昆虫毒理和抗药性Insect toxicology & drug resistance
本研究制备了不同粒径的聚脲高效氯氟氰菊酯微囊,均有一定程度的塌陷,小粒径微囊塌陷更明显。它们的平均粒径分别为1.38 μm ( MC-S )、5.13μm ( MC-M )和10.05 μm ( MC-L ),囊壳厚度分别为39.6、50.3和150.1 nm。小粒径微囊具有更快的释放性能;与MC-M和MC-L相比,MC-S组对小地老虎的生物活性更高,对花生叶片的亲和力更好(由耐雨水冲刷可知);微囊均表现出随光照增强释放加快的趋势;与EC组相比,微囊降解都较慢,其中MC-L降解最慢。为了获得既具有速效性又具有持效期的微囊,将MC-S、MC-M和MC-L按2:1、1:1和1:2的比例两两混合。花生叶面喷雾场景下,9个供试微囊组合中MC-S:MC-L以1:2混合药效最好,持效期比乳油延长3倍。因此,不同粒径微囊精准组合可以调控农药的防治效果,为更好地利用农药提供策略。
In the U.S., Helicoverpa zea (Boddie) is a major pest targeted by both transgenic maize and cotton expressing Bacillus thuringiensis (Bt) proteins. Resistance of insect to Bt maize and cotton containing cry1A and cry2A genes has widely occurred in the U.S. In this study, two trials were performed to investigate larval survival and development of a Cry1A.105/Cry2Ab2 dual-protein resistant (VT2P-RR), a susceptible, and an F1 heterozygous (VT2P-RS) populations of H. zea on ears of nine Bt and three non-Bt maize hybrids. The Bt maize hybrids evaluated represent five common pyramided traits expressing two or three of the Cry1A.105, Cry1Ab, Cry1F, Cry2Ab2, and Vip3Aa20 proteins. In the laboratory, neonates of the three H. zea populations were inoculated on silks of ears collected from maize at R1-R2 plant stages; and larval survivorship was checked 10 d after neonate release. All three insect populations survived normally on non-Bt maize ears. Varied numbers of VT2P-RR and VT2P-RS survived on ears of Cry1A.105/Cry2Ab2 maize, while all larvae of the three populations died or could not develop on ears of Vip3Aa20-expressing maize. The results demonstrated that the dual-protein resistant H. zea was not cross-resistant to Vip3Aa20-expressing maize, and thus traits with vip3Aa20 gene should be effective to manage Cry1A.105/Cry2Ab2-resistant H. zea. The resistance in VT2P-RR was determined to be incomplete on Cry1A.105/Cry2Ab2 maize. The effective dominance levels varied greatly, from recessive to incompletely dominant, depending on maize hybrids and trials, suggesting that proper selection of maize hybrids could be important for mitigating the Cry1A.105/Cry2Ab2 resistance. The data generated should aid in modeling multiple-protein Bt resistance in H. zea.
二斑叶螨Tetranychus urticae Koch对阿维菌素的高水平抗性在中国及其他国家的田间种群中普遍存在。为阐明中国二斑叶螨田间种群对阿维菌素抗性的遗传模式、交互抗性和适合度代价,本研究将采集到的田间抗性种群经过多代与室内敏感品系IPP-SS的回交、孤雌生殖和阿维菌素筛选等过程,最终将田间二斑叶螨对阿维菌素高抗性的特征导入到敏感品系IPP-SS中,构建了一个抗阿维菌素的近等基因系NIL-Aba。与IPP-SS品系相比,NIL-Aba品系对阿维菌素的抗性为25,147倍,对联苯菊酯呈现高水平的交互抗性(288.17倍),对甲维盐为中等水平的交互抗性(42.57倍),对联苯肼酯、虫螨腈、丁氟螨酯、腈吡螨酯和乙唑螨腈为3.18-9.31倍的低交互抗性,对丙溴磷无交互抗性。NIL-Aba品系对阿维菌素抗性的遗传模式为常染色体、不完全显性遗传,且受多基因控制。基于两性生命表参数分析,NIL-Aba品系不存在适合度代价。建立二斑叶螨NIL-Aba品系可为后续对阿维菌素抗性的深入研究提供可靠基础,毒理学参数及适合度代价相关数据将有助于二斑叶螨田间种群的阿维菌素抗性治理。
红火蚁Solenopsis invicta是一种严重威胁入侵地生物多样性、农林业生产和公共安全的危险性害虫。目前,红火蚁的防治药剂主要分为毒饵和触杀性粉剂两种类型。毒饵对红火蚁的防控效果虽然较彻底,但是见效慢,一般2周左右才能达到理想的防效。触杀性粉剂见效快,施药后3-5天即可达到理想效果,适合应用于红火蚁的紧急扑灭。为筛选出更多可用作触杀性粉剂的有效成分,本文开展了联苯菊酯和四氟甲醚菊酯对红火蚁的毒力、水平传递毒性及其触杀性粉剂的田间防效研究。研究显示,联苯菊酯和四氟甲醚菊酯对红火蚁工蚁的致死中量LD50分别为3.40 ng/头和1.57 ng/头。20 μg mL-1联苯菊酯对红火蚁工蚁的击倒中时KT50和95%击倒时间KT95分别为7.179 min和16.611 min。20 μg mL-1四氟甲醚菊酯对红火蚁工蚁的击倒中时KT50和95%击倒时间KT95分别为1.538 min和2.825 min。联苯菊酯触杀性粉剂和四氟甲醚菊酯触杀性粉剂在蚁群间具有良好的水平传递毒性。0.25、0.50 和1.00% 联苯菊酯触杀性粉剂处理48小时后,第一次继发传递毒性的受药蚁的死亡率(二级死亡率)和第二次继发传递毒性的受药蚁的死亡率(三级死亡率)均超过了80%。0.25、0.50 和1.00% 四氟甲醚菊酯触杀性粉剂处理48小时后,第一次继发传递毒性的受药蚁的死亡率超过了99%,但是第二次继发传递毒性的受药蚁的死亡率则低于20%。野外结果显示,1.00%联苯菊酯触杀性粉剂和1.00%四氟甲醚菊酯触杀性粉剂处理14天后,对红火蚁蚁群的综合防效分别为95.87%和85.70%,防治效果较好。
鉴定苏云金芽胞杆菌(Bacillus thuringiensis, Bt)杀虫蛋白的中肠功能性受体对于解析昆虫Bt抗性的分子机制至关重要。前期研究发现,PxABCB1基因的表达下调与小菜蛾(Plutella xylostella)对Bt Cry1Ac杀虫蛋白产生抗性密切相关。为了进一步验证PxABCB1是否为小菜蛾Bt Cry1Ac的潜在受体及其在Bt Cry1Ac毒性中的作用,我们利用CRISPR/Cas9技术构建了一个纯合突变种群(ABCB1KO),该种群小菜蛾个体中PxABCB1基因的第3外显子区域有5个碱基的缺失。ABCB1KO种群小菜蛾个体对Bt Cry1Ac杀虫蛋白的抗性是敏感种群(DBM1Ac-S)的63倍。更有趣的是,ABCB1KO种群小菜蛾个体对阿维菌素和甲维盐的敏感性也显著增加,但未发现其对Bt Cry蛋白或另外多种杀虫剂的敏感性变化。而且,ABCB1KO种群不存在明显的适应度代价。综上所述,我们的研究表明,PxABCB1既可以保护昆虫免受阿维菌素类杀虫剂的伤害,又能促进Bt Cry1Ac杀虫蛋白对昆虫的毒害作用。这项研究有助于提供针对小菜蛾这种破坏性害虫的综合害虫管理方法。
白背飞虱是水稻上的一种刺吸式口器类害虫,现已对常用的许多化学农药产生了中等到高强度的抗药性,严重发生时可导致水稻大面积减产。我们在室内和田间条件下研究了爪哇棒束孢菌单独、或与化学农药呋虫胺混合对白背飞虱的影响,研究结果表明:爪哇棒束孢菌可高效地侵染、杀死不同虫态的白背飞虱,可降低成虫的成活率、产卵量、影响卵巢的发育。室内生物测定结果表明爪哇棒束孢菌与低剂量的呋虫胺(4-16ppm)的混合物对白背飞虱的死亡率高于单独使用爪哇棒束孢菌或呋虫胺对白背飞虱的死亡率,并可显著地影响害虫的过氧化物歧化酶、过氧化氢酶、过氧化物酶、酚氧化酶等酶的活性。在田间爪哇棒束孢菌可有效地降低白背飞虱的种群数量(田间虫量只有对照区的22-64%),低剂量的爪哇棒束孢菌(1×104 孢子 mL-1)和呋虫胺(4.8-19.2%的田间推荐用量)在田间对白背飞虱的防治效果超过90%、表现为协同增效作用,在使用后的第3-14天内可将田间白背飞虱的种群数量持续控制在50头/100丛以下。我们的研究结果表明:昆虫病原真菌爪哇棒束孢菌可作为水稻害虫综合防治(IPM)的重要组成部分,用于控制水稻害虫。
二斑叶螨是全球多种农业生态系统中普遍发生且影响极为严重的有害生物之一,目前的主要防控手段是化学杀螨剂及捕食螨天敌,然而两者兼容性较低。为有效防治该虫害,迫切需要开发新型生物农药以支持二斑叶螨的有害生物综合治理。本研究中,我们探明了高纯度抗菌代谢产物xenocoumacin 1(Xcn1)对二斑叶螨及加州新小绥螨的致死效应,明确了该化合物对叶螨的防控作用及天敌友好程度。首先,我们利用简易启动子激活化合物识别方法(easyPACId)构建了嗜线虫致病杆菌CB6的突变体,在其无细胞上清液中提取并纯化获得Xcn1代谢产物。当喷施浓度超过100μg mL-1 的Xcn1溶液6天后,二斑叶螨成螨存活率降至不足40%,且繁殖率也降低了80%。此外,我们发现Xcn1在浓度为25μg mL-1和50μg mL-1时可通过抑制蜕皮中止二斑叶螨发育,但这两个浓度对其捕食螨天敌加州新小绥螨的生存和繁殖没有任何不利影响。结合实验室和半田间实验结果,我们发现抗菌代谢产物Xcn1在分子水平和种群水平上均具有控制害螨的可行性。因此,本研究提供了结合Xcn1和捕食螨两类可兼容生物控制剂进行害螨综合防治的参考模式,为叶螨绿色防控技术提供了理论基础。
棉蚜抗药性日益严重,使其变得越来越难以防治。室内,在两个不同基础抗性的棉蚜种群中分别建立了抗氟啶虫胺腈品系和抗啶虫脒品系,并评估了基础抗性对棉蚜抗药性发展、交互抗性和适合度的的影响。在相同的选择压力下,基础抗性低的莎车棉蚜对氟啶虫胺腈和啶虫脒抗性发展快于基础抗性高的精河棉蚜,并且莎车和精河棉蚜对氟啶虫胺腈的抗性发展快于啶虫脒。从莎车和精河中,筛选的抗氟啶虫胺腈品系均对啶虫脒、吡虫啉、噻虫嗪和吡蚜酮产生了明显的交互抗性,筛选的抗啶虫脒品系均对氟啶虫胺腈、吡虫啉、噻虫嗪、吡蚜酮和毒死蜱产生了明显的交互抗性。随着棉蚜对氟啶虫胺腈和啶虫脒抗性发展,棉蚜的相对适合度下降,其中抗氟啶虫胺腈品系(Yarkant-SulR and Jinghe-SulR)相对适合度低于抗啶虫脒品系(Yarkant-AceR和Jinghe-AceR)。此外,精河的抗氟啶虫胺腈品系和抗啶虫脒品系的相对适合度低于莎车两个抗性品系。棉蚜基础抗性和杀虫剂类型影响棉蚜对杀虫剂的抗性发展和对其他杀虫剂的交互抗性。棉蚜抗氟啶虫胺腈品系和抗啶虫脒品系存在明显的适合度成本。本研究结果将有助于棉蚜抗药性管理及其综合防控。