[电子束辐照对嗜虫书虱的生物效应]电子束辐照

　　摘要：为了控制嗜虫书虱对烟草及其他仓储物的危害，利用不同剂量的电子束对不同虫态的嗜虫书虱进行辐照处理，研究了其辐照效应。结果表明，嗜虫书虱的卵、若虫、成虫对电子束辐照的敏感性依次降低；１００ Ｇｙ剂量辐照处理的嗜虫书虱卵不能孵化；成虫和若虫经辐照后２１ ｄ的半致死剂量ＬＤ５０分别为１９８．５ Ｇｙ和１７５．９ Ｇｙ；２５０ Ｇｙ剂量辐照处理的嗜虫书虱成虫和若虫在４９ ｄ内全部死亡，并且导致成虫不能产生下一代成虫。因此，２５０ Ｇｙ的剂量可以作为电子束辐照防治嗜虫书虱的参考剂量。
　　关键词：电子束；辐照；嗜虫书虱；生物效应
　　中图分类号：Ｓ３７９．５文章标识码：Ａ文章编号：0439－８114（２０11）10－2014-05
　　
　　Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｂｅａｍ Ｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ ｏｎ Ｌｉｐｏｓｃｅｌｉｓ ｅｎｔｏｍｏｐｈｉｌｕｓ
　　
　　ＣＨＥＮ Ｙｕｎ－ｔａｎｇ１，ＧＵＯ Ｄｏｎｇ－ｑｕａｎ１，ＦＡＮ Ｊｉａ－ｌｉｎ１，ＬＵ Ｙｕ－ｊｉｅ２，ＺＨＡＮＧ Ｘｉａｏ－ｙａｎ３，ＺＨＵ Ｊｕｎ１，ＤＵ Ｙｕｅ－ｇｕａｎｇ４，
　　ＺＨＡＮＧ Ｚｈｉ－ｊｉａｎ４，ＺＨＡＮＧ Ｊｉａｎ－ｗｅｉ１，Ｙａｎｇ Ｂａｏ－ａｎ１
　　（１． Ｉｓｏｔｏｐｅ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ Ｃｏ．， Ｌｔｄ．， Ｈｅｎａｎ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ ／ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｎｕｃｌｅａｒ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ ｏｆ Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ ／ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｅｎｔｅｒ ｏｆ Ｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｏｆ Ｈｅｎａｎ， Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ ４５００１５， Ｃｈｉｎａ； ２． Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｆｏｏｄ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｈｅｎａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ ４５００５２， Ｃｈｉｎａ； ３． Ｓｈｅｎｇｚｈｏｕ Ｂｒａｎｃｈ ｏｆ Ｓｈａｏｘｉｎｇ Ｔｏｂａｃｃｏ Ｃｏｍｐａｎｎｙ， Ｓｈｅｎｇｚｈｏｕ ３１２４００，Zhejiang，Ｃｈｉｎａ；
　　４． Ｔｉａｎｃｈａｎｇ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｔｏｂａｃｃｏ Ｃｏ．， Ｌｔｄ.， Ｘｕｃｈａｎｇ ４６１０００，Henan， Ｃｈｉｎａ）
　　
　　Ａｂｓｔｒａｃｔ： In ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｈｅ ｄａｍａｇｅ ｏｆ Ｌｉｐｏｓｃｅｌｉｓ ｅｎｔｏｍｏｐｈｉｌｕｓ ｏｎ ｔｏｂａｃｃｏ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｓｔｏｒａｇｅｓ，tｈｅ ｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆdifferent dosages of ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｂｅａｍ ｏｎ ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓｔａｇｅｓ ｏｆ Ｌｉｐｏｓｃｅｌｉｓ ｅｎｔｏｍｏｐｈｉｌｕｓ ｗｅｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ ｏｆ its ｅｇｇ， ｎｙｍｐｈａｅ， ａｎｄ ａｄｕｌｔ ｔｏ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｂｅａｍ ｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ decreased ｉｎ ｓｅｑｕｅｎｃｅ． Ｔｈｅ ｈａｔｃｈ ｏｆ ｅｇｇ ｃｏｕｌｄ ｂｅ ｓｔｏｐｐｅｄ ｂｙ １００ Ｇｙ ｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ． Ｔｈｅ ＬＤ５０ ｏｆ ｔｈｅ ａｄｕｌｔ ａｎｄ ｎｙｍｐｈａｅ ｗｉｔｈｉｎ ２１ ｄａｙｓ ａｆｔｅｒ ｉｒｒａｄｉａｔｅｄ ｗａｓ １９８．５ Ｇｙ ａｎｄ １７５．９ Ｇｙ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ． Ｗｈｅｎ ｒｅｃｅｉｖｅｄ ｔｈｅ ２５０ Ｇｙ ｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ， ｔｈｅ ａｄｕｌｔ ａｎｄ ｎｙｍｐｈａｅ ｗｏｕｌｄ ｄｉｅ ｏｕｔ ｗｉｔｈｉｎ ４９ ｄａｙｓ， ａｎｄ ｎｏ ｎｅｗ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｗａｓ ｆｏｕｎｄ． Ｔｈｕｓ， ｔｈｅ ２５０ Ｇｙ waｓ ｔｈｅ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｄｏｓｅ ｔｏ ｐｒｅｖｅｎｔ Ｌｉｐｏｓｃｅｌｉｓ ｅｎｔｏｍｏｐｈｉｌｕｓ （Ｅｎｄｅｒｌｅｉｎ） ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｂｅａｍ ｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ．
　　Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｂｅａｍ； ｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ； Ｌｉｐｏｓｃｅｌｉｓ ｅｎｔｏｍｏｐｈｉｌｕｓ （Ｅｎｄｅｒｌｅｉｎ）； ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ ｅｆｆｅｃｔ
　　
　　嗜虫书虱［Ｌｉｐｏｓｃｅｌｉｓ ｅｎｔｏｍｏｐｈｉｌｕｓ（Ｅｎｄｅｒｌｅｉｎ）］属啮虫目、书虱科，是不完全变态昆虫，有卵、若虫和成虫３个发育时期。它食性复杂，生活周期短，对环境的适应能力强。嗜虫书虱原产于热带非洲［１］，现今已经在世界各地广为分布，是所有啮虫目昆虫中经济意义最重要的一个类群［２］，是为害原粮、食品、烟草、中药材、图书、档案及生物标本等多种储藏物的常见害虫，只要条件适宜，一年四季都可以发生为害，并且危害十分严重［１，３-５］。在我国，嗜虫书虱的分布遍及大部分省（市、区），是储藏物尤其是储粮害虫中的优势种群之一［６］。嗜虫书虱的防治非常困难，目前的防治措施仍然以药剂熏蒸和使用化学保护剂处理为主，但是，由于其繁殖速度快，对化学药剂的抗性强，熏蒸或其他化学药剂处理后不久又能重新危害储藏物［６-８］。其为害已经引起了全世界各地仓储工作者的高度关注［９］。
　　多年的研究表明，辐照防治储藏物害虫技术是对化学熏蒸的替代和有效补充［１０］。辐照技术已逐渐成为害虫综合防治体系中的一项重要内容。在仓储害虫的防治上，国际上已经有许多成功利用辐照防治的实例［１１］。辐照防治害虫技术是利用γ射线、Ｘ射线或电子束的电离辐照与害虫的相互作用所产生的物理、化学和生物效应，导致害虫不育或死亡的一种物理防虫技术。目前，关于辐照防治储藏物害虫的研究多采用γ射线，相比之下，由于电子束辐照装置节约能源、操作简单、安全性强、易于控制，使得近年来电子束辐照食品技术在国内外迅速发展、应用。我国在利用电子束辐照技术对烟草害虫的防治［１２］、水果害虫检疫处理［１３］、储粮害虫的防治［１４－１６］等方面也进行了一些研究，但利用电子束辐照技术防治嗜虫书虱的研究还未见报道。因此，本研究以不同虫态的嗜虫书虱为试验材料，研究不同剂量的电子束辐照对嗜虫书虱的致死效应，为电子束辐照防治此类害虫提供科学依据。
　　１材料与方法
　　１．１供试虫源及培养条件
　　试验采用的嗜虫书虱为河南省科学院核农学重点实验室连续培养多代的成虫，以全麦粉、脱脂奶粉和酵母粉过８０目筛后按质量比１０∶１∶１混合均匀作为饲料，在相对湿度７５％±５％、温度２８ ℃±１ ℃的条件下，放置于内壁涂有聚四氟乙烯、底面贴有黑色滤纸的６ ｃｍ培养皿中避光培养。将若干嗜虫书虱成虫在上述条件下培养２ ｄ后移出培养皿，将其产的卵在原条件下继续培养，分别在２０ ｄ和３０ ｄ后得到虫龄一致的若虫和成虫，每３０头为一组置于新的培养皿中，并将培养皿编号，待辐照处理。另取培养皿转入５０头成虫，撒上一薄层饲料，待其产卵２ ｄ后移出成虫，在双目体视显微镜下统计卵的数量，并将培养皿编号，待辐照处理［１４］。
　　１．２辐照处理
本文为全文原貌 未安装PDF浏览器用户请先下载安装 原版全文 　　辐照处理采用中国原子能科学研究院的ＨＪＩＹ－６Ｍ２高频单枪电子加速器，能量为２ ＭｅＶ，束流为１０ ｍＡ，利用丙酰胺剂量片测得电子加速器的剂量率为５０．０ Ｇｙ／ｓ。将１．１中编有号码的培养皿置于距电子加速器钛窗口３０ ｃｍ处进行静态辐照，扫描宽度为１００ ｃｍ，辐照剂量分别为０（对照）、５０ Ｇｙ、１００ Ｇｙ、１５０ Ｇｙ、２００ Ｇｙ、２５０ Ｇｙ、３００ Ｇｙ、４００ Ｇｙ、６００ Ｇｙ、８００ Ｇｙ、１ ０００ Ｇｙ、１ ２００ Ｇｙ和１ ４００ Ｇｙ，共１３个处理，每处理剂量３个重复。
　　１．３辐照效应评价
　　每批试虫采用不同的剂量辐照处理后，仍在原条件下培养，每７ ｄ观察１次并更换成虫和若虫的培养皿和饲料，观察记录内容包括成虫和若虫的存活数量，计算其存活率。每天观察记录卵的孵化情况，直至不再有若虫孵化出，统计卵的孵化率。另外，嗜虫书虱成虫经不同剂量的电子束辐照后，挑取雌虫和雄虫按照１∶１配对，每１０头放入一个培养皿中仍在原条件下培养３ ｄ后，筛去成虫，原条件下培养３０ ｄ后检查并统计饲料中Ｆ１代成虫的数量，将各辐照处理产Ｆ１代成虫数量与对照产Ｆ１代成虫数量相比，将比值作为嗜虫书虱的繁殖力。繁殖力按公式（１）计算：
　　繁殖力＝■×１００％（１）
　　１．４数据处理
　　根据１．３检查得到的嗜虫书虱卵孵化率及成虫、幼虫的存活率，采用ＤＰＳ数据处理软件Ｄｕｎｃａｎ新复极差法进行多重比较分析。根据嗜虫书虱成虫、若虫的存活率计算出其死亡率，以对照处理中成虫、若虫的自然死亡率进行校正后，采用ＤＰＳ数据处理软件将不同剂量下的校正死亡率转换为机率值，辐照剂量转换为对数值进行几率分析，获得拟合良好的辐照剂量与死亡率的线性关系，进而计算出辐照对嗜虫书虱成虫、若虫的半致死剂量ＬＤ５０和９５％置信区间［１７］。
　　２结果与分析
　　２．１电子束辐照对嗜虫书虱卵孵化率的影响
　　嗜虫书虱的卵经０ Ｇｙ到１ ４００ Ｇｙ各剂量的电子束辐照处理后，观察统计各个处理卵的孵化率，结果见表１。由表１可以看出，嗜虫书虱卵的孵化率随着辐照剂量升高而显著下降，各辐照处理卵的孵化率与对照组相比差异显著（Ｐ＜０．０５）。对照组嗜虫书虱卵的孵化率为８０．１％，５０ Ｇｙ辐照处理的卵孵化率仅为８．９％，１００ Ｇｙ及以上剂量辐照处理的卵孵化率均为０。可见，嗜虫书虱的卵对电子束辐照极为敏感，１００ Ｇｙ剂量的电子束辐照即可完全阻止嗜虫书虱卵的孵化。
　　２．２电子束辐照对嗜虫书虱若虫存活率的影响
　　经过不同剂量的电子束辐照后，检查嗜虫书虱若虫的存活情况，结果见表２。由表２可知，在辐照后的相同检查时间，随着电子束辐照剂量的升高，嗜虫书虱若虫的存活率下降，各辐照处理若虫的存活率与对照组相比差异显著（Ｐ＜０．０５）。在１５０ Ｇｙ、２００ Ｇｙ、２５０ Ｇｙ、３００ Ｇｙ、４００ Ｇｙ、６００ Ｇｙ、８００ Ｇｙ、１ ０００ Ｇｙ、１ ２００ Ｇｙ、１ ４００ Ｇｙ的辐照剂量下，嗜虫书虱若虫完全（１００％）死亡时间分别为６３ ｄ、６３ ｄ、４９ ｄ、４９ ｄ、３５ ｄ、３５ ｄ、２１ ｄ、１４ ｄ、１４ ｄ、７ ｄ。由此表明，电子束辐照对嗜虫书虱若虫的存活率有显著影响，但若虫不会立即全部死亡，而是经过一段时间超过150 Ｇｙ剂量辐照的陆续死亡直至全部死亡。其全部死亡时间与辐照剂量有关，辐照剂量越高，嗜虫书虱若虫完全（１００％）死亡的时间越短。根据辐照后培养２１ ｄ若虫的存活率，计算出若虫的死亡率进行辐照剂量―死亡率模型分析，得到辐照剂量与死亡率的线性关系为ｙ＝１．１６６ ３ｘ＋２．３８１ ５（ｒ＝０．９７７９），ＬＤ５０为１７５．９ Ｇｙ，９５％置信区间为１４９．６～２０６．８ Gy。
　　２．３电子束辐照对嗜虫书虱成虫存活率的影响
　　嗜虫书虱成虫经不同剂量辐照处理后各检查时间的存活率情况见表３。从表３可以看出，在辐照后的相同观察时间，随着电子束辐照剂量的升高，嗜虫书虱成虫的存活率下降。辐照后第七天时，３００ Ｇｙ及以下剂量处理嗜虫书虱成虫的存活率与对照组相比差异不显著（Ｐ＞０．０５），１ ４００ Ｇｙ剂量辐照的嗜虫书虱成虫存活率降至８．９％。14 d时，１００ Ｇｙ及以下剂量处理嗜虫书虱成虫的存活率与对照组相比差异不显著（Ｐ＞０．０５），２５０ Ｇｙ及以上剂量辐照的成虫存活率降至５０％以下，１ ２００ Ｇｙ和１ ４００ Ｇｙ剂量辐照的成虫全部死亡。辐照２１ ｄ以后的所有观察结果中，各剂量辐照处理成虫的存活率明显下降，其存活率与对照组相比差异显著（Ｐ＜０．０５）。在
　　１ ０００ Ｇｙ、８００ Ｇｙ、６００ Ｇｙ、４００ Ｇｙ、３００ Ｇｙ、２５０ Ｇｙ、２００ Ｇｙ的辐照剂量下，嗜虫书虱若虫完全（１００％）死亡的时间分别为２１ ｄ、２１ ｄ、３５ ｄ、４９ ｄ、４９ ｄ、４９ ｄ、６３ ｄ。与若虫表现相似，成虫的死亡时间也与辐照剂量有关，辐照剂量越高，嗜虫书虱成虫完全死亡的时间越短。根据辐照后培养２１ ｄ成虫的存活率，计算出成虫的死亡率，进行辐照剂量―死亡率模型分析，得到辐照剂量与死亡率的线性关系为ｙ＝１．３９２ ５ｘ＋１．８００ １（ｒ＝０．９８１ ６），ＬＤ５０为１９８．５ Ｇｙ，９５％置信区间为１７２．７～２２８．２ Gy。可以看出，嗜虫书虱若虫比成虫对电子束具有更高的敏感性。
　　２．４电子束辐照对嗜虫书虱繁殖力的影响
　　不同剂量的电子束对嗜虫书虱成虫进行辐照处理后，通过公式（１）计算其繁殖力，结果见图１。由图１可见，嗜虫书虱成虫繁殖力随着辐照剂量增加而明显下降。经５０ Ｇｙ的剂量辐照，嗜虫书虱成虫的繁殖力已降至７０．３％；２００ Ｇｙ剂量辐照处理的嗜虫书虱成虫的繁殖力不到４％；经２５０ Ｇｙ及以上剂量辐照处理的嗜虫书虱成虫的繁殖力为０，即无法产生下一代成虫。
　　３讨论
　　电子束对３种虫态的嗜虫书虱辐照试验结果表明，较低剂量的电子束辐照即可杀死３种虫态的嗜虫书虱，嗜虫书虱对电子束的敏感性由高到低依次为：卵＞若虫＞成虫，这与国外利用电子束辐照处理其他害虫的研究结果相同［１８，１９］。说明电子束辐照能够彻底解决化学熏蒸防治中存在的害虫虫卵、虫蛹难杀，害虫会产生抗性等难题。分析不同辐照剂量下嗜虫书虱若虫和成虫的死亡情况发现，电子束辐照后的若虫和成虫不会立即全部死亡，而是经过一段时间后才全部死亡，而且辐照剂量越高嗜虫书虱全部死亡所需时间越短。这是由于辐照可造成害虫细胞核ＤＮＡ损伤，辐照剂量越高损伤越严重［２０］。电子束辐照杀虫机理主要是通过损伤的积累来杀死害虫细胞，当细胞死亡数量达到一定程度会导致害虫死亡。本研究中，以３００ Ｇｙ的剂量辐照后，嗜虫书虱的若虫和成虫在４９ ｄ内就全部死亡。王殿轩等［１４］对同是书虱科的嗜卷书虱进行了辐照效应研究，３００ Ｇｙ的剂量辐照后，嗜卷书虱若虫和成虫则分别需要４２ ｄ和５６ ｄ才能全部死亡。这表明虽同属书虱科，但不同种的书虱对电子束辐照的敏感性有所不同。目前，书虱防治常用的方法是化学熏蒸法，但由于长期单一地使用和不科学合理的应用磷化氢，面临着书虱对其产生日益严重的抗药性问题，同时也带来了食品安全和生态环境问题［２１］。近年来，随着人们的环保意识和对食品卫生要求的提高，电子束辐照杀虫这一绿色高新技术在国内外得到快速发展、应用。辐照技术已经广泛应用于农产品和食品贮藏保鲜方面［２２，２３］。由电子束辐照杀虫具有杀虫彻底、能耗少、安全、环保等优点，逐渐成为储藏物害虫防治的一个重要手段，是化学熏蒸的有效替代技术，具有进一步研究开发的价值和广阔的应用前景。
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　　１）不同虫态的嗜虫书虱经足够剂量电子束辐照处理后在一定时期内全部死亡，辐照剂量不同则书虱完全死亡所需的时间不同，辐照剂量越高完全死亡所需的时间越短。
　　２）嗜虫书虱的不同虫态对电子束的敏感性存在差异，成虫和若虫经２５０ Ｇｙ剂量辐照后在４９ ｄ内全部死亡，而卵经１００ Ｇｙ剂量辐照后就无法孵化；在辐照后２１ ｄ，若虫的半致死剂量ＬＤ５０为１７５．９ Ｇｙ，而成虫的ＬＤ５０为１９８．５ Ｇｙ。嗜虫书虱的卵、若虫、成虫对电子束的敏感性依次降低。
　　３）嗜虫书虱成虫的繁殖力随着辐照剂量的提高而明显下降，成虫经２５０ Ｇｙ剂量辐照后其繁殖力为０，即无法产生下一代成虫。因此，２５０ Ｇｙ的辐照剂量可以作为电子束防治嗜虫书虱的有效剂量。
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　　［２３］ ＣＯＬＬＩＮＳ Ｐ Ｊ． Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｔｏ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ ｉｎ Ｉｎｓｅｃｔ Ｐｅｓｔｓ ｏｆ Ｓｔｏｒｅｄ Ｇｒａｉｎ ａｎｄ ｉｔｓ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ［R］. Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｎｉｎｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｗｏｒｋｉｎｇ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｓｔｏｒｅｄ Ｐｒｏｄｕｃｔ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ，２００７．
　　
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