MEAM1烟粉虱隐种对3种新烟碱类杀虫剂交互抗性及交互现实遗传力的分析

2020-10-14吕欢欢周成松刘祯妍马德英

新疆农业科学 2020年9期

吕欢欢，周成松，杨柳，刘祯妍，马德英

(新疆农业大学农学院/农林有害生物监测与安全防控重点实验室，乌鲁木齐 830052)

0 引言

【研究意义】烟粉虱是一个包括多种隐种(cryptic species)的复合种(species complex)，在寄主范围、传毒能力、抗药性等存在差异[1-5]，评估烟粉虱对新烟碱类杀虫剂的交互抗性风险，预测其交互抗性发展速率，研究新烟碱类杀虫剂的减量使用、延缓抗性积累、延长使用寿命，对提高防治效果及科学合理用药具有重要的参考价值。【前人研究进展】MEAM1型(原B型)和MED型(原Q型)烟粉虱是入侵性最强和为害农作物最严重的 2 种烟粉虱隐种，已经入侵到中国大部分区域并逐步取代当地种群，成为主要为害种群[6]。烟粉虱的危害对世界各地经济造成巨大损失[7]，在1991～1992年烟粉虱就对美国佛罗里达州的番茄产业危害造成1.4×108美元的经济损失[8]。在中国，2007年烟粉虱在湖北造成的作物损失超过6×108美元[9]；2017年我国江苏如皋市温室番茄受烟粉虱危害率高达100%，商品果率不到30%[10]；2011年烟粉虱危害我国新疆吐鲁番地区棉田达到该地区棉田总面积的61.23%，目前已不断扩增蔓延至新疆和田地区、喀什地区等[11-12]。新烟碱类杀虫剂是烟碱乙酰胆碱受体激动剂，能够阻断昆虫中枢神经系统正常传导而使害虫死亡，对包括烟粉虱在内的多种刺吸式口器害虫均有较好的防治效果[13]。噻虫嗪、吡虫啉、啶虫脒等新烟碱类杀虫剂市场较多，我国新疆、福建、北京、湖南等多个地区的烟粉虱种群已对该类药剂产生5.53～71.58倍抗性[14-18]。烟粉虱对新烟碱类杀虫剂产生抗性后，也可能对同类型或其他类型的杀虫剂产生交互抗性，而致使防治效果逐步降低，使其防治难度增加。在室内对南京B型烟粉虱进行15代抗性筛选，发现其对吡虫啉产生256倍高抗性，并对噻虫嗪和啶虫脒分别产生98和49倍的高水平交互抗性[19]。Wang等[20]对烟粉虱使用吡虫啉筛选30代后，发现该种群对吡虫啉产生490倍抗性，并对啶虫脒和噻虫嗪也产生较高水平交互抗性。对田间种群的监测也发现了交互抗性现象的产生，对西班牙Almeria地区烟粉虱种群进行抗性检测发现，烟粉虱对吡虫啉的抗性逐年增强，且与其它新烟碱类杀虫剂噻虫嗪和啶虫脒之间存在交互抗性[21]。而在卡梅尔海岸棉田用噻虫嗪筛选了12代的烟粉虱种群对啶虫脒几乎没有交互抗性[22]，不同新烟碱类杀虫剂之间的交互抗性水平和机制可能存在差异。【本研究切入点】通常害虫产生明显抗性之前，在室内用该药剂对害虫进行抗性筛选来评估其抗性风险，可为该种药剂在生产上科学、合理的使用、延长药剂使用寿命和开展预防性抗性治理提供依据[23]。抗药性风险评估可对环境中应用农药引起抗性的可能性进行预测，是有害生物抗药性研究中的重要内容。室内连续多代筛选建立烟粉虱MEAM1隐种的敏感品系、吡虫啉抗性汰选品系、啶虫脒抗性汰选品系及噻虫嗪抗性汰选品系，以这4个品系为研究对象，采用阈状分析法[24]研究在这3种新烟碱类杀虫剂长期选择压力下，烟粉虱MEAM1隐种对这3种新烟碱类杀虫剂产生交互抗性的水平及差异。【拟解决的关键问题】评估烟粉虱MEAM1隐种对这3种新烟碱类杀虫剂产生交互抗性的风险，为该类药剂在烟粉虱的综合防治及烟粉虱对新烟碱类杀虫剂抗性治理提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 烟粉虱敏感种群

汰选烟粉虱初始种群2009年采自新疆农业大学试验基地杂草上，采集后由实验室不接触任何药剂继代饲养，烟粉虱种群纯化后经分子生物学鉴定确定为纯MEAM1烟粉虱隐种[12]。

1.1.2 烟粉虱抗性种群

在50%～70%选择压力下，使用噻虫嗪、吡虫啉和啶虫脒对烟粉虱相对敏感种群进行继代选育，获得噻虫嗪、吡虫啉、啶虫脒抗性汰选种群(R-Fn)，如汰选至第9代则称R-F9。

1.1.3 饲养

MEAM1烟粉虱隐种成虫在严格隔离条件的养虫室内用非Bt转基因棉饲养。饲养条件：温度(25±2)℃，相对湿度50%～60%，光照条件L∶D=16∶8。

由于在不同的选择压力下，MEAM1烟粉虱隐种对新烟碱类杀虫剂交互抗性发展速率不一样，针对不同的选择压力，即新烟碱类杀虫剂对烟粉虱产生的死亡率为50%、60%、70%、80%、90%和99%时，对抗性提高10倍所需要的代数：G=lg10/(h2S)= lg10/(h2XiXσp)，分别进行预测。

1.1.4 供试药剂

97% 吡虫啉原粉(山东联合化工厂股份有限公司)；98.2% 啶虫脒原粉(深圳诺普信农业化股份有限公司)；96.0% 噻虫嗪原粉(深圳诺普信农业化股份有限公司)。

1.2 方法

1.2.1 生物测定

采用浸叶法[25]检测MEAM1烟粉虱隐种对3种新烟碱类杀虫剂的抗性水平。配制1.7%琼脂溶液加入直径为40 mm的透气培养皿中冷却凝固，将棉花叶片打成直径为38 mm的叶碟，将杀虫剂用0.01%的吐温20稀释液配置成1 000、100、10、1和0.1 mg/L的浓度梯度，以0.01%的吐温20稀释液为对照。将叶碟浸入药液或对照溶液20 s后取出，于室温条件下晾干置于凝固的琼脂表面。将大量羽化后5 d内的雌成虫于-20℃条件下经冷冻处理30～60 s后放入透气培养皿中，每个浓度处理3个培养皿，每个培养皿中大约放置30头左右。当成虫苏醒后，记录每重复试虫的总数和已经死亡的试虫(统计有效活虫数)。将培养皿置于(25±2)℃、光照16L∶8D的培养箱中，48 h后统计死亡率。采用PoloPlus Software Program对试验数据进行处理分析，获得致死中浓度LC50(简称LC50)。

1.2.2 抗药性汰选

采用王文卿[25]汰选方法加以改进，根据前一代室内生物测定结果，将噻虫嗪、吡虫啉和啶虫脒分别用0.01%吐温20配置成杀死种群50%～70% 的剂量，配制1.7%琼脂溶液加入直径为40 mm的透气培养皿中冷却凝固，将棉花叶片打成直径为38 mm的叶碟，将叶碟浸入药液20 s后取出，于室温条件下晾干置于凝固的琼脂表面。将烟粉虱成虫于-20℃条件下经冷冻处理30～ 60 s后放入透气培养皿中，每个培养皿中大约放置60头左右，共50个培养皿。将培养皿置于(25±2)℃，光照16L∶8D的养虫室中培养。48 h后，将培养皿中的活虫接于实验室自制养虫笼内具有5～6枚真叶的健康棉花植株上。每1～2代进行1次毒力测定，监测烟粉虱抗药性水平。

1.2.3 抗性风险评估和抗性发展预测

抗性现实遗传力估算采用Tabashnik等的阈性状分析方法。

h2=R/S，式中：R为被选择种群的选择反应，R=log(RR)/n；RR为抗性倍数，n 为代数；

S=iσp，其中S为选择差数

i=1.583 00-0.019 33P+0.000 04P2+ 3.651 94/P，P为存活率；

σp=1/AS，AS=(初化斜率 + 终代斜率)/2。

根据现实遗传力h2，可以预测汰选后抗性上升x 倍所需代数Gx=lgx/(h2S)。

2 结果与分析

2.1 MEAM1烟粉虱隐种对新烟碱类杀虫剂交互抗性

2.1.1 MEAM1烟粉虱隐种吡虫啉抗性汰选品系对噻虫嗪和啶虫脒交互抗性测定

研究表明，使用吡虫啉连续汰选9代后，供试烟粉虱种群对吡虫啉的LC50从初始的31.842 mg/L上升到汰选后的1 239.919 mg/L，种群抗性水平升高了38.94倍，对吡虫啉达到了中等抗性水平；交互抗性测定结果显示，噻虫嗪和啶虫脒对吡虫啉抗性汰选品系的LC50值分别由59.856和9.92上升到了522.169和190.586 mg/L，交互抗性分别为8.72和19.21倍，抗性水平分别达到了低等交互抗性和中等交互抗性。各交互抗性均呈现逐代上升趋势，群体交互抗性水平均逐渐增强。表1

2.1.2 MEAM1烟粉虱隐种啶虫脒抗性汰选品系对吡虫啉和噻虫嗪交互抗性测定

研究表明，使用啶虫脒对MEAMI型烟粉虱隐种进行连续9代汰选，啶虫脒抗性汰选品系LC50从初始的13.481 mg/L上升到108.799 mg/L，抗性水平升高了8.07倍，对啶虫脒达到了低等抗性水平；交互抗性测定显示，吡虫啉的LC50值由70.552 mg/L上升到711.211 mg/L，交互抗性达到了10.08倍，表现出中等交互抗性水平；噻虫嗪的LC50值由51.655上升到508.02 mg/L，交互抗性达到9.83倍，表现出低等交互抗性水平。各交互抗性每代抗性倍数均表现出稳定升高，抗性水平均逐渐增强。表2

2.1.3 MEAM1烟粉虱隐种噻虫嗪抗性汰选品系及其对吡虫啉和啶虫脒交互抗性测定

研究表明，噻虫嗪抗性汰选品系LC50从初始的74.499 mg/L上升到汰选后的490.148 mg/L，抗性水平升高了6.58倍，对噻虫嗪达到了低等抗性水平；交互抗性测定显示，吡虫啉的LC50值由71.880上升到224.388 mg/L，交互抗性达到了3.12倍，处于敏感性下降阶段；啶虫脒的LC50值由12.286上升到38.263 mg/L，交互抗性达到3.11倍，也处于敏感性下降阶段；噻虫嗪抗性汰选品系汰选时抗性上升较缓慢，平均2代出现一次相对明显的升高，各代交互抗性也呈现出缓慢增长的趋势。表3

2.2 MEAM1烟粉虱隐种对新烟碱类杀虫剂交互抗性遗传力

2.2.1 MEAM1烟粉虱隐种吡虫啉抗性汰选品系对噻虫嗪和啶虫脒交互抗性遗传力

研究表明，吡虫啉抗性汰选品系在汰选过程中现实遗传力平均水平为0.601 2，具有较高的抗性增长速率和较大的现实遗传力；交互抗性现实遗传力显示，在整个测定过程中变化幅度较小，整体表现平稳趋势，对噻虫嗪的交互现实遗传力平均水平为0.198 1，对啶虫脒交互现实遗传力平均水平为0.285 4，吡虫啉抗性汰选品系对啶虫脒存在的交互抗性风险大于对噻虫嗪存在的交互抗性风险。表4

表4 烟粉虱隐种(MEAM1)吡虫啉抗性汰选品系对噻虫嗪和啶虫脒的交互抗性遗传力

2.2.2 MEAM1烟粉虱隐种啶虫脒抗性汰选品系对吡虫啉和噻虫嗪交互抗性遗传力

研究表明，啶虫脒抗性汰选品系现实遗传力变化幅度较小，整体趋势平稳，现实遗传力大小平均为0.215 7；交互现实遗传力显示，对吡虫啉交互现实遗传力大小平均为0.242 3，大于啶虫脒抗性汰选品系自身现实遗传力，新疆MEAM1烟粉虱隐种啶虫脒抗性汰选品系对吡虫啉存在的交互抗性风险大于啶虫脒抗性汰选品系单一抗性风险；对噻虫嗪交互现实遗传力显示，在不同筛选阶段交互现实遗传力变化幅度均较小，且交互现实遗传力较小，平均为0.128 1，在连续筛选的过程中交互抗性增长较小。表5

表5 烟粉虱隐种(MEAM1)啶虫脒抗性汰选品系对吡虫啉和噻虫嗪的交互抗性遗传力

2.2.3 MEAM1烟粉虱隐种对噻虫嗪抗性汰选品系及其对吡虫啉和啶虫脒交互抗性遗传力分析

研究表明，噻虫嗪抗性汰选品系平均现实遗传力为0.187 4，对吡虫啉和啶虫脒交互现实遗传力大小分别为0.142 1和0.068 0，且汰选各阶段交互现实遗传力变化幅度极小，在连续筛选的过程中抗性增长很小，现阶段噻虫嗪抗性汰选品系对吡虫啉产生交互抗性的风险大于对啶虫脒产生交互抗性的风险。表6

表6 烟粉虱隐种(MEAM1)噻虫嗪抗性汰选品系对吡虫啉和啶虫脒的交互抗性遗传力

2.3 MEAM1烟粉虱隐种对新烟碱类杀虫剂交互抗性风险评估

研究表明，烟粉虱的单一抗性和交互抗性发展速率都随药剂死亡率和现实遗传力的提高而加快。在死亡率为50%时，MEAM1烟粉虱隐种对新烟碱类杀虫剂吡虫啉、啶虫脒、噻虫嗪单一抗性抗性提高10倍所需代数分别为6、11和15代；交互抗性提高10倍所需代数分别为吡虫啉抗性汰选品系交互抗啶虫脒和噻虫嗪分别为8和11代；啶虫脒抗性汰选品系交互吡虫啉和噻虫嗪分别为10和20代；噻虫嗪抗性汰选品系交互抗吡虫啉和啶虫脒分别为38和40代。图1

a.吡虫啉抗性汰选品系 imidacloprid selected strain；b.啶虫脒抗性汰选品系acetamiprid selected strain；c.噻虫嗪抗性汰选品系thiamethoxam selected strain)

3 讨论

抗药性筛选是害虫抗性风险评估的基础，昆虫抗性发展的速度和程度与药剂类型、药剂选择压力、昆虫种类及原始种群的抗性水平有关[26]。相同汰选压下，抗性现实遗传力越大，害虫越容易产生抗性[27]。正是由于烟粉虱对药剂抗性现实遗传力的差异导致了抗性发展速度的差异。在害虫抗药性研究中常常利用亲子回归、同胞分析等方法来研究害虫抗性遗传力[28]。采用的阈性状分析方法只需常规抗性筛选中每代筛选存活率及筛选前后的致死中量和斜率。该方法不仅可广泛应用，而且还有利于将常规抗性筛选与抗性风险评估相结合，使抗性风险评估得以标准化[29]。为避免田间防治过程中多种杀虫剂对目标昆虫的共同选择以及种群基因交流对种群基因库的影响，通常需要室内选育抗性种群，并对抗性风险、交互抗性作用和抗性机制等方面探讨研究。李国志[17]发现烟粉虱对吡虫啉产生抗性的风险较高，郭天凤[30]发现棉蚜对吡虫啉和啶虫脒产生一定的抗性风险。试验发现噻虫嗪抗性品系交互吡虫啉和啶虫脒交互现实遗传力分别为0.142 1和0.068 0，死亡率为50%时，产生10倍交互抗性所需代数分别为38和40代，均具有较低的交互抗性风险，该结果与王文卿[25]试验结果一致。各药剂交互与反交互中，吡虫啉抗性汰选品系对啶虫脒和啶虫脒抗性汰选品系对吡虫啉的交互现实遗传力最高，分别为0.285 4和0.242 3，死亡率为50%时，交互抗性提高10倍所需代数分别为8和10代，具有较高的抗性风险；噻虫嗪抗性汰选品系对啶虫脒和啶虫脒抗性汰选品系对噻虫嗪的交互现实遗传力最低，分别为0.068 0和0.128 1，死亡率为50%时，交互抗性提高10倍所需代数分别为40和20代，具有较低的抗性风险。烟粉虱对2种杀虫剂可能存在着不同的抗性机制，有待进一步研究和探索。