辐射技术在我国蚕业中的应用研究概况

2013-08-15赵春晓刘正俭李靖波张义方贺才厚

中国蚕业 2013年1期

赵春晓刘正俭李靖波张义方贺才厚

(安康市蚕桑研究所，陕西安康 725019)

辐射技术作为一种重要的物理手段，被广泛应用于医学、农业、工业、军事等领域。蚕桑业是我国的传统产业，长期以来，蚕业工作者通过物理的、化学的等多种手段改善和提升蚕的经济性状［1－2］，以及获得高产、抗逆性强的桑品种［3－4］，以提高蚕桑生产的经济效益。辐射对蚕的生物学效应研究表明，一定剂量的辐射处理可促进蚕的生长发育，提高经济性状，在培育蚕桑新品种、诱导蚕产生抗菌物质、防治蚕业害虫等方面也有积极的作用［5－9］。本文就辐射对蚕的生物学影响及其在蚕桑生产中的应用研究进行了概述，以期为辐射更好地应用于蚕业、促进蚕业发展提供思路和借鉴。

1 辐射技术在蚕业上的应用原理

辐照技术在蚕业领域的应用，主要涉及辐射诱变育种、害虫辐射不育、辐射保鲜贮藏等方面。常用的辐射源主要有X 射线、γ 射线、同位素和重离子射线等。蚕或桑经过辐照后产生的生物学效应有的可遗传，有的为一般生理生化效应［10－12］。辐射育种就是利用射线辐照产生的遗传效应原理，辐照蚕蛹、成虫或桑芽，使蚕或桑的遗传性状发生改变，包括基因突变和染色体畸变，这些变异也会在蚕或桑的外观表征上得以体现，通过人工选择和定向培育使有利的变异遗传不断延续，培育出新的优良品种，比较成功的实例如利用家蚕性平衡连锁致死系实现雄蚕专养［13－14］、辐射诱发家蚕单雄蛾雄核发育系［15］、油蚕品种［6］和桑树多倍体品种［16］等。辐射处理也可加快蚕的胚胎发育［17］、提高孵化率［18］、提高蚕的抗逆性及蚕茧产质量［5，19］等。

另一方面，对害虫进行一定剂量的辐射处理，会引起害虫染色体结构的变化，产生当代不育或次代不育，或使当代受辐照的害虫不能正常生长发育而死亡，降低害虫虫口密度，减轻危害，达到防治蚕桑病虫害的目的。

2 辐射对家蚕的影响及其应用

2.1 对家蚕生理生化的影响

早在20 世纪60 年代就有试验证明，同位素32P和60Co 均能促进家蚕胚胎发育，60Co 效果更显著。胚胎前期发育阶段(休眠期到最长期)对60Co 射线的感受性强，在此时期照射比在胚胎后期照射效果好［17］。关于重离子射线对家蚕影响的研究也表明，幼虫的发育时期越早，照射剂量越大，辐射产生的生物影响越大［20］。

此外，60Co 射线还能引起家蚕胚胎基因的变化［21］、有效诱导家蚕抗菌物质的产生，且产生的抗菌肽的抑菌效果显著增强，具有广谱性。但抑菌效果随着辐射剂量的增加而减弱［7］。而软X 射线也会引起家蚕蛋白质和酯酶同工酶结构的变化，降低酯酶同工酶的活力［19］。

2.2 对家蚕生产性状的影响

辐射效应受多种因素的影响，蚕品种、蚕的发育阶段、射线种类、辐射剂量的大小、温度、湿度等条件的不同，产生的辐射效应也不同。汤泽生等［5，18］研究显示，一定剂量的X 射线和γ 射线处理家蚕卵可加速孵化、提高孵化率、提高产茧量，超过一定的剂量范围，则呈现出抑制作用。软X 射线和重离子射线辐射家蚕卵，都会降低其孵化率，且表现出明显的剂量效应，低于10 Gy 的软X 射线辐射可使全茧量、茧层量、茧层率稍有增加，死亡率下降，表现出积极效应;高于10 Gy 的辐射则会影响蚕的正常生长发育，表现为生长缓慢，发育经过延长，存活率低，不能化蛹或羽化［12，22］。张荫芬等［23］用不同注量和不同注量率的镭—铍中子源对家蚕品种华合、“东肥·671”原种及其一代杂交种的卵进行辐照处理表明，辐照后公斤茧用桑量降低，产茧量提高，平均增产39.15%，且茧质好，尤其以在胚胎发育的最长期和缩短期进行辐射，增产效果较好;其中，华合×东肥·671 的适宜注量范围为105～107中子/cm2，且注量相同而注量率不同，蚕茧的增产效果也不一样。用500 Gy 的碳离子射线及氦离子射线局部照射家蚕5龄第3 日幼虫的造血器官后，家蚕变态困难，结茧率、化蛹率和羽化率显著降低［24］，用2.58×10－2～5.16×10－2C/kg 的辐照剂量处理家蚕卵可改善与提升家蚕的全茧量、茧层量、茧层率等经济性状，这在生产上具有积极意义。

基于以上事实，在生产中如果射线的种类、剂量运用适当，在适宜的家蚕发育阶段对其进行辐射处理，使射线的积极效应得以发挥，定能对家蚕的生长发育及其经济性状产生正面作用，提高蚕桑生产效益，这无疑对推动整个蚕业发展具有积极的意义。

2.3 辐射在家蚕育种上的应用

生物体经辐射处理后，发生突变的频率较自然突变显著提高、产生变异的类型多、范围广，这就为人们提供了丰富的可选择利用的育种材料。同时，辐射处理容易产生罕有的突变型。因此，相对于传统的育种方法，辐射育种更容易在相对较短的时间内培育出性状优良的品种，在农作物、蔬菜、果树、林木及花卉等多个方面都有较为深入的研究和广泛的应用［25］。很多限性家蚕品种如中116、日117、日131、日142 等都是通过辐射育种培育得到的［26］。

20 世纪80 年代通过铷玻璃激光辐照“东肥”蚕蛹和“安1”蚕卵，经多代培育，分别育成了“肥激”［27］和“安科2 号”［28］2 个品种。细胞学观察发现，“肥激”第7 代后的丝腺细胞的数目比“东肥”增加近20%;而肥激×华五容易饲养，产茧量高于东肥×华合。“安科2 号”的全茧量、茧层量、茧层率较对照原种分别提高了约57.0%、79.0%、2.4%，丝质也有很大提高。徐安英等［15］用700 Gy 的60Co-γ射线照射羽化前2～3 d 的家蚕雌蛹，羽化后与未照射的雄蛾交配，所产的蚕卵在25 ℃保护80 min后，再给予38 ℃200 min 刺激，得到了只表现父本性状的二倍体雄核发育的雄蚕后代。连续多代单雄蛾雄核发育可获得近似雄蚕无性繁殖系。代方银等［6］用1.290 C/kg 的60Co-γ 射线照射羽化前2～3 d的家蚕雌蛹，羽化后与未经照射的雄蛾交配制种，在F3群体中发现了高度油蚕，其幼虫皮肤透明度高，体质强健，生殖力正常，是一种双亲都没有的新的个体。

3 辐射对柞蚕的影响及其应用

汤良文等［29］用60Co－γ 射线对柞蚕卵进行辐射后，柞蚕生长发育缓慢甚至死亡，柞蚕、柞蚕蛹的血液蛋白质的成分和某些蛋白质的含量发生了显著变化，其DNA 序列则变化不大。就辐射剂量而言，120 Gy以下的60Co－γ 射线对柞蚕的孵化率及死亡率影响不大，但随着辐射剂量的增加，各龄蚕均表现出死亡率增加，平均体质量降低，蜕皮延迟，有的蚕不能蜕皮而死亡。

一定剂量的γ 射线也可诱导柞蚕血淋巴产生抗菌物质。李亚洁［8］用300 Gy 以下的60Co-γ 射线对蚕滞育蛹进行辐射时，其血淋巴不产生抗菌活性物质。但辐射剂量在300～500 Gy 时，雄蛹的血淋巴抗菌物质比雌蛹的活性高，且提前产生。诱导辐射剂量以500 Gy 为最佳，用该剂量照射处理柞蚕蛹时，雄蛹在第1 天就产生了抗菌活性物质，雌蛹则在第2 天才有抗菌活性物质产生，但柞蚕雌、雄蛹产生抗菌活性物质的高峰都出现在第4 天至第5 天。吕贵仁等［30］研究认为，柞蚕抗菌素对25 kGy、38 cm、18 h 范围内的γ 射线相对稳定，超过该强度其活性则会降低。

对柞蚕鲜茧的杀蛹研究［31－32］表明，柞蚕茧在吸收了1.0 kGy 左右的60Co-γ 射线辐照剂量后，外观无颜色变化，蛹体无异味，蛹体被杀死;若用小于0.6 kGy的γ 射线辐照柞蚕鲜茧，可使蛹既不被杀死，又不羽化出蛾，通过这种方法有可能达到活蛹贮藏、保鲜的目的。

关于γ 射线对柞蚕丝影响的研究［33］表明，柞蚕生丝经γ 射线辐射后，拉伸断裂强度、断裂伸长率、弹性等力学性能及热稳定性都明显下降，表面形态和聚集态结构则无明显变化。15 kGy 的γ 射线不足以使柞蚕生丝中芳香族氨基酸残基氧化，所以该剂量辐射处理后柞蚕生丝无明显黄变，而30 kGy 处理后柞蚕生丝则会明显黄变。

4 辐射在桑树育种上的应用

优质高产桑树是蚕桑生产的物质基础，但栽植年限过长会出现品种退化。传统的育种方法周期长、杂交优势也已不明显，而辐射育种可显著缩短育种时间，后代会表现出更多的优良性状，从而大大提高育种效率，在桑树新品种的培育中发挥了重要作用，成效显著。目前，通过60Co-γ 射线处理，已定向培育出7637、川826 和川799 等多个新桑树品种［34－36］，这些新桑树品种都具有适应性强、产叶量高、秋叶硬化迟、抗旱抗病能力强等特点。

5 辐射在蚕桑病虫害防治上的研究与应用

辐射不育技术是现代生物防治中一项既有可能灭绝害虫，又环保、可持续的新兴技术。20 世纪50年代，美国首次应用该技术成功防治了羊皮螺旋蝇。我国从20 世纪60 年代起开始这项技术的研究应用工作，先后对松毛虫、玉米螟、棉铃虫［37］、家蚕多化性蚕蛆蝇［38］、桑天牛［9］、野蚕［39－40］等多种害虫进行了辐射不育防治试验，有的已经解决了大量饲养和释放技术，取得了很好的效果，部分技术已在生产中大面积使用。

崔应时等［9］研究发现，经4.902 C/kg 的60Co-γ射线处理的桑天牛雄成虫，其可育率显著降低，且子代幼虫死亡率极高，而不影响其寿命和交尾，这为生产应用提供了理论参考。

黄自然［38，41］研究60Co-γ 射线对蚕蛆蝇蛹的不育效果发现，0.516～2.064 C/kg 的辐射剂量均有效，其中以1.290～1.548 C/kg 的效果较好，不育率可达98%～100%，辐照对不育蝇的习性也无不良影响;不育雄蝇的交配竞争能力达到理论值，而不育雌蝇均不产卵。利用家蚕饲养蚕蛆蝇获得的蝇蛹，在蛹龄经过时间的66%～77%进行辐照后，用131I－碘化钾蜜糖液饲养，进行同位素标记和释放后的野外监测结果表明，不育蝇释放后，可明显降低田间蝇口密度及对蚕儿的寄生率，防治效果显著。

杨荣新等［39－40］以250 Gy 的60Co-γ 射线照射野蚕蛹，幼虫生殖细胞染色体产生缺失、倒位等明显的结构变异，表现为当代野蚕雌蛾完全不育，无论与正常野蚕雄蛾交尾或与辐照野蚕雄蛾交尾，野蚕雌蛾所产卵的孵化率均为0;而雄蛾与正常雌蛾交尾，野蚕雌蛾所产卵有少量的孵化，表现为亚不育。将此辐射后不育的野蚕，进行田间释放，取得了良好的防治效果。

家蚕微粒子病是可经食下传染和胚种传染的一种毁灭性疫病，微粒子孢子抵抗力强、灭活难。有研究表明［42］，20～40 Gy 的60Co-γ 射线辐射，对带有家蚕微粒子孢子的蚕卵具有一定的杀灭效果;但家蚕卵经γ 射线照射后会影响蚕的体质，使其抗性减弱;因此，用该法治疗家蚕微粒子病时，一定要在准确测算蚕卵吸收剂量的同时，还要注意辐射防护［43］。

6 存在问题分析及前景展望

适当剂量辐射处理家蚕卵或蛹可提高下一代蚕的孵化率，并提高全茧量、茧层量和茧层率等指标，通过此方法培育出的安科2 号［28］、肥激［44］、激华［45］等家蚕新品种和7681、川7637、川799［46］等桑树新品种，已在蚕桑生产中发挥着重要作用。辐射不育作为生物防治技术的一种，以其环保、专一性强等被广泛地研究与应用。但同时试验研究表明［29，47］，辐射会使蚕产生体质下降、体质量减轻、发育经过延长、不能蜕皮甚至死亡等不利影响，这可能与试验用蚕品种、蚕的发育阶段、照射剂量等有关，但这也说明影响辐射效应的因素多样复杂;因此，在应用辐射前，要探明不同蚕品种及其不同发育阶段对不同辐射剂量的感受性，确定品种、发育阶段、辐射剂量等因素的最佳组合，在此基础上进行辐照处理，一定可发挥辐射的积极作用，从而达到预期效果。

辐射不育作为生物防治的一种，其效果与多种因素相关，在大面积应用前，一定要弄清不育虫与正常虫在飞迁扩散、交配竞争等能力上的差异及不育虫的释放比例、次数、方法等，以期达到理想效果。解明辐射对家蚕的生物学效应，不仅可提高蚕桑生产的经济效益，繁荣传统的蚕桑产业，也可为辐射应用于其他经济昆虫产生更大的经济效益提供理论参考。

我国的辐射育种研究工作起步较晚，但发展较快，成果丰硕，辐射育种技术已处于世界领先地位［48］，家蚕辐射育种也有多年的经验。今后的发展趋势是扩大应用领域，加强定向诱发突变，提高诱变率和辐射育种基础理论研究。辐照保藏技术具有低碳环保、卫生安全、保持并改善品质的特点，蚕业上将被广泛应用于人工饲料、桑果、蚕粉、蚕蛾保健品等的灭菌、保鲜储存上。随着核农学的发展和研究的深入，辐射不育技术除与其他害虫防治技术相结合，用于农林业病虫害的防治外，还可应用于对人类有害的昆虫(如家蚊等)的防治，进而消灭由这类害虫传播的疾病等也是有可能的。利用同位素示踪技术在桑树栽培管理上的应用，能有效解决桑园中的土壤、肥料、植物保护、动植物营养代谢及放射免疫等技术问题，它对揭示农牧渔业生产规律，改进传统的栽培养殖技术，具有重要的作用。

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