林业科学  2005, Vol. 41 Issue (5): 207-210   PDF    
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牟建军, 张永安, 李孟楼, 蒋平, 王玉珠.
Mu Jianjun, Zhang Yongan, Li Menglou, Jiang Ping, Wang Yuzhu.
松墨天牛辐射不育的研究
Research on the Sterile Effect of Radiation on Monochamus alternatus
林业科学, 2005, 41(5): 207-210.
Scientia Silvae Sinicae, 2005, 41(5): 207-210.

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收稿日期:2004-07-22

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牟建军
张永安
李孟楼
蒋平
王玉珠

松墨天牛辐射不育的研究
牟建军1, 张永安2, 李孟楼1, 蒋平3, 王玉珠2     
1. 西北农林科技大学林学院 杨凌 712100;
2. 中国林业科学研究院森林生态环境与保护研究所 北京 100091;
3. 浙江省森林病虫害防治检疫站 杭州 310020
关键词: 松墨天牛    辐射不育    剂量    
Research on the Sterile Effect of Radiation on Monochamus alternatus
Mu Jianjun1, Zhang Yongan2, Li Menglou1, Jiang Ping3, Wang Yuzhu2     
1. Forestry College, Northwest Sci-Tech University of Agricultrue and Forestry Yangling 712100;
2. Institute of Forest Ecology, Environment and Protection, CAF Beijing 100091;
3. Forest Pest Control & Quarantine Station of Zhejiang Province Hangzhou 310020
Abstract: By radiating the worms eclosioned 3~5 days using 20~160 Gy 60CO γ, the sterility of Monochamus alternatus was studied.The results showed that the irradiation makes Monochamus alternatus worms to sterilize; the males are more sensitive to irradiation than females; 40 Gy is a full sterility for the worms dosage, 20 Gy is a minimum sterility dosage.
Key words: Monochamus alternatus    irradiation sterility    dosage    

松墨天牛(Monochamus alternatus)属鞘翅目(Coleoptera)天牛科(Cerambycidae)沟胫天牛亚科墨天牛属。松墨天牛在国外主要分布于日本、朝鲜、韩国、越南、老挝等国家;国内分布于河北、陕西、山东、河南、安徽、贵州、江苏、上海、浙江、湖南、湖北、江西、福建、广东、广西、云南及四川等省、市、区(柴希民等,2003)。该天牛也是松材线虫(Brusaphelenchus xylophilus)在日本和我国广为传播的主要媒介昆虫;当前,松材线虫病在我国沿海一带仍呈扩大蔓延趋势,对我国重要针叶造林树种如马尾松(Pinus massoniana)、黑松(P. thunbergii)、赤松(P. densiflora)等带来毁灭性灾害(柴希民等,2003; 张星耀等,2004)。

松墨天牛的主要防治措施有:强化检疫、清理熏蒸病死木、飞机喷药、引诱剂、饵木诱杀、病死木切片、锯板烘干、水浸、土埋、高温、林分更新改造、营造抗病树种等;国内外对天敌昆虫、病原细菌、病原真菌、病原线虫、啄木鸟等生物防治的研究利用也很多(徐福元, 1998)。

自1950年辐射技术广泛用于昆虫学领域以来,国外利用辐射不育技术在螺旋蝇(Cochliomyia hominivorax)、地中海果蝇(Ceratis capitata)、瓜实蝇(Bactrocera cucurbitae)、苹果蠹蛾(Laspeyresia pomonella)等防治上取得成功(王华嵩, 1998);在国内,顾伟平等(2000)60COγ射线处理棉铃虫蛹,开展了辐射棉铃虫(Helicoverpa armigera)不育剂量及其遗传效应的研究,夏大荣等(1995)利用辐射不育技术防治野蚕(Theophila mandarina)的同时,从染色体结构变异角度对60COγ射线照射野蚕蛹造成其后代不育机理也进行了研究(杨荣新等,19941998)。本试验对松墨天牛的辐射剂量进行了首次研究。

1 材料与方法 1.1 材料

供试松墨天牛采自浙江余杭锦江木业有限公司待处理木段,养虫室由杭州余杭锦江木业有限公司提供;饲料配方为松木屑、麦胚、琼脂粉等为底料加纤维素、维生素混合物、抗坏血酸等必需成分及山梨酸、甲醛、乙醇等防腐剂的半人工饲料。幼虫饲养器具由北京中林恩多威生物技术有限公司提供;成虫饲养枝条采自浙江余杭马尾松林地;饲养笼为自制不锈钢纱笼,规格30 cm×30 cm×40 cm。辐照地点为浙江原子能利用辐照中心。

1.2 条件及方法 1.2.1 条件

幼虫、蛹在自然光照条件下、22?℃的室温饲养;成虫饲养温度、光照为自然条件;辐射温度为自然室温。

1.2.2 方法

辐射分20、40、60、80、120、160 Gy 6个剂量,剂量率1.1 Gy·min-1,每个剂量处理雌、雄各8头,且尽量保证同一剂量的每头所受辐射剂量大小一致, 每个剂量处理虫分别用未被辐射处理的不同性别虫按1:1比例配对饲养,每个剂量重复2次。

幼虫饲养:2004年3月下旬采松墨天牛幼虫进行人工饲养,每10天更换饲料至化蛹;蛹饲养:为保持蛹羽化的有利环境,蛹期用饲料维持至羽化后3~5 d;成虫饲养:辐射雌、雄天牛分别用健康雄、雌天牛按1:1比例配比,用1年生至多年生混合枝水培法饲养,且隔3天更换饲养枝及培养水,并计录死亡雌、雄虫头数。饲养第4天放入直径大于4 cm的马尾松枝作为产卵枝,视产卵多少而更换,但最长不超过4 d,换出8 d后统计刻槽数并剥开刻槽统计未孵化卵、幼虫数等。

2 结果与分析 2.1 辐射松墨天牛的行为学习性

饲养松墨天牛有多次交尾和无固定交尾对象的特性。饲养松墨天牛喜食当年生枝,且取食由当年生枝至多年生枝逐渐减少。饲养第4天放入的产卵枝开始出现刻槽但无卵,第8天放入的产卵枝上刻槽开始有卵。产卵刻槽有两种:一种是厚表皮上的锥形刻槽,另一种是直接的小孔刻槽,刻槽孔直径为2 mm大小。产卵前期和后期空槽比例高,达到80%~90%;产卵盛期的有卵刻槽比例高,占到80%以上。同一刻槽产1粒卵和产2粒卵的均有。刻槽孔的上、下方都有卵,位置并不固定;且表皮以下紧挨着韧皮部、韧皮层中间、韧皮部以下紧挨木质部均有卵,深度也不一。

2.2 辐射松墨天牛的行为学指标 2.2.1 指标结果

辐射雄虫、雌虫寿命、产卵量及孵化率,效果比较如表 12图 1~3所示。

表 1 辐射雄虫寿命、与辐射雄虫配对雌虫产卵量及卵孵化率 Tab.1 Mean life-span of radiation males, average amount
表 2 辐射雌虫寿命、产卵量及孵化率 Tab.2 Mean life-span of radiation females,
图 1 辐射雄虫和辐射雌虫寿命 Fig. 1 The longevity of radiation males with radiation females ◆雄虫  Males;■雌虫  Females
图 2 辐射雌虫、配对雌虫平均产卵量 Fig. 2 Mean eggs amount of radiation females, females copulated with radiation males ■辐射雌虫  Radiation females;◆配对雄虫  Mate females
图 3 辐射雌虫与辐射雄虫配对雌虫可育率 Fig. 3 Hatching of eggs of radiation females, females copulated with radiation males ■配对雌虫  Radiation females;◆配对雌虫  mate females
2.2.2 指标分析

1) 辐射可以使松墨天牛不育由表 1可知:用不同剂量的60COγ射线辐射松墨天牛雄虫,其处理雄虫寿命及健康配对雌虫产卵的孵化率随着辐射剂量的增加而下降。由图 2可知:辐射雄虫的健康配对雌虫的寿命、产卵量不受辐射剂量的影响,趋于平衡。由表 1可知:松墨天牛对不同辐射剂量辐射的表现为:当剂量为20 Gy时,辐射雄虫寿命缩短不明显,健康配对雌虫产卵的孵化率下降到15.00%;剂量为40 Gy时,辐射雄虫寿命降低不明显,健康配对雌虫产卵的孵化率下降到0;剂量为60 Gy时,辐射雄虫寿命下降到26.00 d,降低显著;当为160 Gy时,雄虫平均寿命只有13.39 d。

表 2可知:用不同剂量的60COγ射线对松墨天牛雌虫辐射,其寿命、产卵量、孵化率随着辐射剂量的增加而下降。其中产卵量下降原因一是辐射使其寿命缩短而导致产卵量下降,尤其是因辐射而不能活过产卵高峰期(羽化30 d以后)的影响尤为显著(林长春等,2003);原因二是辐射处理后,体细胞有一定程度损伤;生殖细胞染色体被诱变,出现断裂、易位及缺失等,繁殖系统受到了影响(李连芝等,1994)。松墨天牛对不同辐射剂量处理的表现为:当剂量为20 Gy时,辐射雌虫寿命和产卵量降低不明显,所产卵的孵化率下降到23.08%;剂量为40 Gy时,寿命和产卵量降低也不明显,而卵孵化率却下降到0;剂量为60 Gy时,寿命为28.67 d,产卵量为28.14粒,寿命和产卵量都明显下降;剂量为160 Gy时,成虫平均寿命只有16.67 d。

2) 松墨天牛雄虫比雌虫对辐射敏感利用一定剂量的射线对某一虫态(蛹或成虫)进行辐射处理后,一方面使受辐射害虫的体细胞基本上不受损伤,仍能保持正常的生命力及交尾能力;同时又能诱发受辐射害虫的生殖细胞染色体产生断裂或易位, 形成带显性致死突变的配子,这样就能使这种配子结合的合子致死,使得与正常虫交尾后所产生的卵不能孵化,丧失继续繁殖的能力(李连芝等,1994)。不同种类和同种类不同性别的昆虫对辐射的敏感程度是不一样的。由图 1可知:随辐射剂量增大,辐射雄虫寿命比辐射雌虫寿命下降的快;由图 3可知:随辐射剂量增大,辐射雄虫的健康配对雌虫卵孵化率比辐射雌虫卵孵化率下降的快;证明松墨天牛雄虫比雌虫对辐射敏感。

3) 松墨天牛的全不育剂量、适宜辐射剂量、高度不育剂量\辐射害虫的基本原则是体细胞基本上不受损伤,仍能保持正常的生命力及交尾能力;同时又能生殖细胞染色体产生产生诱变,使得与正常虫交尾后所产生的卵不能孵化,丧失繁殖能力(李连芝等,1994)。

松墨天牛雄虫剂量筛选。用20 Gy的60COγ射线辐射松墨天牛雄虫:当剂量为20 Gy时,辐射雄虫寿命为42.67 d,产卵量为68.85粒,可育率为15.00%;对照的寿命为44.23 d,产卵量为67.94,可育率为79.14%。可育率的下降较寿命、产卵量的下降明显的多,证明20 Gy为其高度不育剂量。用40 Gy的60COγ射线辐射松墨天牛雄虫:寿命和对照的寿命差异不显著,其健康配对雌虫卵的孵化率由对照的79.14%下降到0。当超过40 Gy剂量到达60 Gy剂量时:辐射处理对昆虫的体细胞有一定程度损伤的同时;生殖细胞染色体也被诱变,造成繁殖系统也受到一定影响,寿命出现缩短。证明40 Gy为其全不育剂量和适宜辐射剂量。

松墨天牛雌虫剂量筛选。用20 Gy的60COγ射线辐射松墨天牛雌虫:当剂量为20 Gy时,辐射雌虫寿命为42.04 d,产卵量为63.25粒,可育率为23.08%;对照的寿命为42.42 d,产卵量为67.94粒,可育率为79.14%。可育率的下降较寿命、产卵量的下降明显的多,证明20 Gy为其高度不育剂量。用40 Gy的60COγ射线辐射松墨天牛雌虫:可育率由对照的79.14%下降到0,同理可育率的下降也较寿命、产卵量的下降明显。当超过40 Gy剂量到达60 Gy剂量时:辐射处理对昆虫的体细胞有一定程度损伤的同时;生殖细胞染色体也可能被诱变,造成生殖系统等受到了较大的影响,从而寿命、产卵量、孵化率下降显著。证明40 Gy为松墨天牛雌性全不育剂量和适宜辐射剂量。

3 结论与讨论

1) 辐射可以使松墨天牛不育。一定剂量的辐射可使处理虫的酶发生变化,染色体发生改变。酶的变化可以造成昆虫生理上的饥饿,激发成虫的取食行为,或者产生后续拒食反应等生理现象,即昆虫所表现的取食、产卵、寿命等的现象则是不同种酶在生理功能上不一样的外在表现(舒志群等,1997);染色体是主要遗传物质的载体,辐射能使染色体发生改变,导致生殖细胞的分裂受阻,生长分化不正常,从而破坏了昆虫的生殖腺,引起配子部分死亡而造成不育个体(李连芝等,1994),因此,通过辐射来引起昆虫酶的变化、染色体的改变,从而达到不育效果是切实可行的,这已在螺旋蝇、苹果蠹蛾、光肩星天牛等昆虫上被证实。

2) 松墨天牛雄虫比雌虫对辐射敏感。不同性别的不同遗传机理导致遗传效应的差异及不同性别之间个体的差异导致受辐面积的不一样,松墨天牛雌雄虫对辐射的敏感程度是不一样的。至于辐射对不同性别的生理、遗传性能、后代种群质量、交尾是否延迟、交尾不成功几率等方面的差异都还需要观察和实验。

3) 松墨天牛的全不育剂量、适宜辐射剂量、高度不育剂量。各种昆虫因染色体结构上的差异,对射线敏感性也不同。如玉米螟、桃小食心虫等鳞翅目昆虫,其染色体结构为漫着丝点,染色体数目多(n=3), 个体小,较抗辐射,全不育剂量为400 Gy以上,这样高的剂量常引起生理上的损伤和代谢紊乱,使交尾竞争能力降低,寿命缩短,所以,现在都采用亚不育剂量,以降低剂量对体细胞的损害。如柑桔大实蝇染色体结构为单着丝点,染色体数目少(n=6),个体大,最大辐面积为6.72 μm,辐射对其影响较大,染色体经辐射后引起断裂和易位重组后,染色体的断片因缺乏着丝点而不能将其带入子细胞,从而引起染色体的缺失。断裂的染色体易位重组后,造成染色体发育不平衡,导致细胞不能正常分裂而死亡。所以较低剂量(60~90 Gy)辐射后,既可导致全不育,而又不影响其生命力和交尾竞争能力。柑桔大实蝇与地中海果蝇等一些双翅目昆虫一样,可以采用不育剂量,辐射不育好的防治效果,已经被田间释放实验所证实(刘新等,2001)。松墨天牛的全不育剂量为40 Gy,辐射剂量较低,因此,该剂量既是松墨天牛的全不育剂量又是松墨天牛适宜辐射剂量。

参考文献(References)
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