐照作为有效防治绿豆中绿豆象的参考剂量。

绿豆象(CallosobruchuschinensisL.)是一种世界性的储粮害虫，对绿豆危害最为严重，可大大降低豆类的重量、营养价值和发芽率[1]。目前，在豆类的储藏过程中，防治绿豆象常用的方法包括沸水浸烫、应用保护剂和熏蒸剂等进行化学防治。尽管这些方法在实际应用中具有较好的防治效果，但也表现出多种局限性，如农药残留、诱导害虫抗药性、不适用于大批量处理、损害粮食应有品质如降低发芽能力等。

利用辐照技术杀虫，具有耗能少、杀虫效果明显的优点，已逐渐成为化学药物方法的有效替代与补充和害虫综合防治体系中的一项重要手段[2]。目前，在储粮杀虫灭菌中应用中研究较多的辐射源有60Co γ射线和电子束。γ射线辐照防治绿豆象和赤拟谷盗的有效剂量分别为0.32和0.2 kGy[3-4]。电子束防治玉米象、嗜虫书虱和印度谷螟的有效剂量分别为0.18、0.3和0.6 kGy[5-7]，电子束辐照控制小麦中小麦矮腥黑穗病菌和素鸡中细菌的有效剂量分别为4.4和8.8 kGy[8-9]。并且随着辐照剂量的增加，辐照对虫霉的抑制效果增强。

但辐照在杀虫灭菌的同时，还会对粮食品质造成影响。研究表明，随电子束或γ射线辐照剂量增加，粮食及其产品的脂肪酸值和过氧化值升高，脂肪氧化酶活性、降落数值和糊化黏度降低，蒸煮后褐变加重，并且同剂量的γ射线对粮食品质的影响大于电子束辐照[2, 10-13]。因此，需要根据粮食加工和储藏品质的要求，来选取合适的辐照工艺参数。

与γ射线辐照装置相比，电子加速器具有不受能源限制、操作安全、易于质量控制、无需废源处理等优点，在储藏物害虫防治中具有良好的应用前景[8-9]。因此，本试验通过研究电子束辐照对绿豆象种群的抑制作用，并评价电子束辐照对绿豆种用品质和理化指标的影响，以期为电子束辐照在害虫防治中的推广应用提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试虫

绿豆象种群：湖北省农业科学院。于河南工业大学储藏物害虫防治实验室使用绿豆饲养3年以上，环境条件为(28±1) ℃、(75±5)%RH。

1.2 辐照处理

采用无锡爱邦电子加速器公司的5 MeV电子加速器对试虫和绿豆进行静态辐照处理，能量为4.9 MeV、束流为2 mA，传送速率为6 m/min；样品采用半吸收剂量、翻转180°的辐照方式，以保证样品吸收剂量均匀。采用0、0.1、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 kGy共7 个辐照剂量进行。绿豆象的幼虫和蛹均在绿豆内部为害，因此，幼虫和蛹的日龄均自卵产之日起计算日龄。辐照处理所采用的绿豆象的虫态分别为：卵(2 日龄)，幼虫(14 日龄)，蛹(18 日龄)和成虫(羽化后2 日龄)。分别将感染绿豆象各虫态试虫的35 颗绿豆(保证有30～35 头试虫)置于塑料盒中进行辐照处理。另外，对等量的未感染绿豆象的绿豆使用相同剂量的辐照后用于绿豆品质测定。每个处理重复3 次。

1.3 辐照对害虫种群抑制作用的评价

辐照处理后，仍在原培养条件下培养绿豆象，将非成虫态试虫培养至成虫。在无成虫羽化后持续观察30 d，不再有成虫羽化钻出时终止观察，记录成虫的羽化数量，计算非成虫态试虫发育至成虫的死亡率。结合剖粒法检查豆粒内部的非成虫态试虫的死亡情况。由于绿豆象成虫通常在羽化后第8 天开始出现自然死亡，因此，以辐照5 d后的成虫(即羽化后第7 天)的存活率评价辐照对成虫的致死作用。辐照处理后，如有成虫羽化或存活，将全部活成虫转入装有50 g绿豆的透气透明自封袋中产卵至成虫全部死亡。由于绿豆象成虫在绿豆表面产卵，并分泌粘液将卵牢固地粘附在绿豆上。刚产下的卵呈半透明色，并逐渐转深呈乳白色。因此，利用体视显微镜直接观察、记录每个处理种群的产卵总量。自产卵之日起连续观察61 d，确保F0 代所产的卵能全部发育至成虫后结束试验，记录成虫的羽化数量，并结合剖粒法检查豆粒内部的F1 代非成虫态试虫的死亡情况。

1.4 绿豆品质测定

根据需要，将绿豆磨制成粉后过80 目筛制成绿豆粉备用。测定的指标包括绿豆的种子活力(GB/T 5520—2011)、脂肪酸值(GB/T 20569—2006附录A)、可溶性蛋白质含量[14]、水分含量(GB/T 5497—85)、过氧化氢酶活性(GB/T 5522—2008)、降落数值[8]、淀粉黏度和糊化特性(LS/T 6101—2002)。

1.5 数据统计与处理

采用SPSS16.0软件对数据进行处理和分析。利用单因素方差分析(one-way ANOVA)和Duncan’s新复极差法进行差异显著性和多重比较，以P<0.05作为差异显著性判断标准。

2 结果与讨论

2.1 电子束辐照对绿豆象种群的抑制作用

通常害虫对辐照的敏感性从高到低依次为：卵、幼虫、蛹、成虫[5-6]。如绿豆象对60Co辐照的敏感性依次为：卵>幼虫>蛹>成虫[3]。本试验中，绿豆象不同虫态对电子束辐照的敏感性也存在差异。

辐照试验所使用的卵、幼虫和蛹分别经过17、6、3 d后，0 kGy辐照剂量处理的试虫陆续发育至成虫并钻出豆粒，至观察结束时，绝大多数非成虫态试虫发育至成虫，而0.1～1.0 kGy辐照剂量处理的卵或幼虫均未能发育至成虫(表1)。对绿豆进行剖粒检查发现，0.1～1.0 kGy辐照处理的卵和幼虫未能进一步发育，均在辐照时所处的虫态下死亡。这表明绿豆象卵和幼虫的电子束辐照的种群完全致死剂量<0.1 kGy。

与卵和幼虫相比，绿豆象成虫和蛹对电子束辐照的敏感性较低。经0.1～1.0 kGy剂量的辐照处理后，尽管仍有部分蛹能成功发育至成虫，但蛹发育至成虫的死亡率显著增加(P<0.05)。并且与成虫的辐照处理类似，蛹发育至成虫的死亡率随辐照剂量的增加而增加。其中，蛹和成虫经0.2 kGy的剂量处理后的死亡率增加至67.67%和65.98%(表1)。

表1 各虫态的绿豆象经电子束辐照后发育至成虫的死亡率/%(n=3)

注：M±SE，同列数据标记有相同字母的表示差异不显著(P>0.05，ANOVA和Duncan’s新复极差法)。

在选定的辐照剂量下仅蛹和成虫经辐照处理后的种群中仍有个体羽化和存活。随着辐照剂量的增加，处理后种群全部存活个体的产卵总量逐渐降低(表2)。观察至设定期限结束均未发现有F1 代成虫羽化。对绿豆进行剖粒检查发现，0.2 kGy及以上的辐照剂量处理的虫态所产生的F1 代全部在卵期死亡，仅在0.1 kGy的辐照剂量处理蛹或成虫的F1 代中仍有部分(7.3%～11.2%)个体能孵化成幼虫，但未能进一步发育，在幼虫的1～2 龄时死亡。这表明，尽管0.1 kGy及以上剂量的电子束辐照处理后蛹和成虫仍有羽化或成活，并能产卵，但是，绿豆象F1 代的生长发育可完全被抑制，而0.2 kGy及以上的辐照剂量能彻底抑制绿豆象F1 代对绿豆的危害。

表2 绿豆象成虫和蛹经电子束辐照处理后全部存活个体的产卵总量/粒(n=3)

注：M±SE，同列数据标记有相同字母的表示差异不显著(P>0.05，ANOVA和Duncan’s新复极差法)。

2.2 电子束辐照对绿豆品质的影响

随着电子束辐照剂量的增加，绿豆种子活力逐渐降低。其中，辐照剂量与苗高相关性的线性回归方程为Y=-15.52X+17.67(R2=0.98)。能显著降低苗高、发芽率和发芽势的最低辐照剂量分别为，0.1、0.4和0.8 kGy(P<0.05)，这说明绿豆种子活力指标对电子束辐照的敏感性顺序为：苗高>发芽率>发芽势。0.2 kGy的辐照剂量不会显著降低绿豆的发芽势和发芽率(P>0.05)，但与对照组相比使苗高下降了17%(表3)。这说明电子束辐照在一定剂量范围内虽然不会影响种子的萌发，但会抑制幼苗的生长，使幼苗发育迟缓。

注：M±SE，同列数据标记有相同字母的表示差异不显著(P>0.05，ANOVA和Duncan’s新复极差法)。

与不溶性蛋白质相比，可溶性蛋白质通常更易被生物体消化和吸收。而高能量的辐照通常会引起蛋白质的变性，造成蛋白质溶解性的降低。0.1～1.0 kGy剂量的电子束辐照对绿豆的可溶性蛋白质含量无明显影响，说明试验所使用的辐照剂量并未造成绿豆蛋白质变性的广泛发生，对绿豆蛋白质的营养品质无显著影响。0.6～1.0 kGy的电子束辐照会显著降低绿豆的水分含量(P<0.05)，这在一定程度上利于提高绿豆的储藏稳定性。但是，0.1～1.0 kGy剂量的辐照处理会显著提高绿豆的脂肪酸值(P<0.05)。其中，0.2 kGy的辐照剂量使脂肪酸值升高了12%(表4)。粮食的脂肪酸值是粮食储藏品质的重要指标。游离脂肪酸除了直接影响粮食食用品质，还可以进一步氧化生成低级的醛、酮化合物，降低粮食的食用品质。因此，测定绿豆的脂肪酸值是判定绿豆储藏稳定性的重要指标。绿豆经辐照后脂肪酸值显著升高，这很可能会降低绿豆的储藏稳定性。

注：M±SE，同列数据标记有相同字母的表示差异不显著(P>0.05，ANOVA和Duncan’s新复极差法)。

当受到低剂量辐照时，植物细胞会产生应答反应，补偿或修复辐照对细胞的损害。如γ射线辐照后蛋白的修复过程包括蛋白质的降解，去除异常、错误折叠的蛋白质，合成新的蛋白质[15]。过氧化氢酶作为生物体内活性氧防御系统的一种重要保护酶，辐照后酶活性可能发生变化[16]，参与相应的代谢补偿机制来抑制辐照引发的自由基的形成[13, 15]。0.1～0.8 kGy剂量的电子束辐照对绿豆的可溶性蛋白质含量和过氧化氢酶活性没有明显影响。这可能是由于试验选定的辐照剂量过大，抑制了绿豆的应答反应，未能提高蛋白水解酶和保护酶的活性，并直接表现为设置的最小辐照剂量(0.1 kGy)也能显著影响绿豆的生理代谢，使绿豆苗高降低。

对于淀粉类制品，如绿豆粉丝和粉皮的加工制作，糊化特性直接影响到最终产品的加工特性[17]。随着辐照剂量的增加，绿豆粉糊化的峰值黏度、最低黏度、最终黏度、回生值和起始糊化温度均先上升至峰值后又降低(表5)。这表明0.2～0.4 kGy的辐照剂量处理尽管会抑制绿豆粉的糊化过程，但是会提高绿豆粉的成凝胶能力和凝胶的稳定性。但随着辐照剂量继续增加，绿豆粉糊化后的胶凝能力又出现降低。

注：*M±SE(n=3)，同列数据标记有相同字母的表示差异不显著(P>0.05，ANOVA和Duncan’s新复极差法)。

在粮食糊化物中，降落数值除与α-淀粉酶活性有关外，还与淀粉粒的结构有关[18]。通常电子束辐照会抑制植物细胞中的α-淀粉酶活性[8]，因此，0.4～1.0 kGy剂量的电子束辐照后绿豆粉降落数值的降低，不太可能是由绿豆淀粉酶活性升高所致。而可能是由于辐照破坏了淀粉粒的结构，使淀粉大分子发生裂解[8, 13]，提高淀粉酶与淀粉糖苷键的接触几率，加速了淀粉的水解，使降落数值减小。并且，从绿豆粉的其他糊化品质指标可以进一步推断：随着辐照剂量的增加，电子束辐照对淀粉结构的破坏作用增强。正是由于低剂量的辐照引起淀粉分子链的适度断裂，增加了糊化物中的直链淀粉含量，提高了绿豆粉的糊化物的黏度，而过高的辐照剂量则引起直链淀粉的进一步断裂，从而降低了糊化物中的大分子缠结作用，从而降低了糊化物的黏度。

3 结论

在本试验选定的剂量(0.1～1.0 kGy)下，电子束辐照对绿豆象的种群发育有显著的抑制作用，同时对绿豆的苗高、脂肪酸值、降落数值和糊化品质指标也有一定的影响。需要强调的是，尽管0.2 kGy的电子束辐照使绿豆的苗高降低了17%，脂肪酸值升高了12%，但该剂量能100%抑制绿豆象F1 代为害，且对绿豆的发芽能力和营养品质影响较小，并能一定程度地提高绿豆的加工品质。因此，推荐0.2 kGy作为电子束辐照作为有效防治绿豆中绿豆象的参考剂量。

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Control of Callosobruchus Chinensis L. with Electron Beam Radiation and Its Effects on Mung Quality

(School of Food Science and Technology, Collaborative Innovation Center of Henan Grain Crops, Henan Collaborative Innovation Center of Grain Storage and Security, Henan University of Technology, Zhengzhou 450001)

To improve the theory about application of irradiation technique for pest disinfection and sterilization in grain storage, effects of electron beam radiation on the population development ofCallosobruchuschinensisL. and the quality of mung beans were investigated in this study. When eggs, larvae, pupae and adults ofC.chinensiswere irradiated with 0.1～1.0 kGy electron beam, no irradiated eggs, and larvae could survive and develop into the next stage, the mortality rate of irradiated pupae and adults was significantly elevated and F1 of irradiated populations could not hatch into larvae or died at the stage of first-or second-instar larvae. Furthermore, the exposure ofC.

to 0.2～1.0 kGy electron beam results in no F1 could develop into larvae. Although irradiation with electron beam at the dose of 0.2 kGy caused a decline of seedling height (17%) and an increment of fatty acid value (12%) in mung beans, it had no significant effect on their germination capacity, germination energy, soluble protein content, falling number and peroxidase activity. In addition, pasting viscosity of mung beans was enhanced after being exposed to 0.2 kGy electron beams. It was concluded that 0.2 kGy could be used as a reference dose of electron beam irradiation to control . during the storage of mung beans.

国家自然科学基金(31272360)，河南工业大学高层次人才科研基金(150434)

王争艳，女，1979年出生，讲师，储藏物昆虫学与害虫综合治理

鲁玉杰，女，1971年出生，教授，储藏物昆虫学与害虫综合治理