11種植物源殺蟲活性成分對草地貪夜蛾的毒力測定

劉錦霞, 李 晶, 張丹丹, 李 娜, 付麟雲, 丁 品, 吳孔明

(1.甘肅省科學院生物研究所, 蘭州 730000; 2.中國農業科學院植物保護研究所, 植物病蟲害生物學國家重點實驗室, 北京 100193; 3.北京林業大學草業與草原學院, 北京 100083)

草地貪夜蛾Spodopterafrugiperda起源于美洲熱帶及亞熱帶地區,是一種繁殖力很強的遷飛性農業害蟲[1]。其2018年12月11日首次從緬甸遷入我國[2],2019年10月已擴散至26個省,2020年進入定殖為害階段[3-4]。草地貪夜蛾寄主植物涉及76科353種[5],在我國可為害玉米、小麥、水稻、高粱、大麥、甘蔗、馬鈴薯等大宗作物,花生、大豆、向日葵等油料作物和生姜、辣椒、卷心菜、白菜等蔬菜作物,以及香蕉、茶樹、姜黃和和煙草等其他作物[6-9]。2019年-2020年累計查實受害作物238萬hm2,以玉米受害最重[10-13]。草地貪夜蛾具有較強的物種競爭能力,對云南滇西甜糯玉米害蟲的調查研究發現,其發生程度遠超甜菜夜蛾S.exigua(Hübner)、斜紋夜蛾S.lituraFabricius、黏蟲Mythimnaseparata(Walker)、勞氏黏蟲LeucanialoreyiDuponchel和棉鈴蟲Helicoverpaarmigera(Hübner)等原生土著害蟲,入侵已對玉米害蟲的種群結構和動態產生了重要影響[14-15],成為影響農業生產的新問題[16]。

草地貪夜蛾入侵后,農業農村部迅速構建監測預警控制體系,通過區域性聯防聯控有效控制了其在我國的發生為害[17]。但該控制體系主要依靠化學農藥進行應急防治,過度使用化學農藥會導致草地貪夜蛾產生抗藥性,并因殺傷天敵而產生種群再猖獗的問題[18-20]。此外,遷飛習性還會將抗性種群的抗性等位基因擴散到其他地方[21]。對草地貪夜蛾入侵種群的遺傳特征研究顯示,亞洲和非洲的入侵種群可能來自美國東南部[22-23],它們對有機磷、氨基甲酸酯、擬除蟲菊酯和煙堿類等農藥已經產生了高水平抗藥性[24-27],而最近的研究結果亦表明,草地貪夜蛾對雙酰胺類、多殺菌素類和苯甲酰脲類等殺蟲劑也產生了不同程度的抗性[28-30]。因此,生產上需要安全環保高效的生物殺蟲劑,替代部分已產生抗性的化學農藥，或將其與高效化學殺蟲劑交替使用,降低草地貪夜蛾的抗藥性風險和化學農藥對生態環境的影響。

植物源殺蟲劑作用方式多樣、不易產生抗藥性、易降解、對環境及非靶標生物影響小[31-32]。相比微生物殺蟲劑,還具有使用便捷和環境條件要求低[33]等優點,是草地貪夜蛾綜合綠色防控的適宜農藥種類[34]。目前全世界已報道了80余種對防控草地貪夜蛾有應用前景的藥源植物及20多種有效活性組分,包括生物堿類(alkaloids)、萜烯類(terpenes)、黃酮類(flavonoids)、糖苷類化合物、脂肪酸類、酚類和甾醇類等[35]。其中用量較大的植物源農藥為苦參堿[36]和印楝素[37-38]制劑。針對我國對防控草地貪夜蛾植物源有效活性組分缺乏研究的問題,我們評價了國內外已登記的11種植物源殺蟲活性成分對入侵草地貪夜蛾幼蟲的毒力,以期為開發草地貪夜蛾新型高效植物源農藥提供依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試蟲:草地貪夜蛾于2019年1月30日采自云南省普洱市江城縣寶藏鎮鮮食玉米田。將2～5齡幼蟲帶回室內,飼養繁殖、建立實驗種群。飼養環境溫度(25±1)℃,相對濕度(75±5)%、光周期L∥D=16 h∥8 h。幼蟲用含有玉米面和黃豆面的人工飼料(不含任何殺蟲物質)飼養;成蟲置于養蟲籠中,飼喂10%的糖水補充營養,養蟲籠上方覆蓋醫用紗布供其產卵;每24 h更換一次卵布,然后將卵布置于自封袋中,待其孵化,飼養至2齡幼蟲供試。

供試藥劑:蛇床子素、大蒜素、對葉百部堿、補骨脂素、莨菪堿、苦參堿、血根堿、鬧羊花毒素Ⅲ、丁香酚、印楝素、辣椒堿共11種供試植物源殺蟲活性成分均由上海源葉生物科技有限公司生產，其中大蒜素純度為UV≥98%,其他均為HPLC≥98%。丙酮(分析純)由成都市科隆化學品有限公司生產。

1.2 試驗方法

采用點滴法測定。分別將11種植物源殺蟲活性成分用丙酮配制成母液,依據預試驗等比稀釋成6個所需濃度,即:蛇床子素、補骨脂素、莨菪堿、血根堿、辣椒堿、苦參堿和鬧羊花毒素Ⅲ所用濃度梯度為: 0.4、0.8、1.6、3.2、6.4、9.6 mg/mL;丁香酚所用濃度為:0.05、0.1、0.2、0.4、0.8、1.6 mg/mL;印楝素所用濃度梯度為: 0.2、0.4、0.8、1.6、3.2、6.4 mg/mL;大蒜素和對葉百部堿所用濃度梯度為: 0.8、1.6、3.2、6.4、9.6、19.2 mg/mL,以丙酮處理作為對照。

取直徑9 cm的培養皿,每皿接入8頭有活力、生長發育一致的2齡幼蟲。使用1 μL的微量點滴器將1 μL藥液滴在幼蟲的前胸背板上。每種藥劑的每個濃度重復3次,共24頭試蟲。以丙酮作為對照。之后單頭置于加入1.5 g人工飼料的24孔培養板中,在溫度(25±1)℃,相對濕度(75±5)%,光周期L∥D=16 h∥8 h環境條件下飼養,觀察和記錄。分別于48、72 h和168 h后統計各組幼蟲的死亡情況。用小毛刷觸碰蟲體后無反應或幼蟲表現出嚴重的中毒癥狀,如畸形、顫搐、行動遲緩、進食中斷、蛻皮停止和生長嚴重抑制等則被視為死亡。

1.3 數據統計分析

所得數據用SPSS 21.0軟件統計分析,計算毒力回歸方程參數、LD50及其95%置信限,并計算卡方值χ2等。

2 結果與分析

2.1 11種植物源殺蟲活性成分對草地貪夜蛾2齡幼蟲的毒力比較

結果顯示,11 種植物源活性成分對草地貪夜蛾2齡幼蟲的毒力差異較大,在用藥后同一時間最大LD50與最小LD50相差40倍(表1)。其中,丁香酚在用藥后48、72 h和168 h,對草地貪夜蛾2齡幼蟲的LD50均低于0.22 μg/頭,遠遠小于其他植物源有效成分;其次為印楝素和鬧羊花毒素Ⅲ,其用藥后48、72 h和168 h的LD50均小于4.01 μg/頭和5.02 μg/頭,補骨脂素用藥后168 h的LD50為2.924 μg/頭,毒力也較強。而對葉百部堿在用藥后48、72 h和168 h的LD50在9.463～14.382 μg/頭之間,毒力明顯弱于其他成分。

表1 11種植物源殺蟲活性成分對草地貪夜蛾2齡幼蟲的毒力測定結果

2.2 11種植物源殺蟲活性成分對草地貪夜蛾幼蟲毒力與起效時間的關系

11種植物源殺蟲活性成分對草地貪夜蛾幼蟲的毒力隨藥后時間延長而增大,且相對毒力大小也有一定的變化(表2)。用藥后48 h,毒力大小順序為丁香酚>印楝素>鬧羊花毒素Ⅲ>血根堿>補骨脂素>苦參堿>大蒜素>蛇床子素>辣椒堿>莨菪堿>對葉百部堿;用藥后168 h,毒力大小順序為丁香酚>印楝素>鬧羊花毒素Ⅲ>補骨脂素>血根堿>苦參堿>大蒜素>莨菪堿>辣椒堿>蛇床子素>對葉百部堿。對于草地貪夜蛾2齡幼蟲,丁香酚毒力最強。

3 結論與討論

防治草地貪夜蛾植物源農藥已有12種原藥的429款產品分別在30個國家獲得注冊登記,其中印楝素和除蟲菊素分別有171種和193種產品,其次是苦參堿、大蒜素、異硫氰酸烯丙酯、辣椒素和橙油等[39-40]。供試的11種植物源殺蟲活性成分中,生物堿類對草地貪夜蛾入侵種群低齡幼蟲的毒力普遍比萜烯類小,以酚類毒力最強,這是因為具有良好殺蟲活性的植物次生代謝物質的毒力大小與它們的化學結構和殺蟲機制密切相關[41]。這類物質都有胃毒和觸殺活性,但又各不相同。生物堿類有麻醉和抑制生長發育等活性;萜烯類多以拒食、忌避、抑制生長發育為主;而精油類不僅兼具生物堿的活性作用,還具有類似性外激素的引誘作用[42]。另有研究資料顯示,植物源殺蟲化合物的拒食活性強,輔以其他作用方式,則其毒力會顯著增強[43]。

植物源殺蟲劑的殺蟲機制主要是引起害蟲拒食、發育停滯和麻痹,而不是立即致死,因此,相對于化學農藥,其起效較慢,一般在用藥后第一天效果不顯著[44-45]。但起效慢并不代表最后的防控效果差。本研究發現,用藥后72 h,印楝素、鬧羊花素Ⅲ和補骨脂素對草地貪夜蛾幼蟲的毒殺效果沒有丁香酚高,但它們能顯著抑制幼蟲生長發育。當用藥量大于3.2 μg/頭時,幼蟲蛻皮生長受到較強抑制,使害蟲無法正常完成生活史,從而使種群發展與危害得到控制。草地貪夜蛾不同齡期的幼蟲對殺蟲劑的敏感程度不同,一般而言,蟲齡越小對藥物的敏感度越高。因此,防控草地貪夜蛾幼蟲應在低齡時施藥為好。

不同化學結構的殺蟲化合物對草地貪夜蛾的作用方式不同,這就要求使用最適合的生物測定方法[46]。本研究采用了國內外認為準確率、靈敏度和重復性均較高的點滴法,它對于以觸殺為主的蛇床子素[47]、補骨脂素[48]、大蒜素[49]、對葉百部堿[50]、莨菪堿[51]、血根堿[52]、丁香酚[53]和苦參堿[54]等化合物比較適合,但對于以拒食、忌避、抑制生長發育為主的鬧羊花毒素Ⅲ[55]和印楝素[56]等化合物,可能會有一定程度的影響。

植物源殺蟲劑起效較慢和有效成分見光易分解的問題,是影響其規模化生產應用的主要原因[57]。國內外的一些研究已表明,不同類型植物源殺蟲活性成分的復配,可產生多靶標協同作用而顯著增效[58-59]。本研究供試的11種植物源殺蟲活性成分對草地貪夜蛾低齡幼蟲均有不同程度的毒殺活性,為了提高各植物源殺蟲活性成分的協同作用效果,可進一步篩選復合作用配方提高對草地貪夜蛾的防控效率和延緩抗藥性產生。對植物源有效成分易分解、易氧化和易光解等問題,可通過劑型改進予以解決。