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如何利用輻射防治害蟲(chóng)

解讀“核”
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害蟲(chóng)會(huì)傳播疾病。例如,蚊蟲(chóng)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(wàn)人因此喪生。寄生害蟲(chóng),如寄生蠅,可能威脅整個(gè)生態(tài)系統(tǒng),并危及動(dòng)物和生物多樣性的長(zhǎng)期保護(hù)。其他害蟲(chóng),如果蠅、飛蛾、采采蠅和螺旋蟲(chóng),會(huì)毀害農(nóng)作物和家畜,并威脅農(nóng)民的生計(jì)、損害國(guó)際貿(mào)易和破壞全球糧食安全。據(jù)官方估計(jì),2021年,害蟲(chóng)毀害了高達(dá)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(chóng)—即蟲(chóng)害防治,有效地防止害蟲(chóng)危及人類(lèi)和動(dòng)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(chóng)的方法包括昆蟲(chóng)不育技術(shù)、遺傳不育和生物防治。

什么是昆蟲(chóng)不育技術(shù)?

(信息圖表:Adriana Vargas/原子能機(jī)構(gòu))

昆蟲(chóng)不育技術(shù)是一種利用電離輻射對(duì)實(shí)驗(yàn)室飼養(yǎng)的大量昆蟲(chóng)進(jìn)行絕育的方法,這些不育昆蟲(chóng)隨后被釋放到害蟲(chóng)孳生區(qū)域,與野生害蟲(chóng)種群交配。由于這些不育昆蟲(chóng)不能產(chǎn)生任何后代,昆蟲(chóng)種群數(shù)量隨著時(shí)間的推移不斷降少。

盡管對(duì)于許多種類(lèi)的昆蟲(chóng),既可以釋放不育雄蟲(chóng),也可以釋放不育雌蟲(chóng),但在大多數(shù)情況下,作為昆蟲(chóng)不育技術(shù)的一部分只釋放雄蟲(chóng)更具成本效益。這樣做有幾個(gè)關(guān)鍵原因。首先,不育雄蟲(chóng)在阻礙野生種群繁殖方面要有效得多,因?yàn)樗鼈儠?huì)主動(dòng)尋找野生雌蟲(chóng)交配,并能與多個(gè)雌蟲(chóng)交配。因此,只釋放雄蟲(chóng)可以加速誘導(dǎo)不育,因?yàn)椴挥巯x(chóng)只與野生雌蟲(chóng)交配,而不會(huì)被不育雌蟲(chóng)干擾。此外,在絕育過(guò)程失效這種不大可能發(fā)生的情況下,只釋放雄蟲(chóng)也消除了將可育雌蟲(chóng)引入環(huán)境的風(fēng)險(xiǎn)。其次,對(duì)于只釋放雄蟲(chóng)的昆蟲(chóng)種類(lèi)而言,與既釋放雄蟲(chóng)又釋放雌蟲(chóng)相比,包裝和釋放不育昆蟲(chóng)的成本減少一半。第三,只釋放雄蟲(chóng)要安全得多,因?yàn)樵谝恍┣闆r下,釋放雌蟲(chóng)會(huì)產(chǎn)生負(fù)面影響——例如,只有雌性蚊蟲(chóng)會(huì)叮人吸血,以獲取蛋白質(zhì),同時(shí)可能傳播致命的疾病。

昆蟲(chóng)不育技術(shù)是目前最安全和最環(huán)保的昆蟲(chóng)節(jié)育方法之一,通過(guò)減少使用殺蟲(chóng)劑來(lái)保護(hù)環(huán)境。此外,由于不育昆蟲(chóng)無(wú)法自我復(fù)制,因此這種方法不會(huì)帶來(lái)將非本地物種引入生態(tài)系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn),而是創(chuàng)造了一個(gè)解決害蟲(chóng)問(wèn)題的長(zhǎng)期方案。

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

什么是遺傳不育?

可以對(duì)蛾類(lèi)害蟲(chóng)進(jìn)行絕育,但是它們需要較高的輻射劑量,這往往會(huì)弱化受輻照雄蛾與野生雄蛾競(jìng)爭(zhēng)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(jī)構(gòu))。

遺傳不育是另一種昆蟲(chóng)不育技術(shù),與傳統(tǒng)方法非常相似,因?yàn)檫@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(chóng),以減少可育雄蟲(chóng)的交配。然而,使用這種技術(shù)后,被飼養(yǎng)和釋放的雄蟲(chóng)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(lèi)的雄蟲(chóng)(如飛蛾)完全不育時(shí)才會(huì)使用。然而,高劑量可能弱化雄蛾,使其沒(méi)有能力與野生飛蛾競(jìng)爭(zhēng)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(jī)會(huì),但會(huì)誘發(fā)飛蛾后代遺傳不育。

這種技術(shù)有很多優(yōu)點(diǎn)。它使科學(xué)家們能夠針對(duì)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(duì)輻射更敏感,在輻照后會(huì)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(chóng)不育技術(shù)中釋放的同等數(shù)量完全不育雄蛾所能達(dá)到的更大程度,因?yàn)檫@些雄蛾能夠在下一代產(chǎn)生多個(gè)完全不育的后代。

什么是生物防治?

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

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

與基于利用核技術(shù)的昆蟲(chóng)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(lái)提高飼養(yǎng)、運(yùn)輸和部署這些害蟲(chóng)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(duì)擬寄生物,輻射可以降低宿主昆蟲(chóng)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(chóng)發(fā)育,保證從蛹中只生出擬寄生物。如果一些宿主昆蟲(chóng)存活下來(lái),使用輻射能確保它們不育,從而消除生出可育宿主昆蟲(chóng)而在新環(huán)境中成為害蟲(chóng)的風(fēng)險(xiǎn)(見(jiàn)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(jìn)一些捕食性昆蟲(chóng)繁殖,在這些捕食性昆蟲(chóng)不威脅非靶標(biāo)昆蟲(chóng)種群的環(huán)境中,可用來(lái)提高生物防治的有效性。

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

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

原子能機(jī)構(gòu)的作用是什么?

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