红外辐射对储藏稻谷中玉米象致死的动力学特征规律及机理研究

Since effect of phosphine disinfestation method gradually decreased with the resistance enhancement of grain pests in recent years, grain pests grew abundantly and threatened the security of stored grain. Infrared radiation (IR) could prevent the pollution source of grain pests and moulds without affection on grain quality, and have vast potential for future development in grain storage industry. However, the lack of basic lethal kinetic characteristics and core mechanism of disinfestation with IR is a major problem that restricts the further promotion and application of this technology. Therefore, this project plans to set Sitophilus zeamais as the research subject, which is one of the major pests exists in initial stored grain in China. The death kinetical model of Sitophilus zeamais will be estabilished to reveal the lethal kinetic characteristics of IR on Sitophilus zeamais based on the IR absorption selectivity characteristics of Sitophilus zeamais and rough rice. Futhermore, the influence of IR on the contents and characteristics of main components, the expression ability of heat shock protein Hsp70, the key enzyme activity of metabolism, the cell activity and the vital signs of Sitophilus zeamais will be investigated, which would suggest the lethal mechanism of IR on Sitophilus zeamais. In conclusion, this study will provide scientific basis for the application of IR disinfestation technology and theoretical support for lethal mechanism of IR on Sitophilus zeamais.

随着储粮害虫抗药性不断增强，磷化氢灭虫效果日益下降，储粮害虫大量繁殖，严重威胁储粮安全。红外辐射在不影响粮食品质的前提下，可从源头防控粮食虫霉污染，在安全储粮领域具有广阔的发展前景，但目前红外辐射杀虫的动力学基础特性和致死机理的缺乏是限制其进一步推广和应用的主要问题。因此，本项目拟以稻谷和我国主要的初期性储粮害虫中的玉米象为研究对象，基于玉米象和稻谷吸收红外辐射的选择特性，建立玉米象红外辐射致死的动力学预测模型，总结红外辐射对玉米象致死的动力学特征规律，并在上述基础上研究红外辐射对玉米象DNA和蛋白质等主要组分含量和特性、热激蛋白Hsp70的表达、新陈代谢关键酶活性、细胞活性和生命体征的影响机制，揭示玉米象红外辐射致死的核心机理。本项目的研究将为红外辐射灭虫工艺的应用提供合理的科学依据，为弄清红外辐射灭虫的原因提供理论支撑。

随着储粮害虫抗药性不断增强，磷化氢灭虫效果日益下降，储粮害虫大量繁殖，严重威胁储粮安全。本项目以稻谷和我国主要的初期性储粮害虫中的玉米象为研究对象，基于玉米象和稻谷吸收红外辐射的选择特性，建立玉米象红外辐射致死的动力学预测模型，研究红外辐射对玉米象主要组分含量和特性、热激蛋白Hsp70的表达、新陈代谢关键酶活性、生命体征的影响机制，揭示玉米象红外辐射致死的核心机理。研究结果如下：.（1）基于傅里叶变换衰减全反射红外光谱技术得到玉米象和稻谷的最优理论红外辐射温度为300˚C，对应红外辐射强度为2780 W/m2，红外辐射升温到55 ˚C后结合缓苏处理可达到100%的杀虫效果。在红外辐射强度2125 、2780和 3358 W/m2处理下，玉米象成虫达到99.99%的死亡率所需最短处理时间分别是111.43、28.02和9.73 s，对比不同阶数下的相关系数，明确了最佳成虫热死亡动力学模型为0.5阶动力学反应模型，对应R2为0.991。.（2）证明了红外处理通过高温热效应引起玉米象虫体水分过度散失，SOD、POD和CAT保护酶系以及乙酰胆碱酶活性抑制，蛋白质分泌紊乱，蛋白含量显著下降等方式，破坏玉米象体内自由基ROS代谢的稳定，引起细胞损伤，导致虫体细胞破坏和膜渗透增加，影响玉米象生理功能的正常发挥。同时，通过玉米象转录组研究明确了红外处理诱导虫体20163个基因差异表达，上调基因2092个，主要参与核糖体合成、DNA复制、RNA合成和降解、蛋白水解酶复合体以及嘌呤嘧啶的代谢，下调基因71个，主要参与了糖酵解、氧化磷酸化、低氧诱导因子代谢以及糖类代谢。.（3）红外辐射强度为2780 W/m2，稻谷经红外加热110 s升温至60.2˚ ± 0.5 ˚C，结合缓苏处理，稻谷水分（干基）下降3.97个百分点，稻谷整精米率和出糙率无显著性变化（p<0.05），说明红外加热可在保证稻谷加工品质良好的前提下实现高效杀虫。.项目研究成果将为红外辐射灭虫工艺的应用提供合理的科学依据，为弄清红外辐射灭虫的原因提供理论支撑，在储粮害虫防治及稻谷安全储藏方面具有较好的应用前景。.