全 文 ：© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
文章编号 :100028551 (2001) 0520316205
核技术在昆虫学研究领域中的应用进展和前景
刘　新　华跃进 3 　孙锦荷　徐步进
(浙江大学原子核农业科学研究所 ,浙江 杭州　310029)
摘要 :本文综述了核技术在昆虫学研究领域中的最新应用进展 ,特别介绍了同位素示
踪技术在昆虫分子生物学中基因探针及其在昆虫学研究中的应用情况 ,并对核技术
在昆虫学研究领域中的应用前景作了展望。
关键词 :核技术 ;同位素 ;辐射 ;昆虫
收稿日期 :2000209226
基金项目 :国家自然科学基金高科技探索项目 (30080022) ,教育部“高等院校骨干教师资助计划”,教育部优秀回国人员
科研启动基金 ,浙江省自然科学基金 ,浙江省科委重点实验室人才培养项目经费资助和扬州大学校级课题资助
作者简介 :刘新 (1963～) ,女 ,江苏靖江人 ,扬州大学副教授 ,现为浙江大学华家池校区核农所在职博士生 ,主要从事分
子生物物理学研究3 通信作者
自 1950 年放射性同位素与辐射技术广泛应用于动物代谢和临床研究[1 ] 以来。在昆虫学
领域中 ,国内外广泛地利用核技术研究辐射昆虫不育、害虫防治、辐射刺激增产、昆虫分子生物
学、昆虫神经生理学、昆虫生理生化、昆虫激素、昆虫生态学、昆虫毒理学等 ,并取得了显著成
绩[2 ] 。
本文就核技术在昆虫学研究领域中的最新应用进展综述如下 ,并对核技术在昆虫学研究
领域中的应用前景作了展望。
1 　植物害虫防治的研究
111 　辐射昆虫不育、害虫防治
由于采用辐射昆虫不育技术防治害虫具有不污染环境 ,对人、畜和天敌无害 ,防治效果持
久等优点 ,我国在 60 年代初开始 ,先后对松毛虫、棉红铃虫、水稻三化螟、玉米螟、蚕蛆蝇、小菜
蛾、甘蔗黄螟、油茶尺蠖、贮粮中的鳊谷蛾等害虫进行了不同程度的研究[2 ] 。同时 ,关于辐射不
育机理的研究也随着新兴学科的诞生和渗透 ,取得了飞速的发展[3 ] 。
九五期间顾伟平等用60 Coγ射线处理棉铃虫蛹 ,开展了辐射棉铃虫不育剂量及其遗传效
率的研究[4 ] ;杨荣新等在利用辐射不育技术防治野蚕的同时 ,从染色体结构变异角度对60 Coγ
射线照射野蚕蛹造成其后代不育的机理进行了研究 ,利用射线照射雄性害虫使染色体发生结
构变异 (缺失、倒位等) ,来降低害虫群体和创造核遗传雄性不育的保持系[3 ] 。
112 　植物害虫的研究
在昆虫学研究中常用的放射性核素有3 H、14 C、32 P、40 K、35 S、45 Ca、125 I、60 Co、65 In、182 Ta、226 Ra 和
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36 Cl [5 ] ,常用的稳定性核素有151 Eu (铕)与191 Ir (铱) [2 ] 。如用60 Co、226 Ra 等金属丝胶粘在虫体上 ,或
插入昆虫体内而使其被标记 ,用于研究森林害虫、果树害虫和地下害虫等的活动规律。刘振声
等采用喷洒法、环套法和注射法用32 P2NaH2 PO4 标记松突圆蚧来研究若虫的扩散距离。杨荣新
等在人工半合成饲料中加入 NaH2 32 PO4 饲喂小菜蛾幼虫 ,由此获得标记成虫 ,用于研究小菜蛾
的扩散能力。黄炳超等用32 P 标记柑桔枝条 ,研究了楝科植物油对柑桔木虱的拒食作用。楼洪
章等用 NaH2 32 PO4 溶液注射法标记玉米螟蛹 ,其后解剖成虫 ,取出雌雄虫的生殖器官和受精卵
分别进行放射自显影[6 ] 。
2 　辐照刺激增产、培育良种的研究
核辐射刺激柞蚕和桑蚕增产技术有增产 (10 %以上) 、抗病和提高蚕丝质量的效果。沈阳
农业大学采用固定式和流动式的 Ra2Be 中子源照射柞蚕卵 ,结果出蚕快 ,盆数少 ,吃叶“狼狂”,
牙板硬 ,发育齐 ,发病少 ,筋力强 ,做茧早 ,茧皮厚 ,增产 813 %以上。经辐照的有效丝长为
1014mm ,较对照长 8013m。同时 ,解舒丝也比未辐照的长 10～60m ,蚕纤维量提高 2 %～5 %。
四川原子核应用技术研究所和四川省农业科学院联合开展了用60 Coγ射线辐照桑蚕卵的增产
效应试验 ,并帮助 7 个蚕种场建立了源活性为 200 ×317 ×1010Bq 的小辐射场 ,把试验、示范和
推广密切地结合起来[6 ] 。
辐射作用也可以使昆虫生长发育发生变异 ,可以借此定向培育良种[5 ] 。
3 　昆虫分子生物学的研究
同位素技术在生物学发展中曾作出了重大贡献 ,基因探针、核酸的标记及其序列分析均离
不开同位素示踪技术。按标记物的性质 ,基因探针的标记方法可分为同位素标记和非同位素
标记两大类。常用的同位素有32 P、35 S、3 H 等 ,如用32 P 标记的核苷酸化合物为α232 P2dCTP 或γ2
32 P2ATP ;在原位 ( in situ)杂交中 ,则需用35 S 或3 H 标记核苷酸化合物。由于32 P 比活性高、放射
性强 ,易于检测 ,故在分子生物学研究中最为重要。同位素标记法又分为切口平移 (nick transl2
ation)法、随机引物 (random priming)法、PCR 合成法、末端标记法、RNA 标记法和免疫探针标记
法。免疫探针用125 I进行标记。基因探针在昆虫分子生物学研究中应用于 :11 昆虫基因克隆
的筛选 ;21 昆虫基因的定位 ;31 昆虫基因表达 ;41 在昆虫系统进化中的应用 ;51 在昆虫分子生
态学研究中的应用[7 ] 。李振刚、周从照于 1997 年首次报道了 Antheraes yamamai 丝素基因在家
蚕 Bombyx mori 中的成功表达[8 ] 。
4 　昆虫神经生理学的研究
田雨等以敏感品系家蝇和溴氰菊酯抗性品系家蝇 Musca domestica L. 为材料 ,用32 P 标记
ATP ,研究和比较了神经毒剂溴氰菊酯对其脑突触体蛋白磷酸化作用的影响[9 ] 。
冯国蕾等用3 H 标记神经递质 ,探讨了我国家蝇 Musca domestica vicina 是否存在有击倒抗
性 ( Kdr)基因 ,研究神经递质的释放 ,了解药剂作用点对杀虫剂敏感度下降与抗性的关系 ,为克
服抗性和延缓抗性发展提供理论依据[10 ] 。
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通过组合神经节 ,基于3 H2蛋氨酸参与 J H量的多少 ,经薄层层析、HPLC 纯化、RIA 分析 ,推
测组合神经节能合成且向培养介质中分泌 J HIII、双环氧 J H III(J HBIII) [11 ] 。
5 　昆虫生理生化的研究
511 　昆虫中抗菌物质活性的诱导
龚琪等用60 Coγ射线、活的大肠杆菌改热灭活的金黄葡萄球菌 Staphylococcus aureus、绿脓
杆菌 Pseudomonas aeruginosa 和生理盐水作诱导源 ,诱导美洲大蠊 Periplaneta americana ,产生了
活性不同大小的抗菌物质 ,在抗菌特性上也有一些差异[11 ] 。
512 　农药在昆虫体内的代谢
马拉松 (马拉硫磷)是广泛使用的高效低毒杀虫剂 ,用于防治多种农业害虫。侯能俊等用
14 C2马拉松研究菜粉蝶幼虫离体与整体对马拉松的代谢 ,为提高药效 ,克服抗性提供了依据[2 ] 。
513 　昆虫体内器官、组织、细胞、分子等的同位素示踪
利用整体放射自显影术研究家蚕精液在雌虫生殖系统中的分布和转移 ;将3 H2DDT用于美
洲蜚蠊的研究 ,用标记胸腺嘧啶核苷确定脱氧核糖核酸核苷的合成位点 ,用标记尿嘧啶核苷确
定核糖核酸的合成位点 ,用标记氨基酸确定蛋白质的合成位点 ,用标记葡萄糖显示碳水化合物
的分布 ,用标记甘油确定脂肪的合成部位 ,用标记病毒确定病毒的寄生部位和繁殖场所和用标
记药用昆虫的有效成份确定其作用部位等[5 ] 。
514 　昆虫生理生化的研究
通过35 S2蛋氨酸标记组培、免疫组织化学以及电镜等手段确证了脂肪体是非洲钝缘蜱的卵
黄原蛋白 Vg 的唯一合成部位[13 ] 。龚琪等用60 Coγ射线比较了不同诱导源诱导家蝇 Musca do2
mestica L. 幼虫血淋巴后其血凝活性的动力学变化[14 ] 。何首林等用3 H 标记的昆虫保幼激素类
似物 738 对 5 龄中期家蚕进行涂布蚕体和涂布桑叶添食 ,研究了它在家蚕体内的吸收和排泄 ,
运转和分布、积累和残留[15 ] 。戴玉锦等用3 H标记甘氨酸 ,给家蚕 Bombyx mori 添食植源性蜕皮
激素MH ,每隔 24 小时进行3 H2甘氨酸参入试验[16 ] 。1997 年戴玉锦等用3 H标记甘氨酸 ,研究了
家蚕 5 龄幼虫丝腺与脂肪体细胞内蛋白质合成的变化规律及保幼激素类似物的调节作用[17 ] 。
6 　昆虫激素的研究
放射免疫分析法 (RIA)是同位素放射测定与免疫反应原理相结合的一种超微量分析法 ,
其特点是灵敏度高、特异性强、精确度高、操作简便、不会引起生物体的辐射损伤。该法能定量
分析毫微克2微微克的微量物质 ,对于测定体液内激素之类的低浓度代谢物 ,其优越性是以往
任何生物测定法无法比拟的。国内学者曹梅讯等[18 ]在国外 RIA 的基础上建立了 202羟基蜕皮
酮 RIA(用125 I标记抗原) ,研究了蓖麻蚕蛹期血淋巴中 202羟基蜕皮酮含量的变化。王方海等
采用 RIA 对不同时期的注定滞育和非滞育棉铃虫的血淋巴中的类固醇蜕皮素的含量进行了测
定[19 ] 。华跃进等 1988 年利用 RIA 和前胸腺体外培养技术[20 ] ,研究了促前胸腺素的作用及其
与前胸腺之间的相互关系[21 ] 。Hua 等利用 RIA 等技术成功地鉴定了一种新的昆虫脑神经肽
———抑制胸腺肽 (PTSP) [22 ,23 ] 。
在昆虫脑激素作用原理的研究中采用3 H2尿嘧啶核苷和14 C2甘氨酸同时标记的方法对蓖麻
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蚕蛹卵巢发育过程中核酸和蛋白质代谢的变化和同时显示核酸和蛋白质合成速率的相关变化
关系[5 ] 。
从昆虫体内分离出 3 种具有保幼激素 J H活性的化合物 ,测定中采用了14 C[24 ] 。
7 　昆虫生态学的研究
应用125 I、60 Co、32 P、65 In 等放射性核素和151 Eu、191 Ir 等稳定性核素标记稻飞虱、稻纵卷叶螟
虫、小麦粘虫 ,释放于田间或一定范围的自然环境内 ,可检测它们的迁飞方向、距离及活动范围
等。将标记昆虫 (一般用γ射线类型的核素标记) 释放到野外 ,借助探测仪器追踪其活动规律
及休眠或避热的栖息场所[2 ] 。
8 　昆虫毒理学的研究
同位素示踪技术为研究昆虫毒理学研究提供了有力的手段 ,它可研究杀虫剂对昆虫的穿
透力、在昆虫体内的分布、作用部位与代谢及杀虫剂在植物体内 (尤其在谷物中) 的残留、杀虫
剂对人畜的毒理作用等等。例如 ,通过研究明确了 DDT的作用部位是昆虫的周缘神经 :而六
六六的作用部位是昆虫的中枢神经 ;明确了 DDT的穿透、分布及代谢规律。有人认为昆虫抗
药性不仅与昆虫体内农药代谢的解毒酶的质和量的变化有关 ,也与昆虫表皮对农药通透性降
低或将药剂贮藏在脂肪组织中的能力增加或对农药排泄的增强有关。Welling 等 (1972) 将35 S
和3 H双标记的有机磷农药马拉松引入抗性家蝇与非抗性家蝇 ,根据所形成的放射性产物研究
了其在虫体内的可能代谢降解路线 ;官田正等 (1976)用14 C2甲基马拉松研究了褐飞虱的抗性机
理 ;C. Tomigawa 等用35 S 巴丹研究了其代谢降解[2 ] 。
9 　展 　望
21 世纪人类面临着更多严峻的问题 ,如人口增长、耕地减少、能源紧张、资源缺乏、污染严
重、生态破坏等 ,核技术任重道远。必须发挥同位素示踪技术的优势 ,主动适应大农业发展的
需要 ,重视与其它学科的协作 ,不断探索同位素示踪技术在各学科中应用的新领域和新内容 ,
既面向各个方面 ,开拓应用研究 ,服务于经济建设 ,又重视基础研究 ,吸收新的理论和方法 ,完
善学科本身的体系 ,突出其特点 ,推动其发展。同位素示踪技术与生物技术相结合 ,必将促进
本技术的发展。如通过基因操作将昆虫脑神经肽基因转入农作物 ,或将基因转入病毒或细菌
后感染农作物 ,致使昆虫侵害农作物时其内分泌混乱而死亡 ,从而达到利用益虫、控制害虫的
目的 ;又如通过人工合成或用基因工程手段大量生产天然高效广谱抗菌肽。31 对各项实用的
研究成果 ,尽快地加以开发和推广利用 ,对有明显社会和经济效益的成果要创造条件逐步形成
产业化。如昆虫体液免疫中的抗菌物质[25 ] 、昆虫抗菌肽、抗菌蛋白的研究和开发、辐射作用和
转基因使昆虫生长发育发生变异、培育良种、核辐射食品保鲜、防腐技术等等。
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ADVANCES AND FUTURE PROSPECTS OF NUCLEAR TECHNIQUES
APPLIED IN ENTOMOLOGY
LIU Xin 　HUA Yue2jin 　SUN Jin2he 　XU Bu2jin
( Institute of Nuelear2Agricultural Science , Zhejiang University , Hangzhou , Zhejiang prov 　310029)
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