辽宁省不同地区水稻二化螟对阿维菌素的抗药性研究

杨眉 褚晋 邵凌云 孙富余 刘欣宇 于凤泉*

（1辽宁省农业科学院 植物保护研究所，沈阳 110161；2中国农业大学 有机循环研究院（苏州），江苏 苏州 215100；第一作者：yangmei6@163.com；*通讯作者：yfq69@aliyun.com）

二化螟（Chilo suppressalis）属鳞翅目、螟蛾科，是水稻的重要害虫之一，严重威胁我国的水稻粮食安全，科学防治二化螟是保证水稻产量的重要基础。当前对于二化螟依然主要采用化学农药方式防治。在诸多化学农药中，农用抗生素具有环境友好、选择性高以及对人畜安全的特点[1]。其中，阿维菌素在防治二化螟上发挥了重要作用。在2018—2021年关于二化螟化学防治的相关报道中，阿维菌素的防治效果在15.79%～76.70%之间，呈现出显著的防效差异[2-4]。原因可能在于不同地区的二化螟对阿维菌素的抗性有所差异，在长江中下游平原等一年多熟制稻作区，二化螟每年发生代数较多，其抗药性会明显高于东北平原等一年一熟制稻作区。二化螟产生抗药性的机理主要是由于表皮穿透性下降、解毒代谢作用增强和靶标敏感性下降这3个方面。二化螟对杀虫剂产生生化抗性主要与羧酸酯酶（CarE）、多功能氧化酶（MFO）以及谷胱甘肽-S-转移酶（GST）有关[5]。其中，MFO作为一种广底物谱的解毒酶，对大量杀虫剂都具有氧化代谢作用，因此也与昆虫抗药性的产生有密切关系[6]；GST能够增强虫体对杀虫剂的可溶性进而利于杀虫剂排出体外[7]；CarE同样是昆虫体内重要的解毒酶之一，尤其对有机磷和氨基甲酸酯类农药具有重要的解毒作用[8]。随着科学技术的发展，采用生物化学手段检测AchE（乙酰胆碱酯酶）、GST等靶标酶和解毒酶的活性，已能够更加快速准确的反映二化螟的抗药性水平。

辽宁省位于东北地区南部，是我国商品粮的重要生产基地，水稻种植面积逐年上升，2020年达到了52万hm2。受地理位置等因素的影响，辽宁省内不同地区的自然环境具有明显差异。笔者前期研究表明，辽宁省内不同地区二化螟的发生时间以及发生程度具有一定的差异，但并未研究不同地区二化螟对化学农药的抗药性。为此，于2019—2021年选取辽宁省内7个地区的水稻二化螟种群作为研究对象，评价不同地区二化螟对阿维菌素抗药性，并对其解毒酶活性进行测定，探索二化螟解毒酶活性与其抗药性水平之间的联系，旨在为有效开展二化螟抗药性治理提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于4月11日至8月25日在辽宁省农业科学院植物保护研究所进行。水稻二化螟越冬代幼虫连续3年（2019—2021年）采集自辽宁省东港市（124°15′E，39°45′N）、盘锦市（122°07′E，41°12′N）、新民市（122°82′E，42°09′N）、抚顺市（123°92′E，41°87′N）、凌海市（121°35′E，41°17′N）、营口市（122°23′E，40°67′N）和海城市（122°43′E，40°51′N）稻田，于室内（28℃±1℃，光周期为16 h∶8 h）在不接触化学农药的环境下以水稻茎秆为食进行饲养；敏感品系二化螟采集自辽宁省抚顺市新宾县稻田，该地历年二化螟发生程度较轻，较少使用化学农药进行防治，将该地二化螟采集回室内，在不接触任何农药的环境下，按照雌、雄蛹1∶1的数量放在有水稻秧苗的养虫笼中，蛹羽化后成虫交配产卵于水稻叶鞘基部及叶片上。将养虫笼置于光照培养箱内，温度为28℃，每日光照时间16 h、黑暗时间8 h，饲养多代。选取传代饲养后体质量一致的4龄幼虫进行试验。供试97%阿维菌素原药购自江苏龙灯化学有限公司。

1.2 试验方法

1.2.1 试验指标测定

依照农业行业标准《水稻二化螟抗药性检测技术规程》（NY/T2058-2014），采用毛细管点滴法测定水稻二化螟对阿维菌素的抗药性。挑取每头体质量为7 mg±1 mg的4龄幼虫置于培养皿中，每个培养皿5头，每个地区重复6次，共30头。以丙酮对阿维菌素进行溶解，用容积为0.05μL的毛细管点滴器将药液逐头点滴于幼虫胸部背面，以点滴丙酮为空白对照。处理后将培养皿转移至温度为27℃、光周期为16 h∶8 h（L∶D）的条件下饲养和观察。处理3 d后检查参试二化螟死亡情况，用毛笔轻触虫体，以虫体不能协调运动判定为死亡标准。参考刘畅等[9]的方法测定水稻二化螟幼虫体内CarE和GST活性，参考HANSEN等的方法测定MFO的活性。

1.2.2 抗药性水平评价

根据敏感品系与测试种群的LC50值计算相应的抗性倍数。RR=T/S，RR为测试种群的抗性倍数，T为测试种群的LC50，S为敏感品系的LC50。依据抗药性水平分级标准，对测试种群的抗药性水平作相应评价（表1）。

表1 水稻二化螟抗药性分级标准

1.3 数据处理

利用Excel 2019软件对数据进行统计；利用POLO软件处理分析毒力测定结果，计算LC50值及其置信区间；采用DPS18.1软件对数据进行单因素方差分析。

2 结果与分析

2.1 不同地理种群水稻二化螟对阿维菌素的敏感性

由表2可知，2019—2021年各地理种群二化螟的RR均在1.0～10.0之间，说明各地理种群二化螟对阿维菌素的抗药性仍维持在敏感至低水平抗性之间，未出现较高抗药性的情况。随着时间的推移，各地二化螟对阿维菌素的抗性均呈现升高态势。其中，2021年新民和凌海两地二化螟对阿维菌素的RR分别为5.1和5.5，属于低水平抗性；其余地区二化螟对阿维菌素的RR均低于5.0，属于敏感水平。

表2 不同地理种群水稻二化螟对阿维菌素的敏感性

2.2 阿维菌素对不同地理种群水稻二化螟体内解毒酶活性的影响

2.2.1 不同地理种群二化螟CarE活性

由表3可知，经阿维菌素处理后，不同地理种群的二化螟CarE活性有一定程度的差异。2019年各地二化螟CarE活性最高值是4.62 mol/（g·min），为海城地区，高于新宾地区5%；2020年各地二化螟CarE活性最高值为4.61 mol/（g·min），为营口地区，高于新宾地区7%；2021年各地二化螟CarE活性最高值为4.48 mol/（g·min），为抚顺地区，高于新宾地区2%。同时发现，2019年至2021年相同地区二化螟CarE活性并未呈现出明显的大幅上升或下降。由此可知，CarE活性与水稻二化螟对阿维菌素抗性之间可能并不存在较大的联系。

表3 阿维菌素对不同地理种群水稻二化螟体内Car E活性的影响

2.2.2 不同地理种群水稻二化螟体内的MFO活性

由表4可知，经过阿维菌素处理后，不同地理种群二化螟MFO活性有所不同，随着时间的推移，各地区二化螟MFO活性均呈现上升趋势。2021年，海城地区二化螟MFO活性较低，高于敏感品系新宾地区16%。二化螟MFO活性较高的地区有东港、凌海、新民、营口、盘锦以及抚顺，其中抚顺地区最高，高于敏感品系新宾的83%。

表4 阿维菌素对不同地理种群水稻二化螟体内MFO活性的影响

2.2.3 不同地理种群水稻二化螟体内的GST活性

由表5可知，经过阿维菌素处理后，不同地理种群二化螟GST活性不同，随着时间的推移，各地二化螟GST活性均呈上升趋势。2021年，盘锦、海城地区二化螟GST活性较低，高于敏感品系新宾的10%和15%；东港、新民、凌海、营口以及抚顺地区的二化螟GST活性较高，其中抚顺和凌海地区分别高于敏感品系新宾的38%和54%。

表5 阿维菌素对不同地理种群水稻二化螟体内GST活性的影响

3 讨论与结论

随着化学农药的大量施用，水稻二化螟的抗药性呈现逐年增强的趋势。化学农药中的阿维菌素等抗生素类农药因为具有相对较好的防效及安全性，已被越来越多农业从业人员所接受。笔者研究发现，随着时间的推移，阿维菌素对水稻二化螟的防治效果在部分地区已呈逐年下降的趋势[10]。本试验针对辽宁省7个典型地区水稻二化螟对阿维菌素的抗性展开了连续3年的研究，结果显示，各个地区水稻二化螟对阿维菌素的抗药性水平仍保持在低水平抗性或敏感水平，但是随着时间的推移也逐步表现出抗性增强的趋势，这与前人研究结果基本一致[11]。叶波等[12]研究发现，湖南省各个地区水稻二化螟对阿维菌素抗药性水平大多已较高，部分地区的抗性倍数甚至达到了101.1倍，远高于本研究中辽宁省各地区，这可能与两省份的地理气候条件、水稻熟制以及二化螟的发生代数不同有关。

昆虫以及螨类等生物体内均存在对化学农药具有解毒作用的防御酶体系，对于不同的化学农药，不同的解毒酶所产生的作用也往往不一样。在众多解毒酶中，CarE、MFO以及GST是学界研究较多的3种酶。刘连军等[13]在木薯朱砂叶螨对阿维菌素的抗性研究中发现，MFO和GST活性是影响其抗药性水平的主要因素，这与本研究结果一致，何林等[14]研究表明，CarE活性的增强能够显著提升昆虫对有机磷和氨基甲酸酯类农药的抗性，而阿维菌素属于大环内酯类抗生素，因此作用并不显著。通过连续3年的调查研究发现，辽宁省各地区水稻二化螟CarE活性并未发生较大的变化，MFO和GST活性则逐年增强。

从本研究结果看，辽宁省各个地区水稻二化螟对阿维菌素的抗药性仍处于较低的水平，施用阿维菌素仍能取得较好的防治效果，水稻二化螟GST和MFO的活性变化能够较好反映其对阿维菌素抗药性水平的变化。