基于表面诱捕装置的不同食料引诱嗜卷书虱效果比较研究

李紫阳, 王殿轩, 师永刚, 薛 鸿, 刘 凯, 雷雨昊, 谷晨迪, 唐培安

(河南工业大学粮食和物资储备学院,国家粮食产业(仓储害虫防控)技术创新中心,粮食储运国家工程研究中心1,郑州 450001)

(江苏省现代粮食流通与安全协同创新中心2,南京 210023)

早检测、早发现、早控制以避免书虱种群严重发展,是解决这一难以治理的害虫的重要技术途径,也是绿色害虫综合治理的重要技术策略[1]。粮食储藏中检测害虫的技术多是以鞘翅目和鳞翅目的害虫为目标研究和应用,重点是检查其成虫和部分幼虫,如取样过筛检查、不同诱捕器或诱捕装置诱捕等[2-4]。储粮害虫诱捕装置现场诱捕害虫的同时[5],在诱捕装置上配套相应的昆虫图像、视频等信息采集技术,结合无线或网络通讯与信息传输技术等,可实现储粮害虫的在线检测。储粮害虫的在线检测则有利于基于诱捕装置的远程信息、信息监测、信息存储、信息分析等进行远程监测[6],也即通过害虫诱捕装置装配这类害虫传感器以实现储粮害虫物联感知,进而实现害虫检测远程化、自动化、信息化,甚至智能化。在害虫诱捕器中加入引诱物质可增强诱捕器引诱害虫的时效,更加有利于早检测、早发现、早控制。近30年来,储粮中书虱类害虫的发生强度、治理难度等表现得更为突出,在大型散存粮堆中经常严重发生,尤其是在我国中南部高温高湿储粮生态区书虱类害虫的发生更是普遍且严重,其治理比其他一般储粮害虫治理或杀除更加困难。书虱类害虫发生严重时可对储粮造成明显危害,影响到储粮环境稳定性[7, 8],储粮书虱类的严重发生还会造成粮食发热霉变[9]。通常的磷化氢熏蒸一般可完全杀死鞘翅目和鳞翅目害虫,完全杀死书虱则更加困难。储粮环境中有少量嗜卷书虱存活时,其在适当条件下可很快再度发展成为数量庞大的种群,通常的磷化氢熏蒸后书虱的数量往往会快速增加以至种群恢复,这也说明了书虱类害虫对磷化氢熏蒸的耐受力较强[8, 10-13]。充氮气调储粮技术在国内外近年来都发展迅速,其对大多数储粮甲虫和蛾类杀除效果较为显著,对书虱类害虫的防治效果也比较弱[14]。另一方面,书虱类害虫对化学药剂的抗性普遍而严重,已报道有多种书虱对磷化氢、氨基甲酸酯、拟除虫菊酯、有机磷类、多杀霉素以及昆虫生长调节剂的抗性[7, 8, 13]。目前对于储粮中书虱类的检查多为现场观察检测,现行储粮技术规范中规定的虫粮等级标准中尚缺乏关于书虱数量与虫粮等级的内容[15],关于利用诱捕装置及其引诱物质引诱书虱的研究也很缺乏。嗜卷书虱Liposcelisbostrychophila(Badonnel)是国内外储粮中易于发生的储粮害虫,其具有孤雌生殖的特性,个体繁殖能力强、种群增殖快、发育周期短,对熏蒸剂和气调处理具有很强的抗性或耐受力[13, 15-18]。在许多熏蒸或气调处理后,很短时间即会因粮堆中少数嗜卷书虱的存活导致其再次爆发。嗜卷书虱已经成为国内外公认的难以治理的储粮害虫[20]。研究基于“一种粮堆表面表层害虫诱捕监测装置”专利(CN201620446747.4)的粮堆表面表层诱捕装置,其结构包括具有放射状分布的诱虫通道、诱捕害虫的集虫杯、配套高清图像采集器、无线远程信息传输等功能,置于粮堆表面后可有效诱捕甲虫、蛾类成虫与幼虫,对书虱也可进行诱捕,可利用手机App远程即时查看诱捕的图像,评估害虫数量[21]。实验以此害虫诱捕装置诱捕与远程监测书虱为出发点,以利用不同食料增强诱捕书虱效果为目标开展研究。鉴于嗜卷书虱营孤雌生殖,缺乏性信息素联系,以及嗜卷书虱对含有酵母的食物反应较为明显[22, 23],嗜卷书虱也喜欢含有真菌提取物的食物[24],研究基于前述表面诱捕装置,测定置入不同谷物粉及其霉变物、酵母粉等对粮堆中嗜卷书虱的引诱效果与比较,以期为借助诱捕技术和远程监测功能的表面表层诱捕装置监测书虱,以利于实现储粮书虱在线监测技术的应用,和实现及时发现、早期检测、早期治理、避免危害等提供参考。

1 材料与方法

1.1 试虫

实验所用嗜卷书虱种群采集于湖北省某粮库,在河南工业大学储藏物昆虫研究室于27～29 ℃、70%～80%R.H.条件下以全麦粉∶酵母粉∶脱脂奶粉(10∶1∶1的质量比)培养数代。

1.2 表面诱捕装置

所用表面诱捕装置为基于“一种粮堆表面表层害虫诱捕监测装置”(CN201620446747.4)[21]制作的波纹板诱捕装置,型号为GR-C1。由信息终端与集成诱捕器2个部分组成,集成诱捕器主要包括下端插入散粮表面层的诱虫杯,诱虫杯底设害虫观测平台,观测平台为上口直径62 mm,下底直径57 mm,高16 mm的轴切面呈倒梯形的PE塑料盒,其底内面贴有坐标纸。诱虫杯的杯口经螺纹连接至波纹板圆盘,圆盘内具有自圆心放射的诱虫孔道。波纹板上方内设有内含摄像头、电源、通讯卡等的控制室,摄像头对观测平台上的害虫进行图像采集后,可通过信息终端传递到监视终端(手机)上,实现实时监视观测平台,见图1。

图1 诱捕装置与环境设置示意图

1.3 诱捕环境

诱捕环境设置见图1。采用食品级PP塑料密封箱(295 mm×190 mm×180 mm)作为诱捕总体环境。在架空湿控室上口设载粮隔板,载粮隔板与密封箱内壁紧配合架空,其中部开直径70 mm圆形孔以便用紧配合方式插入前述诱虫杯及配套表面诱捕装置。在诱虫杯两侧载粮隔板上各开1小孔,并粘贴透气滤纸,用以防止粮食落下并可达到隔板上下的温湿透过的效果。隔板上放置小麦粮堆(水质量分数13.5%、容重780 g/L),小麦堆中放入设定密度的嗜卷书虱成虫,粮层厚度15 mm。前述波纹板圆盘的诱虫孔道与粮食堆体表面平齐,试虫可方便进入。密封箱内壁及密封加盖的上盖内壁涂有聚四氟乙烯,用于以防止试虫逃逸。在诱虫杯内壁粘贴用透气材料包装的食料(包),食料中挥发出的(气味)物质可通过诱虫孔道挥发到粮堆环境中,引诱到的书虱通过诱虫孔道后掉到诱虫杯内的害虫观测平台上。装置的摄像头采集害虫观测平台上的害虫图像,通过通讯装置等发送至信息终端,在手机App上可即时查看诱捕到的害虫情况。架空湿控室内置放入小烧杯,用以盛放过饱和食盐水来控制75%左右的相对湿度。

1.4 引诱食料

实验所用食料采用高活性干酵母和品种分别为豫农911小麦、黄华占稻谷、郑单958玉米的原料,粉碎后取100目筛的筛下物作为引诱食料,调节其水分含量至13.5%。另取前述小麦、稻谷和玉米粉碎物过100目筛的筛下物,平铺于直径120 mm培养皿中,置于相对湿度85%的干燥器中,待其出现明显霉斑时取出,装入前述透气包中,置于诱虫杯内侧壁上作为引诱食料。同时,采用GB 4789.15—2016[25]测定霉变食料的带菌量,发霉小麦粉、发霉玉米粉和发霉稻谷粉的带菌量分别为(6.41±0.21)、(4.32±0.41)、(2.33±0.63)lg cfu/g。

1.5 操作过程

各取引诱食料2 g放入40 mm×50 mm茶包袋中,在其1个侧面的上方开5个等间距的小口,在每个诱虫杯距杯口2 mm处的内侧壁相对面的2点各粘贴1个装有前述食料的茶包袋(开小口面向外)。将诱虫杯通过设定的螺纹连接到诱虫孔道圆盘上,用无痕胶带暂将波纹板诱虫孔道口封口,待用。将诱捕装置插至诱捕环境装置的搁板中设置的位置,与之按紧配合固定,后放入质量600 g的水质量分数为13.5%的小麦,形成的小麦堆粮面高度平齐于诱虫孔道。将环境装置分别置于20、24、28 ℃温度下。在小麦粮堆4个角的部位分别释放嗜卷书虱羽化7 d的成虫150头,共计600头。释放试虫的24 h后,拆去诱虫孔道上封堵的无痕胶带,打通书虱进入诱虫孔道的通道。每日定时通过手机App检查诱捕器中的书虱数量,从手机中观测到(诱捕到)嗜卷书虱的图像示例见图2。之后,按照前一日诱捕观测平台中书虱的数量,再补充书虱至小麦粮堆中,保持粮堆内书虱虫口密度在1 000头/kg小麦。结合嗜卷书虱的生活习性,观测诱捕效果(每日进入诱捕器的害虫数量基本稳定)的周期定为14 d。诱捕装置对嗜卷书虱成虫的日诱捕量以第n天的诱捕数量减去第n-1天的诱捕数量。每种食料引诱测定设3个平行,另设同条件下无食料组作为对照。

图2 手机观测被诱捕嗜卷书虱图像及其放大图

1.6 食料挥发物测定

所用引诱食料挥发物通过顶空固相微萃取(HS-SPME)法提取,后经气相色谱质谱联用仪(GC-MS)分析挥发物成分。先称取10 g样品置于60 mL顶空萃取瓶中,用保鲜膜封盖后置28 ℃下平衡24 h,用在230 ℃温度下活化10 min后的固相萃取纤维头(50/30 μm DVB/CAR/PDMS)于28 ℃下顶空萃取30 min,后置于250 ℃的进样口解析2 min,进行分析。所用色谱条件包括:色谱柱为Agilent DB-5MS石英毛细管柱(0.25 mm×30 mm×0.25 μm),进样口温度为250 ℃,不分流。色谱柱起始温度为40 ℃,以4 ℃/min速度升温至125 ℃,保留3 min,再以4 ℃/min速度升温至165 ℃,保留3 min,最后以10 ℃/min速度升温至250 ℃,保留3 min。载气压力为49.5 kPa,柱流量为1 mL/min。所用质谱条件为:离子源温度为200 ℃,接口温度为250 ℃;电离方式为EI,电离能量为70 eV,扫描范围为35～350 amu。

1.7 数据处理

数据采用Microsoft Excel 2010处理,用IBM SPSS Statistics 25进行单因素方差分析,用Duncan氏新复极差法进行显著性差异分析。

2 结果与分析

2.1 不同食料引诱嗜卷书虱至诱捕装置的数量比较

不同食料在不同温度下引诱嗜卷书虱至诱导装置的数量见图3。温度20 ℃时,诱捕装置在无食料条件下,第1天即可诱捕嗜卷书虱7头,说明粮堆中有嗜卷书虱发生时,该诱捕装置可及时检测到粮堆中的书虱,该装置可在一定程度上监测书虱的发生。无食料时诱捕到装置中的书虱的数量会远小于粮堆实际存在的书虱数量,这应该与书虱在整个环境装置中分布广,而诱捕装置中的诱虫孔道接触粮堆和空间小,允许书虱进入的截面较小不无关系。在装置中配置酵母粉和发霉小麦粉时,第1 d装置的诱捕量达12和11头,酵母粉和发霉小麦粉存在情况下对引诱嗜卷书虱成虫表现出增效作用。配置发霉玉米粉、发霉稻谷粉、小麦粉、玉米粉和稻谷粉的装置中第1 d诱捕到书虱成虫的数量相应为9、10、7、7、7头,短期过程中这些食料与无食料装置的诱捕数量差异不显著。在3～14 d内,具酵母粉、发霉小麦粉、发霉玉米粉、发霉稻谷粉的诱捕装置中诱捕到书虱的数量均较无食料装置中的数量显著增多,时间延长后食料的存在对装置引诱嗜卷书虱表现出明显增效作用。在配置小麦粉、玉米粉、稻谷粉的诱捕装置中,在14 d内的引诱害虫数量与无食料装置中差异不显著,说明小麦粉、玉米粉和稻谷粉对引诱嗜卷书虱成虫进入装置的增效作用不显著。

图3 不同食料引诱嗜卷书虱至诱捕装置的数量

温度24 ℃时,具有酵母粉、发霉小麦粉、发霉稻谷粉和发霉玉米粉的诱捕装置中,第1天诱捕书虱成虫的数量相应为22、18、17、16头,食料引诱和温度升高的联合影响使得较无食料装置中诱捕书虱的数量增多显著。同样,具有小麦粉、玉米粉和稻谷粉的诱捕装置在14 d的时间内诱捕到的成虫数量较无食料装置中差异仍不显著。无食料装置中第1天对嗜卷书虱成虫的诱捕量增至12头,与20 ℃相比,温度升高促进了书虱成虫进入装置。

温度28 ℃时,配置酵母粉、发霉小麦粉、发霉玉米粉和发霉稻谷粉的诱捕装置中书虱成虫数量增加明显,相应达27、24、21、22头,温度升高和食料的联合作用更加促进了引诱害虫进入装置的效果。小麦粉、玉米粉和稻谷粉中害虫数量也分别达19、18、16头,温度再升高4 ℃后,进入诱捕装置的害虫数量有所增加,但与无食料装置的结果相对,这3种谷物粉食料对书虱的引诱增效作用仍不明显,进入装置数量的增加主要与温度升高有关。从无食料装置中第1天诱捕嗜卷书虱成虫的数量达15头可知,温度升高促进成虫进入无食料装置的影响显著。

2.2 不同温度下环境装置中几种食料对嗜卷书虱诱捕率比较

以装置中引诱效果差异显著的酵母粉、发霉小麦粉、小麦粉和无食料诱捕到的嗜卷书虱成虫结果为例,比较不同温度下含几种食料的装置引诱嗜卷书虱成虫的诱捕率(每日装置内增加的书虱数量与粮堆内总书虱数量的比值为诱捕率)见图4。温度28 ℃时,配置酵母粉的装置对嗜卷书虱的日诱捕率从第1天时的4.56%上升至第8天的12.78%,达到峰值,之后日诱捕率呈下降态势。24 ℃时相应日诱捕率从第1天的3.67%上升至第10天的峰值9.89%,20 ℃时日诱捕率从第1天的2.06%上升至第11天的峰值7.56%,之后皆呈下降态势。温度升高后装置中酵母粉引诱嗜卷书虱成虫的日诱捕率、上升速度、峰值均有所增加,这应与温度升高后害虫个体运动程度增加,其进入装置的机率增大有关。装置具发霉小麦粉和小麦粉时对嗜卷书虱的日诱捕率也出现从第1天时低值上升至不同时间的峰值,之后出现日诱捕率下降态势,只是相应的日诱捕率、上升速度、峰值与具酵母粉装置相比均有所减小,此处的相关数值减小与这些食料的引诱效果均比酵母粉引诱效果小有关。无食料时装置对嗜卷书虱的日诱捕率、上升速度、峰值更小,且相应峰值出现时间明显延迟。这一方面说明,此装置无食料时也可引诱部分书虱进入,加入酵母粉、发霉小麦粉和小麦粉后中不同程度提高装置引诱书虱的效果。

图4 不同温度下配置酵母粉、发霉小麦粉、小麦粉的诱捕装置中对嗜卷书虱的日诱捕比率

对于不同温度和食料时装置中出现的引诱书虱数量和日诱捕率先上升、后下降的变化态势,应是前期置入粮堆中的嗜卷书虱成虫存活且活跃,较多活动个体进入装置的机会较大使得相应数值处于上升中。日诱捕率等数值达到峰值后出现下降,可能与前期置入的书虱成虫有部分死亡(后期检查中观察到了萎缩死亡虫体),或未进入装置的个体在粮堆别处存在,或其活动程度减少有关。后面补充的书虱数量加入后,其活跃书虱基数相对较小,进入装置的数量也较小。

2.3 引诱食料中挥发物与引诱嗜卷书虱效果关系

实验所用小麦粉、玉米粉、稻谷粉、发霉小麦粉、发霉玉米粉、发霉稻谷粉和酵母粉中的挥发物种类数量相应为17、24、20、20、20、23、25种,涉及到烷、烯、苯、醇、醛、酮、酸、酯、呋喃等9类36种物质(表1)。酵母粉、发霉稻谷粉和发霉小麦粉中的挥发物种类较多,对嗜卷书虱的引诱效果也较好,小麦和稻谷粉发霉后的挥发物种类数量也较未霉变时挥发物种类数量有所增加,相应的对嗜卷书虱的引诱效果也较好,推测酵母粉较多的挥发物和小麦、稻谷粉发霉后增加的挥发物与引诱书虱进入装置有关。玉米粉发霉后挥发物质数量较未发霉玉米粉有所减少,但其引诱效果也有增加,其可能与霉变中微生物产生的某些物质有关。

表1 不同食料挥发物主要成分及相对质量分数/%

酵母粉挥发物中芳樟醇(相对质量分数约15%,余同)、异戊醇(13%)、2-甲基丁酸乙酯(10%)以及正己醇(8%)相对含量较高,其可能对引诱书虱效果较好有关。发霉小麦粉中增加了桧烯(2%)、1-辛烯-3-醇(11%)、芳樟醇(14%)、2-甲基丁酸乙酯(2%)、2-戊基呋喃(4%),发霉稻谷粉中增加了荜澄茄烯(3%)、异戊醇(16%)、1-辛烯-3-醇(7%)、2-己基辛醇(2%)、肉桂醛(2%)、2-戊基呋喃(2%)。这些谷物粉霉变后对书虱引诱效果增强,也可能与霉变后产生增加的挥发物种类数量有关。

3 讨论

诱捕检测害虫比传统和现行的人工取样可更早地发现害虫,且具有省工、省力的特点,尤其是与在线监测结合上优势明显。一些适用于鞘翅目和鳞翅目的储粮害虫诱捕的装置,如探管诱捕器也可诱捕到书虱[26]。害虫诱捕装置配套上电子信息技术监测害虫,可以更加省力和高效。书虱类害虫个体较小、多个体抱团等习性会影响诱捕技术的应用[6, 27],主要为书虱个体小,数量多时簇拥成团,不易计数。研究中采用的放射状分布诱虫孔道、高清摄像头图像采集、观测平台坐标定位计量、图像远程传输、实时察看检查等结合,通过手机App实现在线监测嗜卷书虱,不仅装置中无食料情况下也可快速诱捕到嗜卷书虱,加入不同食料后也可增加诱捕到的书虱数量,并可比较出其数量差异,总体说明该装置粮堆表面应用诱捕监测书虱可行。无食料和加入有关食料后,环境温度升高增加了装置诱捕书虱的数量,提示利用此诱捕装置监测书虱时,应考虑温度变化与书虱进入装置的时间和数量变化等。

酵母粉能提高对嗜卷书虱趋向反应[22, 23],其可作为书虱的食诱剂[28],一些谷物一定程度发霉后也可增加对嗜卷书虱的趋向偏好性[24]。本研究中基于新型诱捕装置加入酵母粉、发霉小麦粉、发霉稻谷粉都可明显增加引诱嗜卷书虱进入装置的效果。酵母粉引诱嗜卷书虱进入装置效果最好,发霉稻谷粉、小麦粉取材方便,均对诱捕装置中增加引诱书虱效果具有可行性。

不同谷物的挥发物成分的种类不同,相对含量有异,其引诱害虫效果存在差异,挥发物的单一作用、不同挥发物的协同作用皆可能影响害虫的趋避作用[29]。芳樟醇、肉桂醇与肉桂醛混合制成的诱饵对药材甲有明显的引诱作用[30],酵母菌挥发物中的异戊醇对橄榄果蝇具有吸引力[31]。也有当芳樟醇浓度达17.06 mug/成虫时对赤拟谷盗的熏蒸活性最强[32],肉桂醛对烟草甲具有极强的趋避性[33]。这些挥发物浓度高时会对害虫具有驱避作用或熏杀活性,当其浓度低时则可能对害虫具有引诱作用。主要源自植物材料的挥发性化合物(单萜类、苯丙素类)对储粮害虫有毒杀活性,如桧烯、芳樟醇、1-辛烯-3-醇、肉桂醛等具有杀虫活性[34-36],研究中桧烯(2%)、1-辛烯-3-醇(11%)等相对质量分数较高物质引诱书虱效果也较好,同样同类物质表现为杀虫活性或引诱作用还与存在的量或浓度有关。如原来应用敌敌畏置于粮堆表面时,明显表现为远处(低浓度)引诱书虱正向于敌敌畏药源运动,靠近(高浓度)敌敌畏时书虱大量死亡[37]。在研究酵母粉中相对含量较大或特有的挥发性物质芳樟醇、异戊醇、2-甲基丁酸乙酯以及正己醇,其对嗜卷书虱引诱效果明显的关系值得进一步研究。谷物发霉产生一些特殊气味如霉变气味,主要成分为真菌代谢产生的醇和醛[38],食品中微生物污染的重要标志物是具有发霉气味的化合物如八碳醇[39]。八碳醇为真菌发生中的初级和次级代谢产物,其组成随真菌的发育、繁殖和衰退也在变化或退化[40],尤其1-辛烯-3-醇被认为是霉菌次级代谢产物的特征挥发性成分[41],已有研究表明1-辛烯-3-醇本身是一种有效的锈赤扁谷盗引诱剂[42]。发霉食料增多且在酵母粉中皆存在的成分桧烯、1-辛烯-3-醇、2-戊基呋喃、肉桂醛等,值得关注这些物质与引诱嗜卷书虱增效的关系。

4 结论

研究中所用表面诱捕装置在粮堆表面应用后对诱捕监测嗜卷书虱可行,配套远程通讯和监测等信息技术后可实现远程监测书虱发生情况,有利于害虫监测技术信息化的发展。研究所用表面诱捕装置通过加入食料可增加对书虱的诱捕效率,酵母、发霉小麦粉、发霉稻谷粉较多含有芳樟醇、异戊醇、2-甲基丁酸乙酯、正己醇、1-辛烯-3-醇、2-戊基呋喃、肉桂醛等物质,一定程度上可能与引诱嗜卷书虱趋向行为有关。