储粮害虫物理防治-电离辐射防治

物理防治一、电离辐射防治的概念电离辐射防治是利用高能射线或加速器产生的粒子束流照射储藏物，通过射线与物质的相互作用，达到使食品得以保鲜和杀死其中害虫的目的。（一）研究应用概况电离辐射防治储藏物害虫，始于20世纪初。Runner在1916年发表烟草甲经a射线处理后产生不孕后代的报告，几十年来，特别是20世纪50年代钴-60和铯-137等放射性同位素辐射源解决后，世界各国对此项工作的研究从未间断过。电离辐射可用于粮食、农畜副产品、中草药、图书栏案、烟草、工艺品等的杀虫消毒，以及商品检疫等方面。目前世界上已经有约半数国家进行了开发性的研究，截止1990年，全世界已有37个国家批准76种辐照食品投放市场，取得了明显的经济效益和社会效益。第四节电离辐射防治（一）研究应用概况我国利用电离辐射防治储藏物害虫的研究始于20世纪50年代末，于70年代达到研究高峰。先后对粮食、农产品、动物饲料、图书档案及工艺品进行了杀虫和灭菌研究，并取得了良好的处理效果，同时发现对被处理的储藏物品质没有不良影响。经过40多年世界性的研究证明，电离辐射保藏食品是一种安全有效的技术。近年来国内外对辐照食品的研究和应用，步伐明显加快，前苏联是世界上第一个批准照射食品供人食用的国家，其次是加拿大，第三是美国，但荷兰后来居上，已处于世界领先地位，现在已有越来越多的国家批准辐照食品投放市场。第四节电离辐射防治（二）电离辐射防治的特点电离辐射产生的能量比非电离辐射的能量至少大两个数量级，表10-9是不同射线能量的比较。电离辐射杀虫可采用的辐射能有X射线、γ射线和电子束。从对赤拟谷盗的辐射试验结果看，三种射线都有很好的致死效果，差异并不大。在储藏物害虫的电离辐射杀虫中较常用的是γ射线。这是因为γ射线的穿透能力在三种射线中最强，而且γ射线也容易从同位素Co60中获得，还可以将其制成固定式或移动式的辐射源装置，便于操作使用。近年来，利用电子加速器产生电子束防治储藏物害虫，在国外也得到了广泛的研究和应用。第四节电离辐射防治（二）电离辐射防治的特点放射性同位素Co60的半衰期为5.3年，在其衰变过程中伴随着1.17和1.33MeV双γ射线的释放；Cs137的半衰期为33年，衰变过程中放出的是单一的γ射线，能量为0.662MeV。第四节电离辐射防治射线类型典型频率（MHz）能量（eV）γ射线3.0×10141.24×106X射线3.0×10131.24×105紫外线1.0×1094.1可见光6.0×1082.5红外线3.0×1060.012微波24500.0016无线电波1.04.0×10-9（二）电离辐射防治的特点电离辐射的处理剂量单位通常用特殊的能量吸收或单位质量能量的吸收表示，我国的法定计量单位为戈瑞（Gy），习惯上也有用拉德（rad）的（1Gy=100rad）。以前也有用照射量表示处理剂量的，法定计量单位为库仑每千克（C/kg）或伦琴（R）（1R=2.58×10-4C/kg）。第四节电离辐射防治（二）电离辐射防治的特点利用电离辐射防治有以下优点：（1）较高的剂量对各种害虫和各个虫期都有很好的致死效果；较低的剂量则能引起害虫的生理阻碍，导致不育现象。（2）γ射线具有很强的穿透能力，能杀死各种包装的粮食、干鲜果品中及粮粒内部的害虫。（3）可以连续处理大批量的粮食。（4）处理后的储藏物不会产生高温或较大的化学变化、变质及污染。（5）耗能低。第四节电离辐射防治二、电离辐射对害虫的影响和处理效果电离辐射对害虫的致死作用与传统的杀虫剂十分不同，后者是典型的胃毒剂、神经毒剂或呼吸毒剂，而电离辐射没有选择性，并且作用是瞬间的。电离辐射可损坏害虫的细胞，其细胞核的敏感性要明显大于其周围的原生质；分裂活跃的细胞，如生殖细胞对辐射的敏感性要明显大于其他组织细胞。低剂量的辐射可抑制生殖细胞的形成过程，导致害虫不育；而较高剂量的辐射处理可直接杀死害虫。电离辐射处理还可以使卵和幼虫不能发育为正常的成虫。第四节电离辐射防治二、电离辐射对害虫的影响和处理效果研究资料表明，用3~5kGy的剂量照射可以立即杀死储藏物害虫；1kGy的剂量照射，害虫在几天内死亡；100~200Gy的剂量照射，害虫可在几周内死亡。以160Gy的剂量照射，可使玉米象、谷象、赤拟谷盗、杂拟谷盗和谷蠢完全不育；其中玉米象谷象和杂拟谷盗100%死亡，其他害虫的死亡率也在90%以上的死亡率（表10-10）。第四节电离辐射防治二、电离辐射对害虫的影响和处理效果储藏物害虫不同的虫种和虫期对电离辐射的敏感性存在一定的差异。通常蛾类比甲虫的抵抗能力更强。同一虫种蛹和成虫的抵抗力要比卵和幼虫强，如致死99.9%的赤拟谷盗卵、幼虫、蛹和成虫的辐照剂量分别为：109Gy、105Gy、250Gy和215Gy。有的昆虫经一定辐照量处理后很快死亡，而有的昆虫可延缓很长一段时间才死亡。在一般情况下，昆虫受到致死剂量照射后，活动能力明显下降，取食减少，表现出各种病态，随后慢慢死去。不育剂量对害虫雄、雄两性的生殖细胞都有不良影响。一项研究表明，经不育剂量辐照后，象虫的种群增长在数月内一直维持较低的水平。第四节电离辐射防治二、电离辐射对害虫的影响和处理效果通常认为，电离辐射导致昆虫不育是由以下四个原因引起：一是雄虫丧失交配能力；二是精子缺乏或精子无活力；三是雌虫无产卵能力；四是射线引起细胞的致死。几百戈瑞的辐照剂量便可使储藏物害虫不育，包括蛾类害虫，而在短期内彻底杀死所有虫期的害虫辐照剂量可能要提高到1kGy。所以在实际防治中，使用不育剂量辐照比用致死剂量更经济和实用。第四节电离辐射防治二、电离辐射对害虫的影响和处理效果在辐照剂量一定的情况下，集中一次照射比长时间照射的效果更好。对储藏物害虫的辐照效果与环境温度无关，特别是在害虫正常发育的温度范围内。在电离辐射防治储藏物害虫的研究中，未发现对杀虫剂产生抗药性的害虫对电离辐射产生交互抗性。第四节电离辐射防治三、电离辐射的安全性电离辐射对昆虫和其他动物包括人类都有很强的损伤作用。粮食、干鲜果品等供人和畜禽食用的食品，经辐照后是否会产生有毒物质，是否符合卫生安全标准，是人们普遍关心的问题。1970年联合国专门成立了辐照食品卫生安全性国际合作计划和机构（IFIP），有24个国家参加，全面深入地开展辐照食品卫生安全性的研究，并由联合国粮农组织（FAO）、国际原子能机构（IAEA）、世界卫生组织（WHO）组成辐照食品卫生安全性联合专家委员会，评价辐照食品的安全性。第四节电离辐射防治三、电离辐射的安全性1980年审查了专家委员会的研究结果及各国安全性研究数据，评价了13种辐照食品，结论是：“任何食品总体平均吸收剂量高达10kGy没有毒理学危险，用此剂量辐照的食品，可以不再要求进行毒理学试验，同时在营养学和微生物学上也是安全的”。1980年12月4日，就上述结果正式发表了公告，并递交世界食物法规委员会，获得了该委员会的认可。所谓10kGy辐照剂量，就是人们通常所说的“国际安全线”。这一结论，推动了世界各国对辐照食品的研究、批准和商业化。利用电离辐射杀虫所用的剂量基本上都在10kGy以下即可达到完全杀死害虫的目的，因此更不必要为辐射食品的安全性而担心。经辐照后的食品不会对人畜带来危害，完全可以食用。第四节电离辐射防治四、电离辐射在储藏物害虫防治中的应用（一）辐照剂量和工艺要求。通过对国内外大量文献和补充试验数据的分析，确定了谷物制品辐照杀虫加工工艺规范的工艺参数和技术要求。包括辐照前处理和适宜辐照时期、杀灭害虫的最低有效剂量、不影响谷物品质的最高耐受剂量及工艺剂量，可作为参考。第四节电离辐射防治四、电离辐射在储藏物害虫防治中的应用（一）辐照剂量和工艺要求1.辐照前要求对于成品粮及食品包装前应进行风选、筛选，使产品中无蛹和成虫期害虫，筛选后应立即包装。为保证辐照产品不受害虫的再侵染和产品的含水量不受外界环境的影响。辐照前产品必须包装。对目前小包装谷类制品使用的包装材料的调查分析认为，使用食品级聚氯乙烯复合膜包装最适宜，其密封性能好，是国家批准的可直接接触食品的包装材料，同时辐照后不会产生任何有害物质。为保证彻底杀灭储粮中的各种害虫，包括螨类，规定储藏粮食含水量为12%以下。第四节电离辐射防治四、电离辐射在储藏物害虫防治中的应用（一）辐照剂量和工艺要求2.辐照时期在生长条件适宜的情况下老龄幼虫会很快变成蛹，为防止产品中存在蛹期害虫，包装后应立即辐照。3.最低有效剂量最低有效剂量为达到杀虫目的的最低工艺剂量下限值。国内外大量资料表明，250Gy可使鞘翅目各发育阶段的害虫和螨类、鳞翅目的卵和幼虫在几周内全部死亡。考虑到产品中剂量分布的不均匀度，确定300Gy为杀灭卵和幼虫期的各种害虫的最低有效剂量。第四节电离辐射防治4、粮食食品最高耐受剂量最高耐受剂量为不影响谷物食用品质和功能特性的最高工艺剂量上限值。有关研究表明，用1kGy辐照小麦面粉对其营养品质、烘烤品质均无明显影响；大于2kGy辐照面粉可以增加加工面包的膨松程度。中国、日本和埃及的试验表明，辐照大米的极限剂量为500Gy，大于此剂量食用品质下降，表现为口感和出饭率下降。根据我国饮食习惯，确定最高耐受剂量分别为：小麦及面粉1.0kGy，大米500Gy、玉米碴1.0kGy、燕麦片800Gy、高粱米：800Gy、小米800Gy、黄米800Gy。5.工艺剂量工艺剂量的设置原则是大于最低有效剂量，小于最高耐受剂量，故各种谷物制品的辐照工艺剂量分别定在300Gy与各种谷类制品的最高耐受剂量之间。第四节电离辐射防治（二）辐射杀虫技术的应用我国对于利用电离辐射防治储藏物害虫的研究已有40多年的历史。但由于种种原因，电离辐射杀虫在粮食储藏过程中还未得到生产性的应用。但在其他一些领域的储藏物害虫防治中已得到了部分应用。禽畜及实验动物的饲料，经常遭到虫害及沙门氏菌污染，用药物处理，对人、畜会造成不良后果，而用热处理又会损失大量维生素，甚至降低赖氨酸和甲硫氨酸的含量。如果采用电离辐射处理，杀虫灭菌彻底，又可降低维生素和氨基酸的分解。第四节电离辐射防治（二）辐射杀虫技术的应用大量试验证明，经辐照过的饲料长期饲养的实验动物，生长良好，发育正常。因此，西欧各国从南部国家进口的骨粉、鱼粉和混合饲料，在进口港均进行辐照消毒，收到了良好的效果。我国有不少单位曾用Co60γ射线直接杀死板栗、枣、葡萄干、豆腐粉、烟草等的害虫进行了大量的研究，取得了很好的效果，有的已通过正式技术鉴定。经处理的板栗，蛋白质、粗脂肪、淀粉、可溶性糖的含量都无明显变化，仅维生素C含量略有减少。第四节电离辐射防治（二）辐射杀虫技术的应用利用电离辐射处理中药材，杀灭其虫害，是近年来取得的又一项极有前途的保存中草药的措施。用电离辐射消灭档案、图书的害虫，是一种快速、安全、彻底和行之有效的方法。世界上已有不少国家采用辐照杀虫来保全档案图书。我国四川省档案馆、四川大学图书馆、四川省科学技术情报研究所等8个单位，对近30万卷（册）生虫的图书档案进行了辐照杀虫处理，均取得了预期效果，且处理费用低于其他方法。第四节电离辐射防治（二）辐射杀虫技术的应用电离辐射用于植物检疫方面已引起世界各国的重视，它是阻止危险害虫入境的一个有效措施。它包括两方面的内容：一方面是直接杀死进出口农产品中带有的害虫，另一方面可以作为一种监测手段来检验种子和苗木中是否带有害虫。用波长1Å~2.5Å的X射线能够检查出种子和苗木内部是否侵入害虫，比用解剖的方法方便、快速、正确、而且不损坏被检的种子和苗木。采用辐照处理，消灭进出口物品中的害虫，不仅方法简便易行，灭虫彻底，而且可在原包装的情况下进行。但辐照杀虫时，要考虑被辐照包装物内部的物品种类和害虫种类，以便采用不同的照射剂量。如对一些非食用的工艺品等可适当提高照射量。第四节电离辐射防治（二）辐射杀虫技术的应用美国和前苏联两国的粮食贸易协定中，就明确规定了接受对方经过辐照的谷物。美国加利福尼亚州的柑橘、南非的芒果、法国的香料等都考虑用辐照作为病虫害的检疫措施。从1980年开始，乌克兰的Odessa港口一直采用一种电子束杀虫装置处理染虫的谷物。该装置是一个20kW×1.4keV的电子加速器，安装在粮食经提升机提升后下流的途中。以206-400Gy的辐照剂量处理下，每小时可处理粮食400t，粮食流速6m/s，粮流厚度7~9mm。第四节电离辐射防治（二）辐射杀虫技术的应用在美国，Nablo等人