毒死蜱抗性灰飞虱种群在不同温度下的相对适合度

朱 凤，王利华，张谷丰，潘 磊，张月亮，牛洪涛，易红娟，邰德良，方继朝

（1.江苏省植物保护植物检疫站，江苏南京210036；2.江苏省农业科学院植物保护研究所，江苏南京210014；3.江苏省南通市通州区植物保护指导站，江苏南通226300；4.江苏省东台市植保植检站，江苏东台224200）

灰飞虱是我国重要的水稻害虫之一，在各水稻种植区均有分布，尤以长江中下游和江淮稻区发生危害较重。灰飞虱的防治大多以化学农药为主，毒死蜱是常用的杀虫剂之一。昆虫抗性的产生是大量使用杀虫剂的必然后果，目前已发现灰飞虱对多种杀虫剂产生了抗性。如班兰凤等监测发现，江苏、浙江、安徽等地灰飞虱对噻嗪酮、高效氯氰菊酯、氟虫腈等产生了低到高等水平的抗性，对毒死蜱产生了中高水平的抗性［1］。广东、福建灰飞虱对毒死蜱产生了中等水平的抗性［2］。抗性是昆虫对杀虫剂胁迫的一种进化反应，与敏感种群相比，抗性试虫在形态特征、生理反应、生物学特性等方面都存在一定的差异，常因解毒代谢酶活性上升或靶标基因突变导致更高的能量成本或突变缺陷，从而产生适合度代价。Kliot等总结2012年以前杀虫剂抗性导致的适合度代价发现，半翅目、双翅目、鳞翅目以及鞘翅目害虫如褐飞虱（Nilaparvata lugens）、烟粉虱 （Bemisia tabaci）、淡色库蚊（Culex pipiens）、家蝇（Musca domestica）、小菜蛾（Plutella xylostella）、苹 果 蠹 蛾 （Cydia pomonella）、马 铃 薯 甲 虫（Leptinotarsa decemlineata）、赤拟谷盗（Tribolium castaneum）等有机磷、菊酯或新烟碱类杀虫剂抗性品系常具有存活率下降、繁殖力降低等现象［3］。此外近期研究发现，对甲氧虫酰肼、螺虫乙酯、氰氟虫腙等新型杀虫产生抗性的家蝇、扶桑绵粉蚧（Phenacoccus solenopsis）、小菜蛾等也具有适合度代价［4－6］，但对蚊蝇醚产生抗性的烟粉虱其适合度不变［7］，马拉硫磷抗性赤拟谷盗、阿维菌素抗性小菜蛾和胡瓜钝绥螨（Neoseiulus cucumeris）等甚至存在适合度优势［8－10］。

温度在害虫种群发展中具有重要作用，对害虫的分布、生长发育、繁殖等都存在不同程度的影响。灰飞虱的卵、雌若虫和雄若虫的发育起点温度在10～16℃，25～28℃是灰飞虱的最适生长、繁殖温度，30℃时若虫发育历期延长，成虫羽化率极低，不利于灰飞虱的生存［11－12］。害虫对温度的适应性受杀虫剂抗性等因素的影响，抗性的产生可能导致害虫热激蛋白等抗逆性相关物质基础表达上调，从而增加其温度适应性［13－14］；也可能降低极端温度胁迫下热激蛋白、保护酶等的诱导表达水平，导致害虫热激后适合度下降［15］。目前抗性影响害虫种群生命参数的研究多集中在适温范围，对不适生长环境中抗性种群发展规律的了解有限。毒死蜱抗性灰飞虱在27℃时具有明显的适合度缺陷［16］，但在不适温度环境中其适合度是否与27℃时一致目前还不清楚，因此本研究组建在15、20、24、27、30℃等 5个温度环境下灰飞虱抗性和敏感种群的生命表，比较抗性和敏感种群的繁殖力、发育历期等生命参数，计算抗性品系在不同温度下的相对适合度，以期进一步明确毒死蜱抗性灰飞虱对温度适应性的影响，为细化灰飞虱的综合治理策略提供帮助。

1 材料与方法

1.1 供试灰飞虱品系和药剂

敏感品系（SS）：2001年采自云南楚雄稻田，然后在人工气候室中用武运粳7号长期饲养，期间不接触任何杀虫剂。

抗性品系（RR）：用毒死蜱对敏感品系进行连续筛选，在经过25代的筛选后，抗性上升到188.5倍。

饲养条件：温度为（27±1）℃，相对湿度为65%、光暗周期为14 h10 h。试验在江苏省农业科学院植物保护研究所的人工气候箱内进行，于2015年完成。

1.2 试验种群生命表的组建

抗性和敏感灰飞虱不同温度下种群生命表的组建参考王利华等的方法［16］。试验设置 15、20、24、27、30℃等 5个温度。试验时从抗性和敏感种群饲养筐内随机选取50对成虫在试管（5对／管）中饲养5 d（试管中预先放置湿润纸巾包住根部的武运粳7号稻苗），移除成虫，观察试管中若虫孵出情况，每天移除初孵若虫直到若虫孵出盛期，然后从10管中随机取60头初孵若虫在各个试验温度下单头单管饲养，每天观察试虫情况，直到成虫羽化，统计若虫存活率和发育历期。同时，将其他孵化的若虫转移到饲养筐中，与发育历期试虫置于相同条件下，待试虫羽化后配对，单对饲养于玻璃试管中，前7 d每天更换新稻苗，并收集更换的稻苗，每天观察若虫孵化情况，统计孵出若虫数。在连续3 d无若虫孵出时视为稻苗上若虫已全部孵化。根据最早孵出若虫试管的稻苗更换日期计算产卵前期，等于最早孵出若虫稻苗更换日期减去成虫羽化的日期。卵孵化历期＝若虫孵出日期－产卵日期。

生命参数统计分析采用SPSS软件，在0.05水平上进行差异显著性分析。同一品系不同温度间比较采用单因素ANOVA分析，同一温度抗性和敏感品系间比较采用t－test。种群趋势指数（I）和相对适合度的计算参照刘泽文等的方法［17］，其中 I＝Nn＋1／Nn，Nn表示当代个体数；Nn＋1表示下一代个体数；相对适合度 ＝I抗性种群／I敏感种群或 I其他温度／I24℃。

2 结果与分析

2.1 抗性灰飞虱在不同温度下的发育历期

抗性灰飞虱若虫发育历期在不同温度间存在明显差异。在温度为15、20、24、27℃的环境中，若虫发育历期随温度升高而缩短，在15℃时最长，27℃时最短，15℃雌雄虫的平均发育历期分别是27℃的3.55、3.43倍（图1）。但当温度达到30℃时，若虫发育被抑制，其发育历期显著长于27℃。在相同温度下与敏感品系相比，抗性灰飞虱若虫雌虫发育历期在27℃ 时显著延长，雄虫在24、27℃时显著延长（图1）。

2.2 抗性灰飞虱在不同温度下的若虫死亡率

抗性灰飞虱若虫死亡率在不同温度间存在明显差异。在15、30℃环境中，抗性灰飞虱死亡率较高，均显著高于20、24、27℃。15℃时的若虫死亡率分别是20、24、27℃的1.85、7.39、3.88倍，30℃时的若虫死亡率分别是 20、24、27℃的1.79、7.13、3.75倍。相同温度下与敏感品系相比，抗性灰飞虱死亡率无显著差异（图2）。

2.3 抗性灰飞虱在不同温度下的繁殖力

在温度为20～27℃范围内抗性灰飞虱产卵前期随着温度升高而缩短，20℃时的产卵前期约为27℃的2倍左右。30℃产卵前期有延长趋势，但与24、27℃差异不显著。卵孵化历期在试验温度下随温度升高而缩短，20℃时卵孵化历期最长，30℃时最短，二者相差2倍多。相同温度下与敏感品系相比，抗性灰飞虱在24、27℃时的产卵前期显著延长，27℃时的卵孵化历期显著延长（表1）。

温度对抗性灰飞虱繁殖力也存在明显的影响。在24℃时，抗性灰飞虱的繁殖力最高，其次为27、20℃，15、30℃较低，在24℃时单雌后代数量分别是15、20、27、30℃的12.71、4.94、2.75、17.74倍（图 3）。相同温度下与敏感品系相比，毒死蜱抗性灰飞虱在20、24、27℃环境下的繁殖力显著低于敏感品系，在15、30℃环境下的繁殖力尽管与敏感品系在统计上达不到差异显著水平，但其数值高于敏感品系。

2.4 抗性灰飞虱在不同温度下的成虫寿命

抗性灰飞虱不同温度间成虫寿命存在明显差异。雌虫在温度为24℃时寿命最长，其次为15℃，两者均显著高于30℃；在温度为24℃时，雄虫寿命最长，30℃时寿命最短（表2）。相同温度下与敏感品系相比，抗性灰飞虱在15、20、24、27、30℃ 下的成虫寿命无显著差异（表2）。

表1 不同温度下成虫产卵前期及卵孵化历期

表2 不同温度下抗性和敏感灰飞虱成虫寿命

表3 抗性灰飞虱在不同温度下的相对适合度

2.5 抗性灰飞虱在不同温度下的相对适合度

温度和毒死蜱抗性均影响灰飞虱的适合度。以抗性种群24℃时相对适合度为1，其15、20、27、30℃下的相对适合度分别为 0.02、0.10、0.40、0.03；以敏感种群相对适合度为 1，抗性种群在 20、24、27℃时的相对适合度分别为 0.4、0.8、0.4，低于敏感品系，在15、30℃时分别为 1.5、1.3，高于敏感品系（表3）。

3 讨论

昆虫是变温动物，对温度的变化较为敏感。在自然条件下，对昆虫而言存在3个温度区，即高温区、适温区和低温区［18］。高温和低温胁迫对昆虫种群发展均有明显的影响。一般情况下，昆虫发育历期随温度的升高而缩短，但是当温度达到一定程度后，昆虫发育历期有延长的趋势［19－22］，本研究结果与之相似。在15、30℃时抗性和敏感灰飞虱的发育历期均有延长，在20、24、27℃时随着温度的升高发育历期缩短。因为昆虫对温度短暂胁迫常采用行为逃避、改变形态学与生活史以及生理特征等来适应［23］，所以发育历期的改变可能是昆虫适应温度胁迫的一种反应或策略。

昆虫存活率也受温度影响，在适宜的温度环境中，其存活率较高；在不适的条件下，存活率下降，而且不同昆虫最适温度不同。如瓜实蝇（Bactrocera cucurbitae）幼虫在温度为35℃时存活率最高，随着温度的降低其存活率逐渐降低［19］；甘草莹叶甲（Diorhbda tarsalis）在温度为25℃时存活率最高［24］；韭菜迟眼蕈蚊（Bradysia odoriphaga）在温度为20、25℃的存活率高于15、30℃［22］；甜菜夜蛾（Spodoptera exigua）在温度为26～29℃范围内存活率较高［25］。抗性和敏感灰飞虱若虫存活率在温度为20、24、27℃条件下较高，在15、30℃环境中显著下降。

温度对害虫的繁殖力有明显的影响［26－27］。不同昆虫最适产卵温度不同，如韭菜迟眼蕈蚊在温度为20℃时单雌产卵量最高［22］，瓜实蝇在温度为 25℃时单雌产卵量最大［19］，而咖啡豆象（Araecerus fasciculatus）在温度为29℃时单雌产卵量最高［20］。本研究发现，抗性和敏感灰飞虱种群均以温度为24℃时产卵量最大，随着温度升高或降低，2个品系的繁殖力均下降。值得注意的是在较适宜的温度下，灰飞虱敏感品系的繁殖力远高于抗性品系，而温度为15、30℃环境中抗性品系的繁殖力更高。这可能与抗性改变害虫抗逆性相关基因基础表达有关。冯宏祖等采用十二烷基硫酸钠聚丙烯酰胺凝胶电泳比较研究阿维菌素抗性和敏感朱砂叶螨热激后可溶性蛋白的种类及其含量时发现，正常情况下抗性试虫多8条带［14］。在灰飞虱毒死蜱抗性和敏感品系转录组比较研究中发现，抗性试虫组成型热激蛋白70基础表达量显著上升［13］。因为热激蛋白对昆虫繁殖器官具有明显的保护作用［28］，所以这些基因基础表达上调将帮助害虫更好地抵御温度胁迫。但与温和胁迫不同，在热激等极端温度胁迫下，由于抗性害虫热激蛋白等抗逆性相关物质诱导表达上调倍数可能低于敏感品系，导致其精细胞和卵细胞的受损程度高于敏感品系，可能对繁殖具有不利影响［15］。

抗性种群相对适合度的变化是制定害虫抗性治理策略的重要依据。抗性昆虫适合度存在上升、不变和下降3种情况。本研究发现，抗性灰飞虱相对适合度变化与温度有关。在较适宜的温度范围（20～27℃），抗性灰飞虱适合度代价明显，而且随着温度的升高或降低，适合度代价增大。但在温度为30、15℃等不适宜的温度环境中，由于抗性品系的繁殖力相对较高，导致其相对适合度更高。这些结果说明，灰飞虱抗性和敏感种群的相对适合度变化与温度有关，因此，在制定灰飞虱年度防治计划时，要充分考虑温度和抗性对种群的影响，根据区域抗性现状和气候环境采用相应的治理策略，在防治害虫的同时延缓昆虫抗性的发展。

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