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    1. 創新項目
      信息素在食品行業中的應用
      來源:青島羅素生物技術有限公司 | 發布時間:2012/3/1 | 瀏覽次數:

       

      信息素在食品行業中的應用

      信息素是由某種生物體分泌的,并釋放到環境中的化學信號,同種生物體能夠識別此化學信號,并對其產生特殊的反應。生物體可通過性信息素確定異性的方位,并與之交配。昆蟲通過空氣的流動可以遠距離探測并感應到性信息素的存在,能在逆風中尋找到信息素源。在大多數情況下,雄蟲都能通過雌蟲分泌的性信息素,對其進行定位。復合型信息素是由一類性個體分泌的,可同時吸引兩性昆蟲對食物源或交配產生趨向性,低濃度誘導趨向行為,高濃度抑制趨向行為。

      1959年家蠶的性信息素首度被發現,此后,又在鱗翅類等昆蟲中發現幾百種性信息素,鞘翅類、網翅類、半翅類、同翅類、直翅類等昆蟲中發現上百種復合型信息素。信息素是一種易揮發的化合物,在低濃度下就具有較高生物活性,并且對動植物無任何毒副作用。目前,人工合成的信息素已作為有效的并且能夠改變昆蟲行為的工具,應用于害蟲防治領域。

      長期以來,害蟲都是倉儲食品受損的一個核心問題。作物成熟后,谷物以及干果等食物在到達消費鏈終端之前,必須經歷若干的存儲過程。由于存儲過程中產生了內堆熱及水分,使得谷物易受到害蟲的侵染,一些害蟲可從田間或已受侵染糧倉被轉移到倉儲谷物中。由于害蟲可能對食品造成大量的破壞,尤其是在長期的存儲過程中,所以為使食品免受害蟲侵害,必須要采取有效的措施加以保護。

      一直以來,倉儲害蟲的治理主要依靠化學農藥和傳統熏蒸法,并沿用至今。然而,盡管化學農藥能夠有效的消滅害蟲,但是卻威脅到人類的健康并污染了環境,對害蟲的天敵也造成了傷害,所以病蟲害的控制必須要另謀出路。信息素以大規模誘捕、干擾交配及與致病菌聯合應用,成為一種專門針對倉儲害蟲,可持續、環保、又高效的生物學防治措施。

       

      應用于監控的性信息素

      信息素在監測誘捕系統中應用的頗為廣泛。監測誘捕器是由帶有信息素散發器和粘性表面的紙板或塑料板制成的。雄蛾會將誘捕器釋放的信息素誤認為是雌蛾所釋放,飛進誘捕器中,最終被黏到粘板表面。

      復合型信息素作為探測和監控害蟲的工具被用在各種誘捕器中,應用于病蟲害控制領域。誘捕器還包括一些不含信息素,而只由食物引誘劑構成的裝置。

      第一種倉儲害蟲信息素是1966年在黑毛皮蠹中發現的,此后,40余種倉儲害蟲信息素相繼被發現。

      在倉儲害蟲中,性信息素只要由螟蛾科和麥蛾科的蛾蟲以及竊蠹科、豆象科和皮蠹科的甲蟲產生。這些種類的成蟲相對于其他種類,存活時間較短。長蠹科、扁甲科、象甲科、鋸谷盜科和擬步甲科的雄甲蟲會產生復合型信息素,這些種類的成蟲存活時間較產生性信息素的種類則長得多。Phillips曾報道雄性害蟲通過釋放復合型信息素,使同類兩性害蟲感應到信息素及食物的氣味,產生攝食趨向。Landolt發現在特殊條件下,分泌性信息素的雌蛾可以利用雄甲蟲產生引誘物質,同樣的雄甲蟲也可以利用雌蛾產生的性引誘物質

       

      信息素的組合

      復合型信息素和食物引誘劑的組合可作為一種有效地監測工具,應用于倉儲害蟲控制領域。也有一些誘捕器可同時釋放出多種類型信息素。

      同一誘捕器中含有多種不同的信息素,可能產生三種結果。第一,害蟲可被己類信息素所吸引,其它種類信息素的存在對其沒有任何影響;第二,由于信息素的混合使用,使吸引效果增強;第三,一種信息素與其它信息素產生排斥反應,使吸引效果減弱4。監測誘捕不同種害蟲時,監測誘捕器中的信息素和食物引誘劑的相互作用非常重要,直接影響到其誘捕效率。

      Dowdy and Mullen4 研究了,在同一誘捕器中,人工合成的偶相互酌的信息素對谷蠹、赤擬谷盜和花斑皮蠹的誘捕產生的影響。結果表明谷蠹信息素可與赤擬谷盜、花斑皮蠹信息素用于同一誘捕器中,花斑皮蠹信息素不會對赤擬谷盜的誘捕產生負面影響。

      實驗表明銹赤扁谷盜和赤擬谷盜的信息素用于同一誘捕器中不會降低其對任意一種害蟲的引誘效果,銹赤扁谷盜的信息素對赤擬谷盜還具有略微的吸引作用5。

      羅素病蟲害防治中心開發了一款同時針對多種害蟲的高效誘捕器Xlure-MST,它由兩種人工合成的信息素和三種食物引誘劑混合而成,用于誘捕赤擬谷盜、雜擬谷盜,煙草甲、谷斑皮蠹和花斑皮蠹。Xlure-MST擁有強大的探測功能,能探測到其周圍存在的多種爬行類甲蟲和象鼻蟲。僅使用一種誘捕器即可監測十類以上的害蟲,應用于食品行業病蟲害的控制領域,不僅節約了成本,更減少了勞動力。

      多種害蟲誘捕器作為一種正處于研究開發階段的害蟲防治工具,應用于食品行業中,其優勢和要求是:

      1.可同時誘捕多種害蟲。

      2.較需同時使用多個專一誘捕器具有更高的性價比。

      3.具有高效性。

      4.應被用于食品生產加工的每個環節,因為若在食品生產加工的每個環節僅用這一種誘捕工具,即可通過比較誘捕數量得知哪一地點屬易受侵害區域。

      5.盡管在不同的食品生產環節所侵染的害蟲不同,但為了比較最終害蟲的捕獲數量,需要在防治過程中使用相同的方法。

      Xlure-MST進行藥效試驗,結果表明Xlure-MST所釋放的信息素對赤擬谷盜有很強吸引作用,24小時后對赤擬谷盜的捕獲率為80%。同時發現即使誘捕器發生傾斜,被捕獲甲蟲也無法逃脫。

      Xlure-RTU是另一款由羅素病蟲害防治中心開發的,應用于食品工業中的可同時針對多種飛行類害蟲的誘捕器。例如印度谷螟、地中海粉螟、粉斑螟、煙草粉螟、煙草甲、和斑皮蠹。

       

      大規模誘捕

      大規模誘捕是一種將大量的誘捕器置于不同位置,使高密度區害蟲數量減少,并達到防治標準的誘捕方法。實驗室研究表明大規模誘捕對倉儲害蟲效果不明顯,誘捕率低的原因可能是誘捕方法不合理或信息素異構體混入其中6。但Fleurat-Lessard7等人則研究表明,在法國的一個種子存貯室使用信息素對印度谷斑螟進行大規模誘捕,幾年后,種子受侵害率明顯降低,使用殺蟲劑的次數也越來越少。

      在倉儲害蟲防治中,雄蟲被誘捕獲在一定程度上限制了雌蟲性信息素的分泌。通常情況下,雄蟲可進行多次交配,即使雄蟲被捕獲率達到90%,都不會影響與雌蟲的交配和下一代幼蟲的數量。為了實現害蟲防治的高效性,大規模誘捕必須確保大量的雌蛾也被捕獲或不能進行交配。

      大規模誘捕兩性害蟲,使用復合型信息素更為有效。已發現一些種類的雄性倉儲甲蟲能夠分泌復合型信息素。Suzuki and Sugawara10經過實驗研究表明,兩性赤擬谷盜都會對其雄性分泌的復合型信息素產生反應。同樣,Chambers11等研究表明,雄性谷象也能分泌復合型信息素。

      使用復合型信息素誘捕器對鞘翅類害蟲的防治已經取得了階段性的成功。它所釋放的信息素濃度要遠高于在監測裝置中所達到的量。在希臘煙草倉庫中通過粘附在粘蟲板上的性信息素對煙草甲進行大規模誘捕,15個月間共捕獲500,00只雄性甲蟲,是未使用信息素的四倍12。

      對于大規模誘捕倉儲害蟲來說,復合型信息素比性信息素更有潛力,但還需要進一步的研究證實。

       

      干擾交配

      干擾交配技術,通過昆蟲信息素干擾兩性昆蟲交配,使雌蟲的產卵率降到極低,目前在害蟲控制領域應用十分廣泛。在實際害蟲防治過程中,與大規模誘捕相比,干擾交配所需信息素的劑量要大得多8。但作用機制還不是十分清楚13,14,其最可能產生的三種作用方式為:

      觸角接收器和中樞神經系統習慣了外界高濃度的昆蟲信息素的環境,使其對潛在的交配不敏感;

      非雌蟲釋放的高濃度昆蟲信息素源成為其不遺余力尋找的目標;

      小范圍內釋放的大量昆蟲信息素為害蟲提供了多條尋找雌蟲錯誤路徑。

      干擾交配技術的防治效果與防治區域的雌蟲遷移率、害蟲數量初始值、制劑的釋放方式和采用的防治方法都有密不可分的聯系。

      由于合成的性信息素的干擾,在一個模擬的存儲空間里,印度谷斑螟和粉斑螟交配次數大幅度降低15。粉斑螟的交配率,從未使用信息素時的56-70%下降到目前使用后的4-38%,數量也隨之急劇降低,達到0.1/m2。Hodges16在巧克力倉儲車間進行的實驗表明,當存在粉斑螟數量不多時,使用微囊式的信息素制劑可使其交配率和數量都急劇下降,對于這兩種蛾類,在其初始密度相對較低的情況下使用合成信息素可有效地限制害蟲數量的增長。

       

      致病微生物與信息素相結合

      隨著研究水平的發展,微生物極有可能代替傳統殺蟲劑,應用于倉儲害蟲防治領域,多種致病菌已被用于控制倉儲產品中的無脊椎害蟲。其優點為:對人類和其它非靶標生物(天敵)安全無毒,同時也有助于增加天敵對害蟲的捕獲率。

      Burkholder  Boush17最早利用信息素的吸引使倉儲害蟲接近微生物致病源在模擬的倉庫中,他們用花斑皮蠹進行試驗發現,疾病的傳播率為90%,使用信息素引誘劑和具傳播性孢子后,截止到第二代,雄性花斑皮蠹的數量明顯小于處理前的水平18。但是由于病原菌具有侵染特異性,使其不能對不同環境下的所有常見害蟲都具有侵染力,限制了其應用范圍。最近,科學家們正在研究一種富含復合型信息素和病原菌(白僵菌)的植物脂肪顆粒,并對其引誘和消滅大谷蠹的效果進行研究測試19。此方法有望于防治玉米倉儲害蟲,其優點是通過使用脂肪顆粒避免了真菌孢子在空氣中的傳播而導致的過敏性污染。

      致病線蟲已經成為倉儲產品中螟蛾類、象甲蟲類害蟲防治措施之一,Ramos-Rodriguez20經過研究表明,其可侵染六種倉儲害蟲(印度谷螟、地中海粉螟、鋸谷盜、黃粉甲、赤擬谷盜、花斑皮蠹)的幼蟲、蛹蟲和成蟲及兩種倉儲害蟲(米象、谷蠹)的成蟲。經過室驗表明印度谷螟幼蟲的被侵染率達80%以上。線蟲的存活率與環境中的濕度有關,最近研究表明,線蟲能夠在隱蔽及溫熱的條件中存活,如一些特殊的種類可忍受的土壤溫度為35,可用于土壤之外的隱蔽環境的害蟲防治,例如,小卷蛾斯氏線蟲已被用于防治蟑螂。

      信息素與線蟲侵染相結合是一種生物學防治倉儲害蟲的新理念。以信息素為誘餌,將成熟的害蟲引入布滿線蟲的陷阱中,隨后線蟲便粘附于害蟲之上,并使其致死。致病的白僵菌或線蟲都可與信息素聯合使用。除自身被感染外,受侵染害蟲還能成為病原菌的載體,將其傳播給與之交配的異性。信息素與線蟲相結合的害蟲防治法,還處于初級階段,二者之間的結合與優化還需要進一步的研究。

       

      參考文獻

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