Commercial-scale nitrogen-modified atmosphere for the disinfestation of soft wheat stored in big bags
Diese Studie zeigt, dass eine kommerziell skalierbare Stickstoff-modifizierte Atmosphäre-Behandlung bei 40 °C für 3 Tage durch die Kombination eines validierten Diffusionsmodells mit Bioassays zur Optimierung von Entlausungsprotokollen effektiv eine 100-prozentige Mortalität von Schädlingen des Weichweizens, einschließlich der toleranteren Larvenstadien von *Ephestia kuehniella*, erreicht.
Originalarbeit lizenziert unter CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Dies ist eine KI-generierte Erklärung des untenstehenden Papers. Sie wurde nicht von den Autoren verfasst oder gebilligt. Für technische Genauigkeit konsultieren Sie das Originalpaper. Vollständigen Haftungsausschluss lesen
Die Sicherung der weltweiten Lebensmittelversorgung ist ein ständiger Kampf, der in Getreidesilos und Lagern auf der ganzen Welt ausgefochten wird. Sobald Nutzpflanzen wie Weizen geerntet sind, verharren sie nicht einfach ruhig; sie werden zu Zielen für eine Vielzahl von Insekten, die ganze Getreidevorräte verschlingen können. Jahrzehntelang war die primäre Verteidigung gegen diese Schädlinge das Sprühen von Chemikalien und Gasen, doch diese Methoden erweisen sich zunehmend als problematisch. Viele Insektenpopulationen haben eine Resistenz gegen gängige Chemikalien entwickelt, und es gibt eine weltweit wachsende Nachfrage nach Lebensmitteln, die frei von toxischen Rückständen sind. Als Reaktion darauf sind Wissenschaftler zu einer einfacheren, älteren Idee zurückgekehrt: der Entzug der Luft, die Insekten zum Atmen benötigen. Indem man den Sauerstoff in einem Lagerraum durch Stickstoff ersetzt – ein Gas, das den Großteil unserer Atmosphäre ausmacht, aber für Menschen harmlos ist –, können Forscher eine Umgebung schaffen, in der Schädlinge nicht überleben können. Dieser Ansatz wird als modifizierte Atmosphäre bezeichnet, und während er in großen, starren Silos gut funktioniert hat, blieb seine Wirksamkeit in den flexiblen, sackartigen Behältern, die in der modernen Industrie verwendet werden, eine Frage.
Ein Team von Forschern aus Griechenland und der Türkei setzte sich zum Ziel, diese Frage zu beantworten, indem sie die Stickstoffbehandlung bei Weichweizen, der in großen, flexiblen Säcken gelagert wird – oft als „Big Bags“ bezeichnet –, in großem Maßstab testeten. Diese Säcke sind ein Grundpfeiler der industriellen Lagerung, da sie leicht zu bewegen und zu stapeln sind, aber ihre Form und Dichte machen es schwierig zu wissen, ob eine Gasbehandlung jeden Winkel erreicht. Die Wissenschaftler platzierten Säcke mit Weizen in einer großen kommerziellen Kammer und pumpten hochreinen Stickstoff hinein, um den Sauerstoff zu verdrängen. Dann führten sie drei verschiedene Arten von Lagerungsschädlingen in den Weizen ein: den Reiskäfer, der in das Korn eindringt; den Roten Mehlkäfer, der sich außen ernährt; und die Mittelmeer-Mehlmotte, deren Larven dafür bekannt sind, verarbeitete Getreideprodukte zu schädigen. Die Forscher testeten diese Insekten unter zwei verschiedenen Temperaturen, 32 °C und 40 °C, sowie für zwei verschiedene Zeiträume, zwei Tage und drei Tage, um zu sehen, welche Kombination die Schädlinge erfolgreich abtötet und ihre Fortpflanzung stoppt.
Die Ergebnisse zeigten eine klare Trennung zwischen den Käfern und der Motte. Die ausgewachsenen Käfer, sowohl der Reiskäfer als auch der Rote Mehlkäfer, erwiesen sich als äußerst anfällig für die Stickstoffbehandlung. Unabhängig von der Temperatur oder der Dauer der Exposition starben alle ausgewachsenen Käfer innerhalb des Zwei- oder Drei-Tage-Fensters. Darüber hinaus war keiner der überlebenden Käfer in der Lage, Nachkommen zu produzieren, was bedeutet, dass die Behandlung die Population effektiv daran hinderte, wieder anzuschwellen. Die Situation war bei der Mittelmeer-Mehlmotte komplexer. Während die ausgewachsenen Motten genauso zuverlässig starben wie die Käfer, waren ihre unreifen Stadien – Eier und Larven – wesentlich widerstandsfähiger. Bei der niedrigeren Temperatur von 32 °C gelang es selbst bei einer Verlängerung der Behandlung auf drei Tage nicht, alle Eier und Larven abzutöten; viele überlebten und produzierten neue Generationen. Wenn die Forscher jedoch die Temperatur auf 40 °C erhöhten, wurde die Behandlung auch gegen diese zäheren Stadien hocheffektiv und tötete fast alle von ihnen innerhalb von nur zwei Tagen ab.
Um sicherzustellen, dass die in der Nähe der Oberfläche der Säcke platzierten Insekten wirklich repräsentativ für das Geschehen tief im Inneren waren, nutzte das Team eine Computersimulation, um den Stickstofffluss durch den Weizen zu verfolgen. Das Modell bestätigte, dass das Gas das Zentrum des Sacks zwar etwas langsamer als die Oberfläche erreichte, der Unterschied jedoch gering war und der gesamte Sack weit vor Ende der Behandlungszeiträume einen gleichmäßig niedrigen Sauerstoffgehalt aufwies. Dies bedeutete, dass das Überleben der Mottenlarven bei der niedrigeren Temperatur nicht darauf zurückzuführen war, dass das Gas sie nicht erreichte, sondern dass diese spezifischen Lebensstadien von Natur aus toleranter gegenüber sauerstoffarmen Bedingungen sind. Die Studie kommt zu dem Schluss, dass Stickstoff zwar ein mächtiges Werkzeug zur Entwesung von gelagertem Weizen ist, das Protokoll jedoch auf den resistentesten vorhandenen Schädling zugeschnitten werden muss. Für eine Mischung aus Käfern und Motten ist die zuverlässigste Methode, die Lagertemperatur für drei Tage bei 40 °C zu halten – eine Kombination, die eine totale Kontrolle über alle Lebensstadien gewährleistet und jeglichen zukünftigen Befall verhindert.
Ertrinken Sie in Arbeiten in Ihrem Fachgebiet?
Erhalten Sie tägliche Digests der neuesten Arbeiten passend zu Ihren Forschungsbegriffen — mit technischen Zusammenfassungen, in Ihrer Sprache.