赤拟谷盗成虫为害对小麦挥发性物质的影响

吕建华，黄宗文，许俊亚

河南工业大学 粮油食品学院，粮食储藏安全河南省协同创新中心，河南 郑州 450001

小麦是全球第一大粮食作物，约40%的世界人口以其为日常食粮[1]。小麦因营养物质丰富等特点，在储藏期间极易遭受储粮害虫为害[2-3]。新鲜的粮食收获后会挥发出特有的气味，可通过感官评价对其质量进行判断[4]。而粮食储藏期间会释放出不同的挥发性化合物，除了其本身的气味以外，还包括粮粒内部的化学反应及害虫发生时产生的特征性挥发物[5]。因此，明确储粮害虫发生时产生的特征性挥发物，通过检测储粮环境中挥发物成分和含量的变化可及时对害虫发生进行预报，有效实施防治[6]。近年来，固相微萃取(SPME)与气质联用技术(GC-MS)因具有操作简便、无损、快速、灵敏度高等优点，已被广泛用于检测储粮环境中挥发性物质[7-8]。

赤拟谷盗(Triboliumcastaneum(Herbst))是一种具有重大经济意义的世界性重要储粮害虫。因它适应能力强、食性杂、喜群居、寿命长等特点，经常在粮食储藏及加工场所中发生，既能为害小麦、稻谷等禾本科作物收获后的原粮，也可为害小麦粉、大米等成品粮，引起储粮数量和质量的严重损失[9-12]。Abuelnnor等[13]通过SPME与GC-MS联用技术，从赤拟谷盗幼虫为害小麦中检测出1-辛烯-3-酮、苯乙醛和癸醛3种挥发性有机化合物，而在成虫或对照样本中未发现。张玉荣等[14]通过顶空固相微萃取(HS-SPME)对不同储藏时间小麦中的挥发性物质进行提取分析，证实了小麦挥发性成分主要是羟基化合物，如烃类、醛类、醇类和酮类等。Niu等[15]利用SPME与GC-MS结合建立了小麦储藏期与籽粒品质、籽粒品质与虫害的关系。严松等[16]发现新鲜小麦主要挥发性物质为异戊醛、己醛及壬醛3种醛类物质；小麦霉变程度加重后检测出1-辛烯-3-醇、2-丁基-1-辛醇、甲酸异戊酯等物质。目前赤拟谷盗在储粮中发生时对挥发性化合物的研究主要集中在其分泌物方面[17]，关于赤拟谷盗成虫在小麦发生为害不同程度的环境中挥发物成分和含量变化尚未见报道。作者以不同初始虫口密度赤拟谷盗成虫为害后的小麦为研究对象，采用SPME-GC-MS联用技术研究赤拟谷盗为害储藏小麦不同时间后环境中挥发性物质的种类、成分及含量变化，寻找特征性挥发物质，为小麦储藏过程中害虫发生早期预测预报提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料

小麦：西农9718。赤拟谷盗均在河南工业大学粮油食品学院培养室中培养,采用全麦粉(过80目筛)与酵母质量比9∶1为饲料人工纯化饲养3代以上，饲养环境(28±2)℃，RH(75±5)%。取羽化7～14 d内的赤拟谷盗成虫供试。

1.2 仪器与设备

57310-U 65 μm PDMS/DVB固相微萃取头、57330-U SPME手柄：美国Supelco公司；GCMS-QP2010 Ultra气质联用仪：日本岛津公司；101E电热鼓风干燥箱：北京市永光明医疗仪器厂。

1.3 试验方法

选用新收获的小麦，洗净后烘干至水分12%～13%，密封储存在-4 ℃冷柜中2周，备用。每次取1 kg小麦，除杂、清洗干净后置于60 ℃电热鼓风干燥箱中烘2 h以上，其间不断翻动保证小麦的水分均匀且不高于13%，再调节水分含量至(13.0±0.5)%，用干净的自封袋封好置于冰柜中冷藏至少24 h备用。选择部分处理好的小麦样品，经万能粉碎机粉碎成颗粒碎屑后转移到4 ℃冷柜中保存备用。

赤拟谷盗成虫虫口密度设置为0、6、12、18 头/kg小麦。取350 g小麦(含1%粉屑麦)装入1 L的玻璃瓶中，然后按设置的虫口密度分别放入0、2、4、6 头羽化2周后的成虫(雌雄1∶1配对)，瓶口钻取直径8 mm的取样口后再用橡胶塞密封，置于温度(28±1)℃和RH(70±5)%条件下培养，检测储藏0、20、40、60 d小麦环境中的挥发物。各虫口密度以0 h时为对照。重复3次。

在室温下采用顶空固相微萃取提取上述小麦样品中挥发性化合物。将已经活化好的固相微萃取针头通过取样口插入样品瓶中，与样品瓶顶空气体接触，萃取60 min后将萃取针头缓慢旋出，插入气相色谱仪进样口开始解析，解析时间为3 min。

1.4 挥发物鉴定方法

气相色谱条件：采用DB-5MS UI毛细管色谱柱(0.25 mm×30.0 m×0.25 μm)。柱箱温度60 ℃，保持3 min，以15 ℃/min升至110 ℃，保持4 min，以3 ℃/min升至170 ℃，保持5 min，以25 ℃/min升至240 ℃，保持5 min。载气He，流量1 mL/min，柱前压64 kPa，不分流模式，进样口温度260 ℃。

质谱分析条件：接口温度280 ℃，离子源温度230 ℃，EI离子源，电离能量70 eV，全扫描模式，扫描范围50～550 amu，延迟时间3 min。

1.5 数据处理

样品中各挥发性成分的定性由计算机检索后与NIST11标准质谱库匹配求得，统计匹配度均大于80%的挥发性成分进行分析；挥发性成分定量采用峰面积归一化法计算相对含量进行分析。采用Origin 2018、SPSS 26.0统计分析软件对数据作图和主成分分析。

2 结果与分析

2.1 赤拟谷盗为害后的小麦挥发性物质种类及其相对含量

由图1可知，赤拟谷盗成虫为害初期的小麦挥发性物质为烃类、醇类、醛类、酸类、酯类和其他物质，为害20 d后出现少量酮类物质。随着为害时间延长，小麦挥发性物质总含量增加，烃类物质含量先降低后升高，酸类物质含量先升高后降低；醇类物质含量在第60 天时开始明显降低；酯类物质含量在第40天时明显升高后逐渐降低；在第40天时，酮类物质含量略有升高，但变化不明显，各物质含量的上升和下降速率随虫口密度的增大而加快。

2.2 赤拟谷盗为害后的小麦挥发性物质及其相对含量

不同初始虫口密度赤拟谷盗成虫为害的小麦挥发性物质及其相对含量存在差异(表1)。从表1可知，3-甲基-1,3,5-戊三醇在赤拟谷盗初始虫口密度为18 头/kg为害40 d和60 d的小麦样品中检出；正十九烷在赤拟谷盗初始虫口密度为6 头/kg为害20 d的小麦样品中检出，其含量随为害时间的延长而增加；奈、2,5,5-三甲基-庚烷和苯乙酮分别在赤拟谷盗初始虫口密度6、12、18 头/kg为害60 d的小麦样品中检出；苯乙醛、2-正戊基呋喃和棕榈酸异丙酯在受赤拟谷盗成虫为害的小麦中储藏第20 天检出，且2-正戊基呋喃的含量随初始虫口密度及为害时间的增加呈升高趋势，棕榈酸异丙酯含量随初始虫口密度及为害时间的延长而呈降低趋势；3-羟基丁醛在初始虫口密度为6、12 头/kg为害40 d的小麦样品中检出，其含量随初始虫口密度及为害时间的延长而降低；丙位癸内酯在初始虫口密度为6头/kg为害40 d的小麦样品中检出，其含量随初始虫口密度及为害时间的延长而升高；2-甲基-1,2-二甲基丙酯丁酸在初始虫口密度为12、18 头/kg为害40 d的小麦样品中检出，其含量随初始虫口密度及为害时间的延长而升高。

由表1可知，随着储藏时间延长，未受赤拟谷盗成虫为害的小麦中长叶烯和dl-薄荷醇含量均呈升高趋势，受赤拟谷盗成虫为害的小麦中长叶烯含量升高、十二烷含量降低。随着赤拟谷盗为害加重，棕榈酸异丙酯和2-正戊基呋喃在挥发物中被发现，这些物质均为不同初始虫口密度赤拟谷盗成虫为害的小麦中的特征挥发性物质。

2.3 赤拟谷盗为害后的小麦特征挥发性物质主成分分析

由表2可知，小麦挥发物中有4类物质特征值大于1的主成分，前3个主成分的累计贡献率达73.463%，大于70%。

表2 主成分特征值及其贡献率

表3为前4个主成分的载荷矩阵。第1主成分与棕榈酸异丙酯呈高度正相关，载荷值为0.920，其次是2-正戊基呋喃、苯乙醛和长叶烯，载荷值分别为0.885、0.847、0.817。第2主成分与3-甲基-1,3,5-戊三醇、丙位癸内酯、2-甲基-1,2-二甲基丙酯丁酸和苯乙酮呈正相关，载荷值分别为0.844、0.815、0.816、0.870。第3主成分与2,5,5-三甲基-庚烷呈高度正相关，载荷值为0.967。

表3 主成分载荷矩阵

固相微萃取法提取到的不同初始虫口密度赤拟谷盗成虫为害的小麦主要特征挥发性物质为棕榈酸异丙酯、2-正戊基呋喃、长叶烯、苯乙醛、丙位癸内酯、苯乙酮、2,5,5-三甲基-庚烷。

3 讨论与结论

不同植物在自然条件下会释放出不同的挥发性物质，且在受到害虫取食刺激后会释放出挥发性成分，主要是萜类、含氮和含硫类化合物[18]。顶空固相微萃取提取到的被赤拟谷盗成虫为害后的小麦挥发性物质为烃类、醇类、醛类、酸类、酯类和其他物质。赤拟谷盗成虫为害小麦20 d后出现少量酮类物质，与对照组相比可能是赤拟谷盗自身产生的，也可能是受赤拟谷盗成虫为害后，小麦储藏环境变差，籽粒内的脂肪酸代谢产生的。随着为害时间延长，小麦挥发性物质总含量增加，烃类物质含量先降低后升高，酸类物质含量先升高后降低；醇类物质含量在第60天时开始明显降低，酯类物质含量在第40天时明显升高后逐渐降低；酮类物质含量略有升高，但变化不明显，各物质含量的上升和下降速率随虫口密度的增大而加快。

通过表征指标变量与各主成分间的相关系数绝对值(0.90±0.05)可以找出样品中主要挥发性物质[19]。本文研究结果表明，不同初始虫口密度赤拟谷盗成虫为害后的小麦主要特征挥发性物质为棕榈酸异丙酯、2-正戊基呋喃、长叶烯、苯乙醛、丙位癸内酯、苯乙酮、2,5,5-三甲基-庚烷。这些主要特征挥发性物质为无色或淡黄色油状液体，具有较高的沸点，不溶于水，易溶于乙醇、乙醚等有机溶剂。棕榈酸异丙酯有微油脂味，因性能稳定不易氧化而广泛应用于制药及化妆品工业中；长叶烯是一种天然香料，可用于合成浮选剂、合成树脂、合成香料等物质。苯乙醛具有类似风信子的香气。丙位癸内酯有强烈的椰子和桃子样果香香气。苯乙酮是最简单的芳香酮，常以游离状态存在于一些植物的香精油中。Abuelnnor等[13]通过SPME与GC-MS联用技术，检测出被赤拟谷盗为害的小麦所特有的挥发性物质有苯乙醛，与本试验主要特征挥发性物质一致。严松等[16]研究发现小麦长期储存霉变后检测出1-辛烯-3-醇、2-丁基-1-辛醇、甲酸异戊酯等物质。当在实际储粮环境中检测到2,5,5-三甲基-庚烷时，说明小麦中已有赤拟谷盗发生；当检测到棕榈酸异丙酯和2-正戊基呋喃且含量分别开始明显降低和升高时，说明赤拟谷盗对小麦的为害逐步加重。

本文仅对不同初始虫口密度赤拟谷盗成虫为害小麦不同时间后储粮环境中特征性挥发物质变化情况进行了研究，下一步应研究其他种类害虫及虫态为害小麦后储粮环境中特征挥发性物质以及其与害虫为害程度的对应关系，为进行储粮害虫早期发生预测提供理论依据。