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如何利用輻射防治害蟲

解讀“核”

害蟲會傳播疾病。例如,蚊蟲是傳播瘧疾的罪魁禍?zhǔn)?。僅在2021年就有2.47億人感染瘧疾,60多萬人因此喪生。

害蟲會傳播疾病。例如,蚊蟲是傳播瘧疾的罪魁禍?zhǔn)?。僅在2021年就有2.47億人感染瘧疾,60多萬人因此喪生。寄生害蟲,如寄生蠅,可能威脅整個生態(tài)系統(tǒng),并危及動物和生物多樣性的長期保護。其他害蟲,如果蠅、飛蛾、采采蠅和螺旋蟲,會毀害農(nóng)作物和家畜,并威脅農(nóng)民的生計、損害國際貿(mào)易和破壞全球糧食安全。據(jù)官方估計,2021年,害蟲毀害了高達40%的全球作物,造成了2200億美元的損失。

利用輻射可以幫助控制或管理害蟲—即蟲害防治,有效地防止害蟲危及人類和動物健康、生態(tài)系統(tǒng)和糧食安全(包括作物和畜牧生產(chǎn))。利用輻射防治害蟲的方法包括昆蟲不育技術(shù)、遺傳不育和生物防治。

(信息圖表:Adriana Vargas/原子能機構(gòu))

什么是昆蟲不育技術(shù)?

昆蟲不育技術(shù)是一種利用電離輻射對實驗室飼養(yǎng)的大量昆蟲進行絕育的方法,這些不育昆蟲隨后被釋放到害蟲孳生區(qū)域,與野生害蟲種群交配。由于這些不育昆蟲不能產(chǎn)生任何后代,昆蟲種群數(shù)量隨著時間的推移不斷降少。

盡管對于許多種類的昆蟲,既可以釋放不育雄蟲,也可以釋放不育雌蟲,但在大多數(shù)情況下,作為昆蟲不育技術(shù)的一部分只釋放雄蟲更具成本效益。這樣做有幾個關(guān)鍵原因。首先,不育雄蟲在阻礙野生種群繁殖方面要有效得多,因為它們會主動尋找野生雌蟲交配,并能與多個雌蟲交配。因此,只釋放雄蟲可以加速誘導(dǎo)不育,因為不育雄蟲只與野生雌蟲交配,而不會被不育雌蟲干擾。此外,在絕育過程失效這種不大可能發(fā)生的情況下,只釋放雄蟲也消除了將可育雌蟲引入環(huán)境的風(fēng)險。其次,對于只釋放雄蟲的昆蟲種類而言,與既釋放雄蟲又釋放雌蟲相比,包裝和釋放不育昆蟲的成本減少一半。第三,只釋放雄蟲要安全得多,因為在一些情況下,釋放雌蟲會產(chǎn)生負(fù)面影響——例如,只有雌性蚊蟲會叮人吸血,以獲取蛋白質(zhì),同時可能傳播致命的疾病。

昆蟲不育技術(shù)是目前最安全和最環(huán)保的昆蟲節(jié)育方法之一,通過減少使用殺蟲劑來保護環(huán)境。此外,由于不育昆蟲無法自我復(fù)制,因此這種方法不會帶來將非本地物種引入生態(tài)系統(tǒng)的風(fēng)險,而是創(chuàng)造了一個解決害蟲問題的長期方案。

自20世紀(jì)50年代以來,昆蟲不育技術(shù)已在全球成功地用于防治一些影響人類和家畜健康的害蟲,如新世界螺旋蟲、采采蠅和傳播疾病的蚊蟲,以及破壞作物和影響貿(mào)易的害蟲,如果蠅和飛蛾。

可以對蛾類害蟲進行絕育,但是它們需要較高的輻射劑量,這往往會弱化受輻照雄蛾與野生雄蛾競爭的能力。相反,可利用較弱的半不育劑量誘發(fā)飛蛾后代完全不育。這就是所謂的遺傳不育(信息圖表:Adriana Vargas/原子能機構(gòu))。

什么是遺傳不育?

遺傳不育是另一種昆蟲不育技術(shù),與傳統(tǒng)方法非常相似,因為這種方法也涉及飼養(yǎng)、輻照和向目標(biāo)區(qū)域釋放半不育雄蟲,以減少可育雄蟲的交配。然而,使用這種技術(shù)后,被飼養(yǎng)和釋放的雄蟲仍具有一定程度的生育能力,但它們的所有后代都是天生不育。

這種技術(shù)在只有使用非常高的輻射劑量方能使特定種類的雄蟲(如飛蛾)完全不育時才會使用。然而,高劑量可能弱化雄蛾,使其沒有能力與野生飛蛾競爭繁殖。因此,這種技術(shù)涉及使用低得多且較弱的劑量,不妨礙飛蛾的繁殖機會,但會誘發(fā)飛蛾后代遺傳不育。

這種技術(shù)有很多優(yōu)點。它使科學(xué)家們能夠針對那些需要非常高輻射劑量才能不育的物種。然而,雌蛾往往對輻射更敏感,在輻照后會完全不育。而輻照雄蛾只是一定程度上不育,并生出完全不育的后代。釋放一定程度上遺傳不育的雄蛾,往往有助于將野生種群數(shù)量抑制到比常規(guī)昆蟲不育技術(shù)中釋放的同等數(shù)量完全不育雄蛾所能達到的更大程度,因為這些雄蛾能夠在下一代產(chǎn)生多個完全不育的后代。

一只瓢蟲在蘆筍植物上取食飛蛾卵 (信息圖表:Adriana Vargas/原子能機構(gòu))。

什么是生物防治?

生物防治是一種通過大量繁殖和釋放害蟲天敵從而殺死害蟲的方法,這些天敵如以害蟲的卵和幼蟲為食的捕食性昆蟲,或?qū)⒙旬a(chǎn)到宿主害蟲體內(nèi)的寄生蟲(也稱為擬寄生物)。

與基于利用核技術(shù)的昆蟲不育技術(shù)和遺傳不育方法不同,在生物防治中,核技術(shù)只用于特定目的。輻射可以用來提高飼養(yǎng)、運輸和部署這些害蟲天敵的適用性、成本效益和安全。輻射還可以提升生物防治方法的效果,并減少與生物防治相關(guān)的許多限制。例如,輻射可用于降低生物防治物的生產(chǎn)成本。例如,針對擬寄生物,輻射可以降低宿主昆蟲的自然防御能力(即免疫反應(yīng)),以提高擬寄生物的生產(chǎn)力和存活率。此外,輻射有助于阻礙宿主昆蟲發(fā)育,保證從蛹中只生出擬寄生物。如果一些宿主昆蟲存活下來,使用輻射能確保它們不育,從而消除生出可育宿主昆蟲而在新環(huán)境中成為害蟲的風(fēng)險(見下方的信息圖表)。在適當(dāng)?shù)那闆r下,低劑量的輻射也可以促進一些捕食性昆蟲繁殖,在這些捕食性昆蟲不威脅非靶標(biāo)昆蟲種群的環(huán)境中,可用來提高生物防治的有效性。

生物防治有助于防治害蟲,同時通過輻照生物防治物的宿主,就不會意外地將新的害蟲引入環(huán)境。(信息圖表:Adriana Vargas/原子能機構(gòu))。

同樣地,輻照可以幫助運輸捕食性昆蟲和擬寄生物,即通常所稱的生物防治物。例如,擬寄生物可能需要宿主昆蟲才能在運輸中存活下來,而捕食性昆蟲可能需要以其他昆蟲為食。因此,生物防治物通常與它們的“獵物昆蟲”及其卵一起運輸,作為運輸期間的食物來源。然而,并非所有用作擬寄生物宿主的昆蟲都會受到擬寄生物的影響,因此,如果這些宿主昆蟲在運輸過程中存活下來并被釋入環(huán)境,它們將成為害蟲。  在運輸前對宿主昆蟲進行輻照,將確保不會有新的害蟲被意外地引入到生物防治區(qū)域。

原子能機構(gòu)的作用是什么?