楊亞軍 王彩云,2 徐紅星 魯艷輝 呂仲賢,*
(1浙江省植物有害生物防控重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室省部共建國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地/浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 植物保護(hù)與微生物研究所,杭州 310021;2浙江師范大學(xué) 化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院,浙江 金華 321004;*通訊聯(lián)系人,E-mail:luzxmh@163.com)
稻縱卷葉螟(Cnaphalocrocis medinalisGuenée)是我國(guó)水稻上重要的兩遷害蟲(chóng)之一,廣泛分布于中國(guó)、日本、朝鮮、韓國(guó)、越南、泰國(guó)、菲律賓等國(guó)家,其主要以幼蟲(chóng)縱卷水稻葉片取食為害[1,2]。20世紀(jì)60年代以后,隨著耕作制度的改變、品種更新和密植高肥等措施的實(shí)行,稻縱卷葉螟的發(fā)生數(shù)量與危害程度逐年加重,20世紀(jì)70年代后在全國(guó)主要稻區(qū)大發(fā)生的頻率明顯增加[2]。2000年以來(lái),稻縱卷葉螟的發(fā)生日益嚴(yán)重,其中2003年和2007年在全國(guó)大暴發(fā)[3]。據(jù)農(nóng)業(yè)部統(tǒng)計(jì),2014年和2015年稻縱卷葉螟全國(guó)累計(jì)發(fā)生面積分別為1497.4萬(wàn)hm2·次和1554.51萬(wàn)hm2·次,給水稻生產(chǎn)造成巨大損失[4]。
目前,稻縱卷葉螟的防治主要以化學(xué)防治為主,其他防治為輔。然而,很長(zhǎng)一段時(shí)間,化學(xué)防治作為農(nóng)林害蟲(chóng)防治的重要手段,農(nóng)藥的過(guò)量、不合理使用常帶來(lái)環(huán)境污染、害蟲(chóng)抗藥性產(chǎn)生和生物多樣性下降等負(fù)面影響[5]。為了改善這一狀況,包括中國(guó)在內(nèi)的許多國(guó)家通過(guò)政策措施減少農(nóng)藥的使用[6]。另外,許多生物因素(如植物吸收和降解)和非生物因素(風(fēng)、陽(yáng)光、揮發(fā)、化學(xué)降解和滴落等)均會(huì)影響田間害蟲(chóng)接觸的農(nóng)藥劑量[7]。接觸低劑量農(nóng)藥會(huì)對(duì)昆蟲(chóng)的生長(zhǎng)發(fā)育、生物學(xué)行為、繁殖等方面產(chǎn)生影響[8,9]??紤]到農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展,農(nóng)藥對(duì)靶標(biāo)害蟲(chóng)和益蟲(chóng)的影響越來(lái)越受到關(guān)注[8,9]。二化螟經(jīng)氯蟲(chóng)苯甲酰胺亞致死劑量處理后,雌成蟲(chóng)體內(nèi)卵黃蛋白CsVg表達(dá)量下降[10]。吡蟲(chóng)啉亞致死劑量可以降低褐飛虱的生殖力[11]。Zhang等[12]發(fā)現(xiàn)溴氰菊酯亞致死劑量可以降低黑肩綠盲蝽的捕食率,但氯蟲(chóng)苯甲酰胺則沒(méi)有影響。然而,農(nóng)藥低劑量處理也會(huì)對(duì)害蟲(chóng)產(chǎn)生有利影響[9]。氟蟲(chóng)腈亞致死劑量處理的西花薊馬的生態(tài)適應(yīng)性增強(qiáng)[13]。擬除蟲(chóng)菊酯低劑量可以刺激玉米象(Sitophilus zeamais)的生殖[14]。本研究用氯蟲(chóng)苯甲酰胺和毒死蜱亞致死劑量處理稻縱卷葉螟2齡幼蟲(chóng)后,并分析了其生長(zhǎng)發(fā)育以及體內(nèi)解毒酶活性的變化,以期為科學(xué)使用殺蟲(chóng)劑防治稻縱卷葉螟提供理論依據(jù)。
稻縱卷葉螟幼蟲(chóng)于2016年采自杭州市蕭山常規(guī)水稻田,在人工氣候室內(nèi)(26±1℃,相對(duì)濕度75%,16 h光照/8 h黑暗)用60日齡的水稻(臺(tái)中在來(lái)1號(hào),TN1)飼養(yǎng)至成蟲(chóng)后,飼以10%蜂蜜水,置于交配籠內(nèi)交配產(chǎn)卵。卵孵化后移至離體的水稻葉片飼養(yǎng)至2齡初期,選擇大小一致幼蟲(chóng)備用。
毒死蜱(95%)購(gòu)自西格瑪奧德里奇(上海)貿(mào)易有限公司,氯蟲(chóng)苯甲酰胺(95%)購(gòu)自上海杜邦農(nóng)化有限公司。
采用離體稻葉浸漬法進(jìn)行生物測(cè)定。配置5~7個(gè)濃度梯度藥劑,將新鮮嫩稻葉剪成5~9 cm小段,放入各處理藥液中浸30 s,取出后晾干,以浸濕的脫脂棉包住葉兩端放入培養(yǎng)皿,在培養(yǎng)皿中接入稻縱卷葉螟2齡幼蟲(chóng),然后用保鮮膜封口。置人工氣候箱中飼養(yǎng)。每個(gè)培養(yǎng)皿接蟲(chóng)20頭,每個(gè)濃度3次重復(fù)。72 h后檢查幼蟲(chóng)存活狀況。計(jì)算出LC50,LC25和LC10。
根據(jù)生物測(cè)定結(jié)果,LC10和LC25作為低劑量濃度(72 h),蒸餾水作對(duì)照。將稻縱卷葉螟2齡初期幼蟲(chóng)接入已浸藥30 s且晾干的離體水稻葉片上,72 h后將存活的稻縱卷葉螟幼蟲(chóng)轉(zhuǎn)移到正常水稻葉片上繼續(xù)飼養(yǎng)至化蛹,蛹羽化后,飼以10%的蜂蜜水,讓其交配產(chǎn)卵。觀察記錄稻縱卷葉螟3~5齡幼蟲(chóng)發(fā)育歷期、蛹?xì)v期和成蟲(chóng)壽命。每300頭2齡初期幼蟲(chóng)為一個(gè)重復(fù),每個(gè)處理3個(gè)重復(fù)。
亞致死劑量處理后轉(zhuǎn)移到正常水稻葉片飼養(yǎng)至5齡中期幼蟲(chóng)用于中腸酶活性測(cè)定。取5頭幼蟲(chóng)中腸作為一個(gè)處理,每個(gè)處理3個(gè)重復(fù)。取供試幼蟲(chóng)5頭在冰上解剖,截取中腸置于400 μL、0.1 mol/L、pH 7.6的磷酸緩沖液[含1 mmol/L乙二胺四乙酸(EDTA),1 mmol/L二硫蘇糖醇(DTT),1 mmol/L苯基硫,1 mmol/L苯甲基磺酰氟(PMSF)中勻漿,勻漿液在4℃、10000g下離心30min,取上清液在4℃以下保存?zhèn)溆?。以牛血清蛋?BSA)為標(biāo)準(zhǔn)蛋白,采用考馬斯亮藍(lán)G-250法測(cè)定中腸酶液中蛋白質(zhì)含量[15]。
酯酶活性測(cè)定參照楊亦樺[16]的方法進(jìn)行,略有修改。取96孔酶標(biāo)板,每孔加入200 μL底物與顯色劑混合液(用0.2 mol/L、pH 6.0的磷酸緩沖液配制含10 mmol乙酸-1-萘酯和1 mmol固藍(lán)RR鹽,充分混合后過(guò)濾即可得到底物與顯色劑混合液)。然后用8通道移液器迅速加入5 μL酶液于每孔中,在酶標(biāo)儀450 nm下進(jìn)行測(cè)定,每隔30 s記錄一次光密度值,共記錄20次。酶促反應(yīng)階段溫度為27℃。實(shí)驗(yàn)條件的設(shè)定和數(shù)據(jù)記錄均在計(jì)算機(jī)上完成,取光密度值0~3.5之間的數(shù)據(jù)計(jì)算反應(yīng)速度,以反應(yīng)速率表示酯酶活性(OD·min-1mg-1)。
谷胱甘肽-S-轉(zhuǎn)移酶活性測(cè)定參照楊亦樺[16]的方法進(jìn)行測(cè)定,略有修改。在96孔酶標(biāo)板中依次加入20 μL稀釋酶液(酶液用0.1 mol/L、pH 7.6的磷酸緩沖液稀釋10倍)、100 μL 1.2 mmol/L的1-氯-2,4-二硝基苯(CDNB)和100 μL 6 mmol/L的谷胱甘肽(GSH)。在酶標(biāo)儀340 nm下進(jìn)行測(cè)定,間隔15 s記錄一次光密度值,共記錄60次。酶促反應(yīng)階段的溫度為30℃,取光密度值0~2.0范圍之間的數(shù)據(jù)計(jì)算反應(yīng)速率,以反應(yīng)速率表示酶活性(OD·min-1mg-1)。
多功能氧化酶活性測(cè)定參照楊亦樺[16]的方法進(jìn)行,略有修改。在96孔酶標(biāo)板中依次加入100 μL 2 mmol/L的對(duì)硝基苯甲醚(先溶于少量乙醇,再取少量溶于預(yù)熱的0.1 mol/L、pH 7.8的磷酸緩沖液)、10 μL 9.6 mmol/L還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)和100 μL酶液。在酶標(biāo)儀405 nm下進(jìn)行測(cè)定,每隔25 s記錄一次光密度值,共記錄40次。酶促反應(yīng)的溫度為30℃,數(shù)據(jù)記錄與處理由軟件進(jìn)行。取光密度值范圍0~1.5之間的數(shù)據(jù)計(jì)算反應(yīng)速率,以反應(yīng)速率表示酶活性(OD·min-1mg-1)。
生物測(cè)定數(shù)據(jù)用POLO Plus軟件進(jìn)行分析[17]。生長(zhǎng)發(fā)育和酶活力數(shù)據(jù)以平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)誤(Mean±SE)表示,并用SPSS 18.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行處理,進(jìn)行方差分析。
使用離體稻葉法測(cè)定了毒死蜱和氯蟲(chóng)苯甲酰胺對(duì)稻縱卷葉螟的毒力。結(jié)果顯示,毒死蜱對(duì)稻縱卷葉螟的LC10、LC25和LC50分別為 0.044、0.209和1.169 mg/L;氯蟲(chóng)苯甲酰胺對(duì)稻縱卷葉螟的LC10、LC25和LC50分別為0.017、0.033和0.068 mg/L。
毒死蜱LC10和LC25處理稻縱卷葉螟2齡幼蟲(chóng)后,幼蟲(chóng)歷期顯著長(zhǎng)于對(duì)照組,但LC10和LC25處理組間無(wú)顯著差異(圖1-A)。毒死蜱LC10和LC25處理組,蛹?xì)v期間無(wú)顯著差異,但均顯著低于對(duì)照組(圖1-B)。分別使用氯蟲(chóng)苯甲酰胺亞致死劑量LC10和LC25處理稻縱卷葉螟2齡幼蟲(chóng),處理后幼蟲(chóng)歷期與對(duì)照組無(wú)顯著差異(圖1-A),蛹?xì)v期與處理組也無(wú)顯著差異(圖1-B)。
圖1 兩種農(nóng)藥亞致死劑量對(duì)稻縱卷葉螟幼蟲(chóng)生長(zhǎng)歷期(A)和蛹?xì)v期(B)的影響(平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)誤)Fig.1.Sublethal effect of two insecticides on larval duration(A)and pupal duration(B)of Cnaphalocrocis medinalis(Mean±SE).
毒死蜱LC10和LC25處理稻縱卷葉螟2齡幼蟲(chóng)72 h后,稻縱卷葉螟雌雄成蟲(chóng)壽命均與對(duì)照組沒(méi)有顯著差異。氯蟲(chóng)苯甲酰胺LC10和LC25處理對(duì)雄成蟲(chóng)壽命無(wú)明顯影響,LC10處理后雌成蟲(chóng)的壽命顯著低于LC25處理和對(duì)照組,但LC25處理和對(duì)照組無(wú)差異(圖 2)。
亞致死劑量藥劑處理稻縱卷葉螟2齡初期幼蟲(chóng)72 h后,用正常水稻葉片飼養(yǎng)至5齡,其體內(nèi)3種重要的解毒酶發(fā)生很大的變化。毒死蜱LC10和LC25處理幼蟲(chóng)后,其體內(nèi)的酯酶活性顯著高于對(duì)照組;LC10和LC25處理后谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶活性也明顯高于對(duì)照組;毒死蜱2個(gè)劑量處理對(duì)稻縱卷葉螟幼蟲(chóng)體內(nèi)多功能氧化酶沒(méi)有明顯影響(圖3)。幼蟲(chóng)經(jīng)氯蟲(chóng)苯甲酰胺LC10和LC25處理后其體內(nèi)的酯酶活性顯著增加;2個(gè)低劑量處理組稻縱卷葉螟體內(nèi)谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶的活性之間無(wú)差異,但氯蟲(chóng)苯甲酰胺LC25處理組的谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶活性顯著高于對(duì)照組;氯蟲(chóng)苯甲酰胺亞致死劑量處理后多功能氧化酶的活性與對(duì)照組之間無(wú)差異(圖4)。
圖2兩種農(nóng)藥亞致死劑量對(duì)稻縱卷葉螟雌雄成蟲(chóng)壽命的影響(平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)誤)Fig.2.Sublethal effect of two insecticides on the longevity of Cnaphalocrocis medinalis female and male adults(Mean±SE).
圖3毒死蜱亞致死劑量對(duì)稻縱卷葉螟解毒酶活性影響(平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)誤)Fig.3.Sublethal effect of chlorpyrifos on detoxified enzyme activityofCnaphalocrocismedinalis(Mean±SE).
圖4氯蟲(chóng)苯甲酰胺亞致死劑量稻縱卷葉螟解毒酶活性影響(平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)誤)Fig.4.Sublethal effect of chlorantraniliprole on detoxified enzymeactivityofCnaphalocrocismedinalis(Mean±SE).
殺蟲(chóng)劑通常由于其對(duì)害蟲(chóng)的致死作用強(qiáng)而廣泛被關(guān)注,然而在實(shí)際使用過(guò)程中,由于一些生物或非生物因素害蟲(chóng)常接觸到亞致死劑量的殺蟲(chóng)劑[18]。亞致死劑量的殺蟲(chóng)劑可對(duì)昆蟲(chóng)個(gè)體的生長(zhǎng)發(fā)育、生態(tài)學(xué)行為和生殖等產(chǎn)生影響,從而引起昆蟲(chóng)種群動(dòng)態(tài)的變化[19]。本研究發(fā)現(xiàn),毒死蜱LC10和LC25處理后,稻縱卷葉螟幼蟲(chóng)發(fā)育歷期比對(duì)照組長(zhǎng),但蛹?xì)v期較對(duì)照縮短,雌雄成蟲(chóng)壽命與未處理組無(wú)顯著差異。這表明毒死蜱亞致死濃度對(duì)稻縱卷葉螟幼蟲(chóng)的生長(zhǎng)發(fā)育具有一定的抑制作用。毒死蜱亞致死劑量處理1齡和3齡大螟(Sesamia inferens)幼蟲(chóng)后,幼蟲(chóng)的發(fā)育歷期與對(duì)照相比顯著延長(zhǎng)[20]。亞致死濃度的毒死蜱處理禾谷縊管蚜(Rhopalosiphum padi)后,其種群幼蟲(chóng)發(fā)育速率放緩,成蚜壽命縮短[21]。然而,不同害蟲(chóng)對(duì)毒死蜱的反應(yīng)也有差異,毒死蜱亞致死劑量處理會(huì)對(duì)灰飛虱(Laodelphax striatellus)蜜露分泌量、蟲(chóng)體增重和單雌產(chǎn)卵量均表現(xiàn)不同程度的促進(jìn)作用,進(jìn)而可能會(huì)導(dǎo)致灰飛虱致害性加劇[22]。不同害蟲(chóng)對(duì)藥劑亞致死濃度的反應(yīng)與應(yīng)對(duì)策略可能具有差異。氯蟲(chóng)苯甲酰胺LC10處理后稻縱卷葉螟雌成蟲(chóng)壽命較對(duì)照組縮短;氯蟲(chóng)苯甲酰胺LC10和LC25處理后,稻縱卷葉螟幼蟲(chóng)歷期、蛹?xì)v期和雄成蟲(chóng)壽命均無(wú)顯著差異。梁立成[23]也得到相似的結(jié)果。氯蟲(chóng)苯甲酰胺LC10和LC25處理棉鈴蟲(chóng)(Helicoverpa armigera)幼蟲(chóng),能延長(zhǎng)幼蟲(chóng)歷期,縮短成蟲(chóng)壽命[24]。亞致死濃度氯蟲(chóng)苯甲酰胺對(duì)甜菜夜蛾(Spodoptera exigua)生長(zhǎng)發(fā)育與種群增長(zhǎng)有一定的抑制作用[25]。
解毒酶系是昆蟲(chóng)體內(nèi)防御外源物質(zhì)和體內(nèi)代謝的重要酶系[26]。低劑量藥劑不僅對(duì)害蟲(chóng)的生長(zhǎng)發(fā)育和繁殖等產(chǎn)生影響,還能誘導(dǎo)害蟲(chóng)體內(nèi)的解毒酶的改變,為害蟲(chóng)抗藥性提供長(zhǎng)期選擇壓力,就有利于抗藥性能力的積累和發(fā)展[18]。甘藍(lán)薄翅螟(Crocidolomia pavonana)體內(nèi)的羧酸酯酶(CarbE)、谷胱苷肽轉(zhuǎn)移酶(GSTs)和多功能氧化酶(MFO)的活力增強(qiáng)有利于其對(duì)毒死蜱抗藥性的形成和發(fā)展[27]。我們研究發(fā)現(xiàn),毒死蜱低濃度(LC10和LC25)處理稻縱卷葉螟幼蟲(chóng)后,體內(nèi)酯酶和谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶活性均較對(duì)照有所增強(qiáng),且LC10處理組高于LC25處理組,這表明稻縱卷葉螟通過(guò)提高體內(nèi)主要代謝酶來(lái)應(yīng)對(duì)低劑量藥劑的傷害。然而,酯酶和谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶活性增加后對(duì)稻縱卷葉螟抗藥性發(fā)展的影響仍需進(jìn)一步深入研究。邢靜等[28]認(rèn)為亞致死濃度氯蟲(chóng)苯甲酰胺處理的小菜蛾(Plutella xylostella)體內(nèi)的羧酸酯酶活性增加可能與其對(duì)氯蟲(chóng)苯甲酰胺的敏感度下降有關(guān)。歐善生等[24]發(fā)現(xiàn)氯蟲(chóng)苯甲酰胺亞致死濃度處理棉鈴蟲(chóng)后其體內(nèi)羧酸酯酶活性增強(qiáng)。本研究表明,低濃度氯蟲(chóng)苯甲酰胺處理稻縱卷葉螟幼蟲(chóng)后能誘導(dǎo)體內(nèi)酯酶和谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶的活性增強(qiáng)。季正文[29]用半致死劑量氯蟲(chóng)苯甲酰胺處理稻縱卷葉螟后發(fā)現(xiàn)谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶的活性上升。但也有害蟲(chóng)經(jīng)低劑量農(nóng)藥處理后體內(nèi)解毒酶活性受到抑制的例子,如低劑量的毒死蜱處理的舞毒蛾3齡幼蟲(chóng)體內(nèi)羧酸酯酶、谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶和乙酰膽堿酯酶(AChE)活性都受到一定程度的抑制[30];尹飛等[31]用亞致死濃度的氯蟲(chóng)苯甲酰胺處理小菜蛾能抑制其幼蟲(chóng)體內(nèi)的多功能氧化酶、谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶和乙酰膽堿酯酶活性。不同昆蟲(chóng)或種群對(duì)農(nóng)藥的應(yīng)對(duì)策略不同可能導(dǎo)致生理反應(yīng)的差異。另外,對(duì)于不同昆蟲(chóng)或種群來(lái)說(shuō)亞致死濃度值是有差別的,昆蟲(chóng)或種群接觸農(nóng)藥的實(shí)際劑量的差異以及藥劑處理代數(shù)也可能影響昆蟲(chóng)種群對(duì)農(nóng)藥的反應(yīng)策略。亞致死濃度氯蟲(chóng)苯甲酰胺處理小菜蛾第1代,其羧酸酯酶比活力上升,但細(xì)胞色素P450 O-脫乙基酶(ECOD)、谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶明顯下降,而連續(xù)處理5代后,小菜蛾羧酸酯酶和ECOD的比活力顯著提高,但GSTs的比活力則仍然下降[27]。
毒死蜱在水稻上可以兼治稻飛虱和稻縱卷葉螟,氯蟲(chóng)苯甲酰胺是目前防治稻縱卷葉螟的主要藥劑之一。自2016年12月31日起,毒死蜱完全禁止在蔬菜上使用。隨著對(duì)農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全和環(huán)境安全的重視,農(nóng)業(yè)部實(shí)施了農(nóng)藥減量使用政策。研究農(nóng)藥亞致死濃度對(duì)害蟲(chóng)的影響對(duì)于合理使用農(nóng)藥、減量使用農(nóng)藥具有重要作用。本研究表明,亞致死濃度處理稻縱卷葉螟,其部分生長(zhǎng)期發(fā)育放緩,但刺激體內(nèi)解毒酶的活性增強(qiáng),用以抵御農(nóng)藥的傷害。害蟲(chóng)處于殺蟲(chóng)劑低濃度(劑量)的選擇壓力下,有利于抗藥性的積累與發(fā)展。在實(shí)際生產(chǎn)中,應(yīng)注意亞致死濃度的殺蟲(chóng)劑可能帶來(lái)的害蟲(chóng)抗藥性增強(qiáng)的風(fēng)險(xiǎn)。在稻縱卷葉螟的防治中,應(yīng)綜合種群數(shù)量、種群密度、抗藥性水平、農(nóng)藥亞致死效應(yīng)等多種因素,合理選擇農(nóng)藥種類(lèi)和劑量。本研究?jī)H對(duì)這兩種藥劑亞致死劑量對(duì)單代稻縱卷葉螟的影響進(jìn)行了分析,今后還應(yīng)進(jìn)一步研究藥劑亞致死濃度對(duì)稻縱卷葉螟的連續(xù)影響,以全面闡明其亞致死效應(yīng)。
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