儲糧害蟲物理防治-電離輻射防治

物理防治一、電離輻射防治的概念電離輻射防治是利用高能射線或加速器產(chǎn)生的粒子束流照射儲藏物，通過射線與物質(zhì)的相互作用，達(dá)到使食品得以保鮮和殺死其中害蟲的目的。（一）研究應(yīng)用概況電離輻射防治儲藏物害蟲，始于20世紀(jì)初。Runner在1916年發(fā)表煙草甲經(jīng)a射線處理后產(chǎn)生不孕后代的報(bào)告，幾十年來，特別是20世紀(jì)50年代鈷-60和銫-137等放射性同位素輻射源解決后，世界各國對此項(xiàng)工作的研究從未間斷過。電離輻射可用于糧食、農(nóng)畜副產(chǎn)品、中草藥、圖書欄案、煙草、工藝品等的殺蟲消毒，以及商品檢疫等方面。目前世界上已經(jīng)有約半數(shù)國家進(jìn)行了開發(fā)性的研究，截止1990年，全世界已有37個(gè)國家批準(zhǔn)76種輻照食品投放市場，取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。第四節(jié)電離輻射防治（一）研究應(yīng)用概況我國利用電離輻射防治儲藏物害蟲的研究始于20世紀(jì)50年代末，于70年代達(dá)到研究高峰。先后對糧食、農(nóng)產(chǎn)品、動物飼料、圖書檔案及工藝品進(jìn)行了殺蟲和滅菌研究，并取得了良好的處理效果，同時(shí)發(fā)現(xiàn)對被處理的儲藏物品質(zhì)沒有不良影響。經(jīng)過40多年世界性的研究證明，電離輻射保藏食品是一種安全有效的技術(shù)。近年來國內(nèi)外對輻照食品的研究和應(yīng)用，步伐明顯加快，前蘇聯(lián)是世界上第一個(gè)批準(zhǔn)照射食品供人食用的國家，其次是加拿大，第三是美國，但荷蘭后來居上，已處于世界領(lǐng)先地位，現(xiàn)在已有越來越多的國家批準(zhǔn)輻照食品投放市場。第四節(jié)電離輻射防治（二）電離輻射防治的特點(diǎn)電離輻射產(chǎn)生的能量比非電離輻射的能量至少大兩個(gè)數(shù)量級，表10-9是不同射線能量的比較。電離輻射殺蟲可采用的輻射能有X射線、γ射線和電子束。從對赤擬谷盜的輻射試驗(yàn)結(jié)果看，三種射線都有很好的致死效果，差異并不大。在儲藏物害蟲的電離輻射殺蟲中較常用的是γ射線。這是因?yàn)棣蒙渚€的穿透能力在三種射線中最強(qiáng)，而且γ射線也容易從同位素Co60中獲得，還可以將其制成固定式或移動式的輻射源裝置，便于操作使用。近年來，利用電子加速器產(chǎn)生電子束防治儲藏物害蟲，在國外也得到了廣泛的研究和應(yīng)用。第四節(jié)電離輻射防治（二）電離輻射防治的特點(diǎn)放射性同位素Co60的半衰期為5.3年，在其衰變過程中伴隨著1.17和1.33MeV雙γ射線的釋放；Cs137的半衰期為33年，衰變過程中放出的是單一的γ射線，能量為0.662MeV。第四節(jié)電離輻射防治射線類型典型頻率（MHz）能量（eV）γ射線3.0×10141.24×106X射線3.0×10131.24×105紫外線1.0×1094.1可見光6.0×1082.5紅外線3.0×1060.012微波24500.0016無線電波1.04.0×10-9（二）電離輻射防治的特點(diǎn)電離輻射的處理劑量單位通常用特殊的能量吸收或單位質(zhì)量能量的吸收表示，我國的法定計(jì)量單位為戈瑞（Gy），習(xí)慣上也有用拉德（rad）的（1Gy=100rad）。以前也有用照射量表示處理劑量的，法定計(jì)量單位為庫侖每千克（C/kg）或倫琴（R）（1R=2.58×10-4C/kg）。第四節(jié)電離輻射防治（二）電離輻射防治的特點(diǎn)利用電離輻射防治有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）較高的劑量對各種害蟲和各個(gè)蟲期都有很好的致死效果；較低的劑量則能引起害蟲的生理阻礙，導(dǎo)致不育現(xiàn)象。（2）γ射線具有很強(qiáng)的穿透能力，能殺死各種包裝的糧食、干鮮果品中及糧粒內(nèi)部的害蟲。（3）可以連續(xù)處理大批量的糧食。（4）處理后的儲藏物不會產(chǎn)生高溫或較大的化學(xué)變化、變質(zhì)及污染。（5）耗能低。第四節(jié)電離輻射防治二、電離輻射對害蟲的影響和處理效果電離輻射對害蟲的致死作用與傳統(tǒng)的殺蟲劑十分不同，后者是典型的胃毒劑、神經(jīng)毒劑或呼吸毒劑，而電離輻射沒有選擇性，并且作用是瞬間的。電離輻射可損壞害蟲的細(xì)胞，其細(xì)胞核的敏感性要明顯大于其周圍的原生質(zhì)；分裂活躍的細(xì)胞，如生殖細(xì)胞對輻射的敏感性要明顯大于其他組織細(xì)胞。低劑量的輻射可抑制生殖細(xì)胞的形成過程，導(dǎo)致害蟲不育；而較高劑量的輻射處理可直接殺死害蟲。電離輻射處理還可以使卵和幼蟲不能發(fā)育為正常的成蟲。第四節(jié)電離輻射防治二、電離輻射對害蟲的影響和處理效果研究資料表明，用3~5kGy的劑量照射可以立即殺死儲藏物害蟲；1kGy的劑量照射，害蟲在幾天內(nèi)死亡；100~200Gy的劑量照射，害蟲可在幾周內(nèi)死亡。以160Gy的劑量照射，可使玉米象、谷象、赤擬谷盜、雜擬谷盜和谷蠢完全不育；其中玉米象谷象和雜擬谷盜100%死亡，其他害蟲的死亡率也在90%以上的死亡率（表10-10）。第四節(jié)電離輻射防治二、電離輻射對害蟲的影響和處理效果儲藏物害蟲不同的蟲種和蟲期對電離輻射的敏感性存在一定的差異。通常蛾類比甲蟲的抵抗能力更強(qiáng)。同一蟲種蛹和成蟲的抵抗力要比卵和幼蟲強(qiáng)，如致死99.9%的赤擬谷盜卵、幼蟲、蛹和成蟲的輻照劑量分別為：109Gy、105Gy、250Gy和215Gy。有的昆蟲經(jīng)一定輻照量處理后很快死亡，而有的昆蟲可延緩很長一段時(shí)間才死亡。在一般情況下，昆蟲受到致死劑量照射后，活動能力明顯下降，取食減少，表現(xiàn)出各種病態(tài)，隨后慢慢死去。不育劑量對害蟲雄、雄兩性的生殖細(xì)胞都有不良影響。一項(xiàng)研究表明，經(jīng)不育劑量輻照后，象蟲的種群增長在數(shù)月內(nèi)一直維持較低的水平。第四節(jié)電離輻射防治二、電離輻射對害蟲的影響和處理效果通常認(rèn)為，電離輻射導(dǎo)致昆蟲不育是由以下四個(gè)原因引起：一是雄蟲喪失交配能力；二是精子缺乏或精子無活力；三是雌蟲無產(chǎn)卵能力；四是射線引起細(xì)胞的致死。幾百戈瑞的輻照劑量便可使儲藏物害蟲不育，包括蛾類害蟲，而在短期內(nèi)徹底殺死所有蟲期的害蟲輻照劑量可能要提高到1kGy。所以在實(shí)際防治中，使用不育劑量輻照比用致死劑量更經(jīng)濟(jì)和實(shí)用。第四節(jié)電離輻射防治二、電離輻射對害蟲的影響和處理效果在輻照劑量一定的情況下，集中一次照射比長時(shí)間照射的效果更好。對儲藏物害蟲的輻照效果與環(huán)境溫度無關(guān)，特別是在害蟲正常發(fā)育的溫度范圍內(nèi)。在電離輻射防治儲藏物害蟲的研究中，未發(fā)現(xiàn)對殺蟲劑產(chǎn)生抗藥性的害蟲對電離輻射產(chǎn)生交互抗性。第四節(jié)電離輻射防治三、電離輻射的安全性電離輻射對昆蟲和其他動物包括人類都有很強(qiáng)的損傷作用。糧食、干鮮果品等供人和畜禽食用的食品，經(jīng)輻照后是否會產(chǎn)生有毒物質(zhì)，是否符合衛(wèi)生安全標(biāo)準(zhǔn)，是人們普遍關(guān)心的問題。1970年聯(lián)合國專門成立了輻照食品衛(wèi)生安全性國際合作計(jì)劃和機(jī)構(gòu)（IFIP），有24個(gè)國家參加，全面深入地開展輻照食品衛(wèi)生安全性的研究，并由聯(lián)合國糧農(nóng)組織（FAO）、國際原子能機(jī)構(gòu)（IAEA）、世界衛(wèi)生組織（WHO）組成輻照食品衛(wèi)生安全性聯(lián)合專家委員會，評價(jià)輻照食品的安全性。第四節(jié)電離輻射防治三、電離輻射的安全性1980年審查了專家委員會的研究結(jié)果及各國安全性研究數(shù)據(jù)，評價(jià)了13種輻照食品，結(jié)論是：“任何食品總體平均吸收劑量高達(dá)10kGy沒有毒理學(xué)危險(xiǎn)，用此劑量輻照的食品，可以不再要求進(jìn)行毒理學(xué)試驗(yàn)，同時(shí)在營養(yǎng)學(xué)和微生物學(xué)上也是安全的”。1980年12月4日，就上述結(jié)果正式發(fā)表了公告，并遞交世界食物法規(guī)委員會，獲得了該委員會的認(rèn)可。所謂10kGy輻照劑量，就是人們通常所說的“國際安全線”。這一結(jié)論，推動了世界各國對輻照食品的研究、批準(zhǔn)和商業(yè)化。利用電離輻射殺蟲所用的劑量基本上都在10kGy以下即可達(dá)到完全殺死害蟲的目的，因此更不必要為輻射食品的安全性而擔(dān)心。經(jīng)輻照后的食品不會對人畜帶來危害，完全可以食用。第四節(jié)電離輻射防治四、電離輻射在儲藏物害蟲防治中的應(yīng)用（一）輻照劑量和工藝要求。通過對國內(nèi)外大量文獻(xiàn)和補(bǔ)充試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，確定了谷物制品輻照殺蟲加工工藝規(guī)范的工藝參數(shù)和技術(shù)要求。包括輻照前處理和適宜輻照時(shí)期、殺滅害蟲的最低有效劑量、不影響谷物品質(zhì)的最高耐受劑量及工藝劑量，可作為參考。第四節(jié)電離輻射防治四、電離輻射在儲藏物害蟲防治中的應(yīng)用（一）輻照劑量和工藝要求1.輻照前要求對于成品糧及食品包裝前應(yīng)進(jìn)行風(fēng)選、篩選，使產(chǎn)品中無蛹和成蟲期害蟲，篩選后應(yīng)立即包裝。為保證輻照產(chǎn)品不受害蟲的再侵染和產(chǎn)品的含水量不受外界環(huán)境的影響。輻照前產(chǎn)品必須包裝。對目前小包裝谷類制品使用的包裝材料的調(diào)查分析認(rèn)為，使用食品級聚氯乙烯復(fù)合膜包裝最適宜，其密封性能好，是國家批準(zhǔn)的可直接接觸食品的包裝材料，同時(shí)輻照后不會產(chǎn)生任何有害物質(zhì)。為保證徹底殺滅儲糧中的各種害蟲，包括螨類，規(guī)定儲藏糧食含水量為12%以下。第四節(jié)電離輻射防治四、電離輻射在儲藏物害蟲防治中的應(yīng)用（一）輻照劑量和工藝要求2.輻照時(shí)期在生長條件適宜的情況下老齡幼蟲會很快變成蛹，為防止產(chǎn)品中存在蛹期害蟲，包裝后應(yīng)立即輻照。3.最低有效劑量最低有效劑量為達(dá)到殺蟲目的的最低工藝劑量下限值。國內(nèi)外大量資料表明，250Gy可使鞘翅目各發(fā)育階段的害蟲和螨類、鱗翅目的卵和幼蟲在幾周內(nèi)全部死亡。考慮到產(chǎn)品中劑量分布的不均勻度，確定300Gy為殺滅卵和幼蟲期的各種害蟲的最低有效劑量。第四節(jié)電離輻射防治4、糧食食品最高耐受劑量最高耐受劑量為不影響谷物食用品質(zhì)和功能特性的最高工藝劑量上限值。有關(guān)研究表明，用1kGy輻照小麥面粉對其營養(yǎng)品質(zhì)、烘烤品質(zhì)均無明顯影響；大于2kGy輻照面粉可以增加加工面包的膨松程度。中國、日本和埃及的試驗(yàn)表明，輻照大米的極限劑量為500Gy，大于此劑量食用品質(zhì)下降，表現(xiàn)為口感和出飯率下降。根據(jù)我國飲食習(xí)慣，確定最高耐受劑量分別為：小麥及面粉1.0kGy，大米500Gy、玉米碴1.0kGy、燕麥片800Gy、高粱米：800Gy、小米800Gy、黃米800Gy。5.工藝劑量工藝劑量的設(shè)置原則是大于最低有效劑量，小于最高耐受劑量，故各種谷物制品的輻照工藝劑量分別定在300Gy與各種谷類制品的最高耐受劑量之間。第四節(jié)電離輻射防治（二）輻射殺蟲技術(shù)的應(yīng)用我國對于利用電離輻射防治儲藏物害蟲的研究已有40多年的歷史。但由于種種原因，電離輻射殺蟲在糧食儲藏過程中還未得到生產(chǎn)性的應(yīng)用。但在其他一些領(lǐng)域的儲藏物害蟲防治中已得到了部分應(yīng)用。禽畜及實(shí)驗(yàn)動物的飼料，經(jīng)常遭到蟲害及沙門氏菌污染，用藥物處理，對人、畜會造成不良后果，而用熱處理又會損失大量維生素，甚至降低賴氨酸和甲硫氨酸的含量。如果采用電離輻射處理，殺蟲滅菌徹底，又可降低維生素和氨基酸的分解。第四節(jié)電離輻射防治（二）輻射殺蟲技術(shù)的應(yīng)用大量試驗(yàn)證明，經(jīng)輻照過的飼料長期飼養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)動物，生長良好，發(fā)育正常。因此，西歐各國從南部國家進(jìn)口的骨粉、魚粉和混合飼料，在進(jìn)口港均進(jìn)行輻照消毒，收到了良好的效果。我國有不少單位曾用Co60γ射線直接殺死板栗、棗、葡萄干、豆腐粉、煙草等的害蟲進(jìn)行了大量的研究，取得了很好的效果，有的已通過正式技術(shù)鑒定。經(jīng)處理的板栗，蛋白質(zhì)、粗脂肪、淀粉、可溶性糖的含量都無明顯變化，僅維生素C含量略有減少。第四節(jié)電離輻射防治（二）輻射殺蟲技術(shù)的應(yīng)用利用電離輻射處理中藥材，殺滅其蟲害，是近年來取得的又一項(xiàng)極有前途的保存中草藥的措施。用電離輻射消滅檔案、圖書的害蟲，是一種快速、安全、徹底和行之有效的方法。世界上已有不少國家采用輻照殺蟲來保全檔案圖書。我國四川省檔案館、四川大學(xué)圖書館、四川省科學(xué)技術(shù)情報(bào)研究所等8個(gè)單位，對近30萬卷（冊）生蟲的圖書檔案進(jìn)行了輻照殺蟲處理，均取得了預(yù)期效果，且處理費(fèi)用低于其他方法。第四節(jié)電離輻射防治（二）輻射殺蟲技術(shù)的應(yīng)用電離輻射用于植物檢疫方面已引起世界各國的重視，它是阻止危險(xiǎn)害蟲入境的一個(gè)有效措施。它包括兩方面的內(nèi)容：一方面是直接殺死進(jìn)出口農(nóng)產(chǎn)品中帶有的害蟲，另一方面可以作為一種監(jiān)測手段來檢驗(yàn)種子和苗木中是否帶有害蟲。用波長1?~2.5?的X射線能夠檢查出種子和苗木內(nèi)部是否侵入害蟲，比用解剖的方法方便、快速、正確、而且不損壞被檢的種子和苗木。采用輻照處理，消滅進(jìn)出口物品中的害蟲，不僅方法簡便易行，滅蟲徹底，而且可在原包裝的情況下進(jìn)行。但輻照殺蟲時(shí)，要考慮被輻照包裝物內(nèi)部的物品種類和害蟲種類，以便采用不同的照射劑量。如對一些非食用的工藝品等可適當(dāng)提高照射量。第四節(jié)電離輻射防治（二）輻射殺蟲技術(shù)的應(yīng)用美國和前蘇聯(lián)兩國的糧食貿(mào)易協(xié)定中，就明確規(guī)定了接受對方經(jīng)過輻照的谷物。美國加利福尼亞州的柑橘、南非的芒果、法國的香料等都考慮用輻照作為病蟲害的檢疫措施。從1980年開始，烏克蘭的Odessa港口一直采用一種電子束殺蟲裝置處理染蟲的谷物。該裝置是一個(gè)20kW×1.4keV的電子加速器，安裝在糧食經(jīng)提升機(jī)提升后下流的途中。以206-400Gy的輻照劑量處理下，每小時(shí)可處理糧食400t，糧食流速6m/s，糧流厚度7~9mm。第四節(jié)電離輻射防治（二）輻射殺蟲技術(shù)的應(yīng)用在美國，Nablo等人