全 文 ：　文章编号 :100028551 (2002) 0120030206
辐照对棉铃虫精子传导及产卵反应的影响
刘晓辉1 　宋稼祥2 　王华嵩1
(11 中国农业科学院原子能利用研究所 ,北京　100094 ; 21 中国农业科学院研究生院 ,北京　100081)
摘要 :本文报道辐照棉铃虫与正常棉铃虫精子传导。棉铃虫的精子传导是一个复杂
的过程 ,正常棉铃虫精子传导的失败率为 19 % ,经 250Gy 和 400Gy 辐照后 ,精子传导
的失败率分别为 21 %和 50 %。精包“帽”定位的异常是精子传导失败的一个重要原
因。当棉铃虫雌虫与高剂量辐照雄虫交配后 ,产卵反应表现异常。
关键词 :棉铃虫 ;辐照 ;精子传导 ;产卵反应
收稿日期 :1999208211
作者简介 :刘晓辉 (1971～) ,男 ,山西长治人 ,硕士学位 ,中国农业科学院原子能利用研究所助研 ,从事昆虫不育技术研
究
在鳞翅目昆虫中辐照雄虫与自然雄虫的交配竞争能力是使用辐射不育方法防治害虫的关
键之一。Bartlett 指出由于辐照影响了棉红铃虫雄虫的交配能力 ,雌虫与辐照雄虫交配后处于
一种生理不满足的状态 ,因此这些雌虫的交配频率增加了 ,这对辐射不育防治害虫是不利
的[1 ] 。North 和 Holt 认为使用辐射不育方法防治鳞翅目害虫的最大缺陷之一是辐照虫交配竞
争能力的低下 ,而导致辐照虫交配竞争能力下降的原因则是辐照虫精子传导的失败[2 ] 。显然 ,
研究辐射对精子传导的影响对辐射不育方法的使用是很重要的。本论文主要研究棉铃虫精子
传导的过程及辐射对精子传导及产卵反应的影响。
1 　材料与方法
试验中所用的棉铃虫为实验室饲养品系 ,源虫采自河南省。棉铃虫幼虫用玻璃管单独饲
养 ,饲料主要成分为玉米粉、豆粉、酵母粉、糖和维生素。饲养及测试条件 :温度 26 ±1 ℃,湿度
60 ±10 %RH ,光周期 14∶10 (明∶暗 ,06∶00AM～08∶00PM) 。棉铃虫成虫在 20 ×20 ×30cm 的铁笼
中羽化 ,然后单对放入π×62 ×11cm 的玻璃罐中进行交配及产卵试验。
放射源使用60 Coγ射线 ,剂量率为 2GyΠmin。辐照时期为蛹羽化前 12～24h。
通过活体解剖棉铃虫雌虫的生殖系统的方法研究精子传导 ,解剖在 018 %的 NaCl 溶液中
进行 ,精子在这种溶液中可保持活动大约 30min。
2 　结 　果
211 　棉铃虫的生殖系统
鳞翅目昆虫生殖系统的构造大致相同 ,但雌虫生殖系统中交配囊的构造因昆虫种类的不
03 　核 农 学 报　2002 ,16 (1) :30～35Acta Agriculturae Nucleatae Sinica
同而变化较大。图 1 显示了棉铃虫生殖系统的构造。
图 1 　棉铃虫内部生殖系统构造 (仿江苏李汝铎 [3 ] )
Fig. 1 　Reproductive system of cotton bollworm.
雌性 (female) :11 卵巢 (ovary) ;21 交配囊囊体 (corpus bursa) ;31 交配囊囊颈 (cervix bursa) ;41 交配囊导管 (duc2
tus bursa) ;51 导精管 ( seminal duct) ;61 受精囊 ( spermatheca) ;71 受精囊囊部 (utriculus of spermatheca) ;81 受精
囊壶部 (lagena of spermatheca) ;91 受精囊腺 (accessory of spermatheca) ;101 贮胶囊 (glue bursa) ;111 贮胶囊腺
(accessory of glue bursa) ;121 精包体 (spermatophore corpus) ;131 精包颈 (spermatophore cervix) ;141 精包柄 ( sper2
matophore stalk) ;151 精包帽 ( spermatorphore cap) ;雄性 (male) :161 精巢 (testis) ;171 贮精囊 ( seminal vesicles) ;
181 输精管 (vas deferens) ;191 复射精管 (duplex) ;201 副腺 (accessory) ;211 单射精管 (simplex) ;221 阳茎 (aedea2
gus) .
212 　正常棉铃虫精子传导的过程
直到羽化后 12～16h ,新羽化的棉铃虫雄虫的复射精管中没有精子的存在 ,并且直到羽化
后大约 24h ,棉铃虫雄虫才能交配。棉铃虫复射精管中的精子及副腺分泌物随时间渐渐积累 ,
同时复射精管的颜色随精子数量的增加从透明或轻微乳白变成深乳白色。而复射精管与导精
管的连接处则随精子积累呈现粉红或红色。在复射精管中有核精子成束存在 ,而无核精子则
呈不动的单精子存在。在交配过程中 ,雄虫将把复射精管中包括精子及副腺分泌物在内的所
有贮存物传导给雌虫 ,刚交配后的雄虫复射精管重新呈现透明状。
13　6 期 辐照对棉铃虫精子传导及产卵反应的影响
　　棉铃虫雄虫大约羽化后 24h 开始交尾 ,50 %的雄虫在羽化后 48h 交配。在实验室中 ,如果
雄虫在羽化后 120h 仍然没有交配 ,以后它们将再不能交配。
棉铃虫雄虫将阳茎插入雌虫的交配囊 ,表示交配开始。交配开始后大约 15～20min ,内阳
茎进入交配囊体 ,雄虫泄出一些分泌物 ,交配囊体随之膨大 ,然后乳白色的精包逐渐形成 ,该过
程持续大约 5～7min ,同时雄虫开始将精液注入精包中。交配开始大约 40～45min 以后 ,雄虫
完成精子的注入 ,然后内阳茎从交配囊体中抽出 ,通过交配囊导管进入交配囊囊颈 ,同时雄虫
排出精包柄。大约 10～15min 以后 ,内阳茎到达交配囊颈的底部 ,分泌出一些白色物 ,将精包
柄末端的开口固定在交配囊颈底部与导精管连接的小孔处 ,形成半固体状的精包“帽”结构。
然后棉铃虫的内阳茎开始抽出 ,这一过程持续 7～10min。整个交配过程总共持续 60～70min。
交配后大约 115h ,交配囊体的肌肉开始伸缩性运动 ,压迫精包体体壁 ,迫使精子团通过精
包柄的开口进入导精管。这时 ,无核精子变的高度活跃 ,精包柄中有核精子也开始分散并开始
活动 ,但是尽管精子束的尾部已经开始分散 ,精包体中的有核精子则仍保持束状和不活动状
态。在精子传导过程中 ,有核精子被更为活跃的无核精子所包围 ,精子呈小团状流动传导。当
精子团通过导精管和总产卵管进入受精囊囊部 ,无核精子又变成不活动状态 ,并沉积在精子团
的中央 ,有核精子则在棉铃虫的整个产卵期都保持活动状态。受精囊的壶部充满透明的液体 ,
其功能不清楚。受精囊囊部的颜色随精子数量的积累逐渐加深。这一过程持续大约 30～
60min。交配结束后大约 2h ,绝大部分的精子沉积在受精囊中 ,精包中仅剩极少量的精子。
213 　辐射对精子传导的影响
用 250Gy 和 400Gyγ射线辐照羽化前 1 天棉铃虫雄蛹后 ,成虫及其生殖系统的外观显示正
常。但是 400Gy 辐照蛾复射精管中有核精子束表现一定程度的畸形。与正常成虫相比 ,辐照
虫的交配高峰 (11 交配虫龄的高峰。21 每 1 夜棉铃虫雄虫交配的高峰) 没有发生变化 ,但
400Gy 辐照雄虫的交尾率略低于正常雄虫。
活体解剖交配后的雌虫 ,检测雌虫精包及受精囊中是否存在精子 ,结果见表 1。
与正常雄虫交配后 ,1214 %雌虫的受精囊中没有精子的存在 ,8113 %的雌虫包含正常比例
的精子 ;与 250Gy 辐照雄虫交配后 ,1019 %雌虫的受精囊中没有精子的存在 ,7819 %的雌虫包
含正常的比例的精子 ;与 400Gy 辐照雄虫交配后 ,1915 %雌虫的受精囊中没有精子的存在 ,
319 %雌虫的受精囊中仅包含无核精子 ,仅有 5010 %的雌虫包含正常比例的精子。结果显示
250Gy 辐照雄虫与正常雄虫精子传导能力的差异不显著 ( P > 0105) ,而 400Gy 辐照处理则显著
影响了棉铃虫精子传导的能力 ( P < 0105) 。
解剖雌虫的生殖系统后 ,观察到以下的现象 :11 精包进入交配囊体 ,但精包柄没有进入交
配囊颈 ;21 精包未进入交配囊体而产生于交配囊颈 ;31 精包与精包“帽”正常 ,但精包没有包含
精子 ;41 精包体畸形不能贮存精子 ;51 精包包含精子 ,但精包“帽”定位不正常 ;61 精子阻塞于
导精管。所有这些不正常的精子传导异常现象中 ,以精包“帽”定位不正常最为常见。
这些现象即使雌虫在与正常棉铃虫雄虫交配时也可以观察到 ,但与辐照雄虫特别是高剂
量辐照雄虫交配后发生更为频繁。精包或者包含正常成分的精子 ,或者完全不包含精子 ,即使
在与 400Gy 辐照雄虫交配后 ,也没有观察到精包仅包含无核精子的情况。但与 400Gy 辐照雄
虫交配后可以经常观察到精包中包含碎裂或畸形的精子。
23 核　农　学　报 16 卷
表 1 　辐照棉铃虫及正常棉铃虫传导精子的能力(平均数 ±SD)
Table 1 　The ability of irradiated and unirradiated cotton bollworm males to
transfer sperm to the spermatheca of females (mean ±SD)
剂量
dose ( Gy)
检测个数
total No. of
mated females
E:A 比例正常的雌虫
contain normal EΠA
ratio of sperm
( %) B
E:A 比例减小的雌虫
contain reduced EΠA
ratio of sperm
( %) B
仅包含无核精子的雌虫
contain only
apyrene sperm
( %)
空受精囊的雌虫
contain no sperm
( %)
0 79 8113 ±217a 613 ±612a 0a 1214 ±518a
250 44 7819 ±715a 1012 ±1119ab 0a 1019 ±715a
400 47 5010 ±718b 2616 ±1718bc 319 ±612a 1915 ±1616a
　注 :表中同一列平均值后含不同字母的表示差异显著 (LSD 多元比较显著水平 :0105) 。A :该试验中精包的存在作为棉铃
虫雌虫交配的标志 ,表中所有的数据都是在雌虫交配的条件下收集的。棉铃虫受精囊中的精子呈致密的团状 ,无核精子
处于精子团的中央被有核精子包围。正常情况下 ,只有在用解剖针撕开精子团时才能清楚地观察到大量无核精子。当交
配异常时 ,由于有核精子数量减少 ,则无核精子较为容易观察到。试验中仅仅在观察到有核精子数量明显减少时 ,才认为
有核精子与无核精子的比例减小了。B : EΠA 表示有核精子与无核精子的比例
Note :The data followed by different letters in the same column are significantly different (multiple range tests :LSD test with significance
level 0105) A : In this experiment ,the present of spermatophore is used for indicating the mating of female. All the data in this table are col2
lected on the condition that mating had occurred. In cotton bollworm ,sperm in the spermatheca show dense mass ,and apyrene sperm are in
the center of mass and surrounded by eupyrene sperm. On the condition of normally mating ,it is difficult to observe apyrene sperm unless
separating sperm mass with dissecting needle. When mating is abnormal ,apyrene sperm will be detected easily because eupyrene sperm are
reduced apparently. Whether or not the ratio of eupyreneΠapyrene sperm is normal is determined by experimental observing. Only observing
the apparent reduce of eupyrene sperm ,we can consider that the ratio of eupyreneΠapyrene sperm is reduced. B : EΠA means eupyrene
spermΠapyrene sperm.
　　精子团经常滞留于精包“帽”部位 ,而在滞留的精子团中经常发现碎裂或畸形精子。但无
论与正常雄虫还是与辐照雄虫交配 ,雌虫受精囊中则很少发现碎裂与畸形的精子 ,这一现象说
明精包“帽”在精子传导的过程中可能起“过滤”作用 ,而精子及副腺分泌物碎片造成的雌虫生
殖管道的阻塞是导致棉铃虫精子传导失败的一个重要原因。高辐射剂量不仅影响了精包的形
成 ,而且导致了精子的碎裂与畸形 ,从而导致雌虫生殖官腔的阻塞 ,影响了精子传导。
表 2 　辐照对棉铃虫产卵反应的影响
Table 2 　The effects of irradiation on the oviposition response (mean ±SD)
雌虫类型
type of female
检测个数
No. observed
交配后第 1 天平均产卵量
average eggs laid first day after mating
对照 n = 51 304 ±170a
250Gy n = 27 302 ±188a
400Gy n = 46 205 ±152b
3 日龄 3 　days old n = 15 37 ±63c
4 日龄 4 　days old n = 13 116 ±154bc
5 日龄 5 　days old n = 13 103 ±85c
　注 :表中同一列平均值后含不同字母的表示差异显著 (LSD 多元比较显著水平 :0105) 。
Note :The data followed by different letters in the same column are significantly different (multiple range tests :LSD test with significance
leve 0105)
33　6 期 辐照对棉铃虫精子传导及产卵反应的影响
214 　辐照对棉铃虫产卵反应的影响
与其它鳞翅目昆虫不同 ,棉铃虫即使不交配也可以产卵 ,处女雌虫一生的产卵总数与交配
的雌虫相同 ,但产卵期延长了。尽管棉铃虫雌虫不交配即可产卵 ,但交配前其日产卵量显著小
于交配的雌虫 ( P < 0105) (表 2) 。交配后 ,雌虫的日产卵量显著增加 ( P < 0105) ,即使与 400Gy
辐照雄虫交配后 ,交配后第 1 天雌虫的产卵量也显著高于 3 日龄和 5 日龄的处女雌虫 ( P <
0105) 。说明交配刺激了产卵反应。表 2 的结果同时显示 ,与 400Gy 辐照雄虫交配后第 1 天雌
虫的产卵量显著低于与 250Gy 辐照雄虫及正常雄虫交配后的雌虫 ( P < 0105) ,说明 400Gy 辐照
处理显著影响了雌虫的产卵反应 ( P < 0105) 。
3 　讨 　论
Calahan 和 Chain[4 ]认为雌虫生殖系统的总体复杂程度可能是一个昆虫种类精子传导成功
的决定因素。North 和 Holt [2 ]报道精子传导的失败与精包倒置的复杂程度有关。根据他们报
道的成功交配的标准 ,即使在与正常雄虫交配的情况下 ,在鳞翅目昆虫中也经常发生精子传导
失败的现象。Callahan 和 Chain[4 ]报道 Corn earworms , Helicoverpa zea 存在 218 %的精子传导失败
率 ;Armyworms , Pseudaletia unipuncta 存在 1515 %的精子传导失败率。North 和 Holt[5 ]报道 Cabba2
ge loopers , Trichoplusia ni 存在 22 %的精子传导失败率。Flint & Kressin[6 ]报道 Tobacco budworms ,
Helicoverpa virescens 有 15 %的精子传导失败率。Proshold 等[7 ] 报道 Gypsy moths , Lymantriadispar
有 5 %～7 %的精子传导失败率。
正常交配的条件下 ,棉铃虫精子传导的失败率高达 1817 % ,当棉铃虫雌虫与辐照雄虫交
配时 ,精子传导失败率更高 ,其失败率的高低与剂量相关。这一现象应该与棉铃虫雌虫生殖系
统的复杂程度有关。
棉铃虫雌虫的交配囊是一个复杂的系统 ,因此其精包的生成与定位也较为困难 ,并且其精
子传导的失败率也较高。当使用高辐射剂量辐照棉铃虫雄虫后 ,雄虫的一些生理功能受到了
损伤 ,从而导致了如精包畸形 ,精子及副腺分泌物碎片阻塞生殖管等现象的发生 ,从而增加了
精子传导失败的几率。精包“帽”的定位是交配成功的重要过程 ,然而它又是一个十分精细而
复杂的过程 ,因此精包“帽”的定位更容易出现偏差 ,从而导致精子传导失败。
当使用高辐射剂量处理棉铃虫雄虫时 ,其诱导雌虫产卵反应的能力降低了。这一现象在
其它鳞翅目昆虫中也有报道[8 ,2 ] 。
精子传导的失败将影响雌虫受精囊中精子的数量与活力 ,而多配性昆虫雌虫受精囊中精
子的数量与活力同交配后雌虫的产卵及以后的交配行为有关。显然 ,如果辐照剧烈影响了精
子传导 ,影响了精子的数量与活力 ,那么辐照虫的交尾竞争力将要降低。为最终阐明辐照对棉
铃虫的交尾竞争力的影响 ,进一步研究辐照对精子数量与活力的影响是十分必要的。
43 核　农　学　报 16 卷
参考文献 :
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2211～2222
EFFECTS OF GAMMA IRRADIATION ON THE SPERM TRANSMISSION AND
OVIPOSITION RESPONSE IN Helicoverpa armigera (L . NOCTUIDAE)
LIU Xiao2hui1 　SONGJia2xiang2 　WANG Hua2song1
(1. Institute for Application of Atomic Energy , Chinese Academy of
Agricultural Sciences , Beijing 　100094 ;2. Graduate School , Chinese Academy of Agricultural Sciences , Beijing 　100081)
ABSTRACT :Transmissions of sperm by unirradiated and irradiated cotton boll worm , Helicoverpa
armigera , were studied by live dissection of females immediately after the initiation of mating. In
cotton boll worm the sperm transfer was rather a complex process. In fact unirradiated males
failed to transfer sperm in about 19 % of their matings. When irradiated with 250 Gy and 400 Gy ,
aberrations of sperm transmission were about 21 %and 50 %respectively. The failure of spermato2
phore“cap”location was an important reason of sperm transmission aberrations. When females
mated to high2dose2irradiated males ,their oviposition response appeared abnormal .
Key words :cotton bollworm; gamma irradiation ; sperm transfer ; oviposition response
53Acta Agriculturae Nucleatae Sinica
2002 ,16 (1) :30～35