取食Bt蛋白对棉铃虫和斜纹夜蛾幼虫爬行能力的影响

王桂花等

摘 要 为研究Bt棉田靶标害虫棉铃虫和非靶标害虫斜纹夜蛾的爬行规律及Bt蛋白对其爬行能力的影响，采用TrackSphere LC-100昆虫行为记录仪分别进行测定。结果表明：随着龄期的增加，棉铃虫幼虫停留次数逐渐增加，且幼虫在白天的活动能力显著高于晚上，而斜纹夜蛾则相反，随着龄期的增加，斜纹夜蛾幼虫的停留次数逐渐减少，同时幼虫在各时间段之间的差异也逐渐显著。用Bt棉或Bt蛋白饲喂2种幼虫发现，Bt蛋白对棉铃虫爬行能力的影响显著大于斜纹夜蛾，这种影响主要集中在低龄段，且一定浓度阈值范围内Bt蛋白对棉铃虫和斜纹夜蛾的爬行能力具有促进作用，超过此阈值范围其促进作用开始转化为抑制。结果为进一步了解棉铃虫和斜纹夜蛾幼虫爬行规律，研究Bt棉对棉铃虫的控制作用及次要害虫斜纹夜蛾的再度猖獗原因提供重要科学依据。

关键词 抗虫棉；棉铃虫；斜纹夜蛾；Bt蛋白；爬行能力

中图分类号 S435.62 文献标识码 A

Abstract TrackSphere LC-100 was used to determine the crawling rules between the target pest（Heliothis armigera）and the non-target pest（Prodenia litura）in Bt cotton field and crawling capability which were feeded on the Bt Protein in the study. The results showed that， the stops of immature H. armigera became more with the instars increased， and the crawling capability in the daytime was stronger than that of night， while immature the P. litura was just the opposite， with the instars increased， the stops became fewer， and the difference among the instars became more significant. Bt protein had a greater impact on the crawling capability of H. armigera than that of P. litura. This effect mainly existed in the young stage. Also Bt protein could promote the crawling capability of H. armigera and P. litura in a certain concentration range and had the inhibition exceeding the concentration. These results will provide important scientific basis for continuing to understand crawling rules about the two pests and study Heliothis armigera control and reason of P. litura thriving again.

Key words Insect-resistant cotton； Heliothis armigera； Prodenia litura； Bt protein； Crawling capability

doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2014.07.027

棉铃虫最初是中国棉花生产的主要致灾害虫，常年造成生产损失达10%～15%[1]，并且随着棉铃虫不断的迁徙，种群不断变化，其生长发育不再局限于棉田系统，已经扩散到其他植物系统，严重危害了棉花和其他作物的生产。斜纹夜蛾是世界性分布的暴食性农业害虫，在全国各地均有分布，受害农作物有棉花、烟草、薯类、豆类、桑、瓜类及各种蔬菜等99科290多种植物，常造成农业生产的巨大损失[2-3]。

自20世纪90年代中期以来，转Bt抗虫棉商业化种植使棉铃虫的发生得到较好的控制，减少了化学杀虫剂的使用，使棉花和其它被害作物的产量和利润得到有效保证[4-6]。但随着Bt棉种植面积的增大，棉田鳞翅目害虫防治用药量大幅度降低，导致近几年来非靶标害虫斜纹夜蛾的危害性明显上升，成为棉花的重要害虫[7]。爬行是昆虫的重要行为，爬行能力决定其在田间扩散距离。爬行能力除了在物种间存在差异外，还受诸多因素的影响，例如农药等。目前，关于棉铃虫和斜纹夜蛾爬行能力和活动规律方面的研究甚少[8-9]，并且关于转Bt棉对棉田害虫的研究主要集中在防治方面[10-14]，且对靶标害虫棉铃虫和非靶标害虫斜纹夜蛾取食Bt蛋白后爬行能力的影响上不明确。因此，本研究利用TrackSphere LC-100昆虫行为记录仪，检测棉铃虫和斜纹夜蛾爬行能力和活动规律，并对2种饲喂含Bt蛋白食料昆虫的爬行能力进行测定比较，旨在摸清棉铃虫和斜纹夜蛾爬行能力和活动规律，了解取食Bt蛋白对其爬行行为影响，加深对害虫行为抗性的认识，为进一步了解2种害虫的生活习性及充分认识Bt蛋白对其生物效应影响的机制奠定基础。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 供试虫源 供试棉铃虫和斜纹夜蛾均由海南省三亚市崖城南滨农场棉花叶片上采集，于中国热科院环境与植物保护研究所养虫室内蓖麻叶片饲养，温度25 ℃，湿度70%～80%，L ∶ D=14 ∶ 10的人工气候箱培养至第三代，羽化后用10%糖水饲养。试验选取健康、大小一致的棉铃虫和斜纹夜蛾1、3、5龄幼虫。

1.1.2 试验材料 常规棉和转基因棉由中国热科院环境与植物保护研究所院内种植。苏云金芽孢杆菌原药由北京农科院植物与保护研究所提供，浓度为50 000 IU/mg。

1.2 方法

1.2.1 各龄段棉铃虫和斜纹夜蛾爬行能力的测定

分别选取1、3、5龄期生长健康、大小相近的棉铃虫和斜纹夜蛾各10头，分别在1 d内同一时间点进行2种昆虫运动状态的测定，然后进行昆虫间和龄期间运动状态的比较。

1.2.2 1 d内不同时间段棉铃虫和斜纹夜蛾爬能力的测定 分别选取1、3、5龄期生长健康、大小相近的棉铃虫和斜纹夜蛾各10头，分别在上午、下午和晚上对其爬行规律进行测定，比较不同时间段不同龄期的2种昆虫爬行能力（幼虫爬行能力利用爬行速度和路程代表，下同）之间的差异。

1.2.3 取食常规棉和转Bt基因棉叶片的棉铃虫、斜纹夜蛾爬行能力测定 分别挑取1、3、5龄期生长健康、大小相近的棉铃虫和斜纹夜蛾各10头，分别用常规棉叶片和转Bt基因棉叶片进行饲养，每天观察它们的生长发育状态，并在每天上午、下午、晚上均进行爬行能力测定，计算当天的测定结果的平均值，每个龄期每种处理测定3 d，比较转Bt基因棉对不同龄期棉铃虫和斜纹夜蛾生长发育及爬行能力的影响。

1.2.4 取食常规棉和附着Bt蛋白常规棉叶片的棉铃虫、斜纹夜蛾爬行能力测定 称取一定量苏云金芽孢杆菌原药，用蒸馏水配置为100 mg/mL的母液，然后将母液稀释100倍，配置工作浓度为1 mg/mL的溶液。取干净的常规棉叶片完全浸入1 mg/mL的苏云金杆菌溶液中15 min，然后取出在空气中晾干待用。

分别挑取1、3、5龄期生长健康、大小一致的棉铃虫和斜纹夜蛾各10头，分别用常规棉和附着Bt蛋白常规棉叶片进行饲养，于每天上午、下午、晚上进行斜纹夜蛾和棉铃虫的爬行能力测定，计算当天测定结果的平均值，每个龄期每种处理测定3 d，比较不同龄期相同浓度的Bt蛋白对棉铃虫和斜纹夜蛾生长发育及爬行能力的影响。

1.3 仪器使用方法

试验所用仪器为TrackSphere LC-100（Syntech， Hilversum， NL）。该仪器由控制器驱动2个电机，从而带动与其相连的黄色球体做出相应的转动[15]。一个摄像机置入一个立体光学显微镜来实时监测昆虫的行为，控制器驱动电机使昆虫始终保存在可视的范围内，昆虫位置（dxi， dyi）的转换效率为24 Hz，计算昆虫的路径，相应的数据将会出现在TrackSphereTM v 3.1的相应软件上。该仪器所测定的爬行速度是在所测定时间内的平均速度，爬行路程和速度呈正相关。

在记录数据之前，每头幼虫都要在球体的顶端自由运动1 min。为了消除视觉的引诱作用，球体的周围用白纸包围，然后在此空间内用红光照射，每头昆虫测定1次，每次测定10 min。

2 结果与分析

2.1 各龄段棉铃虫和斜纹夜蛾爬行能力比较

研究结果发现，棉铃虫和斜纹夜蛾的爬行能力因龄期和昆虫种类的不同而不同，如图1所示，随着龄期的不断增加，棉铃虫和斜纹夜蛾的运动速度均处于上升趋势，但斜纹夜蛾的上升趋势要显著高于棉铃虫。观察两者的运动状态发现：棉铃虫随着龄期的增加，其停留次数和停留时间逐渐增加；而斜纹夜蛾正好相反，随着龄期的增加，其停留次数和停留时间逐渐减少。

2.2 棉铃虫和斜纹夜蛾在1 d内不同时间段爬行能力比较

不同龄段棉铃虫和斜纹夜蛾在1 d内不同时间段其爬行能力各不相同。从图2可见，棉铃虫在1龄期，其1 d内各时间段的爬行速度和路程之间差异显著，而在3龄和5龄期，其白天的爬行能力之间没有显著差异，但却显著高于晚上；而斜纹夜蛾恰好与其相反，在1龄期其1 d内各时间段的爬行能力之间无显著差异，但到3龄期上午的爬行能力却显著高于下午和晚上，到5龄期各时间段之间均差异显著。

2.3 棉铃虫与斜纹夜蛾取食常规棉和转Bt基因棉的爬行能力比较

取食常规棉的棉铃虫和斜纹夜蛾生长正常，在所测时间范围内均无死亡现象，而取食转Bt基因棉的1龄期棉铃虫在取食第3天死亡，其他处理组和龄段的棉铃虫与斜纹夜蛾在所测时间段内生长正常。由图3可知，与对照相比，取食转Bt蛋白棉的1龄和3龄期棉铃虫在开始取食后2 d爬行能力显著下降，而取食转Bt蛋白棉的5龄棉铃虫在取食开始后1 d其爬行能力出现显著上升趋势。

由图4可知，与对照相比，斜纹夜蛾在1龄期爬行能力之间的变化趋势与棉铃虫相似，均在取食后第2天爬行能力出现显著下降趋势，但3龄和5龄期取食Bt基因棉后的斜纹夜蛾，其爬行能力之间已无显著差异。

2.4 棉铃虫与斜纹夜蛾取食常规棉和附着Bt蛋白常规棉叶片的爬行能力比较

在所测的时间范围内，2种昆虫均未出现死亡现象。从图5可见，取食含Bt蛋白叶片的1龄期棉铃虫在取食后第2天爬行能力显著下降，3龄期棉铃虫爬行能力先上升后下降，而5龄期棉铃虫爬行能力之间无显著变化。

由图6可知，仅取食含Bt蛋白叶片的1龄期斜纹夜蛾爬行能力显著上升，而其它龄期的斜纹夜蛾均无显著变化。

3 讨论与结论

昆虫的爬行能力是活动的直观体现，对于研究外界环境对其影响作用具有代表作用。本研究采用的昆虫行为记录仪Sphere LC-100，能够对昆虫在一段时间内的爬行速度和爬行距离进行实时监控，从而能够准确的对昆虫爬行能力进行评估，是研究外界条件对昆虫爬行能力影响的有利工具[16]。

前人[8-9]研究发现，棉铃虫和斜纹夜蛾幼虫均具有自相残杀的特性，但两者在生物学特性方面存在很大差异。棉铃虫初孵幼虫在取食完卵壳并停留片刻之后，便开始扩散转移寻找适宜的场所，很少出现群居现象，因此初孵幼虫相对比较活跃，而已经寻找到适宜取食场所的中高龄棉铃虫白天大多在蕾铃中潜藏，到晚上才活动发生转移，因此其转移扩散能力相对较弱。相反，斜纹夜蛾的初孵幼虫具有群居性，活动能力不强，到中高龄以后其取食量和危害性开始加重，尤其在5、6龄期进入暴食性阶段，在缺乏食料的情况下，其转移扩散能力更强。本研究结果与前人基本一致，进一步验证了棉铃虫和斜纹夜蛾在生活习性和活动规律之间的差异，为下一步更加有效控制2种害虫的危害提供理论基础。另外，本研究还发现棉铃虫和斜纹夜蛾在1 d内不同时间段爬行能力存在显著差异，推测这可能与昆虫本身的生物学特性[8-9]和逃避行为有关，具体机理还需进一步研究。

利用转Bt基因棉叶和粘附Bt蛋白棉叶分别饲喂棉铃虫与斜纹夜蛾发现，Bt棉对棉铃虫的控制作用主要集中在低龄期，除了高的死亡率[10-12]以外，对其扩散也有一定的控制作用，但是对于高龄段棉铃虫和斜纹夜蛾控制作用不大，甚至一定剂量条件下还有利于促进其扩散，因此，可以推测Bt棉田系统斜纹夜蛾再度猖獗，除了降低化学农药使用造成的低死亡率[17]以外，Bt蛋白造成的扩散力提高也可能是斜纹夜蛾逐渐成为抗虫棉田主要害虫的重要原因之一。

本研究是在室内理想条件下开展，研究结果将为进一步了解Bt棉田对棉铃虫的控制作用及次要害虫斜纹夜蛾再度猖獗原因提供重要的科学依据，但存在局限性，昆虫的爬行扩散除受自身因素的调节以外，还受外界各种因素（例如，环境因子和天敌因子等）的影响，因此要真正了解Bt棉对棉铃虫和斜纹夜蛾控制与爬行扩散的影响，还需结合田间工作做进一步研究。

参考文献

[1] 戴小枫. 棉铃虫的抗药性及其治理[M]. 北京： 中国农业出版社. 1995.

[2] 谢建军， 胡美英， 许再福. 斜纹夜蛾的天敌及其生物防治[J]. 昆虫天敌， 1999， 21（2）： 82-92.

[3] 秦厚国， 叶正襄， 黄水金. 斜纹夜蛾对棉花的为害与防治指标[J]. 中国棉花， 2000， 27（4）： 24-25.

[4] Gould F. Evolutionary biology and genetically engineered crops[J]. Bio Science， 1988， 38： 26-33.

[5] Gasser C S， Fraley R T. Genetically engineering plants for cropimprovement[J]. Science， 1989， 244： 1 293-1 299.

[6] Zipf A E， Rajasekaran K. Ecological impact of Bt cotton[C]//Bacillus Thuringiensis： A Cornerstone Of Modern Agriculture. USA： Food Products Press， Binghamton， 2003： 115-135.

[7] 成 猛， 王生元. 2003年江苏姜堰市棉田斜纹夜蛾大爆发[J]. 中国棉花， 2004， 31（1）： 42-43.

[8] 苏 静， 魏新田， 魏修山. 棉铃虫幼虫的活动规律及其防治时机探讨[J]. 昆虫知识， 2008， 45（2）： 287-289.

[9] 刘余林. 斜纹夜蛾幼虫的特征习性及防治[J]. 长江蔬菜， 1992（6）： 21-22.

[10] 吴孔明. 种植Bt棉花可有效控制棉铃虫在我国多作物生态系统中的发生与危害[J]. 中国基础科学， 2009（3）： 27-28.

[11] 王武刚， 吴孔明， 梁革梅， 等. Bt棉对主要棉虫发生的影响及防治对策[J]. 植物保护， 1999， 25（1）： 3-5.

[12] 王留明， 张学坤， 刘任重， 等. 转Bt基因棉在山东棉区的抗虫特性及棉田害虫发生与防治[J]. 中国棉花， 2001， 28（4）： 5-8.

[13] 邓曙东， 徐 静， 张青文， 等. 转Bt基因棉对非靶标害虫及害虫天敌种群动态的影响[J]. 昆虫学报， 2003， 46（1）： 1-5.

[14] 孙长贵， 徐 静， 张青文， 等. 新疆棉区转Bt基因棉对棉田主要害虫及其天敌种群数量的影响[J]. 中国生物治， 2002， 18（3）： 106-111.

[15] Van T M， Sabelis M W， Roessingh P. Statedependent and odour-mediated anemotactic responses of the predatory mite Phytoseiulus persimilis Athias-Henriot in a wind tunnel[J]. Experimental & Applied Acarology， 2004， 32（4）： 263-270.

[16] Merijn V T， Jan N C， Peter R， et al. State-dependent and odor-mediated anemotactic responses of a micro-arthropod on a novel type of locomotion compensator[J]. Behavior Research Methods， Instruments， & Computers， 2003， 35（3）： 478-482.

[17] 郭建英， 董 亮， 万方浩. 取食转Bt基因棉对斜纹夜蛾幼虫存活的影响[J]. 中国生物防治， 2003， 19（4）： 145-148.