棉蚜对氟啶虫胺腈抗性发展动态及田间种群抗性风险评估

安静杰，高占林，党志红，闫 秀，潘文亮，李耀发

（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/农业农村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）

棉蚜（Aphis gossypiiGlover）是一种世界性分布的农业害虫，主要以刺吸汁液、分泌蜜露和传播病毒等方式影响棉花等作物的生长和品质［1］。目前，对该害虫的防治主要依赖于化学农药［2］。据研究报道棉蚜曾对多种杀虫剂表现出不同程度的抗药性，包括有机磷类、氨基甲酸酯类、菊酯类和新烟碱类杀虫剂［3-5］。由于其抗药性水平高、交互抗性谱广、种群蔓延速度快等特点，给棉蚜的有效治理造成了极大的困难。

新烟碱类杀虫剂由于具有独特的作用机理和超强的内吸活性，是生产上防治棉蚜等刺吸式害虫的主要药剂。但是，随着该类药剂的广泛应用，抗性问题也日益突出。Koo等［4］报道韩国棉蚜种群对新烟碱类杀虫剂啶虫脒和噻虫胺的抗性倍数可分别达到2 600倍和14 000倍。我国河北廊坊、新疆阿克苏、山东德州及新疆奎屯地区的棉蚜对吡虫啉达到中等抗性水平［6］。郭天凤［7］等也发现新疆主要棉区棉蚜对吡虫啉和啶虫脒的抗性呈上升趋势。河北省棉区棉蚜对新烟碱类杀虫剂也表现出高水平抗性［3,8］。氟啶虫胺腈作为第四代新烟碱类药剂，适用于防治盲蝽、蚜虫、飞虱和蚧壳虫等刺吸式害虫［9］。为了延长药剂的使用寿命，加强田间棉蚜对氟啶虫胺腈的抗性监测是必要的。

国内外学者通过筛选抗性种群，现实遗传力的计算对害虫抗药性进行风险评估的方法已经在多种农业害虫中得到应用［10-11］。本研究以田间采集的棉蚜种群为起始种群，通过连续多代筛选棉蚜氟啶虫胺腈抗性种群，根据Tabashnik & Mcgaughey的域性状分析方法［12］，拟评估田间棉蚜种群对氟啶虫胺腈抗性风险。并通过监测河北棉区棉蚜种群对氟啶虫胺腈的敏感性变化，明确其对氟啶虫胺腈的抗性水平，以期对氟啶虫胺腈的科学合理利用以及对棉蚜的抗性治理提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试昆虫

田间种群：于2014—2017年6月份棉花苗期，分别从河北省保定高阳（北纬38.557°，东经 115.932°）、 沧 州 献 县（ 北 纬 38.296°， 东 经116.163°）、邯郸曲周地区棉田采集棉蚜（北纬36.785°，东经114.953°），带回室内在新鲜棉花水培苗上饲养0～2代进行生物测定。

筛选起始种群：2016年6月，在河北省保定市河北省农林科学院植物保护研究所试验基地采集苗期棉株上棉蚜，在该地块从未使用过杀虫剂氟啶虫胺腈。将采集的棉蚜带回室内在不接触任何药剂的情况下，利用水培法种植棉苗，置于养虫笼中连续饲养后进行选育，室内饲养温度（20±2）℃，湿度70%～80%，光周期18L∶6D。

1.2 室内毒力测定

采用FAO推荐的浸渍法测定棉蚜对供试药剂的敏感性［8］。

1.3 抗性品系棉蚜的选育

以2016年采集的保定种群为抗性选育的起始种群，采用群体筛选方法［10］，以杀死种群约50%～90%的剂量浸渍处理带蚜棉苗，将处理24 h后存活的棉蚜个体，单独隔离饲养作为生物测定及下一代筛选的虫源。

1.4 现实遗传力的估算及抗性风险评估

采用域性状分析方法［12］计算抗性现实遗传力h2。根据现实遗传力，预测不同选择压力下抗性上升x倍所需的代数［Gx=logx/(h2S)］。

1.5 数据统计与分析

运用DPSv6.55软件计算毒力回归式(Y=A+BX)、致死中浓度LC50值及95%置信区间。

抗性水平分级标准：敏感（R/S＜3）；耐药性（R/S=3～5）；低抗（R/S=5～10）；中抗（R/S=10～40）；高抗（R/S=40～160）；极高抗（R/S＞160）［13］。

2 结果与分析

2.1 河北棉区棉蚜对氟啶虫胺腈的敏感性

2014—2017年，氟啶虫胺腈对河北棉区3个棉蚜种群的毒力测定结果表明，各地区棉蚜种群对氟啶虫胺腈的敏感性不同。其中，2014年保定种群最敏感，其LC50值为0.592 5 mg/L。故将2014年保定种群作为历史敏感基线，计算其他棉蚜种群在不同年度的相对抗性倍数。由表1可见，保定地区的棉蚜种群对氟啶虫胺腈的敏感性逐年显著降低，其LC50值在2014年时为0.592 5 mg/L，到2017年LC50值已经上升到121.694 6 mg/L，抗性倍数增加了205.39倍，达到极高抗水平。邯郸地区棉蚜种群对氟啶虫胺腈的抗性水平同样发展迅速，在2014年时LC50值为9.730 4 mg/L，与敏感基线相比，已经有16.24倍的抗性倍数，属中抗水平，到2017年已发展到197.43倍的抗性倍数，达极高抗水平。沧州地区棉蚜种群在2014年对氟啶虫胺腈的LC50值为4.261 4 mg/L，与敏感基线相比，有7.19倍的抗性倍数，属低抗水平，2015—2017年对氟啶虫胺腈的抗性一直稳定在高抗水平（59.07～94.58倍）。从上述连续4年的监测结果来看，河北棉区棉蚜种群对氟啶虫胺腈的抗性呈显著增长的趋势。

表1 棉蚜田间种群对氟啶虫胺腈的抗性水平Table 1 Resistance in field population of Aphis gossypii to sulfoxaflor

2.2 棉蚜对氟啶虫胺腈抗性品系的选育

利用群体汰选法对棉蚜种群进行抗性选育，从表2可以看出，氟啶虫胺腈对棉蚜起始筛选种群的LC50为26.3451mg/L，经过连续25代的筛选，其LC50值上升至354.128 5mg/L，增长了13.44倍。与历史敏感基线相比，抗性倍数则由44.46倍上升到597.69倍。

表2 氟啶虫胺腈对棉蚜的抗性汰选Table 2 Resistance selection of Aphis gossypii to sulfoxaflor

从整体筛选过程来看，筛选的前15代敏感性变化不大，抗性上升缓慢。之后继续选育至F25代，此阶段抗性上升较快。因此，棉蚜对氟啶虫胺腈的抗性发展具有前期缓慢、之后上升迅速的特点。

2.3 棉蚜对氟啶虫胺腈汰选的现实遗传力（h2）

根据上述棉蚜对氟啶虫胺腈的抗性发展特点，将抗性筛选分成2个阶段，即抗性上升缓慢的F0～F15代，及抗性上升较快的F15～F25代，分别计算抗性现实遗传力（h2）值（表3）。在前期汰选的15代（F0～F15）中，抗性现实遗传力h2=0.030 4。而在之后的10代（F15～F25），其抗性现实遗传力h2=0.148 4，高于前期的h2值。这也与抗性测定结果相符，汰选F15～F25代抗性上升的倍数最高，与该阶段的h2值较高表现一致，表明在该筛选阶段棉蚜种群具有较高的抗性风险。即害虫在对药剂的抗性筛选过程中，不同阶段对药剂的抗性现实遗传力存在较大的差异，抗性现实遗传力越大，此阶段抗性发展速率就越快。

表3 棉蚜对氟啶虫胺腈的抗性现实遗传力Table 3 Estimation of realized heritability (h2) of resistance to sulfoxaflor in Aphis gossypii

2.4 棉蚜对氟啶虫胺腈的抗性风险评估

根据试验所测得的不同筛选阶段的抗性现实遗传力值，预测棉蚜对氟啶虫胺腈产生抗性的风险。若以50%～90%的死亡率为选择压力，预测抗性提高10倍所需要的代数（假设筛选前后毒力回归线的斜率为1.5，即δp=0.67，该假设的斜率与筛选前后的斜率接近）。如图1所示，在氟啶虫胺腈对棉蚜的选择压力分别为50%、60%、70%、80%和90%的情况下，当h2=0.0304时，抗性增加10倍分别 需 要 62.49、54.13、42.51、35.37和 28.05代；当h2=0.0913时，抗性增加10倍分别需要20.81、17.02、14.15、11.78和9.34代；当h2=0.1484时，抗性增加10倍分别需要12.80、10.47、8.71、7.25和7.75代。研究结果表明，在现实遗传力稳定的情况下，棉蚜对氟啶虫胺腈的抗性发展速率随着药剂的使用量和使用频率的提高而加快；在药剂致死率相同的情况下，抗性发展速率随着抗性现实遗传力值的增加而加快。即药剂的选择压力越大，抗性现实遗传力值越高，抗性发展速率越快。整体来看，棉蚜对氟啶虫胺腈的抗性倍数随着筛选代数的增加先缓慢增长后迅速上升（图2）。

图1 不同选择压力和h2对氟啶虫胺腈抗性发展速率的影响Fig.1 Effects of different selective pressure and realized resistance heritability on the development rate of sulfoxaflor resistance

图2 棉蚜对氟啶虫胺腈抗性增长倍数与筛选代数的关系Fig.2 Relationship between resistance ratio and generations selected with sulfoxaflor in A.gossypii

3 结论与讨论

3.1 影响棉蚜抗性发展的因素

本研究对河北棉区的3个自然种群进行了抗性监测，从监测结果来看，棉蚜对氟啶虫胺腈的敏感性呈下降趋势，3地种群均已达到高抗水平，甚至保定种群和邯郸种群在2017年对该药剂的抗性倍数升高了206.25倍和197.43倍，达到极高抗水平。造成田间抗性如此迅速增长的原因，可能与防治地区的药剂筛选有关外，长期的过量使用单一药剂是抗性发展的主要原因。药剂之间的交互抗性是限制杀虫剂应用的另一主要原因，尽管有研究报道棉蚜对氟啶虫胺腈和吡虫啉、抗蚜威、氧化乐果等药剂之间无交互抗性［4,14］。但是棉蚜曾在新烟碱类药剂之间产生交互抗性［15］，在新烟碱类药剂和其他种类药剂之间也产生过交互抗性［16］。因此，抗氟啶虫胺腈的棉蚜种群对其他药剂交互抗性的发展仍然值得关注。此外，棉蚜的迁飞扩散行为也是抗性加速发展的原因之一。在秋季部分棉蚜有可能迁入温室或大棚的黄瓜等寄主上持续处于药剂的选择压力下，来年5月初棉蚜迁入棉田时，有可能已经携带着抗性基因。田间药剂防治杀死了大部分的敏感个体，耐药性较高的个体得以继续繁衍，从而加速了抗性种群的发展。

3.2 抗性现实遗传力的发展

从抗性选育结果来看，通过连续25代的筛选，相较于起始筛选种群，棉蚜对氟啶虫胺腈的抗性倍数上升了13.44倍，相较于有机磷类和拟除虫菊酯类药剂［17］，棉蚜对氟啶虫胺腈的抗性发展速率较低。本研究运用Tabashnik域性状分析法计算了棉蚜对氟啶虫胺腈的抗性现实遗传力为0.091 3，低于棉蚜对吡虫啉的抗性现实遗传力（0.147 8）［10］，表明棉蚜对氟啶虫胺腈的抗性发展要低于对吡虫啉的抗性发展，这可能与药剂的种类和作用机制差异有关。

在对甜菜夜蛾和小菜蛾的抗性筛选中，均发现其抗性发展具有起始缓慢，之后迅速增长，然后再转为缓慢上升的特点［18-19］。本研究采用第4代新烟碱类杀虫剂氟啶虫胺腈，在室内对棉蚜进行抗性选育，其抗性发展的特点也是前期增长缓慢，之后迅速增长，与前人报道的抗性指数变化趋势相似。根据抗性现实遗传力而进行的抗性风险评估对预防抗性发展及抗性综合治理具有重要的指导意义。郭天凤等［10］评价了新疆棉蚜种群对吡虫啉的抗性水平，经过室内40代的筛选，获得的抗性现实遗传力为0.147 8的抗性种群，表明新疆棉蚜种群对吡虫啉存在着一定的抗性风险。雷虹等［20］报道了陕西棉蚜种群用啶虫脒连续筛选20代后，抗性现实遗传力为0.109 9，指出该种群对啶虫脒产生抗性的风险较低。

然而，不同于室内相对固定的汰选环境，影响田间抗性现实遗传力的因素较多，例如田间实际的药剂选择压力，田间施药一般要求对棉蚜的防治效果达到80%～90%以上。此外，室内抗性选育通常是针对孤雌生殖的棉蚜，而田间的棉蚜种群大多经历了有性生殖和孤雌生殖2个阶段。因此，田间棉蚜种群实际的抗性遗传力与室内评估的数值可能存在一定差异。

根据田间抗性监测的结果，结合棉蚜对氟啶虫胺腈抗性风险的评估，当前田间棉蚜种群对氟啶虫胺腈的抗性水平可能已经处于迅速上升阶段。因此，应加强警惕，严格控制施药次数和施药剂量；加强田间防治棉蚜药剂的轮换使用，降低氟啶虫胺腈的选择压力；选育抗虫品种，或利用天敌进行生物防治，抑制田间棉蚜种群抗性的迅猛增长。