如何利用輻射控制害蟲(20230320)
核解釋
Vladimir Tarakanov，IAEA公共信息和傳播辦公室
Ruchen Zhao，IAEA公共信息和傳播辦公室
害蟲傳播疾病。例如，蚊子是瘧疾傳播的罪魁禍首，僅在2021年，瘧疾就影響了2.47億人，並造成超過60萬人死亡。寄生蟲，如寄生蠅，會威脅整個生態系統，危及動物和生物多樣性的長期保護。果蠅、飛蛾、采采蠅和螺旋蟲等其他害蟲，會破壞農作物和牲畜，威脅農民的生計，損害國際貿易並破壞全球糧食安全。據官方估計，害蟲摧毀了全球高達40%的農作物，並在2021年造成了2,200億美元的損失。
輻射的使用可以幫助調節或管理害蟲--稱為害蟲防治--有效預防與昆蟲相關的對人類和動物健康、生態系統和糧食安全(包括作物和牲畜生產)的風險。使用輻射控制害蟲的方法包括昆蟲不育技術(SIT)、遺傳不育和生物控制。
什麼是昆蟲不育技術(Sterile Insect Technique, SIT)？
昆蟲不育技術是一種使用游離輻射對實驗室飼養的大量昆蟲進行絕育的方法，然後將這些昆蟲釋放到受感染的地區與野生害蟲種群交配。由於這些絕育昆蟲無法繁殖任何後代，因此，昆蟲數量會隨著時間的推移而減少。
儘管在許多昆蟲物種的情況下可以釋放不育雄性和雌性，但對於大多數昆蟲而言，僅釋放雄性作為昆蟲不育技術的一部分更具成本效益。這有幾個關鍵原因。首先，不育雄性在阻礙野生種群繁殖方面要有效得多，因為它們會積極尋找野生雌性來與之交配，並且可以與多個雌性交配。因此，只釋放雄性，可加速不育的誘導；因為不育雄性只與野生雌性交配，而不會被不育雌性分心。此外，萬一絕育過程出現故障，這消除了將可育雌性引入環境的風險。其次，對於只釋放雄性的昆蟲物種，與同時釋放雄性和雌性相比，包裝和釋放不育昆蟲的成本減少了一半。第三，它更安全，因為在某些情況下，釋放雌性昆蟲會產生負面影響--例如，只有雌性蚊子叮咬人類，以尋找血液作為蛋白質來源，並且可以傳播致命疾病。
(信息圖：Adriana Vargas/IAEA)
SIT是目前最安全、最環保的昆蟲節育方法之一，它通過減少殺蟲劑的使用來確保環境保護。此外，由於不育昆蟲無法自我複制，這為害蟲問題創造了一個長期解決方案，而不會冒將非本地物種引入生態系統的風險。
自1950年代以來，昆蟲不育技術已成功用於全球控制一些影響人畜健康的昆蟲，例如新世界螺旋蟲、采采蠅和傳播疾病的蚊子，以及控制破壞性害蟲作物並影響貿易，例如果蠅和飛蛾。
什麼是遺傳性不育？
可以使蛾害蟲不育，但是，它們需要更高劑量的輻射，這往往會削弱昆蟲與野生雄性競爭的能力。相反，使用較弱的半滅菌劑量來誘導飛蛾後代完全不育。這被稱為遺傳性不育(信息圖：Adriana Vargas/IAEA)。
遺傳不育，也稱為F1不育，是另一種昆蟲不育技術，與傳統方法非常相似，因為它涉及飼養、輻射和將半不育雄性昆蟲釋放到目標區域，以減少可育昆蟲的交配。然而，在這種技術中，飼養和釋放的雄性昆蟲具有一定的生育能力，但它們的後代都是不育的。
當特定類型的害蟲(例如飛蛾)的雄性無法完全絕育時使用此技術，除非使用非常高劑量的輻射。然而，高劑量可能會削弱昆蟲並阻礙其與野生飛蛾競爭繁殖的能力。因此，該技術涉及使用低得多且不致使人衰弱的劑量，這不會阻礙昆蟲繁殖的機會，但會導致飛蛾後代遺傳性不育。
這種技術有很多優點。它使科學家能夠瞄準需要非常高劑量輻射才能變得不育的物種。然而，雌性飛蛾在照射後完全不育，因為雌性飛蛾往往對輻射更敏感。受輻射的雄性僅部分不育並生下完全不育的後代。與在傳統昆蟲不育技術中釋放相同數量的完全不育雄性相比，釋放具有遺傳不育性的部分不育雄性，通常有助於更大程度地抑制野生種群，因為雄性可以在下一代中產生多個完全不育的副本。
一隻瓢蟲以蘆筍植物上的蛾卵為食(信息圖：Adriana Vargas/IAEA)。
生物防治是一種利用大量生產和釋放害蟲天敵的方法，例如以害蟲的卵和幼蟲為食的捕食性昆蟲，或將卵產在宿主昆蟲中殺死昆蟲的寄生蟲(稱為寄生蜂)。
與基於使用核技術的昆蟲不育技術和遺傳不育方法不同，在生物控制中，核技術僅用於特定目的。輻射可用於提高飼養、運輸和部署這些害蟲天敵的適用性、成本效益和安全性。它還可以改進該方法的結果，並減輕與其相關的許多約束。例如，輻射可用於降低生物控製劑的生產成本。例如，對於寄生蜂，輻射可以降低宿主昆蟲的自然防禦能力(即免疫反應)，從而提高寄生蜂的生產力和存活率。此外，輻射有助於防止寄主昆蟲的發育，確保只有寄生蜂從蛹中出現。在一些寄主昆蟲確實存活下來的情況下，輻射的使用確保它們是不育的，以消除釋放可育寄主昆蟲的風險，這些寄主昆蟲在新環境中可能成為害蟲(見下面的信息圖)。在適當的情況下，低劑量輻射還可以刺激某些捕食者的繁殖，這可用於在這些捕食者不威脅非目標昆蟲種群的環境中，提高生物控制的有效性。
生物防治有助於控制害蟲，同時通過輻照生物防治劑的宿主，不會意外地將新的害蟲引入環境。(信息圖：Adriana Vargas/IAEA)。
同樣，輻照有助於運輸捕食性昆蟲和擬寄生物，通常稱為生物防治劑。例如，擬寄生物可能需要寄主昆蟲才能在運輸中生存，而捕食性昆蟲可能需要以其他昆蟲為食。出於這個原因，它們經常與它們的”獵物昆蟲”或它們的卵一起運輸，這些昆蟲在運輸過程中充當食物來源。然而，並非所有用作寄生蜂宿主的昆蟲都會受到寄生蜂的影響，因此，如果這些寄主在運輸過程中倖存下來並被釋放到環境中，它們就會成為害蟲。運輸前對宿主進行輻照，將確保不會將新的害蟲意外引入進行生物防治的區域。
IAEA的作用是什麼？
- 通過糧農組織/IAEA糧食和農業核技術聯合中心，IAEA協助各國開發和應用基於輻射的技術，例如昆蟲不育技術、遺傳不育和生物控制，以優化害蟲管理實踐，從而提高糧食生產，人類健康和自然資源保護。
- IAEA在其位於奧地利塞伯斯多夫的實驗室開展研究和開發新方法，以積累知識並進一步改進與主要害蟲的大規模飼養、絕育和質量控制相關的技術。研究結果、新程序和方法被轉移到成員國以改進它們的害蟲控制實踐。
- IAEA技術合作部在糧農組織/IAEA聯合中心的協助下，正在支持技術轉讓以管理害蟲物種並保護本地動物群和生態系統。
- IAEA還提供實際援助，包括指導和專家支持，以及通過其協作研究項目和現場項目向成員國提供生物材料。通過資源共享，IAEA在應用大面積病蟲害綜合治理計畫方面，發揮著至關重要的角色。