60Coγ射線和電子束對(duì)紅棕象甲雄蟲(chóng)的不育效應(yīng)

李 慶， 李朝緒， 呂朝軍， 鐘寶珠， 黃山春， 高 熹， 覃偉權(quán)

1云南農(nóng)業(yè)大學(xué)，云南 昆明 650201； 2中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院椰子研究所，海南 文昌 571339；3椰子國(guó)家工程研究中心，海南 文昌 571339

紅棕象甲R(shí)hyncophorusferrugineus(Olivier)屬鞘翅目Coleoptera象甲科Curculionidae，是我國(guó)重要的檢疫害蟲(chóng)和國(guó)際上重要的棕櫚害蟲(chóng)(陳曦，2017)，對(duì)椰子CocosnuciferaL.、油棕ElaeisguineensisJacq.、椰棗PhoenixdactyliferaL.等棕櫚植物具有致死性高、危害性大、前期危害癥狀不顯著等特點(diǎn)(韓宙等，2013； 李清鵬和劉振旺，2018； 呂朝軍等，2020)。目前,紅棕象甲的防治主要遵循“預(yù)防為主，綜合防治”的原則(賴(lài)俊巖，2018； 楊國(guó)玲，2020)，防治以信息素誘集、莖干藥劑注射等為主(周繼中和葉醒波，2019)。其中，信息素誘集雖然可以降低成蟲(chóng)基數(shù)，但對(duì)于莖干內(nèi)危害的幼蟲(chóng)無(wú)效，而藥劑莖干注射法可殺死樹(shù)干內(nèi)的幼蟲(chóng)，卻會(huì)對(duì)植株形成傷害并有農(nóng)藥殘留的風(fēng)險(xiǎn)(鐘寶珠等，2020)。在生物防治方面,目前主要集中在真菌、昆蟲(chóng)、線蟲(chóng)以及細(xì)菌類(lèi)天敵的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，但其野外防控效能未曾得到驗(yàn)證(郭雅潔等，2018； 鐘寶珠等，2020)。

昆蟲(chóng)輻射不育技術(shù)是指利用高能射線包括γ射線、χ射線、α射線、β射線和中子流等，對(duì)目標(biāo)害蟲(chóng)(主要是雄蟲(chóng))的某個(gè)蟲(chóng)態(tài)進(jìn)行輻照處理，導(dǎo)致其顯性致死、當(dāng)代或后代不能正常生殖(王華嵩，1998； 鐘國(guó)華等，2012)。將經(jīng)過(guò)一定輻照劑量處理的害蟲(chóng)投放到自然種群中進(jìn)行交配,造成后代不育，重復(fù)幾個(gè)世代后，就可達(dá)到減少害蟲(chóng)種群數(shù)量的目的(張家俠等，2014)。昆蟲(chóng)輻射不育技術(shù)是生物和物理防治方法的創(chuàng)新，與當(dāng)今生產(chǎn)實(shí)踐相結(jié)合,具有無(wú)抗性、防效持久、專(zhuān)一性強(qiáng)、對(duì)人畜和天敵安全等特點(diǎn)。20世紀(jì)50年代，美國(guó)應(yīng)用輻射不育技術(shù)成功消滅了家畜害蟲(chóng)螺旋蠅Cochliomyiahominivorax(Coquerel)(Botto & Glaz,2010)。從此，輻射不育技術(shù)引起了研究人員的高度重視并廣泛用于害蟲(chóng)防治，先后成功防治了地中海果蠅Ceratitiscapitata(Wiedemann)、蘋(píng)果蠹蛾Cydiapomonella(L.)等(陳美紅和謝吉平，2004； Botto & Glaz,2010)。國(guó)內(nèi)也有如棉鈴蟲(chóng)HelicoverpaarmigeraHübner(閏碩等，2012)、中國(guó)野蠶BombyxmandarinaMoore(楊榮新等，2000)、桑天牛Aprionagermari(Hope)(蘇遠(yuǎn)達(dá)，2011; 唐燕平等，2014)、光肩星天牛Anoplophoraglabripennis(Motschulsky)(李詠軍等，2006)、松墨天牛MonochamusalternatusHope (牟建軍等，2005)等雄性不育的相關(guān)報(bào)道。

本研究嘗試?yán)秒娮邮?0Coγ射線對(duì)紅棕象甲進(jìn)行輻射不育技術(shù)的研究，即在室內(nèi)利用電子束和60Coγ射線對(duì)紅棕象甲雄成蟲(chóng)進(jìn)行輻照處理，分析2種輻照方法對(duì)紅棕象甲雄蟲(chóng)的生殖力、壽命的影響，篩選最佳的輻照射線和劑量，為紅棕象甲輻射不育防控技術(shù)的野外應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

1.1.1 供試蟲(chóng)源 實(shí)驗(yàn)成蟲(chóng)由中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院椰子研究所植物保護(hù)中心實(shí)驗(yàn)室繁育。

1.1.2 輻照源及劑量 輻照源為劑量率為2 Gy·min-1的60Coγ射線和10 MeV·kW-1的高能電子加速器。隨機(jī)取初羽化5 d的紅棕象甲雄蟲(chóng)，分別用20、60、100、140、180 Gy 的60Coγ，50、100、150、200、250 Gy 的電子束進(jìn)行處理。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 2種射線對(duì)紅棕象甲成蟲(chóng)生殖力及壽命的影響 分別將不同劑量輻照后的紅棕象甲雄成蟲(chóng)與正常雌成蟲(chóng)配對(duì)，放置于昆蟲(chóng)飼養(yǎng)瓶中；同時(shí)設(shè)置對(duì)照組(正常雌雄配對(duì))，處理組與對(duì)照組用紗布球蘸取20%蜂蜜水飼養(yǎng)。對(duì)飼養(yǎng)瓶進(jìn)行編號(hào)，每2 d更換1次紗布球，從更換的紗布球中取出卵，放在培養(yǎng)皿(用加有蒸餾水的濾紙保濕)中，并置于(27±1)℃、光照14L∶10D、RH70%～80%環(huán)境下繼續(xù)培養(yǎng)，記錄產(chǎn)卵數(shù)及孵化的幼蟲(chóng)數(shù)，統(tǒng)計(jì)處理蟲(chóng)的壽命。根據(jù)卵孵化率以及處理蟲(chóng)壽命篩選出對(duì)紅棕象甲雄成蟲(chóng)具有較好不育效果的輻照射線和劑量。每劑量輻照6頭雄蟲(chóng)，重復(fù)3次。

1.2.2 不同比例的射線處理對(duì)紅棕象甲生殖力的影響 從上述實(shí)驗(yàn)中篩選出具有較好不育效果的射線對(duì)雄蟲(chóng)進(jìn)行輻照，然后用未處理雌、雄蟲(chóng)與2種輻射蟲(chóng)進(jìn)行配對(duì)飼養(yǎng)。根據(jù)卵孵化率進(jìn)行2種輻射蟲(chóng)競(jìng)爭(zhēng)力的測(cè)定，測(cè)定方法參照牟建軍(2005)和蘇遠(yuǎn)達(dá)(2011)，在7個(gè)養(yǎng)蟲(chóng)盒內(nèi)分別放入3對(duì)未經(jīng)任何處理、自然羽化5 d的紅棕象甲雌、雄成蟲(chóng)。其中1個(gè)養(yǎng)蟲(chóng)盒作為對(duì)照(雌∶雄為1∶1)，3個(gè)養(yǎng)蟲(chóng)盒分別放入12、15和18頭經(jīng)過(guò)100 Gy電子束處理過(guò)的雄蟲(chóng)(雌∶雄∶輻照雄蟲(chóng)分別為 1∶1∶4、1∶1∶5、1∶1∶6)。另外3個(gè)養(yǎng)蟲(chóng)盒分別放入12、15和18頭經(jīng)過(guò)100 Gy60Coγ射線輻照處理過(guò)的雄蟲(chóng)(雌∶雄∶輻照雄蟲(chóng)分別為1∶1∶4、1∶1∶5、1∶1∶6)，實(shí)驗(yàn)3次重復(fù)。在每個(gè)養(yǎng)蟲(chóng)盒中放置3個(gè)直徑大小為2 cm左右的紗布球，紗布球蘸取蜂蜜水供紅棕象甲成蟲(chóng)取食和產(chǎn)卵。飼養(yǎng)3 d后，取出紗布球，記錄產(chǎn)卵量。將卵置于培養(yǎng)皿(用加有蒸餾水的濾紙保濕)中，置于(27±1)℃、光照14L∶10D、RH50%～70%的室內(nèi)，記錄卵的孵化情況，計(jì)算孵化率。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

采用SPSS 26進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析，相同指標(biāo)進(jìn)行單因素方差(Duncan′s新復(fù)極差法多重檢驗(yàn))分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同劑量電子束對(duì)紅棕象甲雄蟲(chóng)生殖力的影響

不同劑量電子束輻照對(duì)雄成蟲(chóng)生殖力的影響見(jiàn)表1，各劑量處理的雄蟲(chóng)與雌蟲(chóng)均有交配行為，雌蟲(chóng)產(chǎn)卵量、孵化卵量和孵化率隨電子束劑量的增加而逐漸減少，與對(duì)照組差異顯著。當(dāng)輻照劑量為50 Gy時(shí)，產(chǎn)卵量為144.83粒；當(dāng)輻照劑量為100 Gy時(shí)，產(chǎn)卵量為129.50粒。輻照劑量為100、150、200和250 Gy時(shí)，孵化率為0。

表1 不同劑量電子束對(duì)紅棕象甲雄蟲(chóng)生殖力的影響

2.2 不同劑量60Coγ射線對(duì)紅棕象甲雄蟲(chóng)生殖力的影響

不同劑量60Coγ射線對(duì)成蟲(chóng)生殖力的影響見(jiàn)表2，各劑量處理的雄蟲(chóng)與雌蟲(chóng)均有交配行為，各處理組的平均產(chǎn)卵量、孵化量和孵化率都與對(duì)照組差異顯著。輻照劑量為60 Gy時(shí)，產(chǎn)卵量為206.50粒，孵化率僅為5.17%，所以60 Gy為紅棕象甲雄蟲(chóng)的亞不育劑量。輻照劑量為100、140、180 Gy，產(chǎn)卵量隨著射線劑量的增加而逐漸減少，孵化率均為0。

表2 不同劑量60Coγ射線對(duì)紅棕象甲雄蟲(chóng)生殖力的影響

2.3 不同劑量的電子束和60Coγ射線對(duì)雄蟲(chóng)壽命的影響

隨著電子束劑量的增加，被輻照雄蟲(chóng)的壽命逐漸減少，并且與對(duì)照組差異顯著。當(dāng)劑量為100 Gy時(shí)，雄蟲(chóng)壽命為23.50 d；當(dāng)劑量為250 Gy時(shí)，雄蟲(chóng)壽命僅為11.33 d(圖1A)。隨著60Coγ射線劑量的增加，被輻照雄蟲(chóng)的壽命逐漸減少，并且與對(duì)照組差異顯著。當(dāng)射線劑量為100 Gy時(shí)，雄蟲(chóng)壽命為57.17 d;當(dāng)射線劑量為180 Gy時(shí)，雄蟲(chóng)壽命僅為11.50 d(圖1B)。用100 Gy的電子束和60Coγ射線對(duì)雄蟲(chóng)進(jìn)行處理時(shí)，60Coγ射線處理蟲(chóng)壽命長(zhǎng)于電子束處理蟲(chóng)。

圖1 不同劑量的電子束(A)和60Coγ射線(B)對(duì)雄蟲(chóng)壽命的影響

2.4 不同比例的電子束和60Coγ射線輻射對(duì)紅棕象甲生殖力的影響

在養(yǎng)蟲(chóng)盒中放置經(jīng)100 Gy的電子束和60Coγ射線輻照處理后的雄性紅棕象甲，隨著輻照紅棕象甲數(shù)量的增加，產(chǎn)卵量與對(duì)照無(wú)顯著差異，雌蟲(chóng)所產(chǎn)卵孵化率隨輻射雄蟲(chóng)的數(shù)量增加而逐漸降低，與對(duì)照組差異顯著。當(dāng)雄蟲(chóng)∶雌蟲(chóng)∶處理雄蟲(chóng)為1∶1∶6時(shí)，電子束輻照組的雌蟲(chóng)所產(chǎn)卵的孵化率僅為25.26%，60Coγ射線輻照組的雌蟲(chóng)所產(chǎn)卵的孵化率僅為2.44%(表3)。

表3 不同比例的電子束和60Coγ射線輻射對(duì)紅棕象甲生殖力的影響

3 結(jié)果與討論

輻射導(dǎo)致昆蟲(chóng)不育的機(jī)制涉及多方面因素。在對(duì)螺旋蠅、蘋(píng)果蠹蛾、光肩星天牛等昆蟲(chóng)研究中表明，輻射導(dǎo)致昆蟲(chóng)不育的原因主要是輻射能夠引起昆蟲(chóng)體內(nèi)酶和染色體的改變(牟建軍，2005)。王廣利等(2008)研究表明，經(jīng)輻射后的青楊脊虎天牛XylotrechusrusticusL.雄蟲(chóng)精子結(jié)構(gòu)異常。劉曉輝等(2003)研究也表明,經(jīng)輻射處理后的光肩星天牛雄蟲(chóng)精子活力下降。

各種昆蟲(chóng)因染色體結(jié)構(gòu)上的差異，對(duì)射線敏感性也不同。周利娟等(2004)歸納了約150種昆蟲(chóng)的輻射耐受性，發(fā)現(xiàn)鱗翅目害蟲(chóng)的不育劑量一般為300～500 Gy，鞘翅目不育劑量為24～120 Gy。本研究證實(shí)，電子束和60Coγ射線對(duì)紅棕象甲雄蟲(chóng)輻照的最佳不育劑量均為100 Gy，在鞘翅目昆蟲(chóng)的不育劑量范圍之內(nèi)。本研究發(fā)現(xiàn)，輻射雄蟲(chóng)的壽命隨輻射劑量的增加而變短，與牟建軍等(2005)、陳美紅和謝吉平(2004)的研究結(jié)果一致。本研究中，利用100 Gy電子束和60Coγ射線處理紅棕象甲雄蟲(chóng)時(shí)，電子束處理的雄蟲(chóng)壽命較短，可能是由于電子束屬于電離輻射，60Coγ射線屬于非電離輻射，兩者對(duì)于紅棕象甲生命力的損傷程度不同。近年來(lái)，電子束逐漸用于臨床以及貨物的輻射處理，但是關(guān)于電子束在昆蟲(chóng)輻射不育技術(shù)上的應(yīng)用至今未見(jiàn)報(bào)道，因此，對(duì)其還有待進(jìn)一步研究。

昆蟲(chóng)的輻射不育效果評(píng)價(jià)主要通過(guò)昆蟲(chóng)輻照后的卵孵化率、幼蟲(chóng)成活率、成蟲(chóng)羽化率以及成蟲(chóng)的存活率、壽命、生育能力等方面進(jìn)行分析。本研究在對(duì)紅棕象甲成蟲(chóng)的輻射不育研究中，利用100 Gy的電子束和60Coγ射線對(duì)紅棕象甲成蟲(chóng)進(jìn)行輻射后，隨著輻照蟲(chóng)數(shù)量的增加，卵孵化率逐漸降低，并且當(dāng)雌∶雄∶輻射雄為1∶1∶6時(shí)，利用100 Gy電子束對(duì)雄蟲(chóng)進(jìn)行輻照的卵孵化率為25.26%，利用100 Gy的60Coγ射線進(jìn)行輻照的卵孵化率僅為2.44%，與劉楓等(2017)的研究結(jié)果大致相同。

本實(shí)驗(yàn)中經(jīng)100 Gy的電子束輻射和60Coγ射線輻射雄蟲(chóng)相比，60Coγ射線輻照雄蟲(chóng)壽命明顯長(zhǎng)于電子束輻射，在養(yǎng)蟲(chóng)籠中當(dāng)雌∶雄∶輻射雄為1∶1∶6時(shí)，實(shí)際是輻照雄蟲(chóng)與正常雄蟲(chóng)競(jìng)爭(zhēng)交配的結(jié)果，60Coγ射線輻射雄蟲(chóng)壽命長(zhǎng)，交配競(jìng)爭(zhēng)機(jī)會(huì)多，競(jìng)爭(zhēng)效果大過(guò)電子束輻射雄蟲(chóng)，導(dǎo)致卵孵率更低，影響后代種群數(shù)量。因此，在實(shí)際應(yīng)用上采用100 Gy的60Coγ射線輻照紅棕象甲雄蟲(chóng)效果較好。