近日,，新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院李超副教授團(tuán)隊在《Insects》期刊上在線發(fā)表了題為“Age-Stage, Two-Sex Life Table of Leptinotarsa decemlineata (Coleoptera: Chrysomelidae) Experiencing Cadmium Stress”的研究論文,。該研究揭示了重金屬鎘可以通過植物的轉(zhuǎn)運富集作用影響植食性害蟲的生長發(fā)育進(jìn)而影響種群增長動態(tài)。

植食性昆蟲—馬鈴薯甲蟲Leptinotarsa decemlineata (Say)屬于鞘翅目葉甲科(Coleoptera: Chrysomelidae),，是世界范圍內(nèi)極具毀滅性的檢疫性有害生物，也是我國重要的農(nóng)業(yè)植物檢疫性害蟲。馬鈴薯甲蟲對各種環(huán)境有極強(qiáng)的適應(yīng)能力,，自新疆傳入后對我國馬鈴薯產(chǎn)業(yè)造成了嚴(yán)重危害和威脅。鎘(Cd)作為生物毒性最強(qiáng)的重金屬元素,，具有較強(qiáng)的致癌,、致畸和致突變作用。在環(huán)境中的化學(xué)活性強(qiáng),，移動性大,，毒性持久，容易通過食物鏈的富集作用危及人類健康,。近年來隨著我國工業(yè)的發(fā)展,，由于化肥、農(nóng)藥和污泥的大量施用,工業(yè)廢水的排放和重金屬的大氣沉降的日益增加,，農(nóng)田重金屬的含量明顯增加,土壤重金屬鎘污染越來越嚴(yán)重,，我國鎘污染的土壤面積已經(jīng)達(dá)20萬 km2，占總耕地面積的1/6,。在大田作物中,，農(nóng)產(chǎn)品的主要污染物為重金屬類，其中以鎘最為突出,。土壤鎘污染造成我國農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量下降,，嚴(yán)重威脅人體健康，影響農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展,。西部地區(qū)作為中國重要的馬鈴薯產(chǎn)區(qū),，農(nóng)田土壤重金屬鎘最低為0.0000415~165.00 mg/kg（新疆昌吉地區(qū)：1.9~10.0mg/kg；四川：4.00~60.99mg/kg,；貴州：2.00~43mg/kg,；西藏：8.59~85.88mg/kg；甘肅：7.00~165mg/kg）,。參考農(nóng)業(yè)土壤鎘評價標(biāo)準(zhǔn)采用《土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險管控標(biāo)準(zhǔn)(試行)》(GB 15618-2018)中規(guī)定的篩選值 (0.3 mg/kg),，管控值 (1.5 mg/kg)土壤重金屬鎘含量全部超標(biāo)，污染嚴(yán)重,。植物對重金屬鎘有吸收,、轉(zhuǎn)運、富集作用),。土壤在農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境中起著連接有機(jī)與無機(jī)界的作用,，作物可以吸收農(nóng)田中的重金屬,，將重金屬傳遞至食物鏈當(dāng)中，危害昆蟲,、動物和人類的健康,。鎘進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)后，是否會對農(nóng)作物產(chǎn)生不利的影響,，是否會使天敵昆蟲通過取食而積累重金屬鎘,，是否對天敵昆蟲的生長發(fā)育產(chǎn)生負(fù)面影響，這些研究都是十分必要的,。因此,，本研究不僅能探討鎘對植物和植食性昆蟲的影響，更能為未來探究鎘在陸地昆蟲食物鏈中的遷移和轉(zhuǎn)化研究提供新的參考和方向,。

農(nóng)田土壤重金屬鎘通過食物鏈的富集對作物健康生長和產(chǎn)量已構(gòu)成威脅,，并進(jìn)一步影響植食性昆蟲的生長發(fā)育和種群增長。我們通過Cd2+溶液對馬鈴薯盆栽進(jìn)行處理,，分別設(shè)置0mg/kg,、30 mg/kg、60 mg/kg,、90 mg/kg和120 mg/kg五個濃度,，讓馬鈴薯甲蟲成蟲取食暴露在不同濃度鎘下的馬鈴薯葉片，研究了Cd2+對馬鈴薯甲蟲生長發(fā)育的影響,。結(jié)果表明：1）重金屬鎘對馬鈴薯萌發(fā),、株高、莖粗及產(chǎn)量有顯著影響（圖 S1）,。2）取食了鎘暴露下的馬鈴薯葉片的馬鈴薯甲蟲1齡幼蟲的發(fā)育歷期,、蛹期和產(chǎn)卵前期被延長，馬鈴薯甲蟲的總壽命減少且繁殖力降低(表1),。3）取食了鎘暴露下的馬鈴薯葉片的馬鈴薯甲蟲種群內(nèi)稟增長率（r）,、周限增長率（λ）、凈增值率（R0）,、總生殖率（GRR）顯著降低,，而平均世代差異不顯著（表2）。4）鎘脅迫顯著降低馬鈴薯甲蟲種群特定年齡階段存活率和繁殖率（圖1-4）,，提高了馬鈴薯甲蟲畸形率（圖5）,。這些結(jié)果表明，鎘對作物及害蟲有一定的負(fù)面影響,，不僅對于未來如何更有效地實施害蟲防治策略具有重要意義,，而且還為保障糧食安全提供了更為精確的科學(xué)依據(jù)。

圖S1 不同濃度鎘處理對馬鈴薯出苗,、生長和產(chǎn)量的影響,。(A)馬鈴薯出芽時間,。(B)馬鈴薯單株塊莖產(chǎn)量。(C)馬鈴薯植株葉片葉綠素含量,。(D)馬鈴薯植株平均高度,。(E)馬鈴薯植株平均莖粗。

表1 馬鈴薯植株受重金屬鎘脅迫下馬鈴薯甲蟲的生物學(xué)特性,。注：采用TWOSEX-MS Chart 軟件配對重復(fù)取樣檢驗進(jìn)行差異顯著性分析，表中數(shù)據(jù)為平均數(shù)± 標(biāo)準(zhǔn)誤,。同行不同字母表示經(jīng)Paired bootstrap test 檢驗在P < 0.05 水平差異顯著,。

表 2 馬鈴薯植株受重金屬鎘脅迫下馬鈴薯甲蟲的種群參數(shù)。注：采用 TWOSEX-MS Chart 軟件配對重復(fù)取樣檢驗進(jìn)行差異顯著性分析,，表中數(shù)據(jù)為平均數(shù) ± 標(biāo)準(zhǔn)誤,。同行不同字母表示經(jīng) Paired bootstrap test 檢驗在 P < 0.05 水平差異顯著。

圖1 馬鈴薯植株受重金屬鎘脅迫下馬鈴薯甲蟲的特定年齡 - 階段特定存活率(s_xj)

圖2  馬鈴薯植株受重金屬脅迫下馬鈴薯甲蟲的特定年齡存活率(l_x),、雌蟲特定年齡繁殖力(f_x,6),、

種群特定年齡繁殖力(m_x)和特定年齡繁殖值(l_xm_x)

圖3 馬鈴薯植株受重金屬鎘脅迫下馬鈴薯甲蟲的特定年齡-階段生命期望(e_xj)

圖4 馬鈴薯植株受重金屬鎘脅迫下馬鈴薯甲蟲的特定年齡-階段繁殖值(v_xj)

圖5 馬鈴薯植株受重金屬鎘脅迫下馬鈴薯甲蟲的畸形數(shù)量。注：圖中的數(shù)據(jù)為平均率±標(biāo)準(zhǔn)誤差,；

圖中不同的小寫字母表示不同的濃度之間存在顯著差異（P<0.05）（單因素方差分析）,。

新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院2023級碩士研究生何冰玉為第一作者，李超副教授為通訊作者,。本研究受到國家重點研發(fā)計劃項目(2021YFD1400200),、國家自然科學(xué)基金(31660545)、農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新計劃 (XBZX-04)和新疆維吾爾自治區(qū)天山人才計劃(2021282,；2022TSYCCX0084)項目資助,。