60Coγ射线和电子束对红棕象甲雄虫的不育效应

李 庆， 李朝绪， 吕朝军， 钟宝珠， 黄山春， 高 熹， 覃伟权

1云南农业大学，云南 昆明 650201； 2中国热带农业科学院椰子研究所，海南 文昌 571339；3椰子国家工程研究中心，海南 文昌 571339

红棕象甲Rhyncophorusferrugineus(Olivier)属鞘翅目Coleoptera象甲科Curculionidae，是我国重要的检疫害虫和国际上重要的棕榈害虫(陈曦，2017)，对椰子CocosnuciferaL.、油棕ElaeisguineensisJacq.、椰枣PhoenixdactyliferaL.等棕榈植物具有致死性高、危害性大、前期危害症状不显著等特点(韩宙等，2013； 李清鹏和刘振旺，2018； 吕朝军等，2020)。目前,红棕象甲的防治主要遵循“预防为主，综合防治”的原则(赖俊岩，2018； 杨国玲，2020)，防治以信息素诱集、茎干药剂注射等为主(周继中和叶醒波，2019)。其中，信息素诱集虽然可以降低成虫基数，但对于茎干内危害的幼虫无效，而药剂茎干注射法可杀死树干内的幼虫，却会对植株形成伤害并有农药残留的风险(钟宝珠等，2020)。在生物防治方面,目前主要集中在真菌、昆虫、线虫以及细菌类天敌的室内实验，但其野外防控效能未曾得到验证(郭雅洁等，2018； 钟宝珠等，2020)。

昆虫辐射不育技术是指利用高能射线包括γ射线、χ射线、α射线、β射线和中子流等，对目标害虫(主要是雄虫)的某个虫态进行辐照处理，导致其显性致死、当代或后代不能正常生殖(王华嵩，1998； 钟国华等，2012)。将经过一定辐照剂量处理的害虫投放到自然种群中进行交配,造成后代不育，重复几个世代后，就可达到减少害虫种群数量的目的(张家侠等，2014)。昆虫辐射不育技术是生物和物理防治方法的创新，与当今生产实践相结合,具有无抗性、防效持久、专一性强、对人畜和天敌安全等特点。20世纪50年代，美国应用辐射不育技术成功消灭了家畜害虫螺旋蝇Cochliomyiahominivorax(Coquerel)(Botto & Glaz,2010)。从此，辐射不育技术引起了研究人员的高度重视并广泛用于害虫防治，先后成功防治了地中海果蝇Ceratitiscapitata(Wiedemann)、苹果蠹蛾Cydiapomonella(L.)等(陈美红和谢吉平，2004； Botto & Glaz,2010)。国内也有如棉铃虫HelicoverpaarmigeraHübner(闰硕等，2012)、中国野蚕BombyxmandarinaMoore(杨荣新等，2000)、桑天牛Aprionagermari(Hope)(苏远达，2011; 唐燕平等，2014)、光肩星天牛Anoplophoraglabripennis(Motschulsky)(李咏军等，2006)、松墨天牛MonochamusalternatusHope (牟建军等，2005)等雄性不育的相关报道。

本研究尝试利用电子束和60Coγ射线对红棕象甲进行辐射不育技术的研究，即在室内利用电子束和60Coγ射线对红棕象甲雄成虫进行辐照处理，分析2种辐照方法对红棕象甲雄虫的生殖力、寿命的影响，筛选最佳的辐照射线和剂量，为红棕象甲辐射不育防控技术的野外应用提供数据支撑。

1 材料与方法

1.1 实验材料

1.1.1 供试虫源 实验成虫由中国热带农业科学院椰子研究所植物保护中心实验室繁育。

1.1.2 辐照源及剂量 辐照源为剂量率为2 Gy·min-1的60Coγ射线和10 MeV·kW-1的高能电子加速器。随机取初羽化5 d的红棕象甲雄虫，分别用20、60、100、140、180 Gy 的60Coγ，50、100、150、200、250 Gy 的电子束进行处理。

1.2 实验方法

1.2.1 2种射线对红棕象甲成虫生殖力及寿命的影响 分别将不同剂量辐照后的红棕象甲雄成虫与正常雌成虫配对，放置于昆虫饲养瓶中；同时设置对照组(正常雌雄配对)，处理组与对照组用纱布球蘸取20%蜂蜜水饲养。对饲养瓶进行编号，每2 d更换1次纱布球，从更换的纱布球中取出卵，放在培养皿(用加有蒸馏水的滤纸保湿)中，并置于(27±1)℃、光照14L∶10D、RH70%～80%环境下继续培养，记录产卵数及孵化的幼虫数，统计处理虫的寿命。根据卵孵化率以及处理虫寿命筛选出对红棕象甲雄成虫具有较好不育效果的辐照射线和剂量。每剂量辐照6头雄虫，重复3次。

1.2.2 不同比例的射线处理对红棕象甲生殖力的影响 从上述实验中筛选出具有较好不育效果的射线对雄虫进行辐照，然后用未处理雌、雄虫与2种辐射虫进行配对饲养。根据卵孵化率进行2种辐射虫竞争力的测定，测定方法参照牟建军(2005)和苏远达(2011)，在7个养虫盒内分别放入3对未经任何处理、自然羽化5 d的红棕象甲雌、雄成虫。其中1个养虫盒作为对照(雌∶雄为1∶1)，3个养虫盒分别放入12、15和18头经过100 Gy电子束处理过的雄虫(雌∶雄∶辐照雄虫分别为 1∶1∶4、1∶1∶5、1∶1∶6)。另外3个养虫盒分别放入12、15和18头经过100 Gy60Coγ射线辐照处理过的雄虫(雌∶雄∶辐照雄虫分别为1∶1∶4、1∶1∶5、1∶1∶6)，实验3次重复。在每个养虫盒中放置3个直径大小为2 cm左右的纱布球，纱布球蘸取蜂蜜水供红棕象甲成虫取食和产卵。饲养3 d后，取出纱布球，记录产卵量。将卵置于培养皿(用加有蒸馏水的滤纸保湿)中，置于(27±1)℃、光照14L∶10D、RH50%～70%的室内，记录卵的孵化情况，计算孵化率。

1.3 数据统计与分析

采用SPSS 26进行数据处理与统计分析，相同指标进行单因素方差(Duncan′s新复极差法多重检验)分析。

2 结果与分析

2.1 不同剂量电子束对红棕象甲雄虫生殖力的影响

不同剂量电子束辐照对雄成虫生殖力的影响见表1，各剂量处理的雄虫与雌虫均有交配行为，雌虫产卵量、孵化卵量和孵化率随电子束剂量的增加而逐渐减少，与对照组差异显著。当辐照剂量为50 Gy时，产卵量为144.83粒；当辐照剂量为100 Gy时，产卵量为129.50粒。辐照剂量为100、150、200和250 Gy时，孵化率为0。

表1 不同剂量电子束对红棕象甲雄虫生殖力的影响

2.2 不同剂量60Coγ射线对红棕象甲雄虫生殖力的影响

不同剂量60Coγ射线对成虫生殖力的影响见表2，各剂量处理的雄虫与雌虫均有交配行为，各处理组的平均产卵量、孵化量和孵化率都与对照组差异显著。辐照剂量为60 Gy时，产卵量为206.50粒，孵化率仅为5.17%，所以60 Gy为红棕象甲雄虫的亚不育剂量。辐照剂量为100、140、180 Gy，产卵量随着射线剂量的增加而逐渐减少，孵化率均为0。

表2 不同剂量60Coγ射线对红棕象甲雄虫生殖力的影响

2.3 不同剂量的电子束和60Coγ射线对雄虫寿命的影响

随着电子束剂量的增加，被辐照雄虫的寿命逐渐减少，并且与对照组差异显著。当剂量为100 Gy时，雄虫寿命为23.50 d；当剂量为250 Gy时，雄虫寿命仅为11.33 d(图1A)。随着60Coγ射线剂量的增加，被辐照雄虫的寿命逐渐减少，并且与对照组差异显著。当射线剂量为100 Gy时，雄虫寿命为57.17 d;当射线剂量为180 Gy时，雄虫寿命仅为11.50 d(图1B)。用100 Gy的电子束和60Coγ射线对雄虫进行处理时，60Coγ射线处理虫寿命长于电子束处理虫。

图1 不同剂量的电子束(A)和60Coγ射线(B)对雄虫寿命的影响

2.4 不同比例的电子束和60Coγ射线辐射对红棕象甲生殖力的影响

在养虫盒中放置经100 Gy的电子束和60Coγ射线辐照处理后的雄性红棕象甲，随着辐照红棕象甲数量的增加，产卵量与对照无显著差异，雌虫所产卵孵化率随辐射雄虫的数量增加而逐渐降低，与对照组差异显著。当雄虫∶雌虫∶处理雄虫为1∶1∶6时，电子束辐照组的雌虫所产卵的孵化率仅为25.26%，60Coγ射线辐照组的雌虫所产卵的孵化率仅为2.44%(表3)。

表3 不同比例的电子束和60Coγ射线辐射对红棕象甲生殖力的影响

3 结果与讨论

辐射导致昆虫不育的机制涉及多方面因素。在对螺旋蝇、苹果蠹蛾、光肩星天牛等昆虫研究中表明，辐射导致昆虫不育的原因主要是辐射能够引起昆虫体内酶和染色体的改变(牟建军，2005)。王广利等(2008)研究表明，经辐射后的青杨脊虎天牛XylotrechusrusticusL.雄虫精子结构异常。刘晓辉等(2003)研究也表明,经辐射处理后的光肩星天牛雄虫精子活力下降。

各种昆虫因染色体结构上的差异，对射线敏感性也不同。周利娟等(2004)归纳了约150种昆虫的辐射耐受性，发现鳞翅目害虫的不育剂量一般为300～500 Gy，鞘翅目不育剂量为24～120 Gy。本研究证实，电子束和60Coγ射线对红棕象甲雄虫辐照的最佳不育剂量均为100 Gy，在鞘翅目昆虫的不育剂量范围之内。本研究发现，辐射雄虫的寿命随辐射剂量的增加而变短，与牟建军等(2005)、陈美红和谢吉平(2004)的研究结果一致。本研究中，利用100 Gy电子束和60Coγ射线处理红棕象甲雄虫时，电子束处理的雄虫寿命较短，可能是由于电子束属于电离辐射，60Coγ射线属于非电离辐射，两者对于红棕象甲生命力的损伤程度不同。近年来，电子束逐渐用于临床以及货物的辐射处理，但是关于电子束在昆虫辐射不育技术上的应用至今未见报道，因此，对其还有待进一步研究。

昆虫的辐射不育效果评价主要通过昆虫辐照后的卵孵化率、幼虫成活率、成虫羽化率以及成虫的存活率、寿命、生育能力等方面进行分析。本研究在对红棕象甲成虫的辐射不育研究中，利用100 Gy的电子束和60Coγ射线对红棕象甲成虫进行辐射后，随着辐照虫数量的增加，卵孵化率逐渐降低，并且当雌∶雄∶辐射雄为1∶1∶6时，利用100 Gy电子束对雄虫进行辐照的卵孵化率为25.26%，利用100 Gy的60Coγ射线进行辐照的卵孵化率仅为2.44%，与刘枫等(2017)的研究结果大致相同。

本实验中经100 Gy的电子束辐射和60Coγ射线辐射雄虫相比，60Coγ射线辐照雄虫寿命明显长于电子束辐射，在养虫笼中当雌∶雄∶辐射雄为1∶1∶6时，实际是辐照雄虫与正常雄虫竞争交配的结果，60Coγ射线辐射雄虫寿命长，交配竞争机会多，竞争效果大过电子束辐射雄虫，导致卵孵率更低，影响后代种群数量。因此，在实际应用上采用100 Gy的60Coγ射线辐照红棕象甲雄虫效果较好。