Содержание к диссертации
Введение
1. Обзор литературы 9
1.1. Разнообразие вредителей хлебных запасов, их распространение и значение при хранении 9
1.2. Влияние электромагнитных волн на биологические объекты 16
2. Условия, методики проведения исследований и материалы 36
2.1. Климатические особенности и агрометеорологические условия в годы проведения исследований 36
2.2. Методика проведения исследований и материалы 39
2.3. Методика изучения биологических особенностей вредителей и учет причиняемых ими потерь 43
3. Особенности биологии доминирующих видов вредителей запасов в среднем Поволжье 47
3.1. Выявление доминирующих видов вредителей хлебных запасов методом отбора проб и учет с помощью ловушек 47
3.2. Особенности распределения вредителей в складах 59
3.3. Биологические особенности и вредоносность в условиях Среднего Поволжья 67
4. Влияние КВЧ-излучения на зерно 70
4.1. Влияние КВЧ-излучения на посевные свойства семян яровой пшеницы 70
4.2. Влияние КВЧ-излучения на фракционный состав белка 75
4.3. Влияние КВЧ-излучения на соотношение размеров крахмальных зерен 81
4.4. Качественные изменения, происходящие в зерне после воздействия КВЧ-излучения 83
4.5. Влияние КВЧ-излучения на микрофлору зерна яровой пшеницы 87
5. Влияние квч-облучения на биологические особенности вредителей запасов и причиняемые ими потери 90
5.1. Количественные потери зерна от вредителей после воздействия на них КВЧ-излучения 90
5.2. Плодовитость (численность потомства) вредителей, вызывающих скрытую и явную форму зараженности 94
5.3. Влияние мощности облучения и модуляции волны на биологические показатели вредителей 102
5.4. Продолжительность развития 105
5.5. Влияние КВЧ-излучения на преимагинальные фазы развития, продолжительность жизни личинок и куколок 110
5.6. Влияние КВЧ-излучения на размеры потомства в I поколении после облучения имаго и личинок 117
6. Влияние условий квч-облучения на эффективность его использования 120
6.1. Условия облучения 120
6.1.1. Влажность зерна 120
6.1.2. Геометрические характеристики зерна 125
6.1.3. Размеры вредителей 127
6.1.4. Воздействие КВЧ-облучения различной длины волны и модуляции 131
6.1.5. Зараженность в скрытой и явной форме зерна злаковых и бобовых культур (с одной и двумя семядолями) 133
6.1.6. Продолжительность облучения 135
6.1.7. Условия хранения облученного зерна 140
6.2. Комплексная оценка применения КВЧ-излучения 148
6.3. Экономическая эффективность 153
Выводы
- Влияние электромагнитных волн на биологические объекты
- Методика изучения биологических особенностей вредителей и учет причиняемых ими потерь
- Особенности распределения вредителей в складах
- Влияние КВЧ-излучения на соотношение размеров крахмальных зерен
Введение к работе
Актуальность работы. Проблема контроля численности вредителей хлебных запасов является одной из наиболее важных в сельском хозяйстве. Большинство их характеризуется отсутствием диапаузы, в связи с чем при благоприятных условиях они размножаются и вредят круглый год. При оптимальных условиях развития происходит быстрое нарастание численности популяции насекомых. Отсутствие или наличие вредителей запасов, особенно доминирующих видов, является одним из основных показателей фитосанитарного состояния склада или элеватора. В последние годы отсутствие государственной монополии при хранении зерна привело к исключению из технологической цепочки обязательного ежегодного профилактического обеззараживания складов и элеваторов, в результате чего заметно изменился видовой состав вредителей запасов. Выявление видового разнообразия вредителей, учет и контроль их численности в зерновых массах, позволит предотвратить потери качества и количества зерна.
В последние годы, на фоне значительного ряда работ по действию электромагнитного излучения миллиметрового диапазона на живые организмы, возникло новое направление, затрагивающее фундаментальные аспекты жизнедеятельности клетки растительного или животного происхождения.
Полученные данные подтверждают гипотезу о специфическом действии волн миллиметрового диапазона, выраженном в сохранении стимулирующего эффекта (эффекта памяти), вплоть до образования генеративных органов. Исследования действия электрических полей высокой частоты на насекомых - вредителей запасов, проводимые с целью разработки мероприятий по их уничтожению, показали, что эффект от действия электромагнитного излучения имел разный характер, как стимулирование развития, так и торможения. Влияние КВЧ-излучения на жизнедеятельность насекомых практически не изучено, особенно как способа регулирования численности вредителей запасов. Изучение комплексного влияния излучения на зерно, имаго и преимагинальные фазы развития насекомых свидетельствует о перспективности данного физического метода борьбы с вредителями хлебных запасов.
Цель и задачи исследований. Выявить доминирующие виды вредителей запасов при хранении зерна в складах в условиях Среднего Поволжья и определить комплексное влияние КВЧ-излучения на особенности их биологии, причиняемые потери и качество зерна. В соответствии с целью были определены следующие задачи:
1. Выявить доминирующие виды вредителей запасов, изучить особенности их биологии, пищевой специализации и влияния при зараженности зерна.
2. Определить режимы обработки зараженного зерна с использованием КВЧ-излучения.
3. Изучить изменения биохимических свойств зерна под влиянием КВЧ-излучения.
4. Определить влияние КВЧ-облучения на посевные, технологические и гигиенические свойства зерна.
5. Определить влияние КВЧ-облучения на жизнеспособность имаго, яиц, личинок различных возрастов и куколок насекомых, образующих явную и скрытую форму зараженности зерна.
6. Установить влияние КВЧ-излучения на продолжительность жизни вредителей, плодовитость, количество поколений, отрождение имаго нового поколения и их размеры.
7. Определить эффективность КВЧ-облучения в зависимости от исходного состояния зерна, режимов облучения, условий хранения, а также формы зараженности зерна, стадии развития и размеров вредителей.
8. Определить экономическую эффективность при разработке методов контроля численности вредителей запасов с использованием КВЧ-излучения.
Научная новизна. В условиях Самарской области впервые проведено" исследование по выявлению доминирующих видов вредителей хлебных запасов, сроков их активности и установлению количества генераций. Определены режимы облучения, которые стимулируют физиологические процессы, происходящие в зерне, и угнетают развитие различных стадий вредителей в зависимости от физических свойств зерна, биологических особенностей и условий хранения. Предложены методики для оценки КВЧ-излучения на вредителей. Впервые установлено влияние КВЧ-излучения на биологические показатели их развития, особенно на репродуктивную способность. Выявлены наиболее оптимальные условия воздействия КВЧ-излучения на биохимические, технологические и посевные свойства зерна. Проведена комплексная оценка влияние КВЧ-излучения на биологию развития вредите лей и на зерно яровой пшеницы по 37 показателям. Изучены перспективы применения КВЧ-излучения как принципиально нового метода контроля численности вредителей хлебных запасов.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Доминирующие виды вредителей запасов в условиях Среднего Поволжья при хранении зерна в складах составляют около 20% видового состава насекомых и клещей, зарегистрированных в складах Самарской области (14 из 75), и дающих 1 или 2 поколения в году. Наиболее поражаемыми сортами зерна мягкой яровой пшеницы являются; Кинельская-60, Кинельская-59, Кутулукская, Грекум, Л-503, 1-5 лет хранения.
2. Облучение повышает энергию прорастания у влажного зерна на 3,3%, всхожесть - у сухого зерна на 2,7%; повышает количество и качество клейковины сухого зерна; влияет на структуру крахмальных зерен; изменяет содержание белка в различных фракциях; аминокислот и жира, уменьшает обсемененность зерна микрофлорой.
3. Биологические показатели вредителей оценены по продолжительности их развития и жизни, способности к питанию и размножению. По степени снижения чувствительности к КВЧ-излучению все стадии развития изученных видов вредителей располагаются в следующем порядке: яйца в скрытой форме зараженности зерна яйца в явной форме личинки долгоносиков, находящиеся в скрытой форме личинки зерновок в скрытой форме личинки I и II возраста в явной форме зараженности (личинки мелких видов более чувствительны - хрущаки малый мучной и малый черный (Tribolium castaneum, Т. destructor) куколки личинки III и IV возраста в явной форме личинки крупных видов - большой темный хрущак (Tribolium molitor) самцы самки имаго хрущаков малого булавоусого и малого черного, суринамского мукоеда имаго амбарного долгоносика (крупные виды более чувствительны) рисового долгоносика суринамского мукоеда, хрущаков малого булавоусого и малого черного гороховой зерновки фасолевой зерновки. От облученных имаго и личинок, образующих явную форму зараженности зерна (малый булавоусый и малый черный хрущаки) отрождаются более крупные потомки. Облучение в большей степени влияет на репродуктивную способность самцов.
4. Воздействие КВЧ-излучения на зараженное зерно оценено по 37 критериям, разделенным на 6 групп: биологических, биохимических, технологических, посевных, качественных и показателей, влияющих на эффективность облучения, в кото рых отражено его комплексное влияние на организм насекомых и свойства зерна в целом. Применение КВЧ-излучения для профилактических и истребительных целей будет способствовать снижению затрат на дезинсекцию зерна (например, фос-фином).
Практическая ценность работы. Установлены биологические особенности, сезонность и цикличность развития вредителей запасов при хранении зерна в складах Самарской области. Исследования в лаборатории проводились на 11 видах, по всем показателям на 5 (долгоносиках амбарном и рисовом, хрущаках малом була-воусом и малом черном, фасолевой зерновке). В результате исследований установлены оптимальные условия при использовании КВЧ-излучения как метода борьбы с вредителями. Определено влияние КВЧ-излучения на основные биологические особенности вредителей, а также биохимические, технологические, посевные свойства зерна яровой пшеницы. Анализ воздействия КВЧ-излучения по 13 показателям позволит подобрать режимы обработки зараженного зерна. Полученные результаты исследований могут быть использованы при разработке промышленных установок, применение которых позволит снизить затраты на борьбу с вредителями и улучшить качество зерна.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на Поволжской научно-практической конференции «Пути повышения качества зерна и продуктов его переработки» (Самара, 2002); на первой региональной научно-практической конференции «Проблемы защиты растений в Поволжье» (Самара, 2002); на международной научно-практической конференции «Экологические аспекты интенсификации сельскохозяйственного производства» (Пенза, 2002); на XII Съезде Русского Энтомологического общества (Санкт-Петербург, 2002); на 4-й международной конференции молодых ученых и студентов «Актуальные проблемы современной науки» (Самара, 2003); на традиционной международной конференции «Медико-биологические проблемы экологической безопасности агропромышленного комплекса» (Москва - Сергиев Посад, 2003); на конференции «Вклад молодых ученых в развитие аграрной науки в начале XXI века» (Воронеж, 2003); на конференции «Современные энерго- и ресурсосберегающие, экологически устойчивые технологии и системы сельскохозяйственного производства» (Рязань, 2003)»; на международной межвузовской конференции в Самарской ГСХА «Актуальные проблемы АПК в XXI веке» (кинель, 2004); на конференции «Региональные проблемы народного хозяйства» (Ульяновск, 2004); на конференции «Молодые ученые в решении региональных проблем АПК» (Самара, 2005); на заседаниях кафедры технология хранения и переработки продукции растениеводства Самарской СГСХА (2001, 2002, 2003, 2004 и 2005).
Публикации материалов исследований. По теме диссертации опубликовано 15 научных работ, в том числе 2 в центральной печати.
Декларация личного участия автора. Диссертация содержит фактический материал, полученный лично автором в течение 2001-2004 гг. Лабораторные и производственные исследования, обработка и анализ материала выполнены автором полностью самостоятельно. В совместных статьях доля личного участия автора составляет от 30 до 80%.
Объем и структура диссертации.
Диссертация изложена на 165 стр., состоит из введения, 6 глав, выводов, списка литературы и приложений. В работе содержится 45 таблиц, 21 рисунок и 48 приложений. Библиографический список включает 260 источников, в том числе 55 на иностранных языках. Автор выражает благодарность за помощь в работе сотрудникам и зав. кафедрой технологии хранения и переработки продукции растениеводства Самарской ГСХА, д.с.-х. н., профессору М.И. Дулову; д.б.н. профессору Г.А. Закладному (ВНИИ зерна) за консультацию по теме исследований; зав. кафедрой химии и биохимии СГСХА, д.б.н., профессору Н.П. Бакаевой и зав. НИЛ биохимии Т.И. Щербаковой за помощь в проведении анализа фракционного состава белка; зав. лабораторией ботаники и физиологии растений, профессору Г.К. Марковской за помощь в проведении анализов по зараженности зерна микрофлорой; зав. лабораторией по оценке качества зерна и зернопродуктов А.Н. Пермякову (СГСХА); сотрудникам и зав. отделом яровых пшениц Поволжского НИИ селекции и семеноводства им. Константинова д.с-х. н., профессору А.П. Головоченко; сотрудникам и зав. лабораторией животноводства Ю.Н. Ульянову; заслуженному деятелю науки РФ д.с.-х. н. профессору Н.А. Вилковой и к. с.-х. н. Л.И. Нефедовой (ВИЗР) за консультацию по методике определения крахмальных зерен; зав. кафедрой основ конструирования и технологий радиотехнических систем Поволжской академии телекоммуникаций и информатики, д.т.н., профессору В.А. Неганову и инженеру А.Н. Суркову за консультации по применению приборов Явь 1.1. и Явь 1.М
Влияние электромагнитных волн на биологические объекты
Природа электромагнитного излучения. Существование электромагнитных волн - переменного электромагнитного поля, распространяющегося в пространстве с конечной скоростью, - впервые предсказал Майкл Фарадей в 1832 году. Впоследствии идея существования электромагнитных полей была доказана математически Дж.К. Максвеллом (И.Е. Тамм, 1976; Э. Парселл, 1983; Р.И. Грабовский, 2002).
Согласно электромагнитной теории Дж. Максвелла, переменное электромагнитное поле представляет собой совокупность переменных взаимно перпендикулярных электрических и магнитных полей, перемещающихся в пространстве со скоростью (Р. Фейнман, 1966). Переменное электрическое поле порождает магнитное, которое тоже оказывается переменным и в свою очередь порождает электрическое и т.д. Таким образом, если возбудить с помощью колеблющихся электриче- -ских зарядов переменное магнитное поле, то в окружающем заряды пространстве
возникнет последовательность взаимных превращений электрического и магнитных полей, распространяющихся от точки к точке. Этот процесс будет периодическим во времени и в пространстве и, следовательно, представляет собой волну (А.В. Астахов, 1980; Физический энциклопедический словарь, 1983; О.Ф. Кабар-дин, 1988).
Электромагнитные волны, обладая широким диапазоном частот (или длин волн), отличаются друг от друга по способам их генерации и регистрации, а так же по своим свойствам. Поэтому электромагнитные волны делятся на несколько типов: радиоволны, световые волны, рентгеновское и у - излучение. Границы между различными типами электромагнитных волн довольно условны. Каждому типу электромагнитного излучения соответствует конкретный диапазон волн и определенная полоса частот. Так, например, радиоволновому излучению соответствуют частоты от v = 3Гц до v = 3 10п Гц (длина волны от Л=108 м до Л=10 м). В свою очередь радиоволновое излучение делится на несколько видов: крайне низкочастотное, сверхнизкочастотное, инфранизкочастотное, очень низкочастотное, низкочастотное, среднечастотное, высокочастотное, очень высокочастотное, ультравысокочастотное, сверхвысокочастотное, крайне высокочастотное и децимиллимет-ровое. Среди всего спектра электромагнитного излучения радиоволнового диапазона выраженным биологическим действием обладают сверхвысокочастоные (СВЧ) - длина волны лежит в пределах Я, = 10" - Ю-2 м, частота v = 3 10 9-3 1010 Гц и крайневысокочастотные (КВЧ) электромагнитные поля, для которых А=10 -10_3 ми v=3 10,0-3 10" Гц (А.В. Астахов, 1980; Д.Г.Кнорре, 1981).
Распространение электромагнитного поля носит волновой характер. При передаче вдоль проводников оно осуществляется с помощью изменяющихся токов проводимости и токов смещения. Возникающие при этом электрические и магнитные поля взаимно превращаются и поддерживают друг друга. На низких частотах электрические явления сильно зависят от токов проводимости, определяемых сопротивлением линии (Л.Д. Ландау, Е.М. Лифшиц (1976); СВ. Войсовского (1984). В высокочастотном диапазоне они определяются в основном токами смещения, связанными с электромагнитными процессами в окружающей среде (А.В. Астахов, 1980).
Физические основы влияния электромагнитных волн КВЧ - диапазона. Все живое на Земле, в том числе и человек, практически постоянно подвергаются действию электромагнитных излучений малой интенсивности. Источники микроволн, создающие в биосфере микроволновый фон, подразделяют на две группы: естественные и искусственные (А.Ф. Харвей, 1965; А.С. Пресман, 1968; Ю.Б. Кудряшов, 1980). К естественным относят излучения Солнца, Луны, планет Солнечной системы, комет и других космических объектов (А.Ф. Харвей, 1965).
Отмечают, что в радиоастрономии излучательная способность источника электромагнитных колебаний характеризуется спектральной плотностью потока мощности, определяемой как отношение потока излучения, взятого в бесконечно малом спектральном интервале, содержащем данную длину волны X, к ширине этого интервала d (Физический энциклопедический словарь, 1983). В миллиметровом диапазоне на частотах 100—300 ГГц у поверхности Земли зарегистрирована СВЧ-мощность Солнца, равная 2-Ю Вт/м , при плотности водяных паров в атмосфере 2,7 г/м3. СВЧ-излучение, в отличие от излучения более низкочастотного диапазона, обычно распространяется в пределах прямой видимости. На его распространение заметное влияние оказывает тропосфера, состоящая в основном из смеси газов и паров воды. Дециметровые волны поглощаются в тропосфере слабо, а в сантиметровом и миллиметровом диапазонах наблюдаются значительные потери СВЧ-энергии вследствие резонансного поглощения в парах воды при X, равном 1,35; 1,5 и 0,75 см, и в кислороде при X = 0,5 и 0,25 см.
Для понимания специфики взаимодействия ЭМП с биологическими объектами и расчета поглощенной в них энергии необходимо знание электрических свойств тканей организма, которые во многом определяются количественным содержанием в них минеральных ионов, воды, а также других заряженных и диполь-ных молекул. По содержанию воды ткани условно можно подразделить на жидкие (кровь, лимфа), с высоким содержанием воды (внутренние органы, мышцы и др.) и содержащие мало воды (жировая ткань, кости, костный мозг). Рассеивание электромагнитной энергии в ткани в основном связано с колебаниями зарядов (потери проводимости) и релаксацией дипольных молекул (диэлектрические потери), соотношение между которыми выражают tgS (А.С. Пресман, 1968).
Методика изучения биологических особенностей вредителей и учет причиняемых ими потерь
Большинство известных методов обнаружения насекомых в зерновой массе предполагают отбор пробы зерна от партии и анализ этой пробы. Отбор проб осуществляли по ГОСТ 13586.3 - 83. Зерно. Правила приемки и методы отбора проб. Зараженность вредителями определяли по ГОСТ 13586.6 - 93. Зерно. Методы определения зараженности вредителями.
Учет вредителей в складах так же проводили с помощью ловушек (Г.А. Закладной, 1991; Е.А. Соколов, 1992). Данные метод позволил проследить динамику развития вредителей, их массовый выход, появление новых поколений, и уход на зимовку. Ловушки представляли собой пластмассовые стаканчики высотой 15-20 см, объемом 300 мл, заполненные наполовину 10% водно-солевым раствором. Их устанавливали в кирпичном зерновом складе Поволжского НИИСС на партиях зерна яровой пшеницы, хранящейся штабелями в мешках. Количество расставленных стаканчиков определялось количеством мешков каждого сорта. В среднем, на 4 мешка приходилось по 1 стаканчику, что давало наибольшую результативность. Ловушки ставили в промежутки между мешками, в различных частях штабеля, а так же под стелажами. Для лучшего соприкосновения их располагали под углом 45 к мешкам. Во время каждого осмотра, попавших в ловушку вредителей удаляли. Степень зараженности зерна определяли по количеству насекомых, попавших в ловушки за сутки. Всего за период с конца апреля по октябрь обработано 990 ло-вушко суток за год, а за период исследования -2970 ловушко-суток.
Методика изучения динамики численности популяции. За основу была взята общепринятая методика Г.А. Закладного (Б.Г. Дж. Кабир, 2002). Для этого в трех повторностях в 3-х литровые стеклянные сосуды помещали по 1 кг зерна яровой пшеницы. Затем в каждый сосуд подсаживали по 5 пар (5 самок и 5 самцов) амбарного долгоносика в возрасте 2-3 дня. Сосуды плотно закрывали тканью и держали в термостатах при заданной температуре. Регулярно подсчитывали численность жуков в сосудах. На основе данной методики были получены данные по продолжительности жизни и соотношению полов. В течение 3-лет разведение насекомых происходило непрерывно. В опытах использовались жуки 1-2 дневного возраста.
Исследования биологии развития вредителей, образующих скрытую и явную форму зараженности зерна. При исследовании особенностей биологии развития вредителей после воздействия КВЧ-излучения рассматривали следующие показатели: плодовитость (численность потомства), продолжительность развития, продолжительность жизни жуков. За основу была взята общепринятая методика Г.А. Закладного (Б.Г. Дж. Кабир 2002). Подробная методика изложена в приложении 6. Определение плодовитости (численности потомства). Опыты проводились при оптимальной температуре 27С и относительной влажности 75%. В трех повторностях в стеклянные сосуды помещали по 50 (100) г зерна и подсаживали по 50 пар имаго вредителей в возрасте 10-15 дней (приложение 5, 6). Определение продолжительности жизни жуков. В трех повторностях в стеклянные сосуды помещали по 50 г зерна различной влажности в зависимости от цели опыта и подсаживали по 50 отродившихся жуков. Регулярно посчитывали число живых и мертвых жуков (приложение 7). Методика учета потерь массы зерна яровой пшеницы от жуков и личинок после КВЧ-облучения. Для определения потерь массы сухого вещества от жуков, в чашки Петри помещали по 5 г зерна, влажность которого определяли предварительно. В каждую чашку, за исключением контрольных, подсаживали по 100 экземпляров жуков и личинок (приложение 8). Определение влияния технологических свойств зерна на эффективность использования волн КВЧ-диапазона. Изучение влияния технологических свойств зерна на эффективность использования волн КВЧ-диапазона как средства дезинсекции зерна, нами проводилось на основе методики определения плодовитости (численности) имаго амбарного долгоносика, методики определения продолжительности жизни и с учетом методики по изучению влияния технологических свойств зерна на эффективность дезинсекции зерна И.А. Кондратьева (1999).
Методика по изучению последействия КВЧ-излучения на жизнеспособность вредителей предложена впервые. Для этого в трех повторностях в стеклянные сосуды помещали по 50 г зерна различных культур в сухом состоянии с влажностью 14% и подсаживали по 50 отродившихся жуков. Облучение проводилось вместе с семенами при времени облучения в течение 30 минут. Опыт проводили в 3-х кратной повторности. По этой методике проводилось изучение влияния размера, формы и поверхности зерновки на эффективность КВЧ-излучения. Жуков амбарного долгоносика облучали вместе с зерном 8 культур: пшеницы, ячменя, просо, льна, ку курузы, фасоли, гречихи, гороха. Затем жуков из каждого опыта пересаживали на 50 г пшеницы. Стеклянные сосуды хранили в термостате при температуре 27С и относительной влажности воздуха 75+5%. Регулярно подсчитывали число живых и мертвых жуков. Периодичность наблюдения составляла 2-3 дня. При каждом подсчете мертвых жуков удаляли. Наблюдения вели до полной гибели жуков.
Методика исследования влияния КВЧ-облучения на преимагинальные фазы развития вредителей. Для изучения влияния КВЧ-излучения на преимагинальные фазы развития вредителей, вызывающих явную форму заражения, в чашки Петри на питательный субстрат (зерно или шрот) помещали по 100 взрослых насекомых. Далее их помещали в термостат при оптимальной температуре развития 27С и относительной влажности воздуха 75+5% и оставляли на 3-5 дней, затем жуков удаляли, а зерно или шрот оставляли для дальнейшего развития яиц, личинок и куколок. Для получения преимагинальных фаз насекомых, развивающихся в скрытой форме, в стеклянные сосуды помещали по 500 г зерна и 500 жуков, оставляли на 5-7 дней, затем их удаляли. Определение зараженности зерна в разных стадиях определяли с помощью метода определения скрытой зараженности ГОСТ 13586.4-83. Зерно. Методы определения зараженности и поврежденности вредителями.
Методика исследования пищевой ценности зерна яровой пшеницы. Для анализа содержания белка, крахмала и жира было взято зерно массой 50 г из контрольных и опытных образцов. Более подробное описание методик описано в приложениях 9, 10. Определение изменения размеров крахмальных зерен проводили по методике Л.И. Нефедовой. Основным объектом исследования, по которому можно судить об изменениях, является эндосперм зерновок. Получить исследуемый объект в нативном состоянии позволяет метод тонких шлифов. Преимущество тонких шлифов состоит в том, что объект исследования не подвергается посмертным изменениям, не требует предобработки и фиксации, дает четкую морфологическую картину распределения тканевых структур (Н.А. Вилкова, Н.Д. Шапиро, Л.И. Нефедова, 1989). Определение фракционного состава белка. В настоящее время известны различные способы выделения белковых фракций зерна. В основу наших исследований по выделению белковых фракций зерна пшеницы был положен метод, описанный Х.Н. Починок (1976) (приложение 10).
Особенности распределения вредителей в складах
Выявление наиболее распространенных видов вредителей и изучение их биологии в производственных условиях было необходимо для проведения следующего этапа опытов по изучению влияние КВЧ-излучения, как экологически безопасного метода борьбы с насекомыми. Выявление доминирующих видов вредителей в складах проводилось с целью выбора объектов исследования и сравнения данных лабораторных и производственных экспериментов. Для условий Самарской области нами было выявлено количество поколений доминирующих видов вредителей при хранении, изменение динамики численности по годам и сезонам, а также установлены закономерности распределения их в складах, при хранении зерна в мешках. На основе полученных данных, как показано в предыдущей главе, было установлено, что особенности распределения вредителей в складах, а также степень зараженности зерна зависят от их биологических особенностей, сроков хранения зерна и большей или меньшей предпочитаемости вредителями зерна различных сортов. Продолжительность хранения оказывает влияние на устойчивость зерна. Замечено, что амбарный долгоносик охотнее откладывает яйца в хранившееся зерно, чем в свежеубранное.
Обследование проводилось на зерне яровой пшеницы 8 сортов, 1, 3, 5, 7,8, 9 лет хранения. Для учета численности вредителей в период с 2001 по 2003 год, использовались две методики - отбор проб и метод ловушек. По полученным нами данным было установлено, что зараженность в скрытой форме увеличивается в зависимости от длительности хранения. Она была отмечена только в зерне урожая 1999 и 2000 г и отсутствовала в зерне 1 года хранения (2001 г). Также в зерне сорта Грекум-3152 (1997 г), хранившегося 4 года, зараженность в скрытой форме не была обнаружена. Возможно, это обусловлено, увеличением твердости зерна вследствие низкой влажности и длительности хранения. Сорта, имеющие высокую стекловид-ность, во все годы исследования также в меньшей степени были подвержены зараженности вредителями, например, Кинельская-59 (2001 г.) - 80%, Кинельская-60-2001 г. - 76%. В образце сорта Кинельская-59 (1999) было отмечено наибольшее количество мертвых амбарных долгоносиков, что возможно, также связано с высокой пораженностью зерна клопом-черепашкой (12,5%), влияющего на качество зерна. Было установлено также, что зерно, пораженное клопом-черепашкой, повреждалось амбарным долгоносиком гораздо меньше, чем незараженное зерно. Это подтверждается и в работе Е.С. Павловой (2002).
Некоторые виды вредителей при равных условиях хранения предпочитают определенные сорта (табл. 3). Например, амбарный долгоносик предпочитал развиваться на зерне сортов Кинельская-59 (1999), Кинельская-60 (1999), Грекум (1997), а в 2002г. - Кутулукская (1997), хрущак большой темный - на Кинельская-59 (1999), Л-503 (1995), хрущак малый булавоусый - на Кинельская-59 (1999). Большинство видов вредителей отмечались на сортах Кинельская-59 и Кинельская-60 (2000 г.), Кутулукская, Грекум разных лет хранения. Низкую зараженность зерна сортов длительного хранения можно объяснить за счет миграции насекомых на зерно нового урожая. В таблице 3 приведены данные по заселенности зерна сортов яровой пшеницы доминирующими видами насекомых и клещей. Для каждого вида определены сорта по степени предпочитаемости (по степени зараженности), указанной, сверху вниз. На протяжении трех лет исследований степень предпочтения зерна различных сортов комплексом вредителей почти не менялась. Наиболее предпочитаемыми сортами оказались Кутулукская и Грекум урожая 1997 г, но у амбарного долгоносика при увеличении срока хранения зерна предпочитаемость увеличивалась (на Кутулукской) или уменьшалась (Грекум) (табл. 4).
На зерне более длительного срока хранения (Л-503, 1995 г.) также был обнаружен разнообразный по видовому составу комплекс вредителей, но наиболее предпочитаемым он оказался только для клещей.
На этом сорте также наблюдалось наибольшее варьирование количества поколений, но в сторону их уменьшения, что свидетельствует о снижении пищевой ценности зерна при длительных сроках хранения. Зерно одного года хранения менее предпочитаемо для вредителей по сравнению с двухлетним. Например, на зерне сорта Кинельская 60 (2000 г.) степень предпочтения его амбарным долгоносиком увеличилась, а также отмечалось развитие трех поколений в году вместо двух. Наиболее устойчивым к заражению насекомыми и клещами в 2001 году оказалось зерно сорта Кутулукская (1997 г.), более сильно поражено вредителями - Кинель-ская-59 (1999) и Кинельская-60 (1999), Грекум (1997). Погодные условия в 2001 году способствовали уменьшению численности вредителей в складах, так как в зимний период отмечались многочисленные оттепели, сменяющиеся морозами, в результате чего происходило более сильное промерзание зерна. Весенний период начался относительно рано и не отличался от среднемноголетних данных, также как и летние месяцы, в результате чего происходило медленное нарастание численности вредителей (приложение 1 1).
Примечание: -первая цифра степень предпочтения данного сорта в 2001 году, вторая - 2002 г и третья - в 2003 году. Количество вредителей стало заметно уменьшаться только в октябре, что можно связать с теплым и сухим сентябрем, хотя обычно это происходит уже в середине августа. В 2002 году, после года хранения впервые появилась зараженность зерна на сортах: Кинельская-59 и Кинельская-60 урожая 2001 г.
Перед зимовкой в складах произошла миграция насекомых. В декабре отмечалась минимальная температура воздуха -38 С, а февраль был теплее обычного, поэтому большая их часть скопилась во временных резервациях, где они легко перенесли морозы (в мешках живые экземпляры отсутствовали). Весной они вновь заселили зерно. В зимний период была впервые зарегистрирована скрытая форма зараженности на зерне сорта Харьковская-46 (1999 г.), а у других сортов она не изменилась. За тот же период на зерне сортов Л-503 и Грекум увеличилась зараженность в явной форме. Интенсивность заражения вредителями различных сортов (в мае 2002 г.) после промораживания (гибель в январе) не зависела от интенсивности их предыдущей зараженности, зарегистрированной в ноябре.
Почти во всех сборах 2002 года доминировали имаго и личинки амбарного долгоносика, паразитирующие на нем Pteromalidae и личинки хрущаков (приложение 12). Только на Харьковской-46 были обнаружены единичные мертвые экземпляры зернового точильщика, а на Л-503 - рыжего мукоеда, которые преобладали на Л-503, урожая 1995 г. Но значительно большее количество вредителей этих видов были отмечены в скоплениях мусора под стеллажами или там, где пробы просыпей можно было взять вместе с землей. В складах обилие вредителей в резервациях не коррелировало с их разнообразием в мешках. После промораживания в зимнее время, весной начиналось повторное заражение зерна в мешках долгоносиками, которые оставались живыми в резервациях. Особенностью 2002 года, явилась более ранняя весна, в целом умеренное лето и наступление заморозков уже в начале сентября. Поэтому первый пик нарастания численности вредителей приходился на начало июля, а максимальный - на конец августа.
При отсутствии обработок в складах Поволжского НИИСС происходил естественный контроль численности вредителей за счет чрезвычайного развития паразитических перепончатокрылых - птеромалид, уничтожающих личинки долгоносиков. Естественный фон численности птеромалид на зерне различных сортов, по-разному зараженных долгоносиками, составил от 14 до 70 %. Наибольшая числен 65 ность перепончатокрылых была на зерне сорта Кутулукская в 2002 году, а также на других сортах двух лет хранения, как и наибольшая численность долгоносиков. По данным Р.И. Хлопцевой (1988), птеромалиды Anisopteromalus calandrae способны в течение двух месяцев уничтожить популяцию долгоносика более чем на 60 %.
Количественное распределение птеромалид по их хозяевам не коррелирует с численностью амбарных долгоносиков, в разной степени поражающих зерно сортов яровой пшеницы. Наименьшая зараженность птеромалидами отмечалась в образцах зерна сортов Кутулукская (1997 г.) в 2001 г., а в 2002 г составляла 36% от общего количества долгоносиков. Опосредованным свидетельством сдерживания численности амбарных долгоносиков является меньшая зараженность ими зерна в скрытой форме, чем в явной. Степень заражения долгоносиков в скрытой форме птеромалидами наименее выражена была при хранении зерна в течение первых двух лет.
Влияние КВЧ-излучения на соотношение размеров крахмальных зерен
Важным показателем в развитии вредителей запасов является вредоносность имаго. В литературных источниках приведены многочисленные данные по количеству потерь массы зерна от насекомых. В разных странах они колеблются: для пшеницы от 1,5 до 7,3%, для кукурузы от 2 до 23%, для риса от 2 до 49%, для бобовых от 14 до 64%. В Индии при хранении зерна пшеницы влажностью 7,8 - 15,7% в течение 8-10 месяцев потери массы оценивают в среднем от 0,95 до 2,9%. В Турции после 9 месяцев хранения обычно насекомые заселяют до 15% зерна, что вызывает потери около 1,9 г на 1000 зерен пшеницы (Р.И. Хлопцева, 1988).
По данным П.Д. Румянцева (1959), одна пара жуков амбарного долгоносика со своим потомством за 6 месяцев уничтожает 10% из 10 г зерна пшеницы влажностью 13%. В приведенных опытных данных Г.А. Брудной и Е.М. Родионовой за шесть теплых месяцев хранения зерна пшеницы влажностью 12,5% один жук этого же вида долгоносика съедал 73,2 - 128 мг, а при хранении зерна влажностью 14,4% долгоносик уничтожал до 241-481 мг зерна. В результате жизнедеятельности, после питания амбарного долгоносика на зерне пшеницы возрастала зольность, содержание белка, азота, водо-растворимых углеводов, а содержание крахмала уменьшалось. Объясняется это нарушением соотношения в зерновках эндосперма и оболочек.
С целью выявления количественных потерь зерна от вредителей, подвергшихся КВЧ-облучению, нами была поставлена серия опытов. Кроме того, как было показано выше, облучение влияет на качество зерна, изменяется содержание в нем аминокислот, что возможно так же приводит к ухудшению или улучшению его усвоения насекомыми. Облучение самих вредителей также может изменить их жизнеспособность и обменные процессы в организме, что тоже может сказаться на изменении количественных потерь зерна.
Объектами исследований были амбарный долгоносик и малый мучной хрущак, как наиболее распространенные и опасные при хранении зерновых запасов, и поражающие зерно соответственно в скрытой и явной форме. Облучение проводили прибором ЯВЬ-1.1 с обыкновенной длинной волны (5,6 мм) и с модулированной. Для облучения вместе с зерном 100 экземпляров амбарного долгоносика по мешали на 5 г, зерна. Через 14 дней определяли поедаемость зерна (приложение 30, 31, табл. 18).
В результате проведенных анализов количественных потерь зерна, причиняемых амбарным долгоносиком после облучения, было отмечено, что наибольшая эффективность от применения облучения была при экспозиции 30 минут с обыкновенной длинной волны (5,6 мм). Потери в массе зерна были минимальными 0,09 г (-60,9%) по отношению к контролю.
В контрольных образцах потери массы составили 4,6%, а при облучении в течение 30 минут- 1,8%. Отличительной особенностью в опытах явилось увеличение потерь зерна от облученных жуков по сравнению с необлученными при экспозиции 15 минут. Это связано, очевидно, с ускорением интенсивности обменных процессов насекомых, которые были отмечены также во всех опытах по изучению их биологических особенностей, когда темпы роста и развития имаго и личинок возрастали при экспозиции 15 минут. При использовании облучения модулированной длиной волны потери зерна менее значительны и составляют при облучении в течение 30 минут 3,4% от исходной массы зерна, что на 1,6% меньше по сравнению с облучением обыкновенной длиной волны, а при облучении 15 минут максимальные потери также составляли 6,0% от исходной массы зерна, по отношению к контролю (Ю.А. Ромадина, 2002, б, в).
Для выявления наиболее эффективного времени воздействия облучения на имаго малого черного хрущака {Tribolium destructor), проводилась аналогичная серия опытов (табл. 19). В отличие от амбарного долгоносика он образует явную форму заражения. Коэффициент его вредоносности составляет 0,4, тогда как коэффициент вредоносности амбарного долгоносика - 1,5 (Г.А. Закладной, 1985). Хотя потери зерна от хрущаков ниже, чем потери от амбарного долгоносика, при хранении зерна в течение 2-3 лет именно хрущаки являются более распространенными в складах и их численность значительно превышает численность амбарного долгоносика.
В наших опытах в контроле потери от малого черного хрущака составили в среднем 3,6% от исходной массы. При КВЧ-облучении в течение 15 минут наблюдалось аналогичное увеличение потерь зерновой массы, как и при облучении амбарного долгоносика. При использовании обыкновенной длины волны, 30 минут -наиболее оптимальное время облучения для малого мучного хрущака. По отношению к контрольным образцам (потери зерна при питании необлученных жуков) разница в потерях зерна при облучении жуков обыкновенной длиной волны составляла 3,2%, а при облучении модулированной волной 3,0% (приложение 32, 33). Следовательно, интенсивность питания жуков амбарного долгоносика, подвергшихся облучению, была в 2,3 раза меньше при облучении с использованием обыкновенной длины волны, по сравнению с контролем, а при облучении с использова ниєм модулированной длины волны в 1,3 раза меньше (Ю.А. Ромадина, 2003 б). В аналогичном опыте, с использованием в качестве объекта малого черного хрущака, наблюдалась такая же тенденция. При облучении с использованием обыкновенной длины волны, потери зерна, при питании жуков оказались в 10,5 раза меньше, чем при облучении с модулированной длиной волны в 7,2 раза.
Прожорливость жуков амбарного долгоносика также изучалась на зерне, полученном в первом поколении после облучения исходного образца, и его последующего посева. Необлученных жуков подсаживали на зерно этого урожая. В контроле было зерно, выращенное из необлученных семян в тех же условиях последействия. Масса навески составляла 5 г, после поедания (100 жуками) в течение 14 дней в контроле осталось 4,37 г, при облучении в течение 30 мин - 4,59 г (табл. 20). Потери зерна к исходной массе составили соответственно 12,6 и 8,6%. Потери зерна, полученного от облученных семян, по сравнению с контролем уменьшились на 4,4%. По этим данным можно судить о последействии облучения на свойства зерна, полученного в первом поколении от облученных семян, которые выражаются в повышенной устойчивости к вредителям.
