幼虫期染镉对棕尾别麻蝇繁殖力及生殖腺发育的影响

高 熹，朱家颖，吴国星＊＊，杨彦伟，李 强

(1.云南农业大学植物保护学院，昆明 650201;2.西南林业大学保护生物学学院，昆明 650224)

镉 (Cadmium，Cd)是有毒重金属，伴随着工农业的发展，镉对环境的污染逐年上升。镉在人体及动物实验中都被证实具有多器官、多组织毒性，其中生殖系统对镉的毒性较为敏感且影响深远 (King et al.，1999)，而且镉还对内分泌产生干扰作用 (Leblond and Hontela，1999)。在国内外，已先后有过镉对人类 (King et al.，1999)、鸟类(Hughes et al.，2000)、鼠类 (陈龙等，2002) 等生殖系统毒性的较为系统的研究报道。但在昆虫方面，镉影响生殖方面的研究还不多，如Cd对摇蚊Chironomus riparius产卵量和卵成活率的影响 (Williams et al.，1987);Cd对德国小蠊Blattella germanica精巢与卵巢细胞组织学的影响 (张迎梅，2000);美洲脊 胸 长 蝽 Oncopeltus fasciatus(Cervera et al.，2004)、丽蝇蛹集金小蜂Nsaonia vitripennis(董卉，2007)在受镉处理后卵黄蛋白发生量下降等。

棕尾别麻蝇Boettcherisca peregrina，属于双翅目，麻蝇科，属腐生昆虫，繁殖迅速，适应能力极强，活动范围广，与环境关系密切 (吴国星，2005)。因此，棕尾别麻蝇是研究重金属毒理学效应的良好材料。研究表明经Cd处理后棕尾别麻蝇成虫的生育能力明显下降 (吴国星等，2006)。这就说明了镉会对蝇类的生殖带来影响。在生殖过程中，交配是很重要的一项生殖活动，交配能使雌虫行为和生理发生极大的变化，即发生所谓的交配效应，交配的成功与否将影响到后代的数量与质量 (高熹等，2007)。但重金属究竟是影响到交配能力还是从生殖腺上产生影响，并未有人做过相关的研究。当前，在国内外，昆虫的生殖生理越来越受到人们的重视。但涉及到重金属对昆虫交配效应的影响，目前也未见相关的报道。

开展镉对昆虫生殖毒性的研究，首先是由于镉对昆虫的中毒行为的描述有助于人们更全面地阐明重金属的作用模式，明确此环境毒素与杀虫剂作用机制的异同之处;其次，可阐明毒性物质对生殖的调控作用和解释生殖生物学中的一些环境问题;再者，可为我们保护昆虫资源、维护昆虫多样性奠定研究基础。因此，本实验就幼虫期染镉对棕尾别麻蝇繁殖力及生殖腺发育的影响进行研究。

1 材料与方法

1.1 供试虫源

棕尾别麻蝇取自云南农业大学昆虫学系室内饲养多年的品系。用培养皿盛新鲜猪肝于养虫笼内任其产仔，幼虫用人工饲料 (麦麸∶水∶奶粉=3∶5∶6) 在 (25±1)℃和 L12∶D12的光周期条件下饲养，成虫饲喂水和砂糖。

1.2 Cd2+对成虫羽化率和寿命的影响的测定

收集成虫2 h内产的幼虫 (卵胎生)用于实验。将幼虫移入500 mL的玻璃果酱瓶中，每瓶100 头，分别饲喂等量含 100 μg/g、200 μg/g、400 μg/g 和 800 μg/g Cd2+的人工饲料，每浓度设3个重复。同时设饲喂等量无Cd污染人工饲料的为对照 (CK)。成虫羽化时，将果酱瓶放入养虫笼中，统计成虫羽化率和存活率。

1.3 棕尾别麻蝇的染镉种群的建立

根据1.2得出的成虫死亡率情况，选择100 μg/g(低浓度)、400 μg/g(高浓度) 的 Cd2+浓度梯度，添加入饲料中以喂食棕尾别麻蝇幼虫，建立室内染镉种群。在成虫羽化当天，将雌雄成虫分笼进行隔离饲养，之后根据实验需要选取不同日龄的成虫进行后续实验。

1.4 Cd2+对成虫交配率及雌虫卵巢含卵量的影响测定

在成虫羽化后第6 d(性成熟)，采用染镉种群与对照种群进行交叉实验，并设未处理种群(CK)作为对照。即分别用正常雌虫与镉处理雄虫交配 (CK♀×100♂，CK♀×400♂)、镉处理雌虫与正常雄虫交配 (100♀×CK♂，400♀×CK♂)、镉处理雌雄虫交配 (100♀×100♂，400♀×400♂)、正常雌雄虫交配 (CK♀×CK♂)，来测定交配率。采用Chapman等 (1995)的方法，在广口瓶中放入2头6日龄未交配的雌虫，再放入5头6日龄未交配的雄虫，观察其交配情况，每隔5 min观察1次，共观察30 min。每组5瓶，设3个重复。

收集交配过的雌虫，继续饲养。因棕尾别麻蝇的成虫营卵胎生并可多次产卵，因此每3 d，取5头雌虫在解剖镜下对卵巢进行解剖，计数成熟含卵量 (卵粒3/4变白即计为成熟卵)，直至成虫死亡。

1.5 Cd2+对成虫生殖系统的影响测定

从成虫羽化当天起，每隔6 d，取未交配的雌雄虫各5头。将虫体置于电子天平上 (JINGHAI JA2003N)称重，之后将虫体在解剖镜 (Olympus Stemi 2000－C)下解剖出雌雄成虫的卵巢和精巢，并用解剖镜自身附带的软件拍照，并测量其出长度与最大宽度。并将解剖出来的器官分别称重，计算出生殖腺的脏器系数。

生殖腺系数=生殖腺重量/虫体总重

1.6 数据统计与分析

利用DPS软件 (唐启义和冯明光，2002)对各处理指标进行统计与方差分析，再以Duncan新复极差法比较各处理之间的显著性差异。

2 结果与分析

2.1 幼虫期染镉对棕尾别麻蝇成虫羽化率和死亡率的影响

图1(A)表明，随着幼虫期染镉浓度的增高，成虫的羽化率明显降低。CK组羽化率高达94%，但100 μg/g组羽化率就降为50%，400 μg/g组降至27%，800 μg/g组羽化率仅有8.67%，各处理组间差异达到极显著水平 (F=464.52，df=4，P＜10－4)。而由图1(B)可看出，经不同浓度的Cd2+处理后，100 μg/g组的成虫存活率较高，与CK组的存活率曲线比较接近;800 μg/g组的致死时间最短，且存活率最低;400 μg/g组在12 d以前的死亡率相当高，但12 d以后的存活率反而比200 μg/g组要高。

图1 幼虫期染镉对棕尾别麻蝇成虫羽化率 (A)和寿命 (B)的影响Fig.1 Effects of dietary cadmium in larval stage on adult eclosion ratio(A)and lifespan(B)of Boettcherisca peregrine

2.2 不同镉浓度对棕尾别麻蝇交配率和雌虫卵巢含卵量的影响

幼虫期取食含Cd2+的食物后，将各处理组间的成虫进行交叉交配，各组间成虫在性成熟当天的交配率差异均不显著 (F=1.4，df=6，P=0.2817)，见图2(A)。然而，不同染镉浓度的成虫交配却对雌虫卵巢的累积含卵量有极显著影响(F=81.436，df=6，P＜10－4)，卵巢内的累积含卵量以CK♀×100♂组为最高，达187±6.63粒，CK♀×CK♂组次之，400♀×400♂组最低，仅108±10.29粒。

图2 不同镉浓度对棕尾别麻蝇交配率 (A)和雌成虫卵巢内的累积含卵量 (B)的影响Fig.2 Effects of different Cd concentrations on adult mating rate and eggs containing quantity of Boettcherisca peregrine

2.3 不同镉浓度对棕尾别麻蝇卵巢和精巢大小的影响

由图3(A)可知，CK组与100 μg/g组棕尾别麻蝇卵巢的长度与宽度在第6 d时为最长，在6 d以前，CK组与100 μg/g组的长与宽值均比400 μg/g组的要高; 但自 12 d 以后，400 μg/g组的长与宽值就比 CK组与 100 μg/g组要高，400 μg/g组的峰值出现于12 d。从图3(B) 可知，处理浓度越高，精巢长度越短;CK组随成虫日龄的增长其长度是在不断增长的，在12 d和24 d各出现一个峰值;而100 μg/g组和400 μg/g组增长趋势不明显，且峰值仅出现于第6 d，而后精巢的长度基本就不再增长。100 μg/g组的雄虫初羽化后精巢的最大宽度最宽;第6 d和12 d，CK组的宽度急剧上升，超过100 μg/g组，第18 d和24 d，CK组的宽度急剧下降，低于 100 μg/g组;400 μg/g组的宽度最短。

2.4 不同镉浓度对棕尾别麻蝇成虫生殖腺系数的影响

从图4(A)可看出，CK组的卵巢生殖腺系数均高于Cd2+处理组，CK组和400 μg/g组的生殖腺系数出现两次高峰，峰值都出现在6 d和18 d;而100 μg/g组仅出现一次高峰，峰值出现于18 d。图4(B)表明，不同浓度镉处理对精巢生殖腺系数的影响较明显，CK组生殖腺系数明显高于100 μg/g和 400 μg/g 组，CK 组和 100 μg/g组在12 d时都能出现一个峰值，但400 μg/g组的生殖腺指数较为平缓，无此峰值。

3 结论与讨论

幼虫期饲喂Cd2+对棕尾别麻蝇成虫的羽化率具有极显著的影响，这表明幼虫期喂食可以把镉的危害传递到成虫阶段。喂食浓度越高，成虫的羽化率越低，死亡率越高。这与近年来以重金属喂食动物 (含昆虫)的报道是一致的 (张迎梅，2000;Al－Misned，2001;Cervera et al.，2004)。在重金属对动物交配率的研究方面，人们多是采用在成虫期喂食或是皮下注射的方法 (Knops et al.，2001)，未见有幼期染毒进行研究的相关报道。本试验在幼虫期以不同浓度镉处理幼虫后，在成虫期将处理组与对照组间进行交叉交配，发现幼虫期喂镉对成虫的交配率无显著影响，这说明在幼虫期喂镉对棕尾别麻蝇的交配能力不存在影响。在杀虫剂处理方面，人们发现溴氰菊酯处理斜纹夜蛾幼虫后，能明显降低成虫的交配率;但用溴氰菊酯处理亚洲玉米螟幼虫则对成虫的交配率不产生影响 (Wei et al.，2004)。前人的研究表明这可能与杀虫剂对不同昆虫的信息素的影响作用不同有关 (魏红义等，2007)。Cd是否会影响雌虫的信息素分泌，我们将在以后的实验中做进一步的研究。

交叉交配后雌成虫卵巢内的总含卵量与雌虫受处理的浓度关系密切，即雌虫受处理浓度越高，总含卵量就越低。雌性小鼠皮下注射镉盐后，有也相似的反应，即镉降低了雌性小鼠的生殖功能(王文祥等，2004)。其次，雌虫体内的含卵量还与交配雄虫受处理的程度有关，400 μg/g能抑制卵的发生，而100 μg/g反而会刺激卵的产生，即低浓度的重金属有时能促进昆虫的生长，即能产生毒物兴奋效应 (Hormesis)，这与以往的报道是相类似的 (吴国星等，2007)。

取食不同浓度的Cd2+后，对成虫的生殖腺系数有明显影响。饲喂浓度越高，生殖腺系数越小，生殖腺的长度与宽度越短，这在精巢卵巢上都是一致的。但有时，100 μg/g能刺激成虫的精巢或是卵巢的发育，这与杨建明等 (1998)在大鼠皮下注射CdCl2所得的结果是相类似的。有报道表明，受重金属处理后，动物的精巢和卵巢在组织学和超微结构上会发生一系列的改变 (Burger，2008)，但这些报道多是在成年阶段进行喂食或是进行皮下注射，在昆虫的幼虫期喂毒是否也会有类似的现象，这有待于下一步的研究。

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