生物技術(shù)在草地貪夜蛾等蟲害防治中的研究與應(yīng)用進(jìn)展

嚴(yán)馨 趙建

摘? ? 要：草地貪夜蛾、蝗蟲等害蟲的入侵，對(duì)國家農(nóng)林牧業(yè)造成了巨大損失。為長期高效地解決害蟲入侵問題，生物技術(shù)防治方法正在被廣泛使用。相比于藥效短、環(huán)境污染大、易產(chǎn)生耐藥性的化學(xué)試劑殺蟲，生物防治運(yùn)用投放害蟲天敵、噴灑微生物制劑、栽種抗蟲轉(zhuǎn)基因作物等方法，可以高效環(huán)保地解決害蟲入侵問題。對(duì)近幾年生物技術(shù)在草地貪夜蛾與蝗蟲、草地螟、棉鈴蟲等蟲害防治中的研究與應(yīng)用進(jìn)展進(jìn)行了闡述，為進(jìn)一步優(yōu)化生物防治辦法、開展實(shí)地生物防治應(yīng)用提供參考。

關(guān)鍵詞：生物技術(shù);草地貪夜蛾;蟲害;防治

文章編號(hào)： 1005-2690（2021）12-0005-03? ? ? ?中國圖書分類號(hào)： S476? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

近年來，中國發(fā)生多起重大糧食安全事件。2019年初草地貪夜蛾入侵我國云南，2020年我國草地貪夜蛾蟲害面積超過133.3萬hm2，同比增加17.6%。2021年全國預(yù)計(jì)受災(zāi)面積266.7萬hm2。2020年波及肯尼亞、埃塞俄比亞、索馬里3國境內(nèi)沙漠蝗蟲約3 600億只，我國西南為入侵高風(fēng)險(xiǎn)地區(qū)，2021年全國預(yù)計(jì)受災(zāi)面積226.7萬hm2。2020年內(nèi)蒙古、河北等地發(fā)現(xiàn)草地螟越冬活繭，越冬面積超過1.3萬hm2，為近3年我國境內(nèi)首次查出越冬活繭，國內(nèi)草地螟數(shù)量或進(jìn)入上升期，2021年預(yù)計(jì)受災(zāi)面積200萬hm2。2020年河北省內(nèi)棉鈴蟲越冬蛹密度增加，平均1 460.7頭/hm2，密度最高的邯鄲市永年區(qū)達(dá)到5 002.5頭/hm2，2021年預(yù)計(jì)受災(zāi)面積700萬hm2[1-2]。

害蟲入侵與其數(shù)量的增長都極大地威脅著國家糧食產(chǎn)量與質(zhì)量的穩(wěn)定性。2021年政府工作報(bào)告中指出，要著力抓好農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，大力防治重大病蟲害，穩(wěn)定糧食播種面積和產(chǎn)量[3]。

常規(guī)運(yùn)用化學(xué)試劑殺滅害蟲的方法，可以快速面對(duì)突發(fā)的蟲災(zāi)暴發(fā)，但是持續(xù)使用易造成害蟲耐藥性增強(qiáng)、化學(xué)試劑污染環(huán)境等問題。生物防治方法可以彌補(bǔ)化學(xué)試劑防效短的問題，并且不易造成環(huán)境污染，且經(jīng)濟(jì)成本低，可最大限度地避免害蟲產(chǎn)生耐藥性，持續(xù)發(fā)揮防治效果。

1? ?草地貪夜蛾

草地貪夜蛾（Spodoptera frugiperda）屬于夜蛾科灰翅夜蛾屬，原產(chǎn)于美洲亞熱帶與熱帶地區(qū)。2019年初，該害蟲入侵我國云南地區(qū)。2021年預(yù)計(jì)西南、華南地區(qū)受蟲害嚴(yán)重，全國見蟲面積將達(dá)266.7萬hm2[4]。

草地貪夜蛾主要侵害玉米、棉花、大豆等重要經(jīng)濟(jì)作物，2017年草地貪夜蛾入侵非洲造成其12個(gè)國家玉米減產(chǎn)830萬～2 060萬t，經(jīng)濟(jì)損失達(dá)24.8億～61.9億美元[5]。該害蟲適應(yīng)性極強(qiáng)，成蟲可耐42 ℃高溫。隨著溫度的升高，草地貪夜蛾生長周期變短，年發(fā)生世代數(shù)目增加，更不利于控制[6]。由于其具有極強(qiáng)的繁殖能力、大范圍的遷飛能力和對(duì)多種殺蟲劑的耐藥性，使得對(duì)草地貪夜蛾的防控存在較大挑戰(zhàn)。

1.1? ?引入天敵防治

目前常用的生物防治方法包括噴灑微生物制劑、引入草地貪夜蛾天敵等。草地貪夜蛾天敵包括寄生性天敵與捕食性天敵兩類。我國存在的寄生性天敵包括夜蛾黑卵蜂、短管赤眼蜂、螟黃赤眼蜂等;捕食性天敵包括東亞小花蝽、蠋蝽、七星瓢蟲、異色瓢蟲等[7]。

1.2? ?微生物制劑防治

在農(nóng)業(yè)農(nóng)村部發(fā)布的《2021年草地貪夜蛾防控技術(shù)方案》中指出，可以使用蘇云金桿菌、甘藍(lán)夜蛾核型多角體病毒、金龜子綠僵菌、球孢白僵菌等試劑殺滅草地貪夜蛾。防控方案中并未明確藥劑的用法用量，且為避免害蟲對(duì)單一種類生物制劑產(chǎn)生耐藥性，探究不同微生物制劑的組合是目前研究的熱點(diǎn)。

耿協(xié)洲等人對(duì)金龜子綠僵菌聯(lián)用氯蟲苯甲酰胺防治草地貪夜蛾的效果進(jìn)行了試驗(yàn)，結(jié)果顯示，用藥7 d與14 d后，每667 m2施用綠僵菌30 mL+氯蟲苯甲酰胺4 g或綠僵菌15 mL+氯蟲苯甲酰胺5.5 g的防治效果與單獨(dú)施用氯蟲苯甲酰胺6.0 g的防治效果無顯著差異，且可以減少化學(xué)藥劑的使用量，縮減用藥成本。若單獨(dú)施用金龜子綠僵菌，易出現(xiàn)殺蟲率低、藥效持續(xù)時(shí)間短的問題[8]。

蘇云金芽孢桿菌（Bacillus thuringiensis，Bt）由于能夠在菌體末端形成晶體蛋白，對(duì)鱗翅目、鞘翅目害蟲都有較高的殺蟲活性。王建等人篩選了其所在實(shí)驗(yàn)室保存的對(duì)斜紋夜蛾、小地老虎有殺滅效果的172株Bt菌株，最終得到27株對(duì)草地貪夜蛾幼蟲殺蟲效果較好的菌株，并測(cè)定了27株中殺蟲活性最高的菌株B14-D2的半數(shù)致死濃度（Lethal Concentration 50，LC50）為0.155 μg/g[9]。

類承鳳等人比較了從湖北玉米螟幼蟲上新分離得到的亞洲玉米螟核型多角體病毒（Ostrinia furnacalis nucleopolyhedrovirus，OsfuNPV）和甘藍(lán)夜蛾型多角體病毒（Mamestra brassicae nucleopolyhedrovirus，MabrNPV）對(duì)草地貪夜蛾3齡幼蟲的毒力強(qiáng)弱，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，商業(yè)化的MabrNPV對(duì)草地貪夜蛾的毒力效果是新分離OsfuNPV的3.86倍[10]。雖然OsfuNPV毒性效果稍弱，但是若通過序列比對(duì)進(jìn)一步分析關(guān)鍵殺蟲基因，或合理施用不同濃度病毒藥劑，可為開發(fā)更高效的病毒殺蟲劑提供新思路。

蘇湘寧等評(píng)價(jià)了螟黃赤眼蜂、蘇云金桿菌、金龜子綠僵菌等不同草地貪夜蛾天敵與殺蟲微生物聯(lián)用的殺蟲效應(yīng)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，短期內(nèi)螟黃赤眼蜂+甘藍(lán)夜蛾核型多角體病毒及螟黃赤眼蜂+蠋蝽+甘藍(lán)夜蛾核型多角體病毒的防治效果最好，用這兩種方式處理14 d后，殺蟲效率分別為81.31%、83.35%，均高于氯蟲苯甲酰胺。由此表明，生物藥劑相比于化學(xué)藥劑穩(wěn)定性更強(qiáng)、持續(xù)性更久[11]，進(jìn)一步為生物方法防治草地貪夜蛾提供了理論支撐。

1.3? ?轉(zhuǎn)基因作物防治

選用防草地貪夜蛾的轉(zhuǎn)基因作物也是生物技術(shù)參與防治的方向。張丹丹等人對(duì)國產(chǎn)的兩種轉(zhuǎn)基因玉米Bt-Cry1Ab和Bt-（Cry1Ab+Vip3Aa）對(duì)草地貪夜蛾抗蟲效果進(jìn)行了測(cè)定，結(jié)果表明，兩種玉米對(duì)草地貪夜蛾幼蟲的殺滅效果和體重抑制率均較好，其中對(duì)1、2齡幼蟲的防控效果優(yōu)于3、4齡幼蟲[12]。但是長期播種轉(zhuǎn)基因玉米等作物，可能會(huì)使草地貪夜蛾產(chǎn)生較強(qiáng)的抗性，且目前轉(zhuǎn)基因作物在國內(nèi)并未普及，其潛在的風(fēng)險(xiǎn)也需進(jìn)一步評(píng)估。

2? ?其他主要蟲害

2.1? ?蝗蟲

蝗蟲，俗稱“螞蚱”，屬于直翅目蝗科，多分布在熱帶、溫帶地區(qū)的草原和沙漠?；认x災(zāi)害在世界范圍內(nèi)頻繁發(fā)生，由于其繁殖能力強(qiáng)、適應(yīng)性強(qiáng)、遷飛能力強(qiáng)等特點(diǎn)，難以被根除。聯(lián)合國糧農(nóng)組織數(shù)據(jù)顯示，全球4 680萬km2土地，100多個(gè)國家和地區(qū)約12.5%的人口常年受到蝗蟲災(zāi)害的侵襲。2020年過去一年半內(nèi)蝗蟲數(shù)量增長了6 400萬倍，波及肯尼亞、埃塞俄比亞、索馬里三國境內(nèi)沙漠蝗蟲約3 600億只，造成巨大經(jīng)濟(jì)損失[13]。

2.1.1? ?引入天敵防治

蝗蟲的天敵主要包括昆蟲、鳥類、蜘蛛等。昆蟲天敵包括擬步甲科、皮金龜科、步甲科等使用蝗蟲卵的捕食性昆蟲和寄蠅科、麻蠅科、緣腹細(xì)蜂科等寄生在蝗蟲卵中的寄生性昆蟲。通過人工筑巢或投放人工飼養(yǎng)的雞、鴨等鳥類，可以有效地防治多種蝗蟲，滅蟲種類多樣。蜘蛛綱中如狼蛛和跳蛛等都可捕食蝗蟲，大多數(shù)捕食蝗蟲的蜘蛛也具有防治多種蝗蟲的功效[14]。

2.1.2? ?微生物制劑防治

姚建民、楊春森分別探究了0.4 億孢子/mL蝗蟲微孢子懸浮劑、2.5%綠僵菌復(fù)合油劑、400億孢子/g球孢白僵菌可濕性粉劑對(duì)四川、青海區(qū)域內(nèi)輪紋痂蝗、青海痂蝗等草原蝗蟲的防治效果，得到相似的結(jié)論。在施用藥物10 d后，綠僵菌與球孢白僵菌對(duì)蝗蟲的防治效果達(dá)到85%左右，見效迅速，而蝗蟲微孢子能在施藥30 d后，持續(xù)保持蝗蟲對(duì)藥劑的感染率上升，防治效果高于70%，具有持久的防護(hù)力[15-16]。徐超民等人選取了具有代表性的3種不同生態(tài)環(huán)境的樣地，并預(yù)先對(duì)該生態(tài)環(huán)境內(nèi)的蝗蟲優(yōu)勢(shì)種進(jìn)行了調(diào)查，樣地種類包括典型草原、荒漠及半荒漠化草原、草甸草原。通過對(duì)樣地噴灑2.5×109個(gè)孢子/g的金龜子綠僵菌，測(cè)定了綠僵菌對(duì)不同生態(tài)中蝗蟲的防治效果。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，綠僵菌對(duì)早期蝗蟲的發(fā)生均有較好的效果，噴灑藥物28 d后，蝗蟲優(yōu)勢(shì)種的蟲口數(shù)量減少超過80%，防治效率超過65%。不過此方法對(duì)蟲卵殺滅效果不佳，可能導(dǎo)致該地區(qū)第二年暴發(fā)大面積蝗災(zāi)[17]。

白重慶等人分別測(cè)定了225 mL/hm2、300 mL/hm2、375 mL/hm2的2%阿維菌素對(duì)蝗蟲的防治效果，結(jié)果顯示，各濃度防治效果均高于90%，最佳防治時(shí)期為草原蝗蟲3、4齡時(shí)期。根據(jù)蟲口密度可選擇不同濃度的阿維菌素，該菌素對(duì)牧草無毒害現(xiàn)象[18]。方毅才等人研究了蘇云金桿菌懸浮劑、阿維菌素乳油、甲氨基阿維菌素苯甲酸鹽、蘇云菌可濕性粉劑、苦參堿水劑、苦參堿·煙堿乳油6種不同濃度商品試劑對(duì)蝗蟲的防治效果。結(jié)果顯示，噴灑15 d后，0.3%印楝素乳油和1.2%煙堿·苦參堿乳油防蟲效果最好，1.8%阿維菌素乳油次之[19]。陳力等測(cè)定了0.5%蛇床子素水乳劑在以小墊尖翅蝗為優(yōu)勢(shì)種的帕米爾高原地區(qū)的蝗蟲防治率。結(jié)果顯示，當(dāng)?shù)貐^(qū)內(nèi)蝗蟲達(dá)到3齡期，噴灑300 mL/hm2該制劑，7 d后，該制劑可以使蝗蟲防治效率達(dá)到90%。

2.2? ?草地螟

草地螟（Loxostege sticticalis L.）屬鱗翅目螟蛾科，是一種雜食性害蟲，對(duì)甜菜、大豆、禾谷類作物均有為害。由于其極強(qiáng)的突發(fā)性、遷飛性與暴食性，對(duì)我國北方地區(qū)農(nóng)牧業(yè)造成大量經(jīng)濟(jì)損失，2020年越冬面積超過1.3萬hm2。

劉愛萍等人發(fā)明了生物技術(shù)方法防控草地螟系列措施，具體包括投放天敵防控、性引誘劑防控和白僵菌防控。他們對(duì)草地螟天敵進(jìn)行了人工擴(kuò)繁、復(fù)壯，并通過人工飼養(yǎng)草地螟，分離并合成了草地螟性信息素，發(fā)明了兩種性引誘劑，還開發(fā)了草地螟白僵菌微生物制劑[20]。

羅禮智等人進(jìn)一步就草地螟寄生性天敵及其寄生狀態(tài)進(jìn)行較全面的研究發(fā)現(xiàn)，我國境內(nèi)草地螟天敵寄生蜂主要分布在赤眼蜂科、巨胸小蜂科、繭蜂科和姬蜂科，種類共計(jì)26屬36種。已發(fā)現(xiàn)的寄生蜂多分布于河北、山西、遼寧等地，少量寄生于草地螟卵，大部分寄生于幼蟲[21]。

2.3? ?棉鈴蟲

棉鈴蟲（Helicoverpa armigera Hubner）屬鱗翅目夜蛾科，對(duì)棉花、花生、玉米、小麥等重要作物均有為害，2021年全國預(yù)計(jì)受蟲害面積700萬hm2。史磊等人對(duì)河北館陶棉田內(nèi)棉鈴蟲的天敵進(jìn)行調(diào)查后發(fā)現(xiàn)，七星瓢蟲、龜紋瓢蟲等瓢蟲類天敵，灰背狼蛛、跳蛛等蜘蛛類天敵，還包括中華草蛉、大草蛉等在6—10月都對(duì)棉鈴蟲有較好的抑制效果[22]。郭梅燕等人測(cè)定了分別來源于植物、微生物與病毒的8種生物制劑防治棉鈴蟲的效果，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，兩年內(nèi)連續(xù)施藥兩次后，各種藥劑的防治效果均在80%以上，短穩(wěn)桿菌懸浮劑1.0×1011孢子/mL、蘇云金桿菌可濕性粉劑32 000 IU/mg、0.5%苦參堿水劑連續(xù)施藥兩次后，防蟲效果在99%以上。

3? ?討論與展望

生物防治方法發(fā)展至今，已逐步完善。引入害蟲天敵是較為簡便的措施，但是對(duì)引入的物種需要進(jìn)行妥善考察，防止引入物種破壞原有生態(tài)平衡，進(jìn)一步引發(fā)物種入侵。轉(zhuǎn)基因作物的栽種由于受到國家嚴(yán)格管控，目前大規(guī)模運(yùn)用于生產(chǎn)還難以做到?，F(xiàn)階段常用的方法是噴灑微生物制劑，包括寄生性細(xì)菌、真菌和病毒等。當(dāng)下研究多集中于開發(fā)新的可用于生物防治的微生物種類，進(jìn)一步優(yōu)化現(xiàn)有藥劑的配比與聯(lián)合用藥方案，進(jìn)一步地對(duì)殺蟲機(jī)制進(jìn)行探索，以提高殺蟲效率、增加作物產(chǎn)量。通過系統(tǒng)性地進(jìn)行生物防治，還可研發(fā)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)作物進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控與按需給藥。

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