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甘蓝薄翅螟对毒死蜱的抗性风险评估及解毒酶活性研究

曾东强,高华,李晶晶,徐汉虹

曾东强,高华,李晶晶,徐汉虹. 甘蓝薄翅螟对毒死蜱的抗性风险评估及解毒酶活性研究[J]. 华南农业大学学报, 2008, 29(4). DOI: 10.7671/j.issn.1001-411X.2008.04.009
引用本文: 曾东强,高华,李晶晶,徐汉虹. 甘蓝薄翅螟对毒死蜱的抗性风险评估及解毒酶活性研究[J]. 华南农业大学学报, 2008, 29(4). DOI: 10.7671/j.issn.1001-411X.2008.04.009
ZENG Dong-qiang,GAO Hua,LI Jing-jing,XU Han-hong. Resistance Risk Assessment and Activities of Detoxification Enzymes to Chlorpyrifos in Crocidolomia pavonana[J]. Journal of South China Agricultural University, 2008, 29(4). DOI: 10.7671/j.issn.1001-411X.2008.04.009
Citation: ZENG Dong-qiang,GAO Hua,LI Jing-jing,XU Han-hong. Resistance Risk Assessment and Activities of Detoxification Enzymes to Chlorpyrifos in Crocidolomia pavonana[J]. Journal of South China Agricultural University, 2008, 29(4). DOI: 10.7671/j.issn.1001-411X.2008.04.009

甘蓝薄翅螟对毒死蜱的抗性风险评估及解毒酶活性研究

基金项目: 广西自然科学基金

Resistance Risk Assessment and Activities of Detoxification Enzymes to Chlorpyrifos in Crocidolomia pavonana

  • 摘要: 用毒死蜱对甘蓝薄翅螟Crocidolomia pavonana的实验种群进行抗性品系的选育. 经10代的室内汰选,该种群对毒死蜱的敏感性显著下降,筛选后F10的LD50(0.486 2 μg*头-1)比筛选前F0的LD50(0.048 μg*头-1)提高了10.13倍. 应用Tabashnik的阈状分析法分析了甘蓝薄翅螟对毒死蜱的抗性现实遗传力,并对其在毒死蜱不同选择压下的抗性发展速率进行了预测. 该虫对毒死蜱的抗性现实遗传力为0.570 8,当室内汰选的死亡率为50%~90%时,甘蓝薄翅螟要获得对毒死蜱的10倍抗性,需要经过5.03~11.13代. 酶活力测定结果表明,甘蓝薄翅螟对毒死蜱的抗性与羧酸酯酶、谷胱苷肽转移酶和多功能氧化酶这3种酶的活性有密切关系.
  • 草地贪夜蛾Spodoptera frugiperda J. E. Smith起源于美洲热带和亚热带地区,是典型的迁飞性害虫[1],其幼虫可取食玉米、水稻、高粱和甘蔗等350多种植物[2-3]。草地贪夜蛾于2019年1月入侵我国云南[4-7],截至2019年7月23日,已经蔓延到我国21个省(市、自治区),严重威胁我国农业及作物生产[8]。自草地贪夜蛾侵入我国以来,传播迅速,且我国大部分地区均适宜草地贪夜蛾生存,如果不进行人为干预,其势必会对我国作物安全造成重大影响[9]。化学农药对草地贪夜蛾的防治已有几十年的应用历史[10],目前许多国家的田间种群对多数传统农药已产生了不同程度的抗性[11],靶标害虫产生抗性使得农药的使用剂量加大,而农药使用剂量的增加会引发农产品质量安全、环境安全和生物多样性问题[12-14]。近年来,世界各国都在大力推广和使用生物农药来防治害虫,生物农药防治效果独特,具有多重作用机制,不易引起抗药性,而且对环境安全[15]。印楝素是一种从印楝中提取出来的生物活性物质,是世界公认的广谱、高效、低毒、易降解、无残留的杀虫剂[16-17]。许多研究表明,印楝素对多种害虫具有拒食、触杀、胃毒、抑制生长发育和影响卵巢发育的作用[18]。本文测定了室内0.3%(φ)印楝素乳油和40%(w)印楝素干粉对草地贪夜蛾毒杀活性和拒食活性以及0.3%印楝素乳油对草地贪夜蛾的田间防效,旨在为科学防治草地贪夜蛾提供参考和依据。

    2019年5月在广州市花都区花山镇紫西村玉米地(113°26′50.43″N,23°48′66.63″E)采集草地贪夜蛾卵块,因1龄和2龄幼虫取食叶片后会留下一层膜,3龄及高龄幼虫可以把叶片吃穿,1龄幼虫取食量较小,试验叶片可能无法满足高龄幼虫的取食量,故卵孵化后,以玉米嫩叶饲养至2龄和3龄幼虫供试。饲养条件为温度25 ℃ ± 2 ℃、湿度为60% ± 5%、光周期为16 h光∶8 h暗。

    供试玉米种植地为广州市花都区花山镇紫西村,试验时玉米处于喇叭口期,植株长势均匀。试验前及试验过程中均未喷施其他农药,玉米栽培及管理条件符合当地的农业实践管理。

    0.3%印楝素乳油,成都绿金生物科技有限责任公司;40%印楝素干粉,华南农业大学天然农药与化学生物学教育部重点实验室。

    电动喷雾器、叶面积测定仪、定量药匙、移液枪、培养皿、天平、水桶、量杯、滤纸、剪刀、毛刷等。

    采用浸叶法[19]测定了40%印楝素干粉对草地贪夜蛾2龄和3龄幼虫的毒力,根据预备试验结果,将40%印楝素干粉用φ为70%的丙酮溶液配制成0.1、0.5、1.0和5.0 mg/L的 4个印楝素质量浓度。将洁净的新鲜玉米嫩叶剪成3 cm×5 cm的叶片,浸渍药液3 s,自然晾干后置于垫有滤纸(直径9 cm)保湿的培养皿中,再选取大小一致的2龄幼虫20头饥饿处理4 h后接入培养皿内,3龄幼虫每皿只接入1头,每处理测定20头,每处理重复3次。以φ为70%的丙酮溶液浸渍3 s后自然晾干的嫩叶喂食为对照。

    将0.3%印楝素乳油用水稀释成0.1、0.5、1.0和5.0 mg/L的 4个印楝素质量浓度,以清水为对照,均匀喷洒至盆栽玉米叶片上,待其晾干后,选取新鲜玉米嫩叶剪成3 cm×5 cm的叶片,置于垫有滤纸(直径9cm)保湿的培养皿中,再选取大小一致的2龄幼虫20头饥饿处理4 h后接入培养皿内,3龄幼虫每皿只接入1头,每处理测定20头、重复3次。

    处理后1、2和3 d用叶面积测定仪测定取食面积,并根据以下公式计算拒食率:

    拒食率 = (对照组取食叶面积−处理组取食叶面积)/对照组取食叶面积×100%。

    并使用Excel进行毒力回归计算,得到毒力回归方程、AFC50、上下限及相关系数。

    处理后1、2、3、5和7 d检查幼虫的存活状态,以毛刷轻触幼虫体表,无反应判定为死亡,记录死亡数,按照以下公式计算各处理幼虫的死亡率和校正死亡率:

    死亡率 = 死虫数/供试虫数 × 100%,

    校正死亡率 = (处理组死亡率−对照组死亡率)/(100−对照组死亡率)× 100%。

    使用Excel进行毒力回归计算,得到毒力回归方程、LC50、上下限及相关系数,采用GraphPad Prism 5作图,SPSS19.0数据处理软件进行差异显著性分析。

    田间药效试验于2019年6月17日至6月24日在广东省广州市花都区花山镇紫西村玉米地进行,草地贪夜蛾为害期为幼虫各个阶段,试验期间玉米正处于喇叭口期,试验地玉米52 500株/hm2。试验共设3个处理浓度,即用水将0.3%印楝素乳油稀释500、800和1 000倍,稀释倍数越高,药剂浓度越低。每个处理设置3个重复小区,每个小区30 m2,各小区之间设置1 m宽的隔离带,另设对照小区3个,各30 m2。试验用药时天气多云,施药当天及施药后3 d无降雨。

    将0.3%印楝素乳油稀释后,对玉米进行全株均匀喷雾施药,制剂用药量为750 mL/hm2。对照小区使用清水按照相同方法处理。

    在每个小区中采用“Z”字型六点取样法,每点5株,共计30株,试验前做好标记并统计玉米上的虫口数量,施药后1、3 和7 d按照相同方式调查虫口数量,并同时观察小区玉米生长情况及药害发生情况。按照以下公式计算虫口减退率和防治效果,并用SPSS19.0数据处理软件进行差异显著性分析。

    虫口减退率 = (药前活虫数−药后活虫数)/ 药前活虫数 × 100%,

    防治效果 = (处理区虫口减退率−对照组虫口减退率)/(1−对照组虫口减退率)× 100%。

    为评价使用印楝素对草地贪夜蛾的毒杀活性与防效,在室内测定了0.3%印楝素乳油和40%印楝素干粉对草地贪夜蛾幼虫的毒杀活性,结果见图1表1。从图1可以看出,质量浓度为5 mg/L的印楝素对草地贪夜蛾2龄和3龄幼虫具有良好的毒杀活性。在质量浓度为5 mg/L时,0.3%印楝素乳油处理草地贪夜蛾后1、2、3、5和7 d,2龄幼虫的死亡率分别为6.67%、23.33%、53.33%、70.00%和86.67%,3龄幼虫的死亡率分别为8.33%、26.67%、60.00%、80.00%和90.00%;40%印楝素干粉处理草地贪夜蛾后1、2、3、5和7 d,2龄幼虫的死亡率分别为1.67%、16.67%、50.00%、61.67%和75.00%,3龄幼虫的死亡率分别为6.67%、20.00%、53.33%、65.00%和83.33%。经Tukey法差异显著性分析,在P<0.05水平上,7 d后处理组与对照组的死亡率差异显著,处理组之间无显著差异,对照组之间无显著差异。试验发现,印楝素对草地贪夜蛾的毒杀效果较为缓慢,未死亡的幼虫出现行动迟缓、躯体僵硬等现象。

    图  1  印楝素(ρ=5 mg/L)对草地贪夜蛾2龄和3龄幼虫的室内毒杀活性
    Figure  1.  Indoor toxicity activity of azadirachtin (ρ=5 mg/L) on the 2nd and 3 rd instar larvae of Spodoptera frugiperda
    表  1  印楝素对草地贪夜蛾2龄和3龄幼虫的毒力分析
    Table  1.  The toxicity analyses of azadirachtin on the 2nd and 3 rd instar larvae of Spodoptera frugiperda
    幼虫
    Larva
    处理
    Treatment
    t/d 毒力回归方程1)
    Regression equation
    LC50/(mg·L−1) 95%置信区间
    95% confidence limit
    相关系数(r)
    Correlation coefficient
    2龄
    2nd instar
    0.3%印楝素乳油
    0.3% Azadira-
    chtin EC
    3 Y=0.755 7X+4.571 5 3.69 1.80~7.56 0.988 1
    5 Y=1.046 1X+4.924 4 1.18 0.83~1.68 0.988 7
    7 Y=1.465 2 X+5.333 8 0.59 0.46~0.76 0.990 5
    40%印楝素干粉
    40% Azadirachtin
    dry powder
    3 Y=0.947 7 X+4.353 0 4.82 2.46~9.45 0.996 7
    5 Y=0.932 1 X+4.616 5 2.58 1.53~4.33 0.990 1
    7 Y=0.977 4 X+5.032 7 0.93 0.65~1.32 0.988 3
    3龄
    3rd instar
    0.3%印楝素乳油
    0.3% Azadira-
    chtin EC
    3 Y=0.871 5 X+4.671 7 2.38 1.40~4.04 0.990 5
    5 Y=1.179 9 X+5.057 4 0.89 0.66~1.21 0.989 2
    7 Y=1.495 5 X+5.500 3 0.46 0.36~0.60 0.991 1
    40%印楝素干粉
    40% Azadirachtin
    dry powder
    3 Y=0.859 5 X+4.481 7 4.01 2.06~7.81 0.992 4
    5 Y=0.831 5 X+4.600 1 3.03 1.65~5.56 0.993 0
    7 Y=1.304 2 X+5.136 4 0.79 0.60~1.03 0.989 1
     1) Y:死亡概率,X:浓度对数
     1) Y: Mortality probability, X: Logarithm of concentration
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    表1可以看出,相较于40%印楝素干粉,0.3%印楝素乳油对草地贪夜蛾有更好的毒力,处理后7 d 2龄和3龄幼虫的LC50值为0.59和0.46 mg/L,而40%印楝素干粉处理草地贪夜蛾后7 d,2龄和3龄幼虫的LC50值为0.93和0.79 mg/L。试验中,印楝素对草地贪夜蛾3龄幼虫的毒杀活性要高于2龄幼虫。

    本文为评价使用印楝素对草地贪夜蛾的拒食活性与防效,在室内测定了0.3%印楝素乳油和40%印楝素干粉对草地贪夜蛾幼虫的拒食活性,结果见表2。从表2可以看出,印楝素对草地贪夜蛾3龄幼虫的拒食效果要较好于2龄幼虫;相较于40%印楝素干粉,0.3%印楝素乳油对草地贪夜蛾具有更好的拒食活性,处理后3 d,2龄和3龄幼虫的AFC50值分别为0.30和0.12 mg/L;而40%印楝素干粉处理草地贪夜蛾后3 d,2龄和3龄幼虫的AFC50值分别为0.53和0.30 mg/L。试验观察发现,处理组的幼虫出现逃避叶片、显著减少取食的现象。

    表  2  印楝素对草地贪夜蛾2龄和3龄幼虫的拒食活性
    Table  2.  The anti-feedant activities of azadirachtin on the 2nd and 3 rd instar larvae of Spodoptera frugiperda
    幼虫
    Larva
    处理
    Treatment
    t/d 毒力回归方程1)
    Regression equation
    AFC50/
    (mg·L−1)
    95%置信区间
    95% confidence limit
    相关系数(r)
    Correlation coefficient
    2龄
    2nd instar
    0.3%印楝素乳油
    0.3% Azadira-
    chtin EC
    1 Y=0.839 1X+5.362 5 0.37 0.17~0.82 0.990 6
    2 Y=0.699 0X+5.238 7 0.46 0.19~1.10 0.988 0
    3 Y=0.643 4X+5.334 6 0.30 0.10~0.88 0.994 2
    40%印楝素干粉
    40% Azadirachtin
    dry powder
    1 Y=0.744 4X+5.098 9 0.74 0.33~1.62 0.994 9
    2 Y=0.708 5X+5.219 6 0.49 0.21~1.15 0.989 8
    3 Y=0.667 2X+5.185 5 0.53 0.22~1.29 0.992 0
    3龄
    3rd instar
    0.3%印楝素乳油
    0.3% Azadira-
    chtin EC
    1 Y=0.751 0X+5.521 4 0.20 0.07~0.60 0.989 3
    2 Y=0.846 4X+5.628 2 0.18 0.06~0.51 0.990 0
    3 Y=0.671 0X+5.611 7 0.12 0.03~0.54 0.989 7
    40%印楝素干粉
    40% Azadirachtin
    dry powder
    1 Y=0.815 0X+5.379 8 0.34 0.15~0.79 0.995 3
    2 Y=0.738 3X+5.531 5 0.19 0.06~0.59 0.988 6
    3 Y=0.784 1X+5.408 9 0.30 0.12~0.74 0.997 0
     1) Y:死亡概率,X:浓度对数
     1) Y: Mortality probability, X: Logarithm of concentration
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    田间测定了0.3%印楝素乳油对草地贪夜蛾的防治效果,并与10%(φ)氯氰菊酯乳油1 000倍液进行比较,结果见表3。施药后观察,0.3%印楝素乳油对玉米安全,玉米正常生长,无药害产生,对非靶标生物也未见明显的不良影响。从表3可以看出,在印楝素药剂稀释500倍时,施药后7 d,0.3%印楝素乳油对草地贪夜蛾具有良好的防效,可以将虫口密度控制在较低的水平。稀释500倍时,施药后1、3和7 d防效分别达到24.83%、50.34%和75.50%,稀释800倍时,施药后1、3和7 d的防效分别为19.76%、41.51%和66.03%,稀释1 000倍时,施药后1、3和7 d的防效分别为10.90%、32.70%和53.37%。试验发现,0.3%印楝素乳油3个处理浓度之间,稀释倍数越低,即浓度越高,对草地贪夜蛾的防效越佳。施药后草地贪夜蛾对小区玉米再取食率低,叶片的完整程度较为理想;草地贪夜蛾的卵块明显减少,但0.3%印楝素乳油防治草地贪夜蛾的速效性不佳。

    表  3  0.3%印楝素乳油对草地贪夜蛾的田间防效1)
    Table  3.  The field control effect of 0.3% azadirachtin EC for Spodoptera frugiperda
    处理 Treatment 稀释倍数 Dilution times 药后不同时间的防效/% Control effect at different time after treatment
    1 d 3 d 7 d
    0.3%印楝素乳油 500 24.83±1.46b 50.34±2.92b 74.50±4.38a
    0.3% Azadirachtin EC 800 19.76±3.09b 41.51±0.83c 66.03±3.31ab
    1 000 10.90±0.99c 32.70±2.97d 53.37±1.71bc
    10%氯氰菊酯乳油
    10% Cypermethrin EC
    1 000 57.63±1.61a 66.67±1.84a 44.62±3.06c
     1)同列数据后凡是有一个相同字母者,表示差异不显著(P>0.05,Tukey法)
     1) The same letters in the same column indicated that the difference was not significant (P>0.05, Tukey method)
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    本文通过测定印楝素对草地贪夜蛾的毒杀活性、拒食活性以及防治效果,评价了印楝素在草地贪夜蛾防治工作中的应用潜力。试验中发现,相较于40%印楝素干粉,0.3%印楝素乳油对草地贪夜蛾具有更好的毒力。在生产过程中,40%印楝素干粉经除杂净化,会去除一些活性物质,而0.3%印楝素乳油中的活性物质较多,这些活性物质与印楝素发生一定的协同作用,从而造成0.3%印楝素乳油对草地贪夜蛾的毒力作用优于40%印楝素干粉。对比2龄幼虫和3龄幼虫,发现印楝素对3龄幼虫具有更好的毒杀活性和拒食活性。一般情况下,鳞翅目1~2龄害虫是对农药抵抗力最弱的阶段,杀虫剂对鳞翅目2龄害虫的毒力作用要强于3龄幼虫[20]。本研究对草地贪夜蛾取食行为的观察发现,2龄幼虫由于吃不穿叶片,取食后叶片还留下一层膜,取食同等的叶面积,2龄幼虫取食的药量接近3龄幼虫取食药量的一半,因而造成印楝素对草地贪夜蛾3龄幼虫的毒力作用强于2龄幼虫。

    抗药性是杀虫剂使用留给害虫的遗传特征[21],草地贪夜蛾作为一种迁飞性害虫,无疑会将抗性基因扩散,从而放大抗药性的问题,抗药性问题会增加农药的使用剂量,进而引发农产品的质量安全和环境安全等问题。生物农药对环境安全,并且由于具有多重作用机制不易引起抗药性,目前已成为防治害虫的重要手段之一[22],虽然试验中印楝素对草地贪夜蛾的防治时效性不佳,但印楝素作为植物杀虫剂的代表,几乎达到了理想农药所要求的全部标准,不仅无明显的脊椎动物毒性或植物药害,还能在环境中迅速降解[23]。试验中发现,印楝素不仅对草地贪夜蛾具有良好的毒杀活性,还具有明显的拒食活性,在田间施药后,草地贪夜蛾对玉米取食率明显降低,叶片较为完整,在印楝素毒杀和拒食双重作用机制下,草地贪夜蛾的危害得到了有效控制。综上所述,在草地贪夜蛾的防治工作中,印楝素具有广阔的应用前景。

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出版历程
  • 刊出日期:  2008-10-09

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