小麦储藏环境中CO2体积分数变化与赤拟谷盗发生的关系研究

吕建华，张育濮,2，王殿轩，康宇龙，白春启

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，河南 郑州 450001 2.郑州中粮科研设计研究院有限公司，河南 郑州 450001

赤拟谷盗Triboliumcastaneum属鞘翅目拟步甲科，食性复杂、分布广、繁殖快，不仅取食为害储粮，还分泌苯醌类物质污染粮食，是一种重要的世界性储粮害虫[1-2]。粮食在储藏过程中易受到虫害和霉菌的侵染，造成损耗[3-4]。对储粮环境中害虫发生进行早期预测、预报是贯彻我国现行“预防为主，综合防治”保粮方针的基础。Bartosik等[5]研究发现在危险储藏条件与安全储藏条件下，储粮筒仓袋中CO2体积分数存在明显差异。Ileleji等[6]研究发现通过监测CO2体积分数变化可以反映玉米霉变情况。Emekci等[7]发现赤拟谷盗成虫在正常环境中进行各项生理活动时会稳定地消耗O2产生CO2。唐多等[8]研究发现感染谷蠹的小麦样品储粮环境中CO2体积分数高于自然带菌和无菌无虫小麦样品的10～20倍。王殿轩等[9]发现在25 ℃密闭条件下，随着害虫感染虫口密度增加，小麦储存环境中CO2体积分数显著增高。而涂杰等[10]发现高体积分数CO2气调条件下长期储藏的小麦品质并没有发生根本性的变化。目前关于赤拟谷盗发生与粮堆中CO2体积分数变化的关系研究尚未见报道。作者研究了不同水分含量的小麦感染不同虫口密度的赤拟谷盗后储藏环境中CO2体积分数的变化趋势，为有效实施储粮害虫早期预测、预报提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

用全麦粉和干酵母(质量比9∶1)混匀作为饲料饲养赤拟谷盗，在河南工业大学储藏物昆虫研究实验室培养数代。饲养环境温度为(28±2) ℃，相对湿度(70±5)%。随机取羽化后一周健康成虫作为试虫。

小麦从河南本地粮库购入，经清洗除杂使不完善粒小于1.5%，分批于60 ℃烘箱中2 h进行杀虫处理。

1.2 仪器设备

KP830型泵吸式二氧化碳气体探测器：量程0～5%VOL，河南中安电子探测技术有限公司；PN-2000型二氧化碳气体探测仪：量程0～50%VOL，深圳市鹏雷科技有限公司；KLP04/KVP 04型气体隔膜泵：卡川尔流体科技(上海)有限公司。

1.3 试验方法

无菌无虫样品的制备：将经60 ℃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次后得到表面灭菌小麦[11-12]，在60 ℃烘箱中去除小麦表面水分，并将无菌无虫小麦分为3份，分别添加适量蒸馏水调节水分含量至(12.0±0.2)%、(13.0±0.2)%和(14.0±0.2)%后，置于25 ℃环境中备用。

将调节水分含量后的2 kg小麦放入44 cm×30.5 cm×22.5 cm塑料箱中，将其中200 g小麦进行粉碎处理。再将赤拟谷盗成虫分别以0、2、5、10、20、30 头/kg的虫口密度接入小麦中[13]。偶数虫口密度的试虫按雌、雄比1∶1设置，奇数虫口密度的试虫按雌、雄比3∶2设置[14]，之后密闭试验装置，根据GB/T 29890—2013《粮油储藏技术规范》检查气密性，置于28 ℃的环境条件下开始试验。从第2天起每天定时测量、记录储藏环境中CO2体积分数，重复3次。

1.4 数据处理

采用SPSS软件对试验数据进行方差分析以及多重比较(Duncan法)。用OrijinLab软件对不同水分含量、感染不同虫口密度害虫的小麦储藏环境中CO2体积分数变化与处理时间的关系进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 未感染害虫的小麦储藏环境中CO2体积分数变化情况

由表1可知，初始感染虫口密度为0头/kg(即未感染害虫)时，在相同处理时间内，从第4天开始随着小麦水分含量的增加储藏环境中CO2体积分数较水分含量12%时呈显著上升趋势；在相同水分含量小麦的储藏环境中，随着处理时间的延长，CO2体积分数较初始时呈显著上升趋势。在试验处理期间，水分含量为12%、13%和14%的小麦储藏环境中CO2初始体积分数分别为0.063%、0.060%和0.063%，均在处理30 d后达到最大值，分别为0.203%、0.380%和0.417%。

2.2 感染虫口密度2头/kg的小麦储藏环境中CO2体积分数变化情况

由表2可知，初始感染虫口密度为2头/kg时，在相同处理时间内，随着小麦水分含量的增加，储藏环境中CO2体积分数较水分含量12%时呈上升趋势；在相同水分含量小麦的储藏环境中，随着处理时间的延长,CO2体积分数较初始时呈显著上升趋势。试验处理期间，水分含量12%、13%和14%的小麦储藏环境中CO2初始体积分数分别为0.187%、0.107%和0.363 %，在处理30 d后达到最大值，分别为3.743%、4.860%和5.647%。

表1 未感染害虫的小麦储藏环境中CO2体积分数变化情况Table 1 CO2 volume fraction in stored wheat without infestation %

注：表中数据为平均值±标准误差；不同大写字母表示同一行数据的差异显著性，不同小写字母表示同一列数据的差异显著性，差异显著水平P<0.05，表2—表6同。

2.3 感染虫口密度5头/kg的小麦储藏环境中CO2体积分数变化情况

由表3可知，初始感染虫口密度为5头/kg时，在相同处理时间内，随着小麦水分含量的增加，储藏环境中CO2体积分数较水分含量12%时呈显著上升趋势；在相同水分含量小麦的储藏环境中，随着处理时间的延长，CO2体积分数较初始时呈显著上升趋势。试验处理期间，水分含量为12%、13%和14%的小麦储藏环境中CO2初始体积分数分别为0.353%、0.293%和 0.387%，在处理30 d后达到最大值，分别为5.610%、7.310%和8.627%。

表2 初始感染虫口密度2头/kg的严格密闭小麦储藏环境中CO2体积分数变化情况Table 2 CO2 volume fraction in strictly sealed wheat storage environment initially infested by 2 T. castaneum adults per kg of wheat %

2.4 感染虫口密度10头/kg的小麦储藏环境中CO2体积分数变化情况

由表4可知，初始感染虫口密度为10头/kg时，在相同处理时间内，随着小麦水分含量的增加，储藏环境中CO2体积分数较水分含量12%时呈显著上升趋势；在相同水分含量小麦的储藏环境中，随着处理时间的延长，CO2体积分数较初始时呈显著上升趋势。试验处理期间，水分含量为12%、13%和14%的小麦储藏环境中CO2初始体积分数分别为0.453%、0.330%和0.420%，在处理30 d后达到最大值，分别为7.403%、9.947%和11.543%。

表3 初始感染虫口密度5头/kg的严格密闭小麦储藏环境中CO2体积分数变化情况Table 3 CO2 volume fraction in strictly sealed wheat storage environment initially infested by 5 T. castaneum adults per kg of wheat %

2.5 感染虫口密度20头/kg的小麦储藏环境中CO2体积分数变化情况

由表5可知，初始感染虫口密度为20头/kg时，在相同处理时间内，随着小麦水分含量的增加，储藏环境中CO2体积分数较水分含量12%时呈显著上升趋势；在相同水分含量小麦的储藏环境中，随着处理时间的延长，CO2体积分数较初始时呈显著上升趋势。试验处理期间，水分含量为12%、13%和14%的小麦储藏环境中CO2初始体积分数分别为0.823%、0.560%和0.560%，在处理30、30、24 d后达到最大值，分别为11.437%、12.647%和17.967%。

表4 初始感染虫口密度10头/kg的严格密闭小麦储藏环境中CO2体积分数变化情况Table 4 CO2 volume fraction in strictly sealed wheat storage environment initially infested by 10 T. castaneum adults per kg of wheat %

2.6 感染虫口密度30头/kg的小麦储藏环境中CO2体积分数变化情况

由表6可知，初始感染虫口密度为30头/kg时，在相同处理时间内，随着小麦水分含量的增加，储藏环境中CO2体积分数较水分含量12%时呈显著上升趋势；在小麦水分含量12%、13%的储藏环境中，随着处理时间的延长，CO2体积分数呈显著上升趋势，在小麦水分含量14%的储藏环境中，随着处理时间的延长，CO2体积分数开始呈现上升趋势，从第24天开始趋于稳定，并略微降低。试验处理期间，小麦水分含量为12%、13%和14%的储藏环境中CO2初始体积分数分别为1.383%、0.847%和0.920%，在处理30、30、24 d后达到最大值，分别为13.187%、14.117%和18.217%。

表5 初始感染虫口密度20头/kg的严格密闭小麦储藏环境中CO2体积分数变化情况Table 5 CO2 volume fraction in strictly sealed wheat storage environment initially infested by 20 T. castaneum adults per kg of wheat %

2.7 感染不同虫口密度赤拟谷盗的小麦储藏环境中CO2体积分数变化线性回归分析

初始感染不同虫口密度赤拟谷盗的小麦储藏环境中CO2体积分数与处理时间之间具有较强的正相关性。对线性方程进行分析发现，相同水分含量、感染不同虫口密度赤拟谷盗的小麦在严格密闭储粮环境中CO2体积分数变化随虫口密度的增加呈上升趋势(表7)。

表6 初始感染虫口密度30头/kg的严格密闭小麦储藏环境中CO2体积分数变化情况Table 6 CO2 volume fraction in strictly sealed wheat storage environment initially infested by 30 T. castaneum adults per kg of wheat %

2.8 储粮环境中CO2体积分数变化与赤拟谷盗发生关系的预测模型

对不同水分含量小麦在严格密闭储粮环境中，第10 天感染不同虫口密度时CO2体积分数进行分析，结果见图1。拟合得到虫口密度、CO2体积分数和小麦水分含量之间的预测模型为F(x,y)=2.939-1.759x-0.211y+0.048x2+0.152xy+x3-0.004x2y(R2=0.969；)。通过预测模型，得到虫口密度、CO2体积分数和小麦水分含量之间的关系，可以对严格密闭储粮环境中赤拟谷盗的发生情况进行预测。对不同水分含量小麦严格密闭储粮环境中第20、30天感染不同虫口密度时CO2体积分数进行分析，拟合得到虫口密度、CO2体积分数和小麦水分含量之间的预测模型分别为F(x,y)=5.553-4.371x-0.381y+0.106x2+0.377xy+x3-0.009x2y(R2=0.937)和F(x,y)=-2.302-0.240x+0.264y+0.030x2+0.264xy+x3-0.007x2y(R2=0.978)。

表7 初始感染不同虫口密度赤拟谷盗的小麦储藏环境中CO2体积分数变化与处理时间的线性回归分析结果Table 7 Linear regression analysis between CO2volume fraction change in stored wheat infested by different initial densities of T. castaneum adults and infesting time

注：表中x是处理时间，d；y是CO2体积分数，%。

图1 第10 天不同水分含量小麦在严格密闭储粮环境中不同虫口密度赤拟谷盗发生与CO2体积分数关系Fig.1 The relationship between the occurrence of T. castaneum with different densities and CO2volume fraction in strictly sealed stored wheat with different moisture contents on the 10th day

3 结论

研发灵敏的储粮害虫监测预警技术，可以早期发现害虫的发生，及时采取有效措施开展害虫综合治理，确保粮食储藏的安全性。研究结果表明，在感染赤拟谷盗、具有相同水分含量的小麦储藏环境中，随着处理时间的延长，CO2体积分数较开始时显著升高。在相同的处理时间内，初始感染虫口密度相同，储粮环境中CO2体积分数随小麦水分含量的增加较水分含量12%时呈现上升趋势。本试验研究结果与王殿轩等[9,13]在密闭条件下测定感染谷蠹的小麦储存环境中CO2体积分数的变化规律相似，进一步证明了利用检测储粮环境内CO2体积分数变化监测害虫的发生具有可行性，为通过检测CO2体积分数变化实现储粮害虫预警、预报提供科学依据。