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二化螟的抗药性及综合防治研究

姜卫华  
【摘要】:二化螟[Chilo suppressalis (Walker)]是水稻重要的钻蛀性害虫,化学防治是控制二化螟危害的重要途径。但由于防治水稻螟虫必须考虑水田用药的安全性、防治钻蛀性害虫的药剂有效性,以及粮食作物所能承担的用药成本,因此用药选择受到很多限制,防治用药相对单一,抗药性发展迅速。江、浙等地二化螟曾相继对六六六、杀虫单和三唑磷等主要水稻螟虫防治药剂产生了高水平抗性。在二化螟对三唑磷产生高水平抗性后,作用机制完全不同的氟虫腈曾作为应急农药品种,被引进用于抗性地区水稻螟虫的防治,随后又作为高毒农药的重要替代品种用于防治多种水稻害虫。但因该药剂的生态毒性问题,在推广使用后很快被禁止用于水稻害虫防治。因此,监测和研究二化螟对氟虫腈的抗性动态变化,对于了解二化螟对新型药剂的抗药性发展趋势,以及合理使用农药具有重要意义。此外,对于二化螟抗药性治理来说,由于用药选择余地相对较小,相应的开发有效的农业防控技术,降低二化螟的种群发生密度,通过减少化学农药用量来延缓抗药性的发生,就更为重要。 本研究依据生产实际,在连续监测二化螟抗药性的基础上,通过室内汰选抗性品系,分析抗感品系适合度的变化,研究二化螟对氟虫腈抗性的机制和发生规律,同时以螟虫发生较重的超级稻田为对象,研究开发机械化农业中可以有效控制越冬二化螟虫口数量的农事操作技术,通过春季二化螟的繁殖地调查分析,揭示隔离育秧降低二化螟种群密度的原因。本研究试图从化学防治和农业防治两方面探索抗性二化螟的综合治理技术。 1二化螟抗药性监测 测定了浙江苍南地区田间二化螟对氟虫腈,以及其它常用药剂的抗性水平,为合理用药提供科学依据。采用四龄幼虫点滴法测定。结果发现苍南种群对三唑磷已经产生高水平抗性(297倍),对氟虫腈(16.0倍)和敌百虫(12.8倍)表现为中等水平抗性,对哒嗪硫磷(5.9倍)和二嗪磷(5.6倍)也已具有低水平抗性,但对阿维菌素、溴氰菊酯和乙酰甲胺磷尚没有产生抗性。讨论发现,二化螟仅对曾经集中大量或长期普遍使用的杀虫剂品种表现出显著抗性。进一步对新型杀虫剂氟虫腈抗性的监测发现,大部分地区的二化螟对氟虫腈保持敏感,氟虫腈抗性仅局限于曾大量集中使用的浙江苍南等地,而且随着氟虫腈使用的减少和禁用,抗性水平也在不断下降。这些结果不仅表明二化螟对氟虫腈具有产生抗性的风险,同时还说明任何新型杀虫剂只要大量集中使用,都会快速产生抗性。由此认为,进行二化螟抗药性治理,一方面要尽量提高用药品种的多样性,另一方面要利用农业技术措施和其他综合治理技术,降低水稻螟虫的种群数量,减少化学防治的用药量。此外,本文最后还根据药剂毒力测定结果,提出了目前二化螟防治用药的合理建议。 2氟虫腈对抗、感二化螟的亚致死效应 研究药剂对抗性和敏感性害虫的亚致死效应,有利于了解药剂的持效性及其对害虫抗药性发展的影响。本文通过利用氟虫腈亚致死剂量LD10和LD25分别处理浙江苍南抗性二化螟和安徽太湖敏感性二化螟来分析氟虫腈对二化螟的亚致死效应。结果表明,处理后两种群的存活率、产卵量都明显降低,幼虫期延长;氟虫腈对抗性种群存活率的降低作用大于对敏感种群的作用。此外,亚致死剂量处理后,敏感种群的羧酸酯酶(CarE)活性比对照明显升高,敏感、抗性种群的Km值均增大,表明氟虫腈诱导改变了酯酶的同工酶组成。最后讨论认为,氟虫腈对二化螟持效性较强,持续作用对抗性二化螟的负面影响更大,不利于抗性的快速发展。酯酶在二化螟对氟虫腈的解毒和抗性中发挥明显作用,但涉及的具体同工酶尚有待进一步研究。 3氟虫腈对二化螟抗性选育及其生物适合度的研究 为了探明二化螟对氟虫腈抗性的发生发展规律,以便为该药剂在生产上的合理使用提供依据。通过室内对浙江苍南二化螟进行氟虫腈抗性选育,得到近20倍的二化螟抗性品系;利用15代的选育结果,计算得到室内氟虫腈筛选抗性的现实遗传力h2为0.3532,说明二化螟对氟虫腈有一定抗性风险。通过构建种群生命表研究了氟虫腈的抗性生物适合度。结果表明,抗性品系与同源对照品系相比,在生长发育上二化螟表现为化蛹率显著降低,繁殖能力上表现为单雌卵粒数显著减少;用种群数量趋势指数来确定两个品系的相对适合度,抗性品系相对适合度仅为敏感品系的0.78。抗性品系在繁殖能力上存在明显的生存劣势。讨论认为,虽然二化螟对氟虫腈具有较大的抗性风险,但选育过程中,暂停筛选后其抗性表现明显下降,且抗性品系具有低的适合度,表明田间可以通过停用、轮用药剂的方法控制、延缓其抗性的发展。 4二化螟对氟虫腈抗性的生化机制 为了明确二化螟对氟虫腈的抗性生化机制,以室内选育的氟虫腈敏感和抗性二化螟为试虫,利用点滴法进行增效试验。结果发现,无论在敏感品系或是抗性品系中,PBO都有明显增效作用,在抗性品系中的增效是在敏感品系中的1.3倍;TPP和DEM在敏感品系中几乎不增效,但在抗性品系中都有不同程度的增效作用,其中DEM的增效比是敏感品系的3.4倍,而TPP为1.2倍。代谢酶活力测定结果显示,多功能氧化酶的对硝基苯甲醚(P-NA)活性、酯酶和谷胱甘肽转移酶(以CDNB底物)活力在抗性品系中都比敏感品系的高(活性比分别为1.29,1.34和1.76)。由此认为,二化螟对氟虫腈的抗性机理包括细胞色素多功能氧化酶、酯酶和谷胱甘肽转移酶活力的升高。本研究利用筛选的抗性品系测定其对不同药剂的抗性变化,发现抗性品系对杀虫单、氯氰菊酯和硫丹的抗性也分别增加了3.3倍,2.2倍和3.2倍,而对三唑磷、毒死蜱、阿维菌素和氯虫苯甲酰胺的抗性没有增加。分析认为交互抗性源于类似的解毒机制或者是靶标抗性。 5二化螟GABA受体a亚基基因的克隆与序列分析 为了检验二化螟对氟虫腈的抗性是否与其靶标的分子变异有关,利用RT-PCR及RACE技术进行了二化螟GABA受体的基因克隆及分析。结果成功克隆得到二化螟GABA受体的全长序列,该基因全长1957 bp,5'非翻译区为71bp,3'非翻译区为395bp,开放阅读框(ORF)1491 bp,编码496个氨基酸,推测分子量为55.1KDa。相似性分析发现,该基因具有昆虫GABA受体α亚基的典型特征,与昆虫GABA受体的相应亚基具有很高的相似性,高达64%-94%,因此认为是二化螟GABA受体的α亚基序列。抗、感品系GABA受体的序列比对未发现有差异,排除了本抗性品系的抗性与此克隆亚基突变有关,但其他亚基是否存在抗性相关变异尚有待进一步研究证实。 6二化螟的农业防治研究 利用综合防控技术手段减少农药用量是害虫抗药性治理的重要途径。本文针对二化螟的发生特点和目前水稻生产的农事操作习惯,试图通过调查研究建立有效的农业防控技术。首先调查了越冬二化螟幼虫的发生特点以及不同农事操作对稻桩中虫口数量的影响,结果发现常规稻中有40%以上的二化螟越冬幼虫分布在离地10 cm以内的稻秆中,约80%的二化螟分布在离地20 cm以内的稻秆中,而超级稻仅有14.3%分布在离地10 cm以内的稻秆中,离地20 cm以内的稻秆中也仅有39.2%;常规稻收割时60%以上的幼虫处于5龄,而超级稻收割时63.9%的幼虫发育到了6龄;水稻收割留茬高度对稻桩中二化螟的虫口数量影响很大;旋耕造成稻桩中越冬幼虫的虫口减退率不超过30%,但对二化螟残虫量降低有持续作用;烧田对于常规稻田稻桩中的越冬二化螟影响较小,但可以使高茬收割的超级稻稻桩中的螟虫减少84.8%;春季灌水可使超级稻田中越冬二化螟减少60-77%。综合利用低茬收割、处理稻草,旋耕灭茬和春灌灭蛹,可以有效控制越冬二化螟的种群数量,超级稻田越冬虫口累计减退率可达98%以上。其次通过调查春季田间二化螟成虫产卵选择性及初孵幼虫在不同寄主上的存活状况,发现田间自然情形下,二化螟更嗜好在水稻和茭白上产卵,在水稻上产卵数量较茭白上多,差异显著,而在小麦、甘蔗、玉米及杂草上未见产卵;初孵幼虫在水稻上存活率最高,小麦、休闲田杂草和茭白上次之,而在甘蔗、玉米中极低。结合二化螟落卵选择性及幼虫在不同寄主中的存活状况,初步判断,春季二化螟的主要繁殖地是水稻(秧)田,少量来自茭白田,在小麦田和休闲(杂草)田繁殖的可能性较小,而玉米及甘蔗田很难成为二化螟自然发生的有效繁殖地。因此认为,春季隔离育秧,阻止二化螟在稻田产卵,可以有效降低二化螟的发生量。 本研究发现二化螟对不少常规杀虫剂都产生了不同程度的抗药性,氟虫腈在大量使用的抗性地区,也很快产生了中等水平抗性。但室内筛选、抗性生物适合度和亚致死剂量效应研究均表明,二化螟不容易对氟虫腈产生抗性,由此证实二化螟抗药性的产生主要是由于阶段性单一化大量用药所致,抗药性治理必须采取合理用药和减少农药用量的措施。在减少农药用量方面本研究证实了多种有效农事操作方法,并提出了一套控制越冬二化螟种群数量的农事操作技术,同时通过田间调查,初步判断出春季二化螟的主要繁殖地,证实利用隔离育秧等措施防治一代二化螟,可以有效压低全年二化螟的发生数量。以上结果对于二化螟抗药性治理具有重要的实践意义。 此外,交互抗性和抗药性机制研究证实,二化螟对氟虫腈抗性主要是由于代谢解毒能力的加强。本研究还首次克隆到了二化螟GABA受体基因,这些结果为二化螟抗药性分子机理以及GABA受体的进一步研究奠定了理论基础。


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