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中国是稻谷生产和消费大国，稻谷产后安全储藏是保障国家粮食安全的重要前提。玉米象是重要的世界性储粮害虫，每年造成的储粮损失巨大。为保障稻谷产后储藏安全，特别是降低储藏过程中化学杀虫药剂的过度使用带来的社会和环境问题，基于红外辐射的杀虫技术逐步得到应用。本文以我国典型的初期性储粮害虫—玉米象为研究对象，研究了红外辐射处理对玉米象致死动力学的特征规律，探讨了红外辐射对玉米象致死作用的生化机理和分子机制，为后续红外杀虫工艺的开发和应用提供理论支撑。研究结果如下：
1、以玉米象为研究对象，研究了不同处理强度和时间梯度的红外辐射对玉米象的死亡动力学特性，旨在探讨红外辐射处理对试虫的致死动力学特征规律。结果表明：玉米象死亡动力学回归模型的相关系数随模型阶数先增加后降低，0.5阶回归模型的相关系数较好拟合了实验数据，确定玉米象最佳死亡动力学回归模型为0.5阶动力学反应模型，对应R2为0.991，拟合效果良好。玉米象成虫在红外辐射强度2125、2780和3358W/m2处理下的死亡速率k分别为0.00725、0.04564和0.08540，说明在达到相同死亡率的情况下，处理时间随处理功率提高而显著降低。在0.5阶死亡动力学模型的95%置信区间预测下，玉米象在红外辐射强度2125、2780和3358W/m2处理下达到99.99%的死亡率所需最短处理时间分别是111.43、28.02和9.73s。利用该模型可以对玉米象的死亡率进行预测，为开发研制合理的红外辐射处理方案提供参考。
2、研究了红外辐射处理对玉米象成虫体内的水分含量、蛋白含量、保护酶系(SOD、CAT和POD)活性、乙酰胆碱酯酶(AChE)活性和相对电导率的影响，以期从试虫的生理生化水平来探究红外辐射处理对玉米象的致死机理。结果表明：不同红外辐射强度处理玉米象试虫后，随着处理时间的延长，试虫体内的水分含量随之逐渐减少。在红外辐射强度2125、2780和3358W/m2下分别处理120、30和12s时，试虫死亡率为99.99%，虫体水分含量分别维持在42.4%、42.8%和45.6%，与对照组相比分别降低了12.2%、11.5%和9.1%。总体上，红外辐射处理后，玉米象试虫体内的蛋白含量显著下降，保护酶系(SOD、CAT和POD)以及乙酰胆碱酯酶活性受到了抑制。其中，红外辐射强度3358W/m2下，试虫死亡率达99.99%时，虫体蛋白含量、SOD、CAT、POD及AChE活性分别降低了28.0%、16.9%、6.3%、25.0%及62.5%。玉米象体内相对电导率经过红外处理后诱导增加，红外辐射强度2125、2780和3358W/m2下分别处理120、30和12s时，相对电导率分别增加了1.6%、1.4%和1.6%。玉米象的死亡率与水分含量、相对电导率、蛋白含量、乙酰胆碱酯酶活性都呈极显著相关，平均相关系数分别为0.958、0.952、0.945和0.937。研究表明红外辐射通过引起玉米象虫体水分过度散失，乙酰胆碱酶活性抑制，蛋白质分泌紊乱，自由基ROS代谢的失衡等方式，造成细胞损伤，影响玉米象生理生化功能的正常发挥，进而导致试虫死亡。
3、使用IlluminaHiseq平台对玉米象进行转录组测序，分别获得玉米象(9.18、8.34、7.36、6.49 Gb)的原始数据。其中，玉米象对照组和红外辐射2780W/m2处理组(7、14和21s)分别获得61,162,370、55,584,900、49,041,643和43,281,720cleanreads。将基因Unigene比对到七大蛋白质数据库，并进行注释，成功注释到Swissprot、KOG、KO和Nt等数据库中的差异表达基因分别为22.46%、13.78%、13.76%和13.08%。通过比较红外辐射2780W/m2处理组(7、14和21s)和对照组的转录组数据，有20条、83条和2163条基因差异表达，其中分别有8条、49条和2092条基因上调，有12条、34条和71条基因下调。差异表达基因进一步进行功能富集分析(GO功能分析和KEGG通路富集分析)，结果表明：在GO分析中，基因Unigenes主要被分为三大类：生物学过程、分子功能和细胞组分，其中包含47类详细的GO功能通路；在KEGG代谢通路分析中，基因Unigenes被注释到9、33和220条KEGG代谢通路中，其中有12条代谢通路显著富集。GO和KEGG功能富集分析确定了多条显著富集通路受到影响，包括同源重组、错配修复、氧化磷酸化、蛋白消化吸收、糖酵解和糖质新生、HIF-1信号通路、核糖体、DNA复制、RNA降解、嘌呤嘧啶代谢等生物学信号通路。进一步的，通过比对热风处理前后玉米象的差异表达基因发现，玉米象成虫体内的7个热休克蛋白基因(Hsps)表达均显著上调。与热风处理相比，红外辐射杀虫主要是源于其对虫体的生物学效应。可见，红外辐射对玉米象的致死效应并非简单的单一热效应，红外辐射在快速加热玉米象的同时亦会改变核酸和蛋白等组分的功能特性，从而影响甚至终止其生命活动。
论文研究成果将为红外辐射杀虫工艺的应用提供合理的理论依据，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。
1、以玉米象为研究对象，研究了不同处理强度和时间梯度的红外辐射对玉米象的死亡动力学特性，旨在探讨红外辐射处理对试虫的致死动力学特征规律。结果表明：玉米象死亡动力学回归模型的相关系数随模型阶数先增加后降低，0.5阶回归模型的相关系数较好拟合了实验数据，确定玉米象最佳死亡动力学回归模型为0.5阶动力学反应模型，对应R2为0.991，拟合效果良好。玉米象成虫在红外辐射强度2125、2780和3358W/m2处理下的死亡速率k分别为0.00725、0.04564和0.08540，说明在达到相同死亡率的情况下，处理时间随处理功率提高而显著降低。在0.5阶死亡动力学模型的95%置信区间预测下，玉米象在红外辐射强度2125、2780和3358W/m2处理下达到99.99%的死亡率所需最短处理时间分别是111.43、28.02和9.73s。利用该模型可以对玉米象的死亡率进行预测，为开发研制合理的红外辐射处理方案提供参考。
2、研究了红外辐射处理对玉米象成虫体内的水分含量、蛋白含量、保护酶系(SOD、CAT和POD)活性、乙酰胆碱酯酶(AChE)活性和相对电导率的影响，以期从试虫的生理生化水平来探究红外辐射处理对玉米象的致死机理。结果表明：不同红外辐射强度处理玉米象试虫后，随着处理时间的延长，试虫体内的水分含量随之逐渐减少。在红外辐射强度2125、2780和3358W/m2下分别处理120、30和12s时，试虫死亡率为99.99%，虫体水分含量分别维持在42.4%、42.8%和45.6%，与对照组相比分别降低了12.2%、11.5%和9.1%。总体上，红外辐射处理后，玉米象试虫体内的蛋白含量显著下降，保护酶系(SOD、CAT和POD)以及乙酰胆碱酯酶活性受到了抑制。其中，红外辐射强度3358W/m2下，试虫死亡率达99.99%时，虫体蛋白含量、SOD、CAT、POD及AChE活性分别降低了28.0%、16.9%、6.3%、25.0%及62.5%。玉米象体内相对电导率经过红外处理后诱导增加，红外辐射强度2125、2780和3358W/m2下分别处理120、30和12s时，相对电导率分别增加了1.6%、1.4%和1.6%。玉米象的死亡率与水分含量、相对电导率、蛋白含量、乙酰胆碱酯酶活性都呈极显著相关，平均相关系数分别为0.958、0.952、0.945和0.937。研究表明红外辐射通过引起玉米象虫体水分过度散失，乙酰胆碱酶活性抑制，蛋白质分泌紊乱，自由基ROS代谢的失衡等方式，造成细胞损伤，影响玉米象生理生化功能的正常发挥，进而导致试虫死亡。
3、使用IlluminaHiseq平台对玉米象进行转录组测序，分别获得玉米象(9.18、8.34、7.36、6.49 Gb)的原始数据。其中，玉米象对照组和红外辐射2780W/m2处理组(7、14和21s)分别获得61,162,370、55,584,900、49,041,643和43,281,720cleanreads。将基因Unigene比对到七大蛋白质数据库，并进行注释，成功注释到Swissprot、KOG、KO和Nt等数据库中的差异表达基因分别为22.46%、13.78%、13.76%和13.08%。通过比较红外辐射2780W/m2处理组(7、14和21s)和对照组的转录组数据，有20条、83条和2163条基因差异表达，其中分别有8条、49条和2092条基因上调，有12条、34条和71条基因下调。差异表达基因进一步进行功能富集分析(GO功能分析和KEGG通路富集分析)，结果表明：在GO分析中，基因Unigenes主要被分为三大类：生物学过程、分子功能和细胞组分，其中包含47类详细的GO功能通路；在KEGG代谢通路分析中，基因Unigenes被注释到9、33和220条KEGG代谢通路中，其中有12条代谢通路显著富集。GO和KEGG功能富集分析确定了多条显著富集通路受到影响，包括同源重组、错配修复、氧化磷酸化、蛋白消化吸收、糖酵解和糖质新生、HIF-1信号通路、核糖体、DNA复制、RNA降解、嘌呤嘧啶代谢等生物学信号通路。进一步的，通过比对热风处理前后玉米象的差异表达基因发现，玉米象成虫体内的7个热休克蛋白基因(Hsps)表达均显著上调。与热风处理相比，红外辐射杀虫主要是源于其对虫体的生物学效应。可见，红外辐射对玉米象的致死效应并非简单的单一热效应，红外辐射在快速加热玉米象的同时亦会改变核酸和蛋白等组分的功能特性，从而影响甚至终止其生命活动。
论文研究成果将为红外辐射杀虫工艺的应用提供合理的理论依据，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。