河北省不同地區(qū)棉蚜種群對(duì)6 種殺蟲劑的抗性動(dòng)態(tài)

安靜杰, 高占林, 黨志紅, 趙玉敬, 竇亞楠, 閆 秀,華佳楠, 潘文亮, 郭江龍, 李耀發(fā)

(河北省農(nóng)林科學(xué)院 植物保護(hù)研究所/河北省農(nóng)業(yè)有害生物綜合防治工程技術(shù)研究中心/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部華北北部作物有害生物綜合治理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北 保定 071000)

棉蚜Aphis gossypiiGlover 屬半翅目蚜科，是一種世界性分布的農(nóng)業(yè)害蟲，也是中國(guó)棉花生產(chǎn)上一種重要的刺吸式害蟲，主要通過(guò)刺吸汁液、分泌蜜露、傳播病毒等方式來(lái)危害寄主植物，常造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失[1]。目前，應(yīng)用化學(xué)殺蟲劑防治棉蚜仍然是保障棉花安全生產(chǎn)的主要措施，然而由于棉蚜生命周期短，種群繁殖快，特別是在高劑量的殺蟲劑選擇壓力下對(duì)多種殺蟲劑產(chǎn)生了不同程度的抗性，包括菊酯類[2]、氨基甲酸酯類[3-4]、有機(jī)磷類[2]和新煙堿類殺蟲劑[5-6]。目前，棉蚜已成為抗藥性最為嚴(yán)重的農(nóng)業(yè)害蟲之一，其抗性治理工作十分嚴(yán)峻。

抗藥性發(fā)展是導(dǎo)致害蟲田間種群化學(xué)防治失敗的主要原因，也是害蟲有效治理面臨的一個(gè)持續(xù)性問(wèn)題[7]。因此，在抗藥性演變導(dǎo)致防治失敗之前，對(duì)靶標(biāo)害蟲的抗藥性監(jiān)測(cè)工作非常重要。Carletto 等[8]發(fā)現(xiàn)，喀麥隆北部棉區(qū)的棉蚜對(duì)氯氰菊酯產(chǎn)生了41.2～473 倍的抗性，中國(guó)新疆博樂(lè)和河北滄州棉蚜種群對(duì)高效氯氰菊酯也分別產(chǎn)生了4 932 倍和11 558 倍的極高水平抗性[4,9]。

由于新煙堿類藥劑獨(dú)特的作用方式和高效的殺蟲活性，以及良好的內(nèi)吸傳導(dǎo)能力，可以有效防治多種刺吸式害蟲[10]，近年來(lái)已成為廣泛用于防治棉蚜的主要藥劑[11-12]。2012 年在日本宮崎縣發(fā)現(xiàn)了抗新煙堿類殺蟲劑的棉蚜種群，特別是對(duì)噻蟲胺的抗性倍數(shù)高達(dá)687 倍[13]。中國(guó)棉蚜種群也對(duì)噻蟲嗪、氟啶蟲胺腈、吡蟲啉等新煙堿類殺蟲劑產(chǎn)生了高水平抗性[4,6,14]，導(dǎo)致棉蚜的田間防治效果不斷下降。

本研究選擇河北省保定、滄州和邯鄲3 個(gè)具有代表性的固定監(jiān)測(cè)點(diǎn)，于2014—2020 年采用浸漬法系統(tǒng)監(jiān)測(cè)了3 地棉蚜種群對(duì)高效氯氰菊酯、丁硫克百威、氧樂(lè)果、吡蟲啉、噻蟲嗪和氟啶蟲胺腈6 種常用殺蟲劑的抗性水平，并分析了不同殺蟲劑對(duì)供試種群毒力的相關(guān)性，以進(jìn)一步揭示田間棉蚜種群的交互抗性模式，旨在為棉蚜田間高效藥劑的選擇及其抗性治理以及探索棉蚜的抗藥性演變規(guī)律提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

1.1.1 供試?yán)ハx 于2014–2020 年5–6 月份在棉花苗期分別從河北省保定高陽(yáng)縣 (北緯38.557°，東經(jīng)115.932°)、滄州獻(xiàn)縣 (北緯38.296°，東經(jīng)116.163°) 和邯鄲曲周縣 (北緯36.785°，東經(jīng)114.953°) 棉田采集帶有棉蚜的棉花苗，將棉蚜轉(zhuǎn)接到新鮮的水培棉花苗上，飼養(yǎng)0～2 代進(jìn)行藥劑敏感性測(cè)定。室內(nèi)飼養(yǎng)溫度 (22 ± 2)℃，相對(duì)濕度70%～80%，光周期16L :8D。

1.1.2 供試藥劑 92%丁硫克百威 (carbosulfan)原藥，江蘇嘉隆化工有限公司；78% 氧樂(lè)果(omethoate) 原油，江蘇揚(yáng)農(nóng)化工股份有限公司；95%高效氯氰菊酯 (β-cypermethrin) 原藥、95%吡蟲啉(imidacloprid) 原藥和90%氟啶蟲胺腈 (sulfoxaflor)原藥，河北威遠(yuǎn)生物化工股份有限公司；95%噻蟲嗪 (thiamethoxam) 原藥，安徽金泰農(nóng)藥化工有限公司。

1.2 試驗(yàn)方法

采用聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織(FAO)推薦的浸漬法測(cè)定棉蚜對(duì)供試藥劑的敏感性[15]。將各供試原藥用丙酮溶解并稀釋成一定濃度的母液，并用含體積分?jǐn)?shù)0.1% 吐溫80 的水溶液將各母液稀釋成5～7 個(gè)梯度溶液備用。將帶有蚜蟲的棉花葉片于藥液中浸漬10 s 后晾干，置于養(yǎng)蟲盒中。并以0.1%吐溫80 水溶液為對(duì)照，每盒接入蚜蟲不少于30 頭，每個(gè)處理重復(fù)3 次。置于養(yǎng)蟲室內(nèi)相同條件下飼養(yǎng)，24 h 后記錄蚜蟲存活情況。

1.3 數(shù)據(jù)分析

以SPSS 16.0 軟件計(jì)算毒力回歸方程 (y= A +Bx)、致死中濃度 (LC50值) 以及95%置信區(qū)間。

為了評(píng)價(jià)河北省棉蚜種群對(duì)6 種常用殺蟲劑的抗性水平，根據(jù)歷史文獻(xiàn)報(bào)道，篩選了國(guó)內(nèi)采用相同浸漬法測(cè)定藥劑敏感性的棉蚜種群，將其中最小LC50值作為棉蚜抗藥性監(jiān)測(cè)的相對(duì)敏感基線 (表1)。

表1 中國(guó)棉蚜種群對(duì)6 種常用殺蟲劑的相對(duì)敏感基線 (浸漬法)Table 1 Relative sensitivity baselines of Aphis gossypii in China to 6 insecticides (dipping method)

抗性倍數(shù) = 田間種群LC50值/敏感種群LC50值。參考Keiding[20]抗性水平分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)評(píng)估河北省棉蚜種群對(duì)殺蟲劑的抗性水平：敏感 (抗性倍數(shù) <3)；耐藥性 (抗性倍數(shù) = 3～5)；低抗 (抗性倍數(shù) =5～10)；中抗 (抗性倍數(shù) = 10～40)；高抗 (抗性倍數(shù) = 40～160)；極高抗 (抗性倍數(shù) > 160)。

為了明確河北省不同地區(qū)棉蚜種群對(duì)不同藥劑之間的交互抗性，采用Pearson 法通過(guò)SPSS 16.0 軟件對(duì)供試藥劑logLC50值進(jìn)行了相關(guān)性分析，用Pearson 相關(guān)系數(shù) (r) 大小表示直線相關(guān)程度的強(qiáng)弱[21]。

2 結(jié)果與分析

2.1 河北省棉蚜種群對(duì)6 種殺蟲劑的抗性水平

2.1.1 高效氯氰菊酯 監(jiān)測(cè)結(jié)果表明：2014–2020 年間，高效氯氰菊酯對(duì)河北保定棉蚜種群的LC50值為35.1～92.7 mg/L (表2)，與歷史敏感基線0.90 mg/L 相比 (表1)，抗性倍數(shù)為39.0～103，不同年份間抗性相對(duì)穩(wěn)定，基本維持在中到高抗水平。滄州種群對(duì)高效氯氰菊酯的抗性增長(zhǎng)迅速，在2014 年僅為耐藥性種群，2016–2017 年很快發(fā)展為中抗、高抗種群，在2018 和2020 年則達(dá)到極高抗水平，抗性最高達(dá)242 倍，明顯高于保定和邯鄲種群。邯鄲棉蚜種群對(duì)高效氯氰菊酯的抗性在2014–2017 年期間也迅速上升，從敏感種群迅速轉(zhuǎn)變到高抗種群，盡管在2018 年抗性下降到中抗水平，但在2019 和2020 年又迅速恢復(fù)到高抗水平 (表2)。

表2 棉蚜對(duì)高效氯氰菊酯的抗性發(fā)展動(dòng)態(tài)Table 2 Dynamics of resistance to β-cypermethrin in Aphis gossypii

2.1.2 丁硫克百威 2014–2020 年，氨基甲酸酯類殺蟲劑丁硫克百威對(duì)供試河北保定、滄州和邯鄲棉蚜種群的LC50值在4.56～466 mg/L 之間 (表3)，與1994 年的歷史敏感基線 (0.03 mg/L) 相比 (表1)，各地棉蚜種群對(duì)丁硫克百威均達(dá)到極高抗水平，2017 年邯鄲種群對(duì)該藥劑的抗性最高達(dá)到13 353 倍，顯著高于保定和滄州種群。

2.1.3 氧樂(lè)果 供試河北棉蚜種群對(duì)有機(jī)磷類殺蟲劑氧樂(lè)果抗性的監(jiān)測(cè)結(jié)果 (表4) 顯示，滄州種群對(duì)該藥劑的抗性倍數(shù)范圍在7.47～148 間，于不同年份表現(xiàn)為低抗、中抗、高抗等不同抗性水平，波動(dòng)性較大；其在2019 年抗性最高為148 倍，明顯高于另外兩個(gè)種群。相比之下，近些年保定和邯鄲棉蚜種群對(duì)氧樂(lè)果的抗性更為穩(wěn)定。保定種群除在2016 和2020 年對(duì)氧樂(lè)果表現(xiàn)為高抗 (63.3倍和43.3 倍) 以外，其余年份均為中抗水平 (12.1～29.2 倍)。而邯鄲種群除了在2014 年抗性為4.25倍外，其余年份表現(xiàn)為中、低抗水平 (7.15～39.5 倍)。

表4 棉蚜對(duì)氧樂(lè)果的抗性發(fā)展動(dòng)態(tài)Table 4 Dynamics of resistance to omethoate in Aphis gossypii

2.1.4 吡蟲啉、噻蟲嗪和氟啶蟲胺腈 2014—2020 年，吡蟲啉對(duì)河北保定、滄州和邯鄲3 個(gè)監(jiān)測(cè)地區(qū)棉蚜種群的LC50值為13.4～246 mg/L，與歷史敏感基線 (0.18 mg/L) 相比，均產(chǎn)生了高至極高水平抗性。其中滄州種群在2015、2017 和2018年的抗性倍數(shù)分別為939、1 367 和1 260，明顯高于保定種群和邯鄲種群 (表5)。

監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，2014 年噻蟲嗪對(duì)保定棉蚜種群的LC50值僅為0.89 mg/L (表5)，甚至低于篩選的敏感基線1.60 mg/L (表1)，故將2014 年保定種群的LC50值作為歷史敏感基線進(jìn)行比較。保定種群在2016 年快速發(fā)展為高抗種群，緊接著滄州和邯鄲種群也先后由敏感種群和低抗種群快速發(fā)展為高抗種群。保定、滄州和邯鄲種群對(duì)噻蟲嗪的抗性最高分別為70.1、69.2 和114 倍 (表5)。整體來(lái)看，河北種群對(duì)噻蟲嗪的抗性呈顯著上升趨勢(shì)。

同樣，河北棉蚜對(duì)氟啶蟲胺腈的抗性發(fā)展也非常快。以2014 年保定種群LC50值為敏感基線(表1)，比較發(fā)現(xiàn)，保定、滄州和邯鄲棉蚜種群對(duì)該藥劑陸續(xù)達(dá)到高至極高水平抗性，抗性倍數(shù)最高達(dá)到205(2017 年)[6]，而且在2017—2020 年間，保定和邯鄲種群的抗性倍數(shù)明顯高于滄州種群 (表5)。

表5 棉蚜對(duì)新煙堿類殺蟲劑的抗性發(fā)展動(dòng)態(tài)Table 5 Dynamics of resistance to neonicotinoid insecticides in Aphis gossypii

2.2 6 種殺蟲劑對(duì)河北省棉蚜LC50 的相關(guān)性分析

利用相關(guān)性分析比較了不同藥劑的logLC50值。發(fā)現(xiàn)保定種群對(duì)吡蟲啉和氟啶蟲胺腈 (r=0.77，p= 0.041)、噻蟲嗪和氟啶蟲胺腈 (r= 0.98，p< 0.001) 的抗性呈顯著正相關(guān) (表6)，表明保定棉蚜種群對(duì)氟啶蟲胺腈與另外兩種新煙堿類殺蟲劑產(chǎn)生了交互抗性；滄州種群對(duì)高效氯氰菊酯和丁硫克百威 (r= 0.81，p= 0.027)、高效氯氰菊酯和噻蟲嗪 (r= 0.90，p= 0.006)、丁硫克百威和噻蟲嗪 (r= 0.91，p= 0.005) 的抗性呈顯著正相關(guān)，表明該種群對(duì)菊酯類、氨基甲酸酯類和新煙堿類殺蟲劑存在交互抗性；而邯鄲種群對(duì)高效氯氰菊酯和噻蟲嗪 (r= 0.83，p= 0.022)、高效氯氰菊酯和氟啶蟲胺腈 (r= 0.97，p< 0.001)、丁硫克百威和氟啶蟲胺腈 (r= 0.77，p= 0.045) 的抗性呈顯著正相關(guān) (表6)，說(shuō)明邯鄲棉蚜種群對(duì)新煙堿類與菊酯類、氨基甲酸酯類殺蟲劑之間均存在交互抗性。

表6 供試殺蟲劑logLC50 值的相關(guān)性分析Table 6 Pair-wise correlation coefficient analysis between logLC50 values of tested insecticides

3 討論與結(jié)論

隨著生物化學(xué)和分子生物學(xué)的發(fā)展，越來(lái)越多的新技術(shù)和新方法應(yīng)用到害蟲抗藥性監(jiān)測(cè)中，極大地豐富了害蟲抗藥性監(jiān)測(cè)的手段，如生物化學(xué)檢測(cè)法、免疫學(xué)檢測(cè)法、抗性基因分子檢測(cè)法等[22-23]，但是這些新的檢測(cè)技術(shù)通常是建立在對(duì)靶標(biāo)害蟲抗藥性的生理生化機(jī)制、分子抗性機(jī)制深刻理解的基礎(chǔ)之上，而且只針對(duì)某單一抗性機(jī)制的檢測(cè)。然而田間害蟲抗性演變的機(jī)制往往是未知的而且是復(fù)雜的，相比之下，傳統(tǒng)的生物測(cè)定法能直接和全面地反映害蟲對(duì)殺蟲劑的敏感性變化。20 世紀(jì)評(píng)價(jià)棉蚜抗藥性的生物測(cè)定方法主要是微量毛細(xì)管點(diǎn)滴法，但是其對(duì)實(shí)驗(yàn)技術(shù)要求高，工作效率低，而FAO 推薦的浸漬法因操作簡(jiǎn)便[15]受到更多研究人員的青睞。本研究中采用浸漬法[15,18]，將帶有棉蚜的棉花葉片直接在藥液中浸漬，更符合田間蚜蟲的實(shí)際受藥情況。

多年來(lái)對(duì)棉蚜的防治主要依靠化學(xué)藥劑，在高強(qiáng)度的藥劑選擇壓力下，棉蚜的抗性不斷增強(qiáng)。本研究評(píng)估了河北省棉蚜種群對(duì)6 種常用殺蟲劑的抗性水平，發(fā)現(xiàn)河北保定、滄州、邯鄲棉蚜種群均對(duì)高效氯氰菊酯產(chǎn)生了高至極高水平抗性，相同的研究結(jié)果在新疆博樂(lè)、山東省濱州、湖北省荊州和山西省運(yùn)城等多個(gè)棉蚜種群中也有報(bào)道[4,9]。帕提瑪 ? 烏木爾汗等[4]報(bào)道，新疆棉蚜種群對(duì)氨基甲酸酯類殺蟲劑丁硫克百威產(chǎn)生了6～148 倍的抗性，對(duì)有機(jī)磷殺蟲劑氧樂(lè)果產(chǎn)生了2 137～9 501 倍的極高水平抗性。而本研究發(fā)現(xiàn)，河北省棉蚜種群對(duì)丁硫克百威的抗性達(dá)到137～13 353 倍，遠(yuǎn)高于新疆種群，但對(duì)氧樂(lè)果的抗性則相對(duì)較低(4.25～148 倍)。這種抗性水平的差異，可能主要與不同地區(qū)的用藥歷史背景差異有關(guān)。此外，選擇的敏感種群不同也是造成抗性水平差異的原因之一，很多研究選擇各自室內(nèi)飼養(yǎng)的敏感種群或者田間采集的相對(duì)敏感種群進(jìn)行抗性倍數(shù)的計(jì)算[4,14,18]，但是由于這些“敏感種群”的用藥背景不同很難做到對(duì)藥劑敏感性的統(tǒng)一，在此基礎(chǔ)上評(píng)估的抗性水平也會(huì)存在較大差異。

在第一代新煙堿類殺蟲劑吡蟲啉問(wèn)世之初，由于其獨(dú)特的作用方式和高效的殺蟲活性，很快成為生產(chǎn)上防治棉蚜的首選藥劑[24]，但是對(duì)吡蟲啉的濫用也導(dǎo)致棉蚜對(duì)其抗性發(fā)展異常迅速。新疆石河子、伊犁等地區(qū)棉蚜2018 年對(duì)吡蟲啉的抗性已達(dá)到85.2～412 倍[4]。本研究中發(fā)現(xiàn)，2014—2020 年河北省棉蚜對(duì)吡蟲啉也產(chǎn)生74.5～1 367 倍的抗性，一直處于高抗、極高抗水平。第二代新煙堿類殺蟲劑噻蟲嗪活性更高，殺蟲譜更廣[25]。在該藥劑使用之初，中國(guó)棉蚜種群對(duì)噻蟲嗪均較敏感，但到2018 年新疆棉蚜種群已對(duì)其產(chǎn)生了122～1 095 倍的抗性[4]，我們也監(jiān)測(cè)到2020 年河北邯鄲種群對(duì)噻蟲嗪產(chǎn)生114 倍的抗性。第四代新煙堿類殺蟲劑氟啶蟲胺腈因能有效防治對(duì)新煙堿類、菊酯類、有機(jī)磷類和氨基甲酸酯類殺蟲劑產(chǎn)生抗性的刺吸式害蟲而得到廣泛應(yīng)用[26]。在2014 年前后，無(wú)論是利用葉片浸漬法[11]，還是蟲體浸漬法[6]測(cè)定棉蚜對(duì)氟啶蟲胺腈的LC50值均較低，表明棉蚜對(duì)氟啶蟲胺腈敏感，但短短2～3 年后，2016—2017 年河北棉蚜種群對(duì)氟啶蟲胺腈的抗性就達(dá)到了高抗至極高抗水平[6]。

由于害蟲具有同一種抗藥性機(jī)制導(dǎo)致其對(duì)多種殺蟲劑的交互抗性，或因害蟲具有多種抗藥性機(jī)制而導(dǎo)致其對(duì)殺蟲劑產(chǎn)生多重抗性，這些都大大增加了化學(xué)防治的難度。這也是目前棉蚜化學(xué)防治中的主要難題之一。

由解毒酶介導(dǎo)的代謝能力增強(qiáng)是害蟲抗藥性產(chǎn)生的一個(gè)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劑三丁基磷酸三硫代酯(DEF) 顯著抑制后，增加了對(duì)溴氰菊酯和聯(lián)苯菊酯的敏感性[27]。UDP-葡萄糖醛酸轉(zhuǎn)移酶 (UGTs)活性的升高可同時(shí)增強(qiáng)棉蚜對(duì)新煙堿類和菊酯類殺蟲劑的代謝作用[28]。細(xì)胞色素P450 基因的過(guò)量表達(dá)也與棉蚜對(duì)氟啶蟲胺腈的抗性發(fā)展有關(guān)[29]。靶標(biāo)基因突變?nèi)缫阴Ｄ憠A受體基因的突變與棉蚜對(duì)吡蟲啉的抗性也密切相關(guān)[14,30]。但是這些抗性機(jī)理的研究大都是利用室內(nèi)篩選獲得的抗性品系研究的結(jié)果，不能直接反映田間的實(shí)際情況。本研究根據(jù)對(duì)棉蚜抗藥性的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)結(jié)果，分析了6 種殺蟲劑對(duì)棉蚜LC50值的相關(guān)性，發(fā)現(xiàn)河北省棉蚜種群對(duì)新煙堿類、氨基甲酸酯類和菊酯類3 類殺蟲劑的LC50值顯著正相關(guān)，表明田間棉蚜種群對(duì)多種殺蟲劑產(chǎn)生了嚴(yán)重的交互抗性。為了延緩棉蚜的抗性發(fā)展，對(duì)其抗性機(jī)制的研究已迫在眉睫。