河北省不同地区棉蚜种群对6 种杀虫剂的抗性动态

安静杰, 高占林, 党志红, 赵玉敬, 窦亚楠, 闫 秀,华佳楠, 潘文亮, 郭江龙, 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 属半翅目蚜科，是一种世界性分布的农业害虫，也是中国棉花生产上一种重要的刺吸式害虫，主要通过刺吸汁液、分泌蜜露、传播病毒等方式来危害寄主植物，常造成严重的经济损失[1]。目前，应用化学杀虫剂防治棉蚜仍然是保障棉花安全生产的主要措施，然而由于棉蚜生命周期短，种群繁殖快，特别是在高剂量的杀虫剂选择压力下对多种杀虫剂产生了不同程度的抗性，包括菊酯类[2]、氨基甲酸酯类[3-4]、有机磷类[2]和新烟碱类杀虫剂[5-6]。目前，棉蚜已成为抗药性最为严重的农业害虫之一，其抗性治理工作十分严峻。

抗药性发展是导致害虫田间种群化学防治失败的主要原因，也是害虫有效治理面临的一个持续性问题[7]。因此，在抗药性演变导致防治失败之前，对靶标害虫的抗药性监测工作非常重要。Carletto 等[8]发现，喀麦隆北部棉区的棉蚜对氯氰菊酯产生了41.2～473 倍的抗性，中国新疆博乐和河北沧州棉蚜种群对高效氯氰菊酯也分别产生了4 932 倍和11 558 倍的极高水平抗性[4,9]。

由于新烟碱类药剂独特的作用方式和高效的杀虫活性，以及良好的内吸传导能力，可以有效防治多种刺吸式害虫[10]，近年来已成为广泛用于防治棉蚜的主要药剂[11-12]。2012 年在日本宫崎县发现了抗新烟碱类杀虫剂的棉蚜种群，特别是对噻虫胺的抗性倍数高达687 倍[13]。中国棉蚜种群也对噻虫嗪、氟啶虫胺腈、吡虫啉等新烟碱类杀虫剂产生了高水平抗性[4,6,14]，导致棉蚜的田间防治效果不断下降。

本研究选择河北省保定、沧州和邯郸3 个具有代表性的固定监测点，于2014—2020 年采用浸渍法系统监测了3 地棉蚜种群对高效氯氰菊酯、丁硫克百威、氧乐果、吡虫啉、噻虫嗪和氟啶虫胺腈6 种常用杀虫剂的抗性水平，并分析了不同杀虫剂对供试种群毒力的相关性，以进一步揭示田间棉蚜种群的交互抗性模式，旨在为棉蚜田间高效药剂的选择及其抗性治理以及探索棉蚜的抗药性演变规律提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.1.1 供试昆虫 于2014–2020 年5–6 月份在棉花苗期分别从河北省保定高阳县 (北纬38.557°，东经115.932°)、沧州献县 (北纬38.296°，东经116.163°) 和邯郸曲周县 (北纬36.785°，东经114.953°) 棉田采集带有棉蚜的棉花苗，将棉蚜转接到新鲜的水培棉花苗上，饲养0～2 代进行药剂敏感性测定。室内饲养温度 (22 ± 2)℃，相对湿度70%～80%，光周期16L :8D。

1.1.2 供试药剂 92%丁硫克百威 (carbosulfan)原药，江苏嘉隆化工有限公司；78% 氧乐果(omethoate) 原油，江苏扬农化工股份有限公司；95%高效氯氰菊酯 (β-cypermethrin) 原药、95%吡虫啉(imidacloprid) 原药和90%氟啶虫胺腈 (sulfoxaflor)原药，河北威远生物化工股份有限公司；95%噻虫嗪 (thiamethoxam) 原药，安徽金泰农药化工有限公司。

1.2 试验方法

采用联合国粮农组织(FAO)推荐的浸渍法测定棉蚜对供试药剂的敏感性[15]。将各供试原药用丙酮溶解并稀释成一定浓度的母液，并用含体积分数0.1% 吐温80 的水溶液将各母液稀释成5～7 个梯度溶液备用。将带有蚜虫的棉花叶片于药液中浸渍10 s 后晾干，置于养虫盒中。并以0.1%吐温80 水溶液为对照，每盒接入蚜虫不少于30 头，每个处理重复3 次。置于养虫室内相同条件下饲养，24 h 后记录蚜虫存活情况。

1.3 数据分析

以SPSS 16.0 软件计算毒力回归方程 (y= A +Bx)、致死中浓度 (LC50值) 以及95%置信区间。

为了评价河北省棉蚜种群对6 种常用杀虫剂的抗性水平，根据历史文献报道，筛选了国内采用相同浸渍法测定药剂敏感性的棉蚜种群，将其中最小LC50值作为棉蚜抗药性监测的相对敏感基线 (表1)。

表1 中国棉蚜种群对6 种常用杀虫剂的相对敏感基线 (浸渍法)Table 1 Relative sensitivity baselines of Aphis gossypii in China to 6 insecticides (dipping method)

抗性倍数 = 田间种群LC50值/敏感种群LC50值。参考Keiding[20]抗性水平分级标准评估河北省棉蚜种群对杀虫剂的抗性水平：敏感 (抗性倍数 <3)；耐药性 (抗性倍数 = 3～5)；低抗 (抗性倍数 =5～10)；中抗 (抗性倍数 = 10～40)；高抗 (抗性倍数 = 40～160)；极高抗 (抗性倍数 > 160)。

为了明确河北省不同地区棉蚜种群对不同药剂之间的交互抗性，采用Pearson 法通过SPSS 16.0 软件对供试药剂logLC50值进行了相关性分析，用Pearson 相关系数 (r) 大小表示直线相关程度的强弱[21]。

2 结果与分析

2.1 河北省棉蚜种群对6 种杀虫剂的抗性水平

2.1.1 高效氯氰菊酯 监测结果表明：2014–2020 年间，高效氯氰菊酯对河北保定棉蚜种群的LC50值为35.1～92.7 mg/L (表2)，与历史敏感基线0.90 mg/L 相比 (表1)，抗性倍数为39.0～103，不同年份间抗性相对稳定，基本维持在中到高抗水平。沧州种群对高效氯氰菊酯的抗性增长迅速，在2014 年仅为耐药性种群，2016–2017 年很快发展为中抗、高抗种群，在2018 和2020 年则达到极高抗水平，抗性最高达242 倍，明显高于保定和邯郸种群。邯郸棉蚜种群对高效氯氰菊酯的抗性在2014–2017 年期间也迅速上升，从敏感种群迅速转变到高抗种群，尽管在2018 年抗性下降到中抗水平，但在2019 和2020 年又迅速恢复到高抗水平 (表2)。

表2 棉蚜对高效氯氰菊酯的抗性发展动态Table 2 Dynamics of resistance to β-cypermethrin in Aphis gossypii

2.1.2 丁硫克百威 2014–2020 年，氨基甲酸酯类杀虫剂丁硫克百威对供试河北保定、沧州和邯郸棉蚜种群的LC50值在4.56～466 mg/L 之间 (表3)，与1994 年的历史敏感基线 (0.03 mg/L) 相比 (表1)，各地棉蚜种群对丁硫克百威均达到极高抗水平，2017 年邯郸种群对该药剂的抗性最高达到13 353 倍，显著高于保定和沧州种群。

2.1.3 氧乐果 供试河北棉蚜种群对有机磷类杀虫剂氧乐果抗性的监测结果 (表4) 显示，沧州种群对该药剂的抗性倍数范围在7.47～148 间，于不同年份表现为低抗、中抗、高抗等不同抗性水平，波动性较大；其在2019 年抗性最高为148 倍，明显高于另外两个种群。相比之下，近些年保定和邯郸棉蚜种群对氧乐果的抗性更为稳定。保定种群除在2016 和2020 年对氧乐果表现为高抗 (63.3倍和43.3 倍) 以外，其余年份均为中抗水平 (12.1～29.2 倍)。而邯郸种群除了在2014 年抗性为4.25倍外，其余年份表现为中、低抗水平 (7.15～39.5 倍)。

表4 棉蚜对氧乐果的抗性发展动态Table 4 Dynamics of resistance to omethoate in Aphis gossypii

2.1.4 吡虫啉、噻虫嗪和氟啶虫胺腈 2014—2020 年，吡虫啉对河北保定、沧州和邯郸3 个监测地区棉蚜种群的LC50值为13.4～246 mg/L，与历史敏感基线 (0.18 mg/L) 相比，均产生了高至极高水平抗性。其中沧州种群在2015、2017 和2018年的抗性倍数分别为939、1 367 和1 260，明显高于保定种群和邯郸种群 (表5)。

监测结果显示，2014 年噻虫嗪对保定棉蚜种群的LC50值仅为0.89 mg/L (表5)，甚至低于筛选的敏感基线1.60 mg/L (表1)，故将2014 年保定种群的LC50值作为历史敏感基线进行比较。保定种群在2016 年快速发展为高抗种群，紧接着沧州和邯郸种群也先后由敏感种群和低抗种群快速发展为高抗种群。保定、沧州和邯郸种群对噻虫嗪的抗性最高分别为70.1、69.2 和114 倍 (表5)。整体来看，河北种群对噻虫嗪的抗性呈显著上升趋势。

同样，河北棉蚜对氟啶虫胺腈的抗性发展也非常快。以2014 年保定种群LC50值为敏感基线(表1)，比较发现，保定、沧州和邯郸棉蚜种群对该药剂陆续达到高至极高水平抗性，抗性倍数最高达到205(2017 年)[6]，而且在2017—2020 年间，保定和邯郸种群的抗性倍数明显高于沧州种群 (表5)。

表5 棉蚜对新烟碱类杀虫剂的抗性发展动态Table 5 Dynamics of resistance to neonicotinoid insecticides in Aphis gossypii

2.2 6 种杀虫剂对河北省棉蚜LC50 的相关性分析

利用相关性分析比较了不同药剂的logLC50值。发现保定种群对吡虫啉和氟啶虫胺腈 (r=0.77，p= 0.041)、噻虫嗪和氟啶虫胺腈 (r= 0.98，p< 0.001) 的抗性呈显著正相关 (表6)，表明保定棉蚜种群对氟啶虫胺腈与另外两种新烟碱类杀虫剂产生了交互抗性；沧州种群对高效氯氰菊酯和丁硫克百威 (r= 0.81，p= 0.027)、高效氯氰菊酯和噻虫嗪 (r= 0.90，p= 0.006)、丁硫克百威和噻虫嗪 (r= 0.91，p= 0.005) 的抗性呈显著正相关，表明该种群对菊酯类、氨基甲酸酯类和新烟碱类杀虫剂存在交互抗性；而邯郸种群对高效氯氰菊酯和噻虫嗪 (r= 0.83，p= 0.022)、高效氯氰菊酯和氟啶虫胺腈 (r= 0.97，p< 0.001)、丁硫克百威和氟啶虫胺腈 (r= 0.77，p= 0.045) 的抗性呈显著正相关 (表6)，说明邯郸棉蚜种群对新烟碱类与菊酯类、氨基甲酸酯类杀虫剂之间均存在交互抗性。

表6 供试杀虫剂logLC50 值的相关性分析Table 6 Pair-wise correlation coefficient analysis between logLC50 values of tested insecticides

3 讨论与结论

随着生物化学和分子生物学的发展，越来越多的新技术和新方法应用到害虫抗药性监测中，极大地丰富了害虫抗药性监测的手段，如生物化学检测法、免疫学检测法、抗性基因分子检测法等[22-23]，但是这些新的检测技术通常是建立在对靶标害虫抗药性的生理生化机制、分子抗性机制深刻理解的基础之上，而且只针对某单一抗性机制的检测。然而田间害虫抗性演变的机制往往是未知的而且是复杂的，相比之下，传统的生物测定法能直接和全面地反映害虫对杀虫剂的敏感性变化。20 世纪评价棉蚜抗药性的生物测定方法主要是微量毛细管点滴法，但是其对实验技术要求高，工作效率低，而FAO 推荐的浸渍法因操作简便[15]受到更多研究人员的青睐。本研究中采用浸渍法[15,18]，将带有棉蚜的棉花叶片直接在药液中浸渍，更符合田间蚜虫的实际受药情况。

多年来对棉蚜的防治主要依靠化学药剂，在高强度的药剂选择压力下，棉蚜的抗性不断增强。本研究评估了河北省棉蚜种群对6 种常用杀虫剂的抗性水平，发现河北保定、沧州、邯郸棉蚜种群均对高效氯氰菊酯产生了高至极高水平抗性，相同的研究结果在新疆博乐、山东省滨州、湖北省荆州和山西省运城等多个棉蚜种群中也有报道[4,9]。帕提玛 • 乌木尔汗等[4]报道，新疆棉蚜种群对氨基甲酸酯类杀虫剂丁硫克百威产生了6～148 倍的抗性，对有机磷杀虫剂氧乐果产生了2 137～9 501 倍的极高水平抗性。而本研究发现，河北省棉蚜种群对丁硫克百威的抗性达到137～13 353 倍，远高于新疆种群，但对氧乐果的抗性则相对较低(4.25～148 倍)。这种抗性水平的差异，可能主要与不同地区的用药历史背景差异有关。此外，选择的敏感种群不同也是造成抗性水平差异的原因之一，很多研究选择各自室内饲养的敏感种群或者田间采集的相对敏感种群进行抗性倍数的计算[4,14,18]，但是由于这些“敏感种群”的用药背景不同很难做到对药剂敏感性的统一，在此基础上评估的抗性水平也会存在较大差异。

在第一代新烟碱类杀虫剂吡虫啉问世之初，由于其独特的作用方式和高效的杀虫活性，很快成为生产上防治棉蚜的首选药剂[24]，但是对吡虫啉的滥用也导致棉蚜对其抗性发展异常迅速。新疆石河子、伊犁等地区棉蚜2018 年对吡虫啉的抗性已达到85.2～412 倍[4]。本研究中发现，2014—2020 年河北省棉蚜对吡虫啉也产生74.5～1 367 倍的抗性，一直处于高抗、极高抗水平。第二代新烟碱类杀虫剂噻虫嗪活性更高，杀虫谱更广[25]。在该药剂使用之初，中国棉蚜种群对噻虫嗪均较敏感，但到2018 年新疆棉蚜种群已对其产生了122～1 095 倍的抗性[4]，我们也监测到2020 年河北邯郸种群对噻虫嗪产生114 倍的抗性。第四代新烟碱类杀虫剂氟啶虫胺腈因能有效防治对新烟碱类、菊酯类、有机磷类和氨基甲酸酯类杀虫剂产生抗性的刺吸式害虫而得到广泛应用[26]。在2014 年前后，无论是利用叶片浸渍法[11]，还是虫体浸渍法[6]测定棉蚜对氟啶虫胺腈的LC50值均较低，表明棉蚜对氟啶虫胺腈敏感，但短短2～3 年后，2016—2017 年河北棉蚜种群对氟啶虫胺腈的抗性就达到了高抗至极高抗水平[6]。

由于害虫具有同一种抗药性机制导致其对多种杀虫剂的交互抗性，或因害虫具有多种抗药性机制而导致其对杀虫剂产生多重抗性，这些都大大增加了化学防治的难度。这也是目前棉蚜化学防治中的主要难题之一。

由解毒酶介导的代谢能力增强是害虫抗药性产生的一个重要原因。棉蚜溴氰菊酯抗性品系中羧酸酯酶的活性被抑制剂三丁基磷酸三硫代酯(DEF) 显著抑制后，增加了对溴氰菊酯和联苯菊酯的敏感性[27]。UDP-葡萄糖醛酸转移酶 (UGTs)活性的升高可同时增强棉蚜对新烟碱类和菊酯类杀虫剂的代谢作用[28]。细胞色素P450 基因的过量表达也与棉蚜对氟啶虫胺腈的抗性发展有关[29]。靶标基因突变如乙酰胆碱受体基因的突变与棉蚜对吡虫啉的抗性也密切相关[14,30]。但是这些抗性机理的研究大都是利用室内筛选获得的抗性品系研究的结果，不能直接反映田间的实际情况。本研究根据对棉蚜抗药性的长期监测结果，分析了6 种杀虫剂对棉蚜LC50值的相关性，发现河北省棉蚜种群对新烟碱类、氨基甲酸酯类和菊酯类3 类杀虫剂的LC50值显著正相关，表明田间棉蚜种群对多种杀虫剂产生了严重的交互抗性。为了延缓棉蚜的抗性发展，对其抗性机制的研究已迫在眉睫。