惰性粉对嗜卷书虱的致死效果及机理研究

刘阳星月 贾 浩 杨二妹 刘孟宜 李慧静

(河北农业大学食品科技学院，保定 071000)

嗜卷书虱是书虱属昆虫中，最为常见的种类之一。嗜卷书虱营孤雌生殖，繁殖能力很强，在温暖潮湿的环境中，种群的增长速率很快。食性很杂，主要啮食粉屑和淀粉糊类物质，在小麦、水稻等谷物类粮食上发生严重，书虱大量聚集会导致粮食重量减轻、发热、结露甚至霉变，并以其排泄物、尸体等污染粮食。嗜卷书虱体型微小，具有极强的隐蔽性，只有当其种群繁殖至一定规模或者在适宜的条件下爆发时，才会被注意[1, 2]。李娜等[3]在河北省张家口、石家庄、邯郸、秦皇岛等4 个地级市粮食仓储企业、粮油与饲料加工企业等粮食场所进行了储粮虫螨的采集、种类鉴定工作，结果发现嗜卷书虱的发生频率极高，在所调研的各地粮食加工企业和粮库均有发现，因此本研究针对嗜卷书虱进行研究。

目前，对嗜卷书虱的防治主要有机械通风[1]、电子束辐照[4]等物理方法，利用天敌防治[5]、植物精油趋避[6,7]等生物防治方法，溴甲烷、磷化氢、氯化苦熏蒸等化学防治方法[8]，但书虱的防治非常困难，无论是药剂熏蒸、气调处理还是生物防治，都很难彻底杀死粮库中的书虱。长期以来，在运用各种技术手段防治书虱时，由于用药不当、成本控制、日常管理不严细等因素，导致防治效果不理想，书虱甚至产生了抗性[1]。

惰性粉是一大类物理化学性质稳定的粉状物质，不会在自然界中引起化学反应[9]，多指矿物质粉，如滑石粉、蒙脱石、高岭土、硅藻土、沸石粉、草木灰、砻糠灰等，在防治农业害虫的应用上历史悠久，作为非化学防治的一种有效手段，可有效防治赤拟谷盗、杂拟谷盗、米象、玉米象、谷蠹、锯谷盗、锈赤扁谷盗等鞘翅目害虫以及书虱和螨类害虫，显示出良好的应用前景[10, 11]。姚英娟等[12]采用拌粮法测定了硅藻土单剂及6种混配剂对嗜卷书虱的防治效果，研究发现，硅藻土+0.4%天惠虫清EC的组合效果最好，处理24 h后，致死率即达到100%。目前对于惰性粉(主要指硅藻土)的杀虫机理，较为公认的假说为粉粒磨损害虫节间膜并快速吸附体液，使昆虫丧失行动能力“失血”过多而死亡[13]。

目前，对惰性粉杀虫的研究主要是针对惰性粉对储粮害虫的防治效果，而从材料学角度分析惰性粉的各项性质在杀虫过程中起到的作用却很少，所以本研究采用拌粮法用硅藻土、沸石粉、蒙脱石、高岭土四种惰性粉处理嗜卷书虱，并对惰性粉的性质进行检测，研究其对嗜卷书虱的致死效果及不同惰性粉杀虫效果存在差异的原因。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

嗜卷书虱为北京品系，由国家粮食和物资储备局科学研究院昌平中试基地提供；硅藻土、沸石粉、蒙脱石、高岭土均为食品级；啤酒酵母粉、聚四氟乙烯。

1.2 仪器与设备

HWS-150B程控恒温恒湿箱，AK-4008摇摆式中药粉碎机，101-2A电热鼓风干燥箱，BXM-30R立式压力蒸汽灭菌器，D8 ADVANCE型X射线衍射仪，su8020型扫描电镜，ASAP 2460型物理吸附仪。

1.3 方法

1.3.1 饲料准备

小麦洗净，80 ℃烘干2 h，烘后的小麦调节水分至(12.0±0.5)%，粉碎得到全麦粉，过80 目筛，置于冰箱中冷冻保存备用，按全麦粉∶酵母=10∶1的比例混合均匀，用于培养嗜卷书虱；调节水分至(12.0±0.5)%的小麦用于拌粮法试验。

1.3.2 试虫的培养

嗜卷书虱在(28±2) ℃、(70±5)%RH的条件下培养，选取7～14 d虫龄的成虫用于实验。

1.3.3 药剂拌粮法

罐头瓶(容积350 mL)洗净、烘干，105 ℃灭菌15 min，在距瓶底2/3处的内壁上涂一层聚四氟乙烯，置于烘箱中60 ℃、30 min烘干。称取99.5 g调整好水分的小麦和0.5 g同水分的碎麦置于准备好的罐头瓶中，称取实验剂量的惰性粉放入装有小麦的罐头瓶里，用保鲜膜密封好，手持瓶子摇晃5 min，待悬浮药剂完全沉淀下来即可得到混合均匀的惰性粉杀虫剂混粮，每个剂量设3 个重复。每瓶混粮中放入20 头试虫，用滤纸密封瓶口，置于(28±1) ℃，(65±5)%RH条件下处理。在第7、14、21 d将混粮轻轻倒入托盘中，用毛笔小心拨开检查试虫死亡情况，记录结果。

1.3.4 惰性粉的XRD检测

使用D8 ADVANCE型X射线衍射仪测试惰性粉的XRD谱，管电流40 mA，管电压 40 kV，Cu靶(λ=0.154 06 nm)，2θ角范围：5°～90°，扫描速率：6(°)/min，扫描步长：0.02°。

1.3.5 惰性粉的SEM检测

使用su8020型扫描电镜观察并拍照，工作电压设定为3.0 kV。

1.3.6 惰性粉的BET检测

使用ASAP 2460型物理吸附仪检测惰性粉的比表面积和孔径分布，检测气氛为N2，脱气温度为200 ℃，脱气时间为6 h。

1.4 数据统计与分析

利用IBM SPSS Statistics 22统计软件进行数据处理和方差分析，选用Duncan检验比较多组实验数据之间的差异，显著性水平为P<0.05。采用软件Origin9作图。

2 结果与分析

2.1 不同惰性粉浓度对嗜卷书虱的致死效果

不同浓度惰性粉对嗜卷书虱的作用效果如图1所示。当处理时间为7 d时，相比于其他几种惰性粉，沸石粉的作用效果最好，在处理浓度为1 000mg/kg时，校正死亡率即达到了76.32%。高岭土的作用效果也较好，在处理浓度为1 000 mg/kg时，校正死亡率达到了47.37%。4种惰性粉在较高的处理浓度时，不同浓度之间均无显著差异，考虑这与小麦籽粒上吸附粉末的量达到一定限度后就不会再增加有关，不同惰性粉间趋势并不完全相同，这也与不同惰性粉的性质不同有关。而沸石粉的作用效果明显比其他几种惰性粉更好，说明嗜卷书虱对沸石粉的作用更加敏感。

当处理时间为14 d时，沸石粉为1 200、1 600 mg/kg时，嗜卷书虱的校正死亡率均达到87.88%，与1 000 mg/kg的作用效果无显著差异。高岭土的作用效果随着浓度的增加呈现出了不断增加的趋势，在1 600 mg/kg时，嗜卷书虱的校正死亡率达到了92.11%。蒙脱石为1 400 mg/kg时，嗜卷书虱的校正死亡率达到最高为84.85%。硅藻土不同处理浓度对嗜卷书虱的作用效果无显著差异。随着处理时间延长到14 d，4种惰性粉的作用效果差别不大，但考虑到实际应用时，惰性粉在小麦上是施用量越低越好，所以考虑低浓度的结果，沸石粉的效果仍是4种惰性粉中最好的。

当处理时间为21 d时，随着处理时间的延长，几种惰性粉的处理效果都有所提高。当沸石粉浓度达到1 200、1 600 mg/kg时，嗜卷书虱的校正死亡率达到96.30%，1 000 mg/kg的处理效果与1 200、1 600 mg/kg的无显著差异。当高岭土浓度为1 600 mg/kg时，校正死亡率达到100%，与1 200 mg/kg的作用效果无显著差异。当蒙脱石浓度达到1 400、1 600 mg/kg时，嗜卷书虱的校正死亡率达到92.59%。当硅藻土浓度达到1 600 mg/kg时，嗜卷书虱的校正死亡率达到84.85%，但与其它浓度的作用效果无显著差异。

2.2 不同惰性粉粒径对嗜卷书虱的致死效果

不同粒径的硅藻土、沸石粉、蒙脱石、高岭土对嗜卷书虱的作用效果如图2所示。处理时间为7 d时，硅藻土、沸石粉和蒙脱石在所测粒径水平对嗜卷书虱的作用效果无显著差异。100 目高岭土的作用效果显著优于400 目的，与200 目的作用效果无显著差异。处理时间为14 d和21 d时，四种惰性粉在所测粒径水平对嗜卷书虱的作用效果均无显著差异。

2.3 惰性粉的XRD检测

四种惰性粉XRD检测结果如图3所示。进行数据分析后得到各惰性粉的成分及含量如表1所示。

表1 惰性粉的成分及含量

沸石粉与硅藻土成分接近，大部分都为方石英，而差别在于沸石粉中含有无水芒硝即硫酸钠，硫酸钠暴露于空气中易吸水，具有很强的吸湿性。因而从组成上来说，沸石粉具有更强的吸水性，而嗜卷书虱虫体含水量约为90%[14]，主要由水构成，这也就能从一方面解释相比于硅藻土，沸石粉对嗜卷书虱的致死效果更好的原因了。

惰性粉对试虫表皮和节间膜的磨损作用也很重要，粉粒的研磨作用与其化学成分、微观结构和硬度等有关[15]。4种惰性粉的主要成分硬度：刚玉[16]>石英[17]≥方石英[18]>蒙脱石>伊利石[19]，推测4种惰性粉的硬度：高岭土>硅藻土≥沸石粉>蒙脱石，由此可以发现，蒙脱石的硬度最低，而这可能是蒙脱石杀虫效果不是很好的原因所在。

2.4 惰性粉的SEM检测

4种惰性粉的形貌如图4所示。硅藻土主要是由圆盘和圆盘崩解后生成的不规则碎片构成，圆盘的周边结构致密板结，基本没有微孔，而在扁形圆盘的上部和底部，有许多的微孔。沸石粉由圆盘状和不规则块状物质组成，圆盘上部和底部有少量微孔，不规则块状颗粒上有较大的孔隙。硅藻土与沸石粉有着相似的圆盘结构，但沸石粉对嗜卷书虱的致死效果更好，这可能与沸石粉中的不规则颗粒有关，规则的圆盘状颗粒的杀虫能力较弱[20]。蒙脱石由具有片层结构的大小不一的颗粒组成，不同片层交叠在一起。高岭土由表面光滑和表面粗糙不同的颗粒构成，表面光滑的颗粒有棱角，不圆滑，粗糙的颗粒表面凹凸不平，具有较大孔洞。相对片层结构为主的蒙脱石而言，高岭土对嗜卷书虱的致死效果也较好，其中尖锐的颗粒可以更好地起到对试虫表皮及节间膜的磨损作用，而表面粗糙具有孔洞的颗粒起到吸附试虫体液的作用，两者协作使高岭土具有较好的杀虫作用。

图4 惰性粉的扫描电镜图

2.5 惰性粉的BET检测

目前，较为公认的惰性粉(主要指硅藻土)杀虫机理为粉粒磨损害虫节间膜并快速吸附体液，使昆虫丧失行动能力“失血”过多而死亡[13]，因此，惰性粉的吸附能力对杀虫效果有很大影响，而吸附能力的大小与惰性粉的比表面积、孔容积和微孔结构等性质有关[21]。因此，本研究以氮气为吸附质，采用BET真空吸附法对惰性粉进行检测，四种惰性粉的吸附等温曲线如图5所示。对吸附等温线进行分析计算得到了四种惰性粉的比表面积、总孔容、微孔孔容和平均孔径，如表2所示。

图5 惰性粉的吸附等温曲线

表2 惰性粉的比表面积及孔的性质

硅藻土、沸石粉和高岭土的吸附等温线均属于Ⅲ型等温线，等温线下凹，且没有拐点。吸附气体量随组分分压增加而上升[22]。吸附等温线与脱附等温线基本重合，滞后现象不明显，说明其孔结构属于一端封闭的圆柱形或平行板形孔，与扫描电镜图片相符。

蒙脱石的吸附量随氮气相对压力的升高呈逐渐增加的趋势，当相对压力接近1时，颗粒的吸附量急剧增加，这种趋势属于Ⅱ型等温线[23]，反映非孔性或者大孔吸附剂上典型的物理吸附过程。由于吸附质与表面存在较强的相互作用，在较低的相对压力下吸附量迅速上升，曲线上凸。

沸石粉和蒙脱石的吸附等温线都具有H3型回滞环，反映的孔包括平板狭缝结构、裂缝和楔形结构等，没有明显的饱和吸附平台，表明孔结构很不规整[22]。

与其他几种惰性粉相比，蒙脱石的比表面积、总孔容和微孔孔容都是四种惰性粉中最大的，但平均孔径较小。沸石粉的比表面积、总孔容和微孔孔容与硅藻土相近，但平均孔径更大。高岭土的比表面积、总孔容和微孔孔容都是四种惰性粉中最小的，而平均孔径是最大的。惰性粉的平均孔径大，吸附速率较快[20]，这可能是沸石粉和高岭土对嗜卷书虱致死效果更好的原因之一。惰性粉对试虫表面蜡质层的吸附作用受很多因素影响，如惰性粉的pH、试虫表皮黏胶层和蜡层的成分及其分子质量大小等，是各种因素共同作用的结果[20]，需要进行更多的检测来综合分析。

3 结论

研究了不同惰性粉浓度和粒径对嗜卷书虱的致死效果，结果表明，与其他3种惰性粉相比，沸石粉对嗜卷书虱的致死效果最好，处理时间为7 d时，在处理浓度为1 000 mg/kg条件下，校正死亡率即达到了76.32%。而在所研究的粒径范围内，不同粒径对嗜卷书虱的作用除在处理7 d时，100 目高岭土的作用效果显著优于400 目的外，其他处理间并没有显著差异。

惰性粉的成分、形貌、比表面积、表面孔径等性质均会对杀虫效果造成影响，圆盘状的颗粒不具有良好的杀虫能力，平均孔径大的粉剂对嗜卷书虱的致死效果更好。惰性粉对试虫的致死效果是多种因素综合作用的结果，因此，本研究团队后期会继续对惰性粉的硬度、pH和粒径分布，试虫表皮成分等进行研究，以进一步解释不同惰性粉间杀虫效果存在差异的原因，为选择或改性出杀虫效果更好的惰性粉提供参考。