近日，世界杯投注地址农学院李超副教授团队在《Insects》期刊上在线发表了题为“Age-Stage, Two-Sex Life Table of Leptinotarsa decemlineata (Coleoptera: Chrysomelidae) Experiencing Cadmium Stress”的研究论文。该研究揭示了重金属镉可以通过植物的转运富集作用影响植食性害虫的生长发育进而影响种群增长动态。

植食性昆虫—马铃薯甲虫Leptinotarsa decemlineata (Say)属于鞘翅目叶甲科(Coleoptera: Chrysomelidae)，是世界范围内极具毁灭性的检疫性有害生物，也是我国重要的农业植物检疫性害虫。马铃薯甲虫对各种环境有极强的适应能力，自新疆传入后对我国马铃薯产业造成了严重危害和威胁。镉(Cd)作为生物毒性最强的重金属元素，具有较强的致癌、致畸和致突变作用。在环境中的化学活性强，移动性大，毒性持久，容易通过食物链的富集作用危及人类健康。近年来随着我国工业的发展，由于化肥、农药和污泥的大量施用,工业废水的排放和重金属的大气沉降的日益增加，农田重金属的含量明显增加,土壤重金属镉污染越来越严重，我国镉污染的土壤面积已经达20万 km2，占总耕地面积的1/6。在大田作物中，农产品的主要污染物为重金属类，其中以镉最为突出。土壤镉污染造成我国农产品的质量下降，严重威胁人体健康，影响农业可持续发展。西部地区作为中国重要的马铃薯产区，农田土壤重金属镉最低为0.0000415~165.00 mg/kg（新疆昌吉地区：1.9~10.0mg/kg；四川：4.00~60.99mg/kg；贵州：2.00~43mg/kg；西藏：8.59~85.88mg/kg；甘肃：7.00~165mg/kg）。参考农业土壤镉评价标准采用《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB 15618-2018)中规定的筛选值 (0.3 mg/kg)，管控值 (1.5 mg/kg)土壤重金属镉含量全部超标，污染严重。植物对重金属镉有吸收、转运、富集作用)。土壤在农业生态环境中起着连接有机与无机界的作用，作物可以吸收农田中的重金属，将重金属传递至食物链当中，危害昆虫、动物和人类的健康。镉进入生态系统后，是否会对农作物产生不利的影响，是否会使天敌昆虫通过取食而积累重金属镉，是否对天敌昆虫的生长发育产生负面影响，这些研究都是十分必要的。因此，本研究不仅能探讨镉对植物和植食性昆虫的影响，更能为未来探究镉在陆地昆虫食物链中的迁移和转化研究提供新的参考和方向。

农田土壤重金属镉通过食物链的富集对作物健康生长和产量已构成威胁，并进一步影响植食性昆虫的生长发育和种群增长。我们通过Cd2+溶液对马铃薯盆栽进行处理，分别设置0mg/kg、30 mg/kg、60 mg/kg、90 mg/kg和120 mg/kg五个浓度，让马铃薯甲虫成虫取食暴露在不同浓度镉下的马铃薯叶片，研究了Cd2+对马铃薯甲虫生长发育的影响。结果表明：1）重金属镉对马铃薯萌发、株高、茎粗及产量有显著影响（图 S1）。2）取食了镉暴露下的马铃薯叶片的马铃薯甲虫1龄幼虫的发育历期、蛹期和产卵前期被延长，马铃薯甲虫的总寿命减少且繁殖力降低(表1)。3）取食了镉暴露下的马铃薯叶片的马铃薯甲虫种群内禀增长率（r）、周限增长率（λ）、净增值率（R0）、总生殖率（GRR）显著降低，而平均世代差异不显著（表2）。4）镉胁迫显著降低马铃薯甲虫种群特定年龄阶段存活率和繁殖率（图1-4），提高了马铃薯甲虫畸形率（图5）。这些结果表明，镉对作物及害虫有一定的负面影响，不仅对于未来如何更有效地实施害虫防治策略具有重要意义，而且还为保障粮食安全提供了更为精确的科学依据。

图S1 不同浓度镉处理对马铃薯出苗、生长和产量的影响。(A)马铃薯出芽时间。(B)马铃薯单株块茎产量。(C)马铃薯植株叶片叶绿素含量。(D)马铃薯植株平均高度。(E)马铃薯植株平均茎粗。

表1 马铃薯植株受重金属镉胁迫下马铃薯甲虫的生物学特性。注：采用TWOSEX-MS Chart 软件配对重复取样检验进行差异显著性分析，表中数据为平均数± 标准误。同行不同字母表示经Paired bootstrap test 检验在P < 0.05 水平差异显著。

表 2 马铃薯植株受重金属镉胁迫下马铃薯甲虫的种群参数。注：采用 TWOSEX-MS Chart 软件配对重复取样检验进行差异显著性分析，表中数据为平均数 ± 标准误。同行不同字母表示经 Paired bootstrap test 检验在 P < 0.05 水平差异显著。

图1 马铃薯植株受重金属镉胁迫下马铃薯甲虫的特定年龄 - 阶段特定存活率(s_xj)

图2  马铃薯植株受重金属胁迫下马铃薯甲虫的特定年龄存活率(l_x)、雌虫特定年龄繁殖力(f_x,6)、

种群特定年龄繁殖力(m_x)和特定年龄繁殖值(l_xm_x)

图3 马铃薯植株受重金属镉胁迫下马铃薯甲虫的特定年龄-阶段生命期望(e_xj)

图4 马铃薯植株受重金属镉胁迫下马铃薯甲虫的特定年龄-阶段繁殖值(v_xj)

图5 马铃薯植株受重金属镉胁迫下马铃薯甲虫的畸形数量。注：图中的数据为平均率±标准误差；

图中不同的小写字母表示不同的浓度之间存在显著差异（P<0.05）（单因素方差分析）。

世界杯投注地址农学院2023级硕士研究生何冰玉为第一作者，李超副教授为通讯作者。本研究受到国家重点研发计划项目(2021YFD1400200)、国家自然科学基金(31660545)、农业科技创新计划 (XBZX-04)和新疆维吾尔自治区天山人才计划(2021282；2022TSYCCX0084)项目资助。