呂亮,陳嬌 ,郭志敏,呂為,陶佩文 , 呂惠紅 ,潘哲群,常向前,萬鵬,張舒
1.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部華中作物有害生物綜合治理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植保土肥研究所,武漢 430064;2.武漢武大綠洲生物技術(shù)有限公司,武漢 430072;3.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)植物科學(xué)技術(shù)學(xué)院,武漢 430070
草地貪夜蛾(Spodopterafrugiperda)是2019年首次由緬甸遷入我國的雜食性遷飛害蟲,并迅速擴(kuò)散至我國26個(gè)省市區(qū)的1 518個(gè)縣,已嚴(yán)重威脅我國的糧食安全[1]。迄今在草地貪夜蛾的防治策略中,控制草地貪夜蛾的暴發(fā)為害仍依靠于化學(xué)農(nóng)藥的大量使用。而化學(xué)農(nóng)藥的過度施用,極易造成害蟲抗藥性、再猖獗以及環(huán)境殘留和污染等一系列嚴(yán)重的問題,嚴(yán)重制約了現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。因此,采用生物防治方法或生物農(nóng)藥替代化學(xué)農(nóng)藥來控制草地貪夜蛾越來越重要,并日益受到重視[2-3]。
苜蓿銀紋夜蛾核型多角體病毒(Autographacalifornicamultiple nucleopolyhedrovirus,AcMNPV)是從苜蓿銀紋夜蛾幼蟲中分離出的1株多粒包埋的核型多角體病毒[4],它能交叉感染甜菜夜蛾、小菜蛾、銀紋夜蛾、斜紋夜蛾等30多種鱗翅目害蟲[5],以Bt等多種殺蟲劑和非靶標(biāo)害蟲病毒作為增效劑的混配劑型對許多夜蛾科害蟲具有明顯的增效作用,并進(jìn)一步拓寬了殺蟲譜,提高了殺蟲效果[6-7]。苜核·蘇云菌懸浮劑是武漢武大綠洲生物技術(shù)有限公司研發(fā)的昆蟲病毒新型生物農(nóng)藥,由苜蓿銀紋夜蛾核型多角體病毒加入Bt高效病毒增效劑復(fù)配而成,具有良好的殺蟲活性,已在蔬菜、果樹、水稻等大面積應(yīng)用[8]。
本研究通過室內(nèi)活性測定、田間試驗(yàn)等方法檢測和評(píng)價(jià)苜蓿銀紋夜蛾核型多角體病毒對草地貪夜蛾的殺蟲活性和生防效果,以期為苜蓿銀紋夜蛾核型多角體病毒在玉米草地貪夜蛾的生物防治中得到廣泛應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支撐,最終為苜核·蘇云菌懸浮劑在防治草地貪夜蛾上的登記應(yīng)用提供理論依據(jù)。
供試病毒為苜蓿銀紋夜蛾核型多角體病毒(AcMNPV)。2019年5月20日于湖北省仙桃市玉米田采集草地貪夜蛾,在武漢武大綠洲生物技術(shù)有限公司于室內(nèi)進(jìn)行病毒感染篩選試驗(yàn)(其中苜蓿銀紋夜蛾核型多角體病毒對草地貪夜蛾幼蟲具有較高的感染活性),并用飼養(yǎng)的草地貪夜蛾幼蟲進(jìn)行增殖擴(kuò)繁。將感染病毒的幼蟲尸體加水研磨,經(jīng)3層紗布過濾,濾液經(jīng)600 r/min和3 000 r/min差速離心,顯微計(jì)數(shù)為每mL含有1.8×1010個(gè)病毒多角體 (polyhedral inclusion body,PIB),即得較純的多角體病毒母液(記濃度為1.8×1010PIB/mL),于低溫保存?zhèn)溆谩?/p>
供試生物藥劑為苜核·蘇云菌懸浮劑(1.0×107PIB/mL)。由武漢武大綠洲生物技術(shù)有限公司研制,并由其子公司武漢楚強(qiáng)生物科技有限公司生產(chǎn)。
供試?yán)ハx為草地貪夜蛾,在湖北省通山縣大畈鎮(zhèn)板橋村夏季玉米地,于2019年7月20日采獲草地貪夜蛾高齡幼蟲,帶回湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植保土肥研究所實(shí)驗(yàn)室,采用新鮮嫩玉米葉于一次性塑料培養(yǎng)皿(直徑8 cm,高3 cm)中單頭飼養(yǎng)。草地貪夜蛾的室內(nèi)飼養(yǎng)條件為:(25±1) ℃,相對濕度60%~70%,光周期為16L∶8D。繁殖多代后留取新鮮并經(jīng)消毒處理的卵塊備用。
本試驗(yàn)設(shè)計(jì)了1.0×109、1.0×108、1.0×107、1.0×106、1.0×105、1.0×104等6個(gè)濃度梯度。即先將配制的苜蓿銀紋夜蛾核型多角體病毒母液倍數(shù)稀釋成 1.0×109PIB/mL,然后經(jīng)多次10倍稀釋得到其他不同濃度的稀釋液。試驗(yàn)設(shè)空白對照處理,共計(jì)7個(gè)處理,每處理重復(fù)3次。
試驗(yàn)方法采用葉段喂毒法,即事先用病毒懸浮液噴霧處理新鮮玉米嫩葉段(長2 cm ×寬2 cm),接入幼蟲進(jìn)行飼喂,并用培養(yǎng)皿進(jìn)行單頭飼養(yǎng),飼養(yǎng)條件為:溫度(25±1) ℃,相對濕度60%~70%,光周期為16L∶8D。待含毒玉米葉段被取食完后,立即補(bǔ)充新鮮無毒玉米葉段。每重復(fù)處理48頭草地貪夜蛾2齡幼蟲。參考文獻(xiàn)[9-11],綜合考慮該病毒在夜蛾科昆蟲細(xì)胞與寄主上增殖的變化,確定于接蟲后7、10 d調(diào)查因病毒死亡蟲數(shù)和總死亡蟲數(shù),統(tǒng)計(jì)死亡率并計(jì)算LC50等數(shù)據(jù)。
田間藥效試驗(yàn)在湖北省通山縣闖王鎮(zhèn)小源村夏季玉米地進(jìn)行。該試驗(yàn)地塊總共1 500 m2,土質(zhì)類型為石灰性泥土,pH值為6.8,有機(jī)質(zhì)含量13.9%,肥力中等偏上。常年種植玉米,種植玉米品種為西玉三號(hào),2020年7月13日施45%復(fù)合肥750 kg/hm2做底肥并播種。該田塊自2019年以來,草地貪夜蛾發(fā)生為害嚴(yán)重。
試驗(yàn)共設(shè)計(jì)1千萬苜核·蘇云菌懸浮劑(1 500 mL/hm2)、常用殺蟲劑15%甲維·茚蟲威懸浮劑(300 mL/hm2)以及空白對照 3個(gè)處理。每處理重復(fù)4次,共計(jì)12個(gè)試驗(yàn)小區(qū),每小區(qū)面積為100 m2。
于2020年8月26日(草地貪夜蛾低齡幼蟲多發(fā)期)近傍晚時(shí)一次噴霧施藥。使用樂幫手牌3WBJ-16DZ多功能背負(fù)式電動(dòng)噴霧器,工作壓力0.40~0.60 MPa,噴孔口徑1 mm,流量60~85 L/h。施藥當(dāng)日為晴天,氣溫23~32 ℃。于施藥后第1、3、5、7、10、15天調(diào)查。調(diào)查時(shí),每小區(qū)取10個(gè)隨機(jī)樣點(diǎn),每點(diǎn)連續(xù)調(diào)查10株,共計(jì)100株,記錄每株玉米上活蟲數(shù)、死亡數(shù)、中毒情況及天敵數(shù)量。相關(guān)計(jì)算公式如下:
防治效果=
1) 供試病毒樣本。事先選取室內(nèi)活性測定時(shí)的苜蓿銀紋夜蛾核型多角體病毒母液(記樣品1)、生物制劑1千萬苜核·蘇云菌懸浮劑(記樣品2)、 田間藥效試驗(yàn)后病毒感染蟲尸(記樣品3)、樣品3中采集的蟲尸感染的草地貪夜蛾第2代幼蟲蟲尸(記樣品4)作為供試病毒樣本,以驗(yàn)證1千萬苜核·蘇云菌懸浮劑中AcMNPV對草地貪夜蛾幼蟲是否具有殺滅活性。
2)DNA提取。取AcMNPV試樣1.0 mL,加入99.0 mL蒸餾水,充分振蕩1 min;取振蕩后的混懸液300 μL,加入100 μL 堿裂解液,于 37 ℃水浴30 min;再加入200 μL Tris·HCl緩沖液, 10 000 r/min離心8 min,取上清液于離心管中;加入5 μL蛋白酶K和60 μL SDS, 于65 ℃水浴2 h,取出冷卻至室溫;再加入650 μL Tris飽和苯酚混勻, 10 000 r/min離心5 min,取上清液于新離心管中;于轉(zhuǎn)入上清液的離心管中加入650 μL苯酚∶氯仿(體積比1∶1)混合液,10 000 r/min離心5 min,再取上清液于新離心管中;于上清液中加入650 μL氯仿∶異戊醇混合液(體積比24∶1),10 000 r/min離心5 min,最后取上清液保存于新離心管中,并用分光光度計(jì)測定DNA濃度。
3)PCR擴(kuò)增。采用T3 super mix標(biāo)準(zhǔn)體系:試樣DNA 2 μL,前后引物各0.5 μL,T3 super mix 18 μL和ddH2O 7 μL。PCR擴(kuò)增條件為95 ℃,3 min預(yù)變性后,進(jìn)行以下循環(huán):98 ℃ 15 s,52 ℃ 20 s,72 ℃ 20 s,最后再72 ℃延伸5 min;循環(huán)42次。
4)DNA瓊脂糖凝膠電泳。取PCR擴(kuò)增產(chǎn)物2 μL及5 kb DNA Marker點(diǎn)樣于瓊脂糖凝膠中,180 V電壓下電泳20 min。電泳結(jié)束后在凝膠成像系統(tǒng)中觀察PCR產(chǎn)物。
凝膠成像系統(tǒng)中觀察到分子質(zhì)量大小正確的PCR產(chǎn)物,用polh、lef-8、lef-9基因PCR擴(kuò)增引物對PCR產(chǎn)物進(jìn)行DNA測序。各基因引物如下:
polh上游引物:AGGGTTTTCCCAGTCACGGGCTGAGGATCCTTT
polh下游引物:GAGCGGATAACAATTTCACACTGGTGCAAACTCCTT
lef-8上游引物:AGGGTTTTCCCAGTCACGCACGGCGAAATGAC
lef-8下游引物:GAGCGGATAACAATTTCACACATGTACGGATCTTCGGC
lef-9上游引物:AGGGTTTTCCCAGTCACGAAAAACGGGTACGCGG
lef-9下游引物:GAGCGGATAACAATTTCACACTTGTCACCGTCGCAGTC
最后應(yīng)用DNAMAN 6.0軟件對所測到的polh、lef-8、lef-9序列進(jìn)行比對。
試驗(yàn)數(shù)據(jù)應(yīng)用IBM SPSS 22.0數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行處理。
病毒殺蟲活性測定試驗(yàn)中統(tǒng)計(jì)各濃度處理死活蟲數(shù),計(jì)算死亡率、校正死亡率并轉(zhuǎn)換成概率值,各處理濃度轉(zhuǎn)換成lg值,通過工作概率值及權(quán)重等計(jì)算得毒力回歸方程(slope ± SE),求出LC50值及其95%的置信限,最后進(jìn)行卡方(χ2)檢驗(yàn);田間防效試驗(yàn)中,統(tǒng)計(jì)各處理活蟲數(shù),計(jì)算蟲口減退率,用Microsoft Excel編輯公式求出防治效果,并采用Duncan’s法進(jìn)行分析,用單因素方差分析比較處理間差異顯著性。
文中圖表均采用Microsoft Excel軟件進(jìn)行制作。
室內(nèi)活性測定的結(jié)果(表1)顯示,處理7 d后,苜蓿銀紋夜蛾核型多角體病毒對草地貪夜蛾2齡幼蟲的LC50為4.1×107PIB/mL,LC90為1.05×108PIB/mL;而處理10 d后,苜蓿銀紋夜蛾核型多角體病毒對2齡幼蟲的LC50為2.9×107PIB/mL,LC90為7.8×107PIB/mL??梢娷俎cy紋夜蛾核型多角體病毒處理草地貪夜蛾2齡幼蟲7 d后的LC50、LC90均高于10 d后的LC50和LC90,即7 d時(shí)苜蓿銀紋夜蛾核型多角體病毒對草地貪夜蛾幼蟲表現(xiàn)出較好的殺蟲活性。
表1 苜蓿銀紋夜蛾核型多角體病毒對草地貪夜蛾2齡幼蟲的生物測定 Table 1 Bio-activity of AcMNPV acts on the 2nd instar larvae of Spodoptera frugiperda (Means ± SE)
田間藥效試驗(yàn)結(jié)果顯示,1千萬苜核·蘇云菌SC(1 500 mL/hm2)對草地貪夜蛾幼蟲起作用效果比較慢。在噴施用藥后第1、3、5天的平均防效分別為11.57%、16.23%、15.56%,用藥后第7天的平均防效也只有21.88%,但用藥后第10天的蟲口防效突然上升到68.99%,且用藥后第15 天的平均防效亦有66.87%。而對照化學(xué)藥劑15%甲維·茚蟲威SC(300 mL/hm2)對草地貪夜蛾幼蟲有很好的殺滅效果,能迅速降低蟲口數(shù)量,用藥后第1、3、5、7 天的平均防效分別為91.39%、92.66%、90.71%和87.19%,但其藥后第10 天的平均防效開始下降,僅為67.63%,且藥后第15天的平均防效已下降至51.60%。詳見表2。
同時(shí)我們也發(fā)現(xiàn),空白對照區(qū)的蟲口減退率在處理后第1、3、5 天均為負(fù)數(shù),即說明蟲口數(shù)量在增長,而在處理后第7 天開始變?yōu)檎龜?shù)(蟲口開始下降),其第10 天和第15天 的平均蟲口減退率分別達(dá)到38.25%、47.00%,極有可能與第10~15 天后草地貪夜蛾的幼蟲有部分開始入土化蛹以及世代重疊等原因有關(guān)。
綜上可見,供試藥劑1千萬苜核·蘇云菌SC(1 500 mL/hm2)對草地貪夜蛾是有一定的防治效果的,但起作用較慢,發(fā)揮藥效約在第10~15 天。
表2 1千萬苜核·蘇云菌懸浮劑對草地貪夜蛾幼蟲的田間試驗(yàn)結(jié)果 Table 2 Control effect of the compounds of 107 PIB/mL AcMNPV + Bt suspension against the larvae of Spodoptera frugiperda %
田間試驗(yàn)時(shí),同時(shí)調(diào)查了1千萬苜核·蘇云菌懸浮劑對玉米上害蟲天敵(蜘蛛、瓢蟲、隱翅蟲等)的影響,結(jié)果顯示,1千萬苜核·蘇云菌懸浮劑對蜘蛛、瓢蟲和隱翅蟲等天敵未見有明顯的傷害作用,平均百株有各類天敵13.4頭,而對照化學(xué)農(nóng)藥15%甲維·茚蟲威懸浮劑藥后對蜘蛛、瓢蟲和隱翅蟲等天敵則有明顯的毒殺作用,其藥后第1天調(diào)查時(shí),平均百株玉米上僅為3.1頭,藥后第3 天調(diào)查每百株玉米上亦只有各類天敵5.2頭(圖1)??梢?千萬苜核·蘇云菌懸浮劑對害蟲天敵有較好的保護(hù)作用,而15%甲維·茚蟲威懸浮劑對天敵的傷害相對較大。
圖1 1千萬苜核蘇云菌SC、15%甲維茚蟲威SC對天敵的影響Fig.1 The effect of 107 PIB/mL AcMNPV + Bt Suspension and Emamectin Benzoate+Indoxair Conditioningarb 15% Suspension on nature enemies of Spodoptera frugiperda
不同供試病毒樣品的PCR擴(kuò)增結(jié)果顯示,樣品1、2、3、4的polh、lef-8、lef-9擴(kuò)增片段大小一致且正確,polh、lef-8、lef-9基因PCR產(chǎn)物的大小分別為0.540、0.716和0.290 kb (圖2),即可證明AcMNPV對草地貪夜蛾幼蟲有殺蟲活性。
1:樣品1 Sample 1; 2:樣品2 Sample 2; 3:樣品3 Sample 3; 4:樣品4 Sample 4; M:DL 5 000標(biāo)準(zhǔn) DL 5 000 marker.圖2 AcMNPV不同試驗(yàn)樣品的PCR擴(kuò)增結(jié)果Fig.2 PCR amplification results of different AcMNPV test samples
應(yīng)用DNAMAN 6.0軟件對樣品1、2、3、4中的polh、lef-8、lef-9擴(kuò)增片段進(jìn)行序列比對,結(jié)果(圖3)表明,樣品1、2、3、4的polh、lef-8 、lef-9擴(kuò)增序列間相似度均為100%,說明樣品1、2、3、4均來自于同一種病毒AcMNPV。
苜核銀紋夜蛾核型多角體病毒(AcMNPV)是一種昆蟲桿狀病毒,害蟲通過取食感染病毒后,病毒會(huì)在昆蟲體內(nèi)增殖擴(kuò)繁,會(huì)陸續(xù)感染全身,最終導(dǎo)致死亡。本研究結(jié)果表明,苜核銀紋夜蛾核型多角體病毒對草地貪夜蛾幼蟲有較好的生物活性,其第7 天和第10 天的LC50分別4.1×107、2.9×107PIB/mL,且在田間表現(xiàn)出較好的防治效果,其混配的1千萬苜核·蘇云菌懸浮劑(1 500 mL/hm2)藥后第10天、15 天的平均防效較好,分別達(dá)到68.99%和66.87%,且對天敵安全。因此應(yīng)加快研發(fā)速度,以便AcMNPV 在草地貪夜蛾的生物防治中發(fā)揮更大的作用。武漢楚強(qiáng)生物科技有限公司生產(chǎn)的1千萬苜核·蘇云菌懸浮劑是由AcMNPV與生物農(nóng)藥蘇云金桿菌(Bt )復(fù)配而成的,可以顯著提高病毒的殺蟲活性。因?yàn)锽t是一種廣譜性殺蟲劑,具有較好的微生物殺蟲活性,當(dāng)AcMNPV與Bt復(fù)配后,其毒力比單一型制劑應(yīng)該有明顯提高,不僅擴(kuò)大了Bt的殺蟲范圍,而且提高了其毒力,達(dá)到一種制劑防治多種害蟲的目的[12],這也是1千萬苜核·蘇云菌懸浮劑在蔬菜、果樹和水稻上能夠大面積推廣的原因所在。因此,1千萬苜核·蘇云菌懸浮劑應(yīng)可作為草地貪夜蛾綠色防控的防治藥劑在玉米上推廣。
圖3 應(yīng)用DNAMAN 6.0軟件對polh、lef-8、lef-9基因進(jìn)行序列比對結(jié)果Fig.3 Results of sequence alignment of polh,lef-8 and lef-9 genes were analyzed by DNAMAN 6.0 software
進(jìn)行田間藥效試驗(yàn)時(shí),在空白對照區(qū)蟲口減退很快的情況下(第15天的蟲口減退率達(dá)到47.00%),1千萬苜核·蘇云菌懸浮劑(1 500 mL/hm2)在藥后第15 天的平均防效達(dá)到 66.87%,呈快速上升態(tài)勢,而化學(xué)農(nóng)藥15%甲維·茚蟲威SC(300 mL/hm2) 藥后第15 天的平均防效卻下降至51.60%。雖然從“一升一降” 中可看出供試藥劑1千萬苜核·蘇云菌懸浮劑(1 500 mL/hm2)對草地貪夜蛾在第10~15 天時(shí)具有一定的防治效果,但考慮到生物農(nóng)藥起效慢以及草地貪夜蛾幼蟲歷期短、世代重疊等原因,建議在進(jìn)行生物農(nóng)藥(特別是病毒制劑)田間藥效試驗(yàn)時(shí)應(yīng)酌情增加調(diào)查次數(shù),延長調(diào)查時(shí)間,可能會(huì)取得更理想的試驗(yàn)結(jié)果。這一點(diǎn)也是本研究的不足之處??傊瘜W(xué)藥劑與生物藥劑相比,殺滅害蟲效果相對較高,起效快,應(yīng)當(dāng)作為害蟲暴發(fā)時(shí)的一種應(yīng)急防治措施。而對于害蟲發(fā)生相對較輕時(shí),生物農(nóng)藥可代替化學(xué)農(nóng)藥作為綠色防控技術(shù)措施之一,從而減輕環(huán)境污染,達(dá)到保護(hù)農(nóng)業(yè)生態(tài)的效果。
另外,本研究中使用的polh(polyhedrin)基因是一類多角體蛋白啟動(dòng)子,和p10是桿狀病毒表達(dá)載體系統(tǒng)(BEVS)中最常用啟動(dòng)子,均在病毒感染晚期大量表達(dá)[13]。但p10啟動(dòng)子的活性次于polh啟動(dòng)子,因此,polh啟動(dòng)子常被用于外源蛋白的表達(dá)。而基因lef-8能編碼病毒自身RNA聚合酶的最大亞基,是一類晚期表達(dá)因子[14]。lef-9是在桿狀病毒中與lef-4、lef-8和p47一起共同編碼蛋白聯(lián)合體亞基的一類晚期表達(dá)因子,研究發(fā)現(xiàn),缺失lef-9基因病毒是不能生成具有感染活性的病毒粒子的,而補(bǔ)回lef-9基因病毒則可恢復(fù)病毒的感染活性,因此,lef-9 基因是桿狀病毒形成具有感染活性BV(budded virus)的必需基因[15]??梢?,lef-8和lef-9基因在不同種類的核型多角體病毒中具有較高的保守性,故而lef-8和lef-9基因可作為鑒定病毒種類的依據(jù)。因此,本研究以polh、lef-8和lef-9為檢測對象,通過基因序列比對,同源性均達(dá)到100%,以分子快速檢測方式再次驗(yàn)證了AcMNPV對草地貪夜蛾具有較好的殺蟲活性,適合在草地貪夜蛾防控中進(jìn)一步推廣應(yīng)用。
草地貪夜蛾自2019年入侵我國,已成為玉米重要害蟲,并在華南、西南部分地區(qū)形成定殖種群,給我國玉米產(chǎn)業(yè)造成巨大損失,嚴(yán)重威脅著我國的糧食安全[16]。面對當(dāng)前草地貪夜蛾國內(nèi)嚴(yán)峻的防控形勢,加快篩選和研發(fā)草地貪夜蛾防控的高效藥劑是當(dāng)務(wù)之急[17]。雖然病毒殺蟲劑由于其作用速度慢、殺蟲譜窄等問題影響了其廣泛應(yīng)用,但在日益重視生態(tài)、環(huán)境保護(hù)的背景下,桿狀病毒殺蟲劑由于其相對傳統(tǒng)農(nóng)藥的顯著優(yōu)勢,在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上定會(huì)得到越來越廣泛的應(yīng)用。而由于昆蟲病毒制劑極易受高溫、陽光、雨淋、害蟲蟲齡等外界條件影響[18],故建議選擇在害蟲低齡幼蟲發(fā)生高峰期施藥,最好選擇在晴天16:00-17:00使用,避開高溫和光照等不利環(huán)境條件的影響,以使病毒制劑能更好地發(fā)揮作用,提高對害蟲的防治效果。