球孢白僵菌HFW-05对烟粉虱的致病力及组织病理影响
2017-09-16曹伟平赵建江冯书亮杜立新
曹伟平,宋 健,赵建江,冯书亮,杜立新
(河北省农林科学院植物保护研究所,河北省农业有害生物综合防治工程技术研究中心,农业部华北北部作物有害生物综合治理重点实验室,河北保定 071000)
球孢白僵菌HFW-05对烟粉虱的致病力及组织病理影响
曹伟平,宋 健,赵建江,冯书亮,杜立新*
(河北省农林科学院植物保护研究所,河北省农业有害生物综合防治工程技术研究中心,农业部华北北部作物有害生物综合治理重点实验室,河北保定 071000)
环境温湿度是影响白僵菌菌株致病力的关键因素,本文测定了不同温、湿度下白僵菌BeauveriabassianaHFW-05对烟粉虱Bemisiatabaci若虫及卵的致病力,同时观察了烟粉虱感病若虫的组织病理变化。结果表明,各浓度下烟粉虱若虫的校正死亡率随时间变化曲线基本一致,接种3-4 d时出现死亡高峰,白僵菌HFW-05对烟粉虱1龄、2龄、3龄若虫的LC50分别为5.94×104、1.06×105、5.08×105孢子/mL,LT50分别为2.54 d、2.68 d、3.18 d;白僵菌HFW-05对卵的致病力很低,1×108孢子/mL接种浓度下,卵的6 d感染率仅为24.9%。在25℃、30℃下,HFW-05对烟粉虱若虫表现出最强的致病力,高于或低于此温度时,烟粉虱若虫死亡速度减慢,死亡率降低。相对湿度发生变化时,烟粉虱若虫死亡速度和死亡率明显不同,相对湿度高于90%时,烟粉虱若虫死亡速度最快,死亡率最高,相对湿度介于70%-90%时,白僵菌HFW-05对烟粉虱若虫的致病力无明显差异,但校正死亡率显著低于环境湿度大于90%的处理,相对湿度低于70%时,烟粉虱死亡率也达到60%左右。组织病理学观察显示尾部舌状突是HFW-05侵染烟粉虱若虫的关键部位。研究结果表明白僵菌HFW-05在烟粉虱的生物防治中有较大的潜力。
球孢白僵菌;烟粉虱;致病力;组织病理变化
烟粉虱BemisiatabaciGennadius主要危害十字花科、茄科、葫芦科、豆科、锦葵科及花卉等多种作物及园林植物,通过刺吸植物汁液使植株褪绿、萎蔫,同时传播黄化曲叶病毒等病毒病,严重时每平方厘米叶片的成虫数高达40-50头,每年给全球的农业生产造成巨大的经济损失(Perringetal., 1993;张芝利和罗晨,2001)。长期地采用化学防治使得烟粉虱对有机氯类、有机磷类、氨基甲酸酯类、烟碱类及昆虫生长调节剂等杀虫剂产生了不同程度的抗药性,加大了烟粉虱防治难度(Nauenetal., 2002;何玉仙和黄建,2005;Wangetal., 2010)。利用昆虫病原真菌等生物农药已成为防治烟粉虱的有效途径。
白僵菌Beauveriabassiana是一种广谱性昆虫病原真菌,广泛存在于自然界中,研究表明白僵菌对烟粉虱具有高度的侵染力(Wraightetal., 1988, 2000;Quesada-Moragaetal., 2006;Liu and Stansly, 2009;Liuetal., 2010),白僵菌侵染对烟粉虱后代的生长、发育和繁殖可以产生一定的亚致死效应,表现为烟粉虱若虫羽化率降低(Torrado-Leónetal., 2006),成虫前期延长,子代种群增长慢,存活率低(王登杰等,2014)。白僵菌主要经由体表侵染寄主昆虫,温度和湿度是影响菌株致病力的两个最重要的环境因素,温度和湿度对白僵菌的致病力具有互补与综合作用,二者的有效结合是寄主昆虫快速致死的重要条件(潘志萍,2008)。林华峰等(1998)认为,75%的相对湿度下,任何温度均不能使白僵菌孢子在松毛虫Dendrolimuspunctatus体表萌发,高湿度与10℃-25℃的温度组合是引起较高致病率所需的理想温湿度条件。孙鲁娟等(2001)发现相对湿度低于70%时,即使在最适温度的情况下白僵菌对棉铃虫Helicoverpaarmigera的致病力仅为50%左右。而在相对湿度为70%-80%时,白僵菌对小猿叶甲Phaedonbrassica幼虫具有较高的致病力,校正死亡率最高可以达到83%(Heetal., 2005)。可见温湿度是影响白僵菌致病力的关键因素,但影响程度因菌株(种)和寄主昆虫的不同而存在一定差异,环境条件对白僵菌侵染烟粉虱的影响研究较少,有必要明确温湿度对白僵菌侵染烟粉虱的影响程度。本文还研究了烟粉虱感染白僵菌后虫体的组织病理变化。
1 材料与方法
1.1 供试菌株和昆虫
球孢白僵菌HFW-05,河北省农林科学院植物保护研究所杀虫微生物实验室分离并保存。
烟粉虱采自河北定州番茄大棚,将田间捕捉到的烟粉虱在室内无毒苗饲养至第二代时,捕捉50对烟粉虱成虫放入养虫笼中,同时放入5盆室内盆栽5-6叶期的番茄无毒苗,待其产卵24 h后取出,剔除幼苗上的成虫并移放在25℃±1℃恒温下饲养,待其发育至各龄期的若虫备用。
1.2 菌株培养和孢悬液配制
将白僵菌HFW-05接种在SDAY平板培养基上,26℃±1℃,恒温培养至分生孢子脱落,用0.05%(v/v)无菌吐温-80水溶液洗脱孢子,经磁力搅拌器搅拌30 min,并用4层无菌纱布过滤,获得纯孢子悬浮液,血球计数板计数并配制成1×105、1×106、1×107、5×107、1×108孢子/mL梯度浓度的孢悬液。
1.3 白僵菌对烟粉虱的致病力测定
在解剖镜下分别选取携带有30-60头卵或若虫的叶片,计数试虫数量后浸入各梯度浓度的孢悬液中,浸渍2 s,吸干多余水分并自然晾干后将幼苗移入人工气候箱中,饲养条件为26℃±1℃,光周期14 L ∶10 D,相对湿度75%±5%。接种后解剖镜逐日检查死虫数(感病若虫的虫体呈干瘪或不透明橙色;感病的卵粒呈干瘪状),直至全部试虫死亡或发育为成虫为止。同时用0.05%(V/V)吐温水处理烟粉虱作为对照。每处理设3次重复。
1.4 孢子萌发率测定
参照蔡悦等(2011)试验方法,测定人工培养基上孢子在5℃、10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃的萌发率。
1.5 温湿度对白僵菌HFW-05致病力的影响测定
温度试验:将携带有2龄若虫的番茄叶片分别在1×107孢子/mL的孢悬液和对照0.05%(V/V)的吐温水中浸渍2 s后取出,吸干多余水分并自然晾干后将幼苗移入设定不同温度(5℃、10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃)的人工培养箱中,14 L ∶10 D,相对湿度75%±5%。每日检查死亡虫数,每处理设3次重复。
湿度试验:处理同上,幼苗置于26℃±1℃生长箱中,生长箱的相对湿度分别设为95%±5%、85%±5%、75%±5%、65%±5%、55%±5%。上述所有生物测定处理均以对照自然死亡率在5%内且无僵虫视为有效实验。
1.6 组织切片
接种后每隔24 h选择感染症状明显的若虫,观察症状并立即用包氏固定液固定。将样品放入Bouin’s固定液(苦味酸水溶液约1.22%)75 mL,40%甲醛25 mL,冰醋酸5 mL固定24 h后,用70%酒精洗去上面的Bouin’s固定液(3-4次),直至溶液不呈现黄色为止,然后经常规等级浓度梯度酒精(70%、80%、90%、95%、100%)脱水后,分别先后置于1 ∶1酒精二甲苯混合液进行初步透明(时间约10 min)及纯二甲苯进行彻底透明(时间约20 min)。浸蜡后进行常规石蜡切片,厚度为6 μm,苏木精、伊红双染色,相差显微镜观察,CCD摄像。
1.7 数据分析
数值采用平均值±标准误(x±SE)表示,数据采用SPSS 17.0版软件处理,用Duncan’s新复极差法进行显著性分析。采用SPSS 17.0版软件进行回归分析,计算LC50值、LT50值及其95%置信限,根据LC50值、LT50值的95%置信限是否重叠判断各处理间差异是否显著(Prabhakeretal., 2011)。
2 结果与分析
2.1 烟粉虱接种白僵菌HFW-05孢子后的感病症状
健康烟粉虱若虫虫体半透明,体色淡黄色至黄色,背部微隆起。若虫接种白僵菌HFW-05孢子后,初期虫体颜色无明显变化,虫体体色逐渐变为暗黄色,半透明感消失,之后虫体呈现红褐色且虫体背部凹陷,有菌丝从感染虫体腹部末端伸出,最后感病虫体表面密布白色菌丝。卵初产时淡黄绿色饱满,感染的卵粒呈干瘪状,未观察到卵粒长出菌丝体。
2.2 白僵菌HFW-05对烟粉虱的致病力
接种2 d后,各处理的烟粉虱若虫均出现不同程度的感染(图1),随着感染时间的延长及孢悬液浓度加大,若虫累计死亡率逐渐升高,各浓度下烟粉虱若虫的校正死亡率随时间变化曲线基本一致,感染3-4 d后,各处理出现死亡高峰,之后趋势平缓。白僵菌HFW-05对低龄若虫的致病力显著高于高龄若虫,对烟粉虱1龄、3龄若虫的LC50值差异显著,对2龄若虫的LC50值与1龄、3龄均没有显著差异;对1龄、2龄若虫的LT50值差异不显著,二者均显著低于对3龄若虫的LT50值。HFW-05对卵的致病力很低,1×108孢子/mL浓度下,烟粉虱卵6 d的累计感染率仅为24.9%。
2.3 不同温度对白僵菌HFW-05孢子萌发及对烟粉虱若虫致病力的影响
在人工培养基上,白僵菌HFW-05在20℃-30℃中培养6 h后已有40%左右的孢子伸出芽管,未伸出芽管的孢子也已膨大至原孢子体积约2倍左右,24 h的孢子萌发率均接近100%,孢子萌发生出的芽管粗壮,长势良好;低于15℃时,培养6-12 h后仅见少量孢子伸出芽管,其余未萌发,孢子膨大也不明显,在孢子萌发后,芽管伸长也较缓慢;35℃时孢子未见萌发(图2)。由此表明,白僵菌HFW-05孢子萌发的适宜温度为20℃-30℃,过低过高的温度均不利于孢子的萌发生长。
不同温度下白僵菌HFW-05对烟粉虱2龄若虫侵染效果(表2)表明,低于15℃时,白僵菌HFW-05对烟粉虱若虫侵染能力很低,但5℃下,也有极少量的孢子侵入虫体并造成若虫死亡。随着环境温度的升高,白僵菌HFW-05对烟粉虱若虫的致病力逐渐提高,在25℃和30℃下,白僵菌HFW-05对烟粉虱若虫表现出最强的致病力,两种温度下若虫的校正死亡率差异不显著(P<0.05)。35℃条件下,HFW-05对烟粉虱若虫的致病力下降,6 d的累计死亡率为61.2%,显著低于25℃、30℃。可见白僵菌HFW-05在25℃和30℃条件下才能对烟粉虱若虫达到最佳的侵染效果。
图1 不同浓度下白僵菌HFW-05对烟粉虱若虫和卵的致病力Fig.1 Corrected mortality of nymphs and eggs of Bemisia tabaci in 2-6 d after inoculation of Beauveria bassiana (1×105-1×108 conidia/mL)
LC50LT50LC50(conidial/mL)95%置信区间95%fiduciallimitsLT50(day)95%置信区间95%fiduciallimits1龄1stinstar593×104232×104-152×105254236-2742龄2ndinstar106×104417×104-270×105268251-2873龄3rdinstar508×105195×105-132×106318294-344
图2 不同温度下HFW-05孢子萌发率Fig.2 Spores germination rate of strain HFW-05 at different temperature
2.4 不同湿度下白僵菌HFW-05对烟粉虱的致病力
总体来看(见图3、表3),相对湿度为90%以上时,烟粉虱2龄若虫死亡速度最快,LT50为3.02 d,死亡率最高,6 d校正死亡率为87.9%;相对湿度低于90%时,白僵菌对烟粉虱的致死率显著降低。接种白僵菌HW-05 2 d后,环境湿度大于70%时,烟粉虱的死亡率超过20%,随着调查时间的延长,相对湿度介于70%-90%时,白僵菌HFW-05对烟粉虱若虫的致病力无明显差异(P<0.05),LT50为3.34-3.63 d;相对湿度低于50%时,白僵菌HFW-05对烟粉虱若虫致病力明显减弱,6 d的累计死亡率低于50%,理论LT50为6.17 d。在各湿度处理条件下,空白对照烟粉虱若虫的死亡率均低于5%,各处理的感病烟粉虱若虫为白僵菌HFW-05有效致死。
表2 不同温度下白僵菌HFW-05对烟粉虱若虫的致病力
注:表中数据经Duncan氏新复极差检验,同一列数据后不同小写字母表示差异显著(P<0.05)。下同。Note: Data followed by different lower-case letters in each column were different at the significance level ofP<0.05 by Duncan’s new multiple rang test. The same below.
图3 环境湿度对白僵菌HFW-05侵染烟粉虱若虫的影响Fig.3 Effect of relative humidity on infection of Beauveria bassiana HFW-05 to nymphs of Bemisia tabaci
供试昆虫Insects相对湿度(%)Relativehumidity回归方程RegressionequationLT10(d)LT50(d)LT90(d)烟粉虱若虫NymphsofBtabaci55±5Y=29049+2651X222596170718754265±5Y=29447+32679X172664255410485875±5Y=32737+30846X13954362809431985±5Y=33471+31562X13125333968497795±5Y=29884+41861X149553023861136
2.5 感染白僵菌HFW-05的烟粉虱若虫组织病理学变化
接种白僵菌HFW-05 24 h的试虫体表可见孢子附着(图4-2b),36 h时在尾部舌状突可见较多菌丝体(图4-2c)。48 h时在表皮萌发的孢子菌丝已伸长并开始穿透表皮侵入虫体内部(图4-2d),腹部菌丝体较多。72 h时菌丝已大量侵染至虫体内,组织模糊不清,结构不完整(图4-2e)。96 h后菌丝已经均匀充满肌肉组织,各器官已无法辨识(图4-2f),对照试虫(图4-2a)体内各组织器官完整。
图4 感染白僵菌HFW-05的2龄烟粉虱若虫组织病理学变化Fig.4 Histopathological changes of Bemisia tabaci nymph infected with Beauveria bassiana HFW-05注:a,正常烟粉虱若虫纵切面;b,孢子在体表附着;c,HFW-05孢子在若虫尾部入侵;d,若虫腹部出现菌丝;e,后期若虫体内组织解体,亚缘区变薄;f,菌丝侵染至若虫头部,体腔内充满菌丝体。Note: a, Integrate longitudinal section of uninfected B. tabaci nymph; b, Conidia adhered on the cuticle surface of host;c, Nymph tail firstly invaded with conidia of strain HFW-05; d, Hypha in nymph abdomen;e,Infected fat bodies became disintegrated and submarginal area became thin; f, Nymph head invade with hypha and coelomic cavity filled with mycelium.
3 结论与讨论
白僵菌孢子的萌发是侵染寄主的必要条件(Heetal., 2005)。白僵菌孢子萌发所需的起点温度和菌株(种)及培养条件有一定关系,有人认为在人工培养基上温度高于15℃时白僵菌孢子才能萌发(Walstsdetal., 1970),有人认为在2℃下白僵菌孢子即可在虫体体表萌发并侵染昆虫(Doberskietal., 1981)。随着温度的升高,白僵菌孢子萌发生长的速度加快,但温度高于32℃,多数白僵菌孢子不能萌发(邝灼彬等,2005),已有的研究表明白僵菌孢子萌发生长和侵染寄主的适宜温度范围在20℃-32℃(Iskandarovetal., 2006)。本实验结果也表明25℃和30℃时,白僵菌HFW-05孢子对烟粉虱若虫的致病力最高,与HFW-05孢子萌发的最适温度相吻合;35℃时,HFW-05孢子在人工培养基上未见萌发,但对烟粉虱若虫却有一定的致病效果,一方面表明白僵菌HFW-05孢子在虫体上可以忍受更高的温度,另一方面,持续高温降低了昆虫的抵御能力,从而增加了孢子对寄主昆虫的侵染机会。
高湿条件有利于白僵菌孢子在寄主体表的萌发和侵染。林华峰等(1998)认为白僵菌孢子在表皮的萌发和侵入需要85%以上的湿度,少量寄主死亡是由于孢子随食物进入消化道而导致感染。也有研究认为湿度较低时白僵菌孢子可以在某些昆虫体表萌发并侵染(Shippetal., 2003),孙鲁娟等(2001)发现在70%-80%相对湿度下白僵菌孢子对棉铃虫幼虫的致死率可达52%,Ota等(1999)在温室内应用白僵菌防治粉虱,环境平均湿度为78.1%-84.7%,对粉虱起到了很好的控治作用,也证明湿度较低时白僵菌可以侵染粉虱。本实验中相对湿度低于70%时,白僵菌HFW-05对烟粉虱若虫的致死率可达60%左右,进一步印证了环境湿度较低时,某些白僵菌菌株可以在寄主体表萌发入侵。本试验仅研究了湿度和温度的单因素条件下白僵菌HFW-05对烟粉虱的致病力差异,关于高温低湿和低温低湿等极端不利条件下白僵菌HFW-05对烟粉虱的致病力有待进一步研究。烟粉虱主要发生在夏季高温季节,日间温度有较长时间维持在35℃左右,严重超过白僵菌萌发生长的适温范围,因此在高温下有致病作用的白僵菌菌株对于烟粉虱的生物防治更有意义。
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PathogenicityandhistopathologicalaffectionofBeauveriabassianaHFW-05onBemisiatabacinymphs
CAO Wei-Ping, SONG Jian, Zhao Jian-Jiang, FENG Shu-Liang, DU Li-Xin*
(IPM Center of Hebei Province, Key Laboratory of Integrated Pest Management on Crops in Northern Region of North China, Ministry of Agriculture, Institute of Plant Protection, Hebei Academy of Agricultural and Forestry Sciences, Baoding 071000, Hebei Province, China)
Temperature and humidity are key factors to affect the pathogenicity ofBeauveriabassianaHFW-05. The pathogenicity ofB.bassianatoBemisiatabacinymphs under different temperatures and humidities were studied in the laboratory. The histopathological changes ofB.tabacinymphs infected by strain HFW-05 also were observed. The corrected mortality of each period ofB.tabacinymphs treated by strain HFW-05showed the same curves. The infection peak day of different instar nymphs appeared on the 3rd-4thday after inoculation. The LC50of the first to the third instar nymphs were 5.94×104,1.06×105and 5.08×105conidia/mL , respectively. The LT50were 2.54 d,2.68 d and 3.18 d, respectively. It showed very low pathogenic activity to the egg which infection rate was 24.9% after 6 d inoculation with 1×108conidia/mL concentration. Strain HFW-05 showed the highest pathoginicity toB.tabacinymphs at 25℃ and 30℃. The pathoginicity of HFW-05 decreased when the temperature <25℃ or >30℃. The mortalities of theB.tabacinymphs under different humidities showed significant differences. The nymphs died most quickly and the mortality was the highest under above 90% relative humidity, while the mortality decreased drastically under 70%-90% relative humidity. The mortality was about 60% under below 70% relative humidity. The conical lingula ofB.tabacinymphs was the most important invasive part.B.bassianaHFW-05 has the potential to be used for biological control againstB.tabaci.
Beauveriabassiana;Bemisiatabaci; pathogenicity; histopathological changes
河北省科技计划项目(13226510D);河北省农科院研究与发展项目(A2015120102);河北省财政项目(F16C10003)
曹伟平,女,1975年生,河北饶阳人,副研究员,主要从事害虫生物防治,E-mail: cwplx751209@163.com
*通讯作者Author for correspondence,E-mail: lxdu2091@163.com
Received: 2016-06-30;接受日期Accepted: 2016-11-30
Q965.9;S476
:A
1674-0858(2017)04-762-08
曹伟平,宋健,赵建江,等.球孢白僵菌HFW-05对烟粉虱的致病力及组织病理影响[J].环境昆虫学报,2017,39(4):762-769.