郝 錚，林玉英，劉俊彬，楊升院，楊鳳連，彭正強，金 濤*

(1. 華中農(nóng)業(yè)大學植物科學技術(shù)學院，武漢 430070；2.中國熱帶農(nóng)業(yè)科學院環(huán)境與植物保護研究所，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部熱帶作物有害生物綜合治理重點實驗室，海南省熱帶農(nóng)業(yè)有害生物監(jiān)測與控制重點實驗室，海口 571101)

草地貪夜蛾Spodopterafrugiperda(J. E. Smith)，別名為秋黏蟲Fall Armyworm，屬鱗翅目夜蛾科，是一種具有極強遷飛擴散和繁殖能力的世界性重要害蟲。該蟲原產(chǎn)于美洲的熱帶和亞熱帶地區(qū)(Sparks, 1979)，于2018年12月首次入侵中國(Sunetal., 2019)，對我國玉米ZeamaysL.、高粱Sorghumbicolor等作物的生產(chǎn)造成了嚴重威脅。危害玉米時，1～3齡幼蟲取食葉肉、剩下葉表皮，形成“窗孔”狀；3齡以上幼蟲取食則形成葉片孔洞和心葉破爛(姜玉英等, 2019)。目前主要采用化學藥劑防治草地貪夜蛾，但其大量使用，會造成農(nóng)藥殘留，并產(chǎn)生抗藥性等問題。

昆蟲輻照不育技術(shù)是利用高能射線和中子流等對目標昆蟲的某個蟲態(tài)進行輻照處理，使其生殖細胞的染色體發(fā)生斷裂、易位，造成不對稱組合，導致顯性致死、當代或后代不能正常生殖，從而實現(xiàn)害蟲防治的一種物理方法，其中最常用便是利用Co源發(fā)出的γ射線(Dycket.al., 2005)。該技術(shù)具有對環(huán)境友好、專一性強且防治效果持久的特點，越來越受到科研工作者的關(guān)注(楊紅霞等, 2018)。目前，昆蟲輻照不育技術(shù)已經(jīng)在桔小實蠅Bactroceradorsalis、采采蠅(奧斯汀舌蠅)Glossinaausteni、棉紅鈴蟲Pectinophoragossypiella、蘋果蠹蛾Cydiapomonella等多種農(nóng)林及衛(wèi)生害蟲防治中取得了成效(Alphey, 2010; Botto and Glaz, 2010)。對于草地貪夜蛾的輻照不育技術(shù)研究，國外的報道多集中于30年前。Carpenteretal.(1983)首次報道，采用劑量為60 Gy、80 Gy和100 Gy的γ射線輻照草地貪夜蛾羽化后1～12 h雄蟲后，使其與未受輻照處理的雌成蟲交配，發(fā)現(xiàn)其繁殖力及子代卵的孵化率降低，并推斷需要釋放60 000頭完全不育的雄性，才能達到釋放9 000頭受100 Gy劑量輻照雄蟲所達到的效果；Carpenteretal.(1986)又解析了輻照對親代繁殖力的影響，發(fā)現(xiàn)草地貪夜蛾雌雄成蟲同在100 Gy劑量處理下，受輻照親代的繁殖力雌性大于雄性，但對受輻照親代為雄性的后代遺傳性影響更顯著，并表明了釋放輻照雄性需要較高推廣成本；Snowetal.(1972)發(fā)現(xiàn)，經(jīng)350 Gy劑量輻照后的草地貪夜蛾雄性競爭能力顯著降低，僅為正常雄性的0.46倍；Carpenteretal.(1997)的報道表明，在草地貪夜蛾雌蟲接受兩次交配的條件下，與受100 Gy和150 Gy劑量輻照的雄蟲交配產(chǎn)生的后代數(shù)量，前者顯著高于后者。這些報道集中考慮了不同輻照劑量對草地貪夜蛾生物學參數(shù)的影響。

本文以入侵和發(fā)生在我國草地貪夜蛾6日齡蛹為試驗對象，在設(shè)置100～500 Gy階梯強度的60Co-γ射線輻照條件下，分析60Co-γ射線輻照對其自交種群成蟲發(fā)育與繁殖以及子代產(chǎn)卵與孵化的影響，以期為草地貪夜蛾不育劑量的篩選提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試蟲源

供試的草地貪夜蛾卵塊采自海南省儋州市兩院沙田區(qū)的甜玉米地，帶回中國熱帶農(nóng)業(yè)科學院環(huán)境與植物保護研究所的隔離檢疫室，以新鮮的玉米葉片作為其食物來源，在體積為15 cm×25 cm×37 cm、帶紗網(wǎng)通氣孔的保鮮盒內(nèi)飼養(yǎng)，并標記好采集日期；當其生長至5～6齡幼蟲時轉(zhuǎn)移到鋪有沙子(已滅菌)的保鮮盒內(nèi)，化蛹備用。飼養(yǎng)條件：溫度為26℃±2℃，相對濕度為75%～80%，光周期為16 L ∶8 D。

1.2 輻照處理

挑選同一天同批次化蛹的蟲蛹400頭，雌雄比例1 ∶1，分為7個處理組和1個對照組，每組50頭蛹(5頭作備用)。將蟲蛹放置于玻璃管內(nèi)，于人工氣候箱中培養(yǎng)6 d；再分別放置于牛皮紙袋內(nèi)，于海南省?？谑兄泻撕Ｔ椪諒S進行輻照處理。本試驗共設(shè)有100、200、250、300、350、400及500 Gy 7個輻照劑量。輻照處理利用水下7.5 m深的Co源，劑量率設(shè)置為4 Gy/min，并配有30～40根誤差為± 0.1 Gy的劑量計以保證精度。將0 Gy設(shè)為空白對照，每個處理設(shè)3次重復。

1.3 試驗方法

將受輻照處理的草地貪夜蛾蛹帶回實驗室后，連同對照組按不同劑量梯度，選取其中的45頭蛹，分為3個重復，每組15頭，統(tǒng)計親代的羽化率和翅畸形率；對于雌、雄成蟲平均壽命以及單雌產(chǎn)卵量的統(tǒng)計則根據(jù)輻照劑量的不同，每處理組5對蟲蛹，設(shè)3個重復，對羽化后的成蟲依次編號，每個塑料紙筒(塑料紙筒以直徑為9 cm的塑料培養(yǎng)皿為底，將打印紙卷成柱形，高度設(shè)置為12.5 cm)內(nèi)引入1對成蟲，根據(jù)雌雄蟲存活情況，適時對死亡雄蟲進行補充替換。內(nèi)置蘸有10%蜂蜜水脫脂棉球供其補充營養(yǎng)，并放置少量新鮮玉米葉片引誘產(chǎn)卵，并使各個劑量梯度的雌雄成蟲進行自交，逐日記錄下成蟲產(chǎn)卵量、子代卵粒孵化率、子代化蛹率、子代成蟲產(chǎn)卵量等各項生長發(fā)育指標。翅畸形判斷標準：成蟲羽化后單翅或雙翅不能完全展開，且不能在飼養(yǎng)盒的底部或側(cè)面進行飛行轉(zhuǎn)移。

具體計算公式如下：

蛹羽化率(%)=(羽化成蟲總數(shù)/蛹總數(shù))×100

雌(雄)成蟲死亡率(%)=(每日死亡成蟲數(shù)/總雌(雄)成蟲數(shù))×100

子代孵化率(%)=(孵化幼蟲數(shù)/總卵粒數(shù))×100

成蟲翅畸形率(%)=(翅畸形成蟲數(shù)/羽化成蟲總數(shù))×100

1.4 數(shù)據(jù)處理

將每天觀察記錄的結(jié)果錄入Microsoft Office Excel 2010中，采用SPSS 26.0軟件對草地貪夜蛾蛹羽化率、成蟲死亡率、翅畸形率、產(chǎn)卵量以及子代孵化率等數(shù)據(jù)進行單因素方差分析，其中羽化率、成蟲死亡率、翅畸形率和子代孵化率等百分數(shù)，先進行反正弦平方根轉(zhuǎn)換后，用Duncan新復極差法檢驗其差異顯著性(P<0.05為差異顯著)，利用Origin Pro 2021軟件繪制存活率隨羽化后日齡變化折線圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 60Co-γ射線輻照對草地貪夜蛾蛹羽化率和翅畸形率的影響

草地貪夜蛾6日齡蛹經(jīng)60Co-γ射線輻照后，隨著輻照劑量的不斷升高，草地貪夜蛾成蟲羽化率整體上呈現(xiàn)降低的趨勢，輻照劑量為250 Gy、350 Gy、400 Gy和500 Gy時其羽化率分別為72.8%、69.4%、69.4%和50.6%，與對照組(91.7%)相比差異顯著；翅畸形率則隨著輻照劑量的升高整體上呈現(xiàn)上升趨勢，其中劑量400 Gy時值最大為25.6%，250 Gy時的值次之，各個輻照處理組的翅畸形率數(shù)值與對照組相比無顯著差異(表1)。

表1 60Co-γ射線輻照對草地貪夜蛾成蟲羽化率和翅畸形率的影響Table 1 Effect of 60Co-γ irradiation on the feathering and deformation rate of adult Spodoptera frugiperda

2.2 60Co-γ射線輻照對草地貪夜蛾成蟲壽命的影響

草地貪夜蛾6日齡蛹經(jīng)60Co-γ射線輻照后，隨著輻照劑量的不斷升高，草地貪夜蛾成蟲平均壽命整體上是縮短的，未受輻照的雌、雄成蟲平均壽命均顯著高于經(jīng)不同輻照劑量(7個劑量)處理的雌、雄成蟲壽命；其中輻照劑量為500 Gy和250 Gy時，草地貪夜蛾成蟲平均壽命僅為3.6 d和3.8 d，與未受輻照的成蟲平均壽命(11.3 d)之間存在顯著差異；在輻照劑量為350 Gy時，其雌成蟲平均壽命為8.0 d，顯著低于對照的12.5 d，但與受低于該劑量輻照的雌成蟲壽命相比反而有所延長(表2)。

表2 60Co-γ射線輻照對草地貪夜蛾成蟲壽命的影響Table 2 Effect of 60Co-γ irradiation on the longevity of adult Spodoptera frugiperda

2.3 60Co-γ射線輻照對草地貪夜蛾成蟲存活率的影響

草地貪夜蛾6日齡蛹經(jīng)60Co-γ射線輻照后，與對照組相比，經(jīng)由100 Gy、200 Gy、300 Gy以及500 Gy輻照劑量處理的草地貪夜蛾成蟲，絕大多數(shù)的雄蟲日存活率高于雌蟲，僅在100 Gy處理組成蟲羽化后第9天和第10天以及200 Gy處理組成蟲羽化后第12天和第13天，雌蟲的存活率高于雄蟲；經(jīng)由350 Gy和400 Gy劑量處理的草地貪夜蛾成蟲存活率與對照組走勢相似，雌蟲日存活率高于雄蟲與雄蟲日存活率高于雌蟲的天數(shù)各占一半。從整體上來看，輻照后的草地貪夜蛾成蟲與對照組相比，其存活率在數(shù)日內(nèi)急劇下降，在500 Gy和400 Gy處理組，分別至羽化后第8天和第12天雌雄蟲均完全死亡，而對照組雄蟲和雌蟲分別至羽化后第21天和第33天全部死亡，壽命顯著長于各輻照處理組；其中值得注意的是，350 Gy處理組有1頭雌成蟲至羽化后第23天死亡，顯著高于其他處理組的雌成蟲壽命(圖1)。

圖1 不同劑量60Co-γ射線輻照對草地貪夜蛾成蟲存活率的影響Fig.1 Effect of different doses of 60Co-γ irradiation on the survival rate of adult Spodoptera frugiperda

2.4 60Co-γ射線輻照對草地貪夜蛾產(chǎn)卵量和孵化率的影響

草地貪夜蛾6日齡蛹經(jīng)60Co-γ射線輻照后，隨著輻照劑量的不斷升高，草地貪夜蛾成蟲的單雌產(chǎn)卵量逐漸降低，在300 Gy及以上劑量處理下雌成蟲產(chǎn)卵量為零；而100～250 Gy劑量處理下，產(chǎn)卵雌蟲數(shù)分別為1頭、2頭和1頭，平均產(chǎn)卵量分別為3.0粒、18.5粒和13.0粒，僅在100 Gy處理下的3粒卵中有2粒卵孵化，與對照組有12頭雌蟲產(chǎn)卵、平均產(chǎn)卵量1 299.5粒以及86.1%的卵孵化率比較，具有明顯的差異。表明了100～500 Gy的60Co-γ射線輻照對草地貪夜蛾自交種群的子代繁育存在顯著影響(表3)。

表3 不同劑量60Co-γ射線輻照對草地貪夜蛾產(chǎn)卵量和F1孵化率的影響Table 3 Effect of different doses of 60Co-γ irradiation on the egg production and F1 hatching rate of Spodoptera frugiperda

3 結(jié)論與討論

60Co-γ射線是昆蟲不育技術(shù)中應用最廣泛的輻射源，它較為穩(wěn)定且穿透性能強(李娜, 2021)。昆蟲輻照不育技術(shù)主要是通過釋放大量的不育昆蟲，使其與野生種群進行交配競爭，從而使野生害蟲不能產(chǎn)卵抑或是產(chǎn)的卵不能正常孵化，從而達到降低種群數(shù)量和控制害蟲的目的(黃聰?shù)? 2014)。為實現(xiàn)這一效果，不僅要考慮輻照蟲態(tài)、條件、劑量率等問題，更應把握好輻照劑量。本文選用草地貪夜蛾6日齡蛹作為輻照對象，正是為了盡量減少輻照對昆蟲體細胞造成的損傷，以保證不育成蟲的質(zhì)量(王華嵩等, 1997)。而對于輻照劑量選擇問題，由于鱗翅目害蟲雄蟲的全輻射不育劑量多在300～600 Gy，高于雙翅目害蟲一般的25～100 Gy范圍(路大光和王華嵩, 2002)。本文據(jù)此選用100、200、250、300、350、400和500 Gy這7個劑量，明確其γ射線輻照對草地貪夜蛾自交種群的成蟲及子代的影響，表明了不同劑量處理能顯著影響草地貪夜蛾自交種群的生長發(fā)育和繁殖指標。

本文采用不同劑量60Co-γ射線對草地貪夜蛾6日齡蛹進行輻照，經(jīng)觀察記錄及數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)：隨著輻照劑量的升高，草地貪夜蛾羽化率逐漸降低，且500 Gy時的羽化率為50.6%，與對照組(91.7%)存在顯著差異；而翅畸形率隨著輻照劑量的升高呈現(xiàn)上升趨勢，翅畸形率及羽化率結(jié)果表明γ射線輻照會對草地貪夜蛾的體細胞發(fā)育造成一定損傷，因此在篩選不育劑量時應在滿足子代不育的前提下，盡量選擇羽化率和翅畸形率與對照組相比差異不顯著的劑量；草地貪夜蛾成蟲平均壽命隨著輻照劑量升高而呈縮短趨勢，劑量為500 Gy時的雌蟲平均壽命僅為3.8 d，雄成蟲也只有3.4 d，顯著低于對照組的成蟲平均壽命(雌蟲12.5 d；雄蟲10.2 d)；草地貪夜蛾存活率折線圖則表明其隨著輻照劑量升高呈現(xiàn)急劇下降趨勢，但存在一個乃至多個平緩區(qū)段，其中輻照劑量為250 Gy時的存活率變化則較為特殊，在初羽化的5 d內(nèi)，雌蟲和雄蟲的存活率迅速下降，雌蟲在降至16.7%后才趨于平緩。綜合上述結(jié)果，即γ射線輻照對草地貪夜蛾羽化率、翅畸形率、成蟲壽命和日存活率的影響，可概括為隨著輻照劑量的不斷升高，其羽化率逐漸降低，翅畸形率呈現(xiàn)上升的趨勢，成蟲平均壽命逐漸縮短，這與前人的研究結(jié)果是一致的。顧偉平等(2000)用60Co-γ射線處理棉鈴蟲Heliothisarmigera蛹，其成蟲的羽化率隨著劑量的升高而降低, 畸形率和死蛹率增加；羅玲艷(2017)用60Co-γ射線輻照處理小菜蛾P(guān)lutellaxyllostella6日齡蛹，其成蟲的羽化率亦隨輻照劑量的增加而降低，100 Gy和150 Gy處理下，雄蟲壽命分別為14.17 d、13.03 d，與對照組13.5 d相比無顯著差異，當劑量大于等于200 Gy時，壽命隨劑量的增加而減少。

對產(chǎn)卵量及子代孵化率數(shù)據(jù)分析可知，草地貪夜蛾在不同劑量處理下的產(chǎn)卵量差異極為顯著，300～500 Gy劑量下雌蟲不產(chǎn)卵，100～250 Gy處理時產(chǎn)卵量也顯著低于對照；其中值得注意的是，100 Gy劑量處理下僅有1頭雌蟲產(chǎn)下3粒卵，有2粒在第29天后才孵化為幼蟲，如果并非偶然現(xiàn)象，下一步應增加供試蟲量，如何利用輻照技術(shù)來延緩草地貪夜蛾卵的發(fā)育，值得進一步探究。昆蟲不育性在一定劑量范圍內(nèi)，隨著輻照劑量的升高而逐漸增強的現(xiàn)象也在許多報道中得到了證實。Sallametal.(1998)對棉花害蟲埃及金剛鉆Eariasinsulana采用100 Gy、150 Gy和200 Gy劑量輻照處理來探究其遺傳不育的研究結(jié)果表明，其不育程度總的趨勢是隨輻照劑量的增加而提高；保加利亞的Genchevetal.(1996)研究的梨小食心蟲Grapholitamolesta雌蟲用100 Gy輻照處理，其不育率為98.5%～99%；輻照劑量增到150 Gy時，不育率達到100%，亦表明其不育率在隨劑量升高而增大。

一般將毒物興奮效應(Hormesis效應)定義為化學物對生物體在高劑量時表現(xiàn)負面影響(如生長、發(fā)育受抑)，但在低劑量時卻表現(xiàn)為有益作用(如刺激生長發(fā)育)的現(xiàn)象(Gentile, 2001)?，F(xiàn)在都認為Hormesis是生物體的一種適應性反應即在致毒因素(包括毒物、輻射等)不同的劑量或強度范圍，生物具有不同的劑量-反應關(guān)系(Calabrese, 2004)。本研究中出現(xiàn)草地貪夜蛾成蟲的壽命并不是完全隨著輻照劑量升高而逐步縮短的現(xiàn)象，并存在一種以雙相劑量-反應曲線為特征的適應性反應。本文中在測試中間劑量350 Gy的成蟲壽命為7.2 d，高于其它處理組但低于對照組，且300 Gy處理組和350 Gy處理組的存活率折線走勢與其它處理組相比較為平緩，相對于低劑量輻照處理的結(jié)果，推測可能出現(xiàn)類似的毒物興奮效應，即草地貪夜蛾受到輻照應激，最初的生理抑制反應經(jīng)過某一閾值后，會出現(xiàn)相對補償效益，而這個補償效應會存在一個閾值區(qū)間，形成相對刺激效應。這與Calabrese(1999)表述的毒物興奮效應呈現(xiàn)了一種過度補償效應的觀點具有一定的類似性，但并沒有達到過度補償?shù)男Ч?/p>

本文研究的是受射線輻照的草地貪夜蛾對應劑量下的自交情況，結(jié)果表明對當代成蟲壽命及產(chǎn)卵量的影響極為顯著，此結(jié)果啟示在對草地貪夜蛾合適的不育劑量進行篩選時，應當選取對其親代各項生長發(fā)育指標影響較小的劑量，以保證接受輻照處理蛾的有效交配及產(chǎn)卵。后續(xù)研究將進一步關(guān)注低劑量輻照草地貪夜蛾的生物學效應，以期為未來進行輻照不育防控草地貪夜蛾的田間應用提供科學參考。