高 熹，朱家穎，吳國(guó)星＊＊，楊彥偉，李 強(qiáng)

(1.云南農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院，昆明 650201;2.西南林業(yè)大學(xué)保護(hù)生物學(xué)學(xué)院，昆明 650224)

鎘 (Cadmium，Cd)是有毒重金屬，伴隨著工農(nóng)業(yè)的發(fā)展，鎘對(duì)環(huán)境的污染逐年上升。鎘在人體及動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中都被證實(shí)具有多器官、多組織毒性，其中生殖系統(tǒng)對(duì)鎘的毒性較為敏感且影響深遠(yuǎn) (King et al.，1999)，而且鎘還對(duì)內(nèi)分泌產(chǎn)生干擾作用 (Leblond and Hontela，1999)。在國(guó)內(nèi)外，已先后有過(guò)鎘對(duì)人類 (King et al.，1999)、鳥類(Hughes et al.，2000)、鼠類 (陳龍等，2002) 等生殖系統(tǒng)毒性的較為系統(tǒng)的研究報(bào)道。但在昆蟲方面，鎘影響生殖方面的研究還不多，如Cd對(duì)搖蚊Chironomus riparius產(chǎn)卵量和卵成活率的影響 (Williams et al.，1987);Cd對(duì)德國(guó)小蠊Blattella germanica精巢與卵巢細(xì)胞組織學(xué)的影響 (張迎梅，2000);美洲脊 胸 長(zhǎng) 蝽 Oncopeltus fasciatus(Cervera et al.，2004)、麗蠅蛹集金小蜂Nsaonia vitripennis(董卉，2007)在受鎘處理后卵黃蛋白發(fā)生量下降等。

棕尾別麻蠅Boettcherisca peregrina，屬于雙翅目，麻蠅科，屬腐生昆蟲，繁殖迅速，適應(yīng)能力極強(qiáng)，活動(dòng)范圍廣，與環(huán)境關(guān)系密切 (吳國(guó)星，2005)。因此，棕尾別麻蠅是研究重金屬毒理學(xué)效應(yīng)的良好材料。研究表明經(jīng)Cd處理后棕尾別麻蠅成蟲的生育能力明顯下降 (吳國(guó)星等，2006)。這就說(shuō)明了鎘會(huì)對(duì)蠅類的生殖帶來(lái)影響。在生殖過(guò)程中，交配是很重要的一項(xiàng)生殖活動(dòng)，交配能使雌蟲行為和生理發(fā)生極大的變化，即發(fā)生所謂的交配效應(yīng)，交配的成功與否將影響到后代的數(shù)量與質(zhì)量 (高熹等，2007)。但重金屬究竟是影響到交配能力還是從生殖腺上產(chǎn)生影響，并未有人做過(guò)相關(guān)的研究。當(dāng)前，在國(guó)內(nèi)外，昆蟲的生殖生理越來(lái)越受到人們的重視。但涉及到重金屬對(duì)昆蟲交配效應(yīng)的影響，目前也未見相關(guān)的報(bào)道。

開展鎘對(duì)昆蟲生殖毒性的研究，首先是由于鎘對(duì)昆蟲的中毒行為的描述有助于人們更全面地闡明重金屬的作用模式，明確此環(huán)境毒素與殺蟲劑作用機(jī)制的異同之處;其次，可闡明毒性物質(zhì)對(duì)生殖的調(diào)控作用和解釋生殖生物學(xué)中的一些環(huán)境問(wèn)題;再者，可為我們保護(hù)昆蟲資源、維護(hù)昆蟲多樣性奠定研究基礎(chǔ)。因此，本實(shí)驗(yàn)就幼蟲期染鎘對(duì)棕尾別麻蠅繁殖力及生殖腺發(fā)育的影響進(jìn)行研究。

1 材料與方法

1.1 供試蟲源

棕尾別麻蠅取自云南農(nóng)業(yè)大學(xué)昆蟲學(xué)系室內(nèi)飼養(yǎng)多年的品系。用培養(yǎng)皿盛新鮮豬肝于養(yǎng)蟲籠內(nèi)任其產(chǎn)仔，幼蟲用人工飼料 (麥麩∶水∶奶粉=3∶5∶6) 在 (25±1)℃和 L12∶D12的光周期條件下飼養(yǎng)，成蟲飼喂水和砂糖。

1.2 Cd2+對(duì)成蟲羽化率和壽命的影響的測(cè)定

收集成蟲2 h內(nèi)產(chǎn)的幼蟲 (卵胎生)用于實(shí)驗(yàn)。將幼蟲移入500 mL的玻璃果醬瓶中，每瓶100 頭，分別飼喂等量含 100 μg/g、200 μg/g、400 μg/g 和 800 μg/g Cd2+的人工飼料，每濃度設(shè)3個(gè)重復(fù)。同時(shí)設(shè)飼喂等量無(wú)Cd污染人工飼料的為對(duì)照 (CK)。成蟲羽化時(shí)，將果醬瓶放入養(yǎng)蟲籠中，統(tǒng)計(jì)成蟲羽化率和存活率。

1.3 棕尾別麻蠅的染鎘種群的建立

根據(jù)1.2得出的成蟲死亡率情況，選擇100 μg/g(低濃度)、400 μg/g(高濃度) 的 Cd2+濃度梯度，添加入飼料中以喂食棕尾別麻蠅幼蟲，建立室內(nèi)染鎘種群。在成蟲羽化當(dāng)天，將雌雄成蟲分籠進(jìn)行隔離飼養(yǎng)，之后根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要選取不同日齡的成蟲進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)。

1.4 Cd2+對(duì)成蟲交配率及雌蟲卵巢含卵量的影響測(cè)定

在成蟲羽化后第6 d(性成熟)，采用染鎘種群與對(duì)照種群進(jìn)行交叉實(shí)驗(yàn)，并設(shè)未處理種群(CK)作為對(duì)照。即分別用正常雌蟲與鎘處理雄蟲交配 (CK♀×100♂，CK♀×400♂)、鎘處理雌蟲與正常雄蟲交配 (100♀×CK♂，400♀×CK♂)、鎘處理雌雄蟲交配 (100♀×100♂，400♀×400♂)、正常雌雄蟲交配 (CK♀×CK♂)，來(lái)測(cè)定交配率。采用Chapman等 (1995)的方法，在廣口瓶中放入2頭6日齡未交配的雌蟲，再放入5頭6日齡未交配的雄蟲，觀察其交配情況，每隔5 min觀察1次，共觀察30 min。每組5瓶，設(shè)3個(gè)重復(fù)。

收集交配過(guò)的雌蟲，繼續(xù)飼養(yǎng)。因棕尾別麻蠅的成蟲營(yíng)卵胎生并可多次產(chǎn)卵，因此每3 d，取5頭雌蟲在解剖鏡下對(duì)卵巢進(jìn)行解剖，計(jì)數(shù)成熟含卵量 (卵粒3/4變白即計(jì)為成熟卵)，直至成蟲死亡。

1.5 Cd2+對(duì)成蟲生殖系統(tǒng)的影響測(cè)定

從成蟲羽化當(dāng)天起，每隔6 d，取未交配的雌雄蟲各5頭。將蟲體置于電子天平上 (JINGHAI JA2003N)稱重，之后將蟲體在解剖鏡 (Olympus Stemi 2000－C)下解剖出雌雄成蟲的卵巢和精巢，并用解剖鏡自身附帶的軟件拍照，并測(cè)量其出長(zhǎng)度與最大寬度。并將解剖出來(lái)的器官分別稱重，計(jì)算出生殖腺的臟器系數(shù)。

生殖腺系數(shù)=生殖腺重量/蟲體總重

1.6 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

利用DPS軟件 (唐啟義和馮明光，2002)對(duì)各處理指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與方差分析，再以Duncan新復(fù)極差法比較各處理之間的顯著性差異。

2 結(jié)果與分析

2.1 幼蟲期染鎘對(duì)棕尾別麻蠅成蟲羽化率和死亡率的影響

圖1(A)表明，隨著幼蟲期染鎘濃度的增高，成蟲的羽化率明顯降低。CK組羽化率高達(dá)94%，但100 μg/g組羽化率就降為50%，400 μg/g組降至27%，800 μg/g組羽化率僅有8.67%，各處理組間差異達(dá)到極顯著水平 (F=464.52，df=4，P＜10－4)。而由圖1(B)可看出，經(jīng)不同濃度的Cd2+處理后，100 μg/g組的成蟲存活率較高，與CK組的存活率曲線比較接近;800 μg/g組的致死時(shí)間最短，且存活率最低;400 μg/g組在12 d以前的死亡率相當(dāng)高，但12 d以后的存活率反而比200 μg/g組要高。

圖1 幼蟲期染鎘對(duì)棕尾別麻蠅成蟲羽化率 (A)和壽命 (B)的影響Fig.1 Effects of dietary cadmium in larval stage on adult eclosion ratio(A)and lifespan(B)of Boettcherisca peregrine

2.2 不同鎘濃度對(duì)棕尾別麻蠅交配率和雌蟲卵巢含卵量的影響

幼蟲期取食含Cd2+的食物后，將各處理組間的成蟲進(jìn)行交叉交配，各組間成蟲在性成熟當(dāng)天的交配率差異均不顯著 (F=1.4，df=6，P=0.2817)，見圖2(A)。然而，不同染鎘濃度的成蟲交配卻對(duì)雌蟲卵巢的累積含卵量有極顯著影響(F=81.436，df=6，P＜10－4)，卵巢內(nèi)的累積含卵量以CK♀×100♂組為最高，達(dá)187±6.63粒，CK♀×CK♂組次之，400♀×400♂組最低，僅108±10.29粒。

圖2 不同鎘濃度對(duì)棕尾別麻蠅交配率 (A)和雌成蟲卵巢內(nèi)的累積含卵量 (B)的影響Fig.2 Effects of different Cd concentrations on adult mating rate and eggs containing quantity of Boettcherisca peregrine

2.3 不同鎘濃度對(duì)棕尾別麻蠅卵巢和精巢大小的影響

由圖3(A)可知，CK組與100 μg/g組棕尾別麻蠅卵巢的長(zhǎng)度與寬度在第6 d時(shí)為最長(zhǎng)，在6 d以前，CK組與100 μg/g組的長(zhǎng)與寬值均比400 μg/g組的要高; 但自 12 d 以后，400 μg/g組的長(zhǎng)與寬值就比 CK組與 100 μg/g組要高，400 μg/g組的峰值出現(xiàn)于12 d。從圖3(B) 可知，處理濃度越高，精巢長(zhǎng)度越短;CK組隨成蟲日齡的增長(zhǎng)其長(zhǎng)度是在不斷增長(zhǎng)的，在12 d和24 d各出現(xiàn)一個(gè)峰值;而100 μg/g組和400 μg/g組增長(zhǎng)趨勢(shì)不明顯，且峰值僅出現(xiàn)于第6 d，而后精巢的長(zhǎng)度基本就不再增長(zhǎng)。100 μg/g組的雄蟲初羽化后精巢的最大寬度最寬;第6 d和12 d，CK組的寬度急劇上升，超過(guò)100 μg/g組，第18 d和24 d，CK組的寬度急劇下降，低于 100 μg/g組;400 μg/g組的寬度最短。

2.4 不同鎘濃度對(duì)棕尾別麻蠅成蟲生殖腺系數(shù)的影響

從圖4(A)可看出，CK組的卵巢生殖腺系數(shù)均高于Cd2+處理組，CK組和400 μg/g組的生殖腺系數(shù)出現(xiàn)兩次高峰，峰值都出現(xiàn)在6 d和18 d;而100 μg/g組僅出現(xiàn)一次高峰，峰值出現(xiàn)于18 d。圖4(B)表明，不同濃度鎘處理對(duì)精巢生殖腺系數(shù)的影響較明顯，CK組生殖腺系數(shù)明顯高于100 μg/g和 400 μg/g 組，CK 組和 100 μg/g組在12 d時(shí)都能出現(xiàn)一個(gè)峰值，但400 μg/g組的生殖腺指數(shù)較為平緩，無(wú)此峰值。

3 結(jié)論與討論

幼蟲期飼喂Cd2+對(duì)棕尾別麻蠅成蟲的羽化率具有極顯著的影響，這表明幼蟲期喂食可以把鎘的危害傳遞到成蟲階段。喂食濃度越高，成蟲的羽化率越低，死亡率越高。這與近年來(lái)以重金屬喂食動(dòng)物 (含昆蟲)的報(bào)道是一致的 (張迎梅，2000;Al－Misned，2001;Cervera et al.，2004)。在重金屬對(duì)動(dòng)物交配率的研究方面，人們多是采用在成蟲期喂食或是皮下注射的方法 (Knops et al.，2001)，未見有幼期染毒進(jìn)行研究的相關(guān)報(bào)道。本試驗(yàn)在幼蟲期以不同濃度鎘處理幼蟲后，在成蟲期將處理組與對(duì)照組間進(jìn)行交叉交配，發(fā)現(xiàn)幼蟲期喂鎘對(duì)成蟲的交配率無(wú)顯著影響，這說(shuō)明在幼蟲期喂鎘對(duì)棕尾別麻蠅的交配能力不存在影響。在殺蟲劑處理方面，人們發(fā)現(xiàn)溴氰菊酯處理斜紋夜蛾幼蟲后，能明顯降低成蟲的交配率;但用溴氰菊酯處理亞洲玉米螟幼蟲則對(duì)成蟲的交配率不產(chǎn)生影響 (Wei et al.，2004)。前人的研究表明這可能與殺蟲劑對(duì)不同昆蟲的信息素的影響作用不同有關(guān) (魏紅義等，2007)。Cd是否會(huì)影響雌蟲的信息素分泌，我們將在以后的實(shí)驗(yàn)中做進(jìn)一步的研究。

交叉交配后雌成蟲卵巢內(nèi)的總含卵量與雌蟲受處理的濃度關(guān)系密切，即雌蟲受處理濃度越高，總含卵量就越低。雌性小鼠皮下注射鎘鹽后，有也相似的反應(yīng)，即鎘降低了雌性小鼠的生殖功能(王文祥等，2004)。其次，雌蟲體內(nèi)的含卵量還與交配雄蟲受處理的程度有關(guān)，400 μg/g能抑制卵的發(fā)生，而100 μg/g反而會(huì)刺激卵的產(chǎn)生，即低濃度的重金屬有時(shí)能促進(jìn)昆蟲的生長(zhǎng)，即能產(chǎn)生毒物興奮效應(yīng) (Hormesis)，這與以往的報(bào)道是相類似的 (吳國(guó)星等，2007)。

取食不同濃度的Cd2+后，對(duì)成蟲的生殖腺系數(shù)有明顯影響。飼喂?jié)舛仍礁?，生殖腺系?shù)越小，生殖腺的長(zhǎng)度與寬度越短，這在精巢卵巢上都是一致的。但有時(shí)，100 μg/g能刺激成蟲的精巢或是卵巢的發(fā)育，這與楊建明等 (1998)在大鼠皮下注射CdCl2所得的結(jié)果是相類似的。有報(bào)道表明，受重金屬處理后，動(dòng)物的精巢和卵巢在組織學(xué)和超微結(jié)構(gòu)上會(huì)發(fā)生一系列的改變 (Burger，2008)，但這些報(bào)道多是在成年階段進(jìn)行喂食或是進(jìn)行皮下注射，在昆蟲的幼蟲期喂毒是否也會(huì)有類似的現(xiàn)象，這有待于下一步的研究。

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