取食Bt蛋白對棉鈴蟲和斜紋夜蛾幼蟲爬行能力的影響

王桂花等

摘 要 為研究Bt棉田靶標(biāo)害蟲棉鈴蟲和非靶標(biāo)害蟲斜紋夜蛾的爬行規(guī)律及Bt蛋白對其爬行能力的影響，采用TrackSphere LC-100昆蟲行為記錄儀分別進(jìn)行測定。結(jié)果表明：隨著齡期的增加，棉鈴蟲幼蟲停留次數(shù)逐漸增加，且幼蟲在白天的活動(dòng)能力顯著高于晚上，而斜紋夜蛾則相反，隨著齡期的增加，斜紋夜蛾幼蟲的停留次數(shù)逐漸減少，同時(shí)幼蟲在各時(shí)間段之間的差異也逐漸顯著。用Bt棉或Bt蛋白飼喂2種幼蟲發(fā)現(xiàn)，Bt蛋白對棉鈴蟲爬行能力的影響顯著大于斜紋夜蛾，這種影響主要集中在低齡段，且一定濃度閾值范圍內(nèi)Bt蛋白對棉鈴蟲和斜紋夜蛾的爬行能力具有促進(jìn)作用，超過此閾值范圍其促進(jìn)作用開始轉(zhuǎn)化為抑制。結(jié)果為進(jìn)一步了解棉鈴蟲和斜紋夜蛾幼蟲爬行規(guī)律，研究Bt棉對棉鈴蟲的控制作用及次要害蟲斜紋夜蛾的再度猖獗原因提供重要科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞 抗蟲棉；棉鈴蟲；斜紋夜蛾；Bt蛋白；爬行能力

中圖分類號 S435.62 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A

Abstract TrackSphere LC-100 was used to determine the crawling rules between the target pest（Heliothis armigera）and the non-target pest（Prodenia litura）in Bt cotton field and crawling capability which were feeded on the Bt Protein in the study. The results showed that， the stops of immature H. armigera became more with the instars increased， and the crawling capability in the daytime was stronger than that of night， while immature the P. litura was just the opposite， with the instars increased， the stops became fewer， and the difference among the instars became more significant. Bt protein had a greater impact on the crawling capability of H. armigera than that of P. litura. This effect mainly existed in the young stage. Also Bt protein could promote the crawling capability of H. armigera and P. litura in a certain concentration range and had the inhibition exceeding the concentration. These results will provide important scientific basis for continuing to understand crawling rules about the two pests and study Heliothis armigera control and reason of P. litura thriving again.

Key words Insect-resistant cotton； Heliothis armigera； Prodenia litura； Bt protein； Crawling capability

doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2014.07.027

棉鈴蟲最初是中國棉花生產(chǎn)的主要致災(zāi)害蟲，常年造成生產(chǎn)損失達(dá)10%～15%[1]，并且隨著棉鈴蟲不斷的遷徙，種群不斷變化，其生長發(fā)育不再局限于棉田系統(tǒng)，已經(jīng)擴(kuò)散到其他植物系統(tǒng)，嚴(yán)重危害了棉花和其他作物的生產(chǎn)。斜紋夜蛾是世界性分布的暴食性農(nóng)業(yè)害蟲，在全國各地均有分布，受害農(nóng)作物有棉花、煙草、薯類、豆類、桑、瓜類及各種蔬菜等99科290多種植物，常造成農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的巨大損失[2-3]。

自20世紀(jì)90年代中期以來，轉(zhuǎn)Bt抗蟲棉商業(yè)化種植使棉鈴蟲的發(fā)生得到較好的控制，減少了化學(xué)殺蟲劑的使用，使棉花和其它被害作物的產(chǎn)量和利潤得到有效保證[4-6]。但隨著Bt棉種植面積的增大，棉田鱗翅目害蟲防治用藥量大幅度降低，導(dǎo)致近幾年來非靶標(biāo)害蟲斜紋夜蛾的危害性明顯上升，成為棉花的重要害蟲[7]。爬行是昆蟲的重要行為，爬行能力決定其在田間擴(kuò)散距離。爬行能力除了在物種間存在差異外，還受諸多因素的影響，例如農(nóng)藥等。目前，關(guān)于棉鈴蟲和斜紋夜蛾爬行能力和活動(dòng)規(guī)律方面的研究甚少[8-9]，并且關(guān)于轉(zhuǎn)Bt棉對棉田害蟲的研究主要集中在防治方面[10-14]，且對靶標(biāo)害蟲棉鈴蟲和非靶標(biāo)害蟲斜紋夜蛾取食Bt蛋白后爬行能力的影響上不明確。因此，本研究利用TrackSphere LC-100昆蟲行為記錄儀，檢測棉鈴蟲和斜紋夜蛾爬行能力和活動(dòng)規(guī)律，并對2種飼喂含Bt蛋白食料昆蟲的爬行能力進(jìn)行測定比較，旨在摸清棉鈴蟲和斜紋夜蛾爬行能力和活動(dòng)規(guī)律，了解取食Bt蛋白對其爬行行為影響，加深對害蟲行為抗性的認(rèn)識，為進(jìn)一步了解2種害蟲的生活習(xí)性及充分認(rèn)識Bt蛋白對其生物效應(yīng)影響的機(jī)制奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 供試蟲源 供試棉鈴蟲和斜紋夜蛾均由海南省三亞市崖城南濱農(nóng)場棉花葉片上采集，于中國熱科院環(huán)境與植物保護(hù)研究所養(yǎng)蟲室內(nèi)蓖麻葉片飼養(yǎng)，溫度25 ℃，濕度70%～80%，L ∶ D=14 ∶ 10的人工氣候箱培養(yǎng)至第三代，羽化后用10%糖水飼養(yǎng)。試驗(yàn)選取健康、大小一致的棉鈴蟲和斜紋夜蛾1、3、5齡幼蟲。

1.1.2 試驗(yàn)材料 常規(guī)棉和轉(zhuǎn)基因棉由中國熱科院環(huán)境與植物保護(hù)研究所院內(nèi)種植。蘇云金芽孢桿菌原藥由北京農(nóng)科院植物與保護(hù)研究所提供，濃度為50 000 IU/mg。

1.2 方法

1.2.1 各齡段棉鈴蟲和斜紋夜蛾爬行能力的測定

分別選取1、3、5齡期生長健康、大小相近的棉鈴蟲和斜紋夜蛾各10頭，分別在1 d內(nèi)同一時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行2種昆蟲運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的測定，然后進(jìn)行昆蟲間和齡期間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的比較。

1.2.2 1 d內(nèi)不同時(shí)間段棉鈴蟲和斜紋夜蛾爬能力的測定 分別選取1、3、5齡期生長健康、大小相近的棉鈴蟲和斜紋夜蛾各10頭，分別在上午、下午和晚上對其爬行規(guī)律進(jìn)行測定，比較不同時(shí)間段不同齡期的2種昆蟲爬行能力（幼蟲爬行能力利用爬行速度和路程代表，下同）之間的差異。

1.2.3 取食常規(guī)棉和轉(zhuǎn)Bt基因棉葉片的棉鈴蟲、斜紋夜蛾爬行能力測定 分別挑取1、3、5齡期生長健康、大小相近的棉鈴蟲和斜紋夜蛾各10頭，分別用常規(guī)棉葉片和轉(zhuǎn)Bt基因棉葉片進(jìn)行飼養(yǎng)，每天觀察它們的生長發(fā)育狀態(tài)，并在每天上午、下午、晚上均進(jìn)行爬行能力測定，計(jì)算當(dāng)天的測定結(jié)果的平均值，每個(gè)齡期每種處理測定3 d，比較轉(zhuǎn)Bt基因棉對不同齡期棉鈴蟲和斜紋夜蛾生長發(fā)育及爬行能力的影響。

1.2.4 取食常規(guī)棉和附著Bt蛋白常規(guī)棉葉片的棉鈴蟲、斜紋夜蛾爬行能力測定 稱取一定量蘇云金芽孢桿菌原藥，用蒸餾水配置為100 mg/mL的母液，然后將母液稀釋100倍，配置工作濃度為1 mg/mL的溶液。取干凈的常規(guī)棉葉片完全浸入1 mg/mL的蘇云金桿菌溶液中15 min，然后取出在空氣中晾干待用。

分別挑取1、3、5齡期生長健康、大小一致的棉鈴蟲和斜紋夜蛾各10頭，分別用常規(guī)棉和附著Bt蛋白常規(guī)棉葉片進(jìn)行飼養(yǎng)，于每天上午、下午、晚上進(jìn)行斜紋夜蛾和棉鈴蟲的爬行能力測定，計(jì)算當(dāng)天測定結(jié)果的平均值，每個(gè)齡期每種處理測定3 d，比較不同齡期相同濃度的Bt蛋白對棉鈴蟲和斜紋夜蛾生長發(fā)育及爬行能力的影響。

1.3 儀器使用方法

試驗(yàn)所用儀器為TrackSphere LC-100（Syntech， Hilversum， NL）。該儀器由控制器驅(qū)動(dòng)2個(gè)電機(jī)，從而帶動(dòng)與其相連的黃色球體做出相應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)[15]。一個(gè)攝像機(jī)置入一個(gè)立體光學(xué)顯微鏡來實(shí)時(shí)監(jiān)測昆蟲的行為，控制器驅(qū)動(dòng)電機(jī)使昆蟲始終保存在可視的范圍內(nèi)，昆蟲位置（dxi， dyi）的轉(zhuǎn)換效率為24 Hz，計(jì)算昆蟲的路徑，相應(yīng)的數(shù)據(jù)將會(huì)出現(xiàn)在TrackSphereTM v 3.1的相應(yīng)軟件上。該儀器所測定的爬行速度是在所測定時(shí)間內(nèi)的平均速度，爬行路程和速度呈正相關(guān)。

在記錄數(shù)據(jù)之前，每頭幼蟲都要在球體的頂端自由運(yùn)動(dòng)1 min。為了消除視覺的引誘作用，球體的周圍用白紙包圍，然后在此空間內(nèi)用紅光照射，每頭昆蟲測定1次，每次測定10 min。

2 結(jié)果與分析

2.1 各齡段棉鈴蟲和斜紋夜蛾爬行能力比較

研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，棉鈴蟲和斜紋夜蛾的爬行能力因齡期和昆蟲種類的不同而不同，如圖1所示，隨著齡期的不斷增加，棉鈴蟲和斜紋夜蛾的運(yùn)動(dòng)速度均處于上升趨勢，但斜紋夜蛾的上升趨勢要顯著高于棉鈴蟲。觀察兩者的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)現(xiàn)：棉鈴蟲隨著齡期的增加，其停留次數(shù)和停留時(shí)間逐漸增加；而斜紋夜蛾正好相反，隨著齡期的增加，其停留次數(shù)和停留時(shí)間逐漸減少。

2.2 棉鈴蟲和斜紋夜蛾在1 d內(nèi)不同時(shí)間段爬行能力比較

不同齡段棉鈴蟲和斜紋夜蛾在1 d內(nèi)不同時(shí)間段其爬行能力各不相同。從圖2可見，棉鈴蟲在1齡期，其1 d內(nèi)各時(shí)間段的爬行速度和路程之間差異顯著，而在3齡和5齡期，其白天的爬行能力之間沒有顯著差異，但卻顯著高于晚上；而斜紋夜蛾恰好與其相反，在1齡期其1 d內(nèi)各時(shí)間段的爬行能力之間無顯著差異，但到3齡期上午的爬行能力卻顯著高于下午和晚上，到5齡期各時(shí)間段之間均差異顯著。

2.3 棉鈴蟲與斜紋夜蛾取食常規(guī)棉和轉(zhuǎn)Bt基因棉的爬行能力比較

取食常規(guī)棉的棉鈴蟲和斜紋夜蛾生長正常，在所測時(shí)間范圍內(nèi)均無死亡現(xiàn)象，而取食轉(zhuǎn)Bt基因棉的1齡期棉鈴蟲在取食第3天死亡，其他處理組和齡段的棉鈴蟲與斜紋夜蛾在所測時(shí)間段內(nèi)生長正常。由圖3可知，與對照相比，取食轉(zhuǎn)Bt蛋白棉的1齡和3齡期棉鈴蟲在開始取食后2 d爬行能力顯著下降，而取食轉(zhuǎn)Bt蛋白棉的5齡棉鈴蟲在取食開始后1 d其爬行能力出現(xiàn)顯著上升趨勢。

由圖4可知，與對照相比，斜紋夜蛾在1齡期爬行能力之間的變化趨勢與棉鈴蟲相似，均在取食后第2天爬行能力出現(xiàn)顯著下降趨勢，但3齡和5齡期取食Bt基因棉后的斜紋夜蛾，其爬行能力之間已無顯著差異。

2.4 棉鈴蟲與斜紋夜蛾取食常規(guī)棉和附著Bt蛋白常規(guī)棉葉片的爬行能力比較

在所測的時(shí)間范圍內(nèi)，2種昆蟲均未出現(xiàn)死亡現(xiàn)象。從圖5可見，取食含Bt蛋白葉片的1齡期棉鈴蟲在取食后第2天爬行能力顯著下降，3齡期棉鈴蟲爬行能力先上升后下降，而5齡期棉鈴蟲爬行能力之間無顯著變化。

由圖6可知，僅取食含Bt蛋白葉片的1齡期斜紋夜蛾爬行能力顯著上升，而其它齡期的斜紋夜蛾均無顯著變化。

3 討論與結(jié)論

昆蟲的爬行能力是活動(dòng)的直觀體現(xiàn)，對于研究外界環(huán)境對其影響作用具有代表作用。本研究采用的昆蟲行為記錄儀Sphere LC-100，能夠?qū)ハx在一段時(shí)間內(nèi)的爬行速度和爬行距離進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，從而能夠準(zhǔn)確的對昆蟲爬行能力進(jìn)行評估，是研究外界條件對昆蟲爬行能力影響的有利工具[16]。

前人[8-9]研究發(fā)現(xiàn)，棉鈴蟲和斜紋夜蛾幼蟲均具有自相殘殺的特性，但兩者在生物學(xué)特性方面存在很大差異。棉鈴蟲初孵幼蟲在取食完卵殼并停留片刻之后，便開始擴(kuò)散轉(zhuǎn)移尋找適宜的場所，很少出現(xiàn)群居現(xiàn)象，因此初孵幼蟲相對比較活躍，而已經(jīng)尋找到適宜取食場所的中高齡棉鈴蟲白天大多在蕾鈴中潛藏，到晚上才活動(dòng)發(fā)生轉(zhuǎn)移，因此其轉(zhuǎn)移擴(kuò)散能力相對較弱。相反，斜紋夜蛾的初孵幼蟲具有群居性，活動(dòng)能力不強(qiáng)，到中高齡以后其取食量和危害性開始加重，尤其在5、6齡期進(jìn)入暴食性階段，在缺乏食料的情況下，其轉(zhuǎn)移擴(kuò)散能力更強(qiáng)。本研究結(jié)果與前人基本一致，進(jìn)一步驗(yàn)證了棉鈴蟲和斜紋夜蛾在生活習(xí)性和活動(dòng)規(guī)律之間的差異，為下一步更加有效控制2種害蟲的危害提供理論基礎(chǔ)。另外，本研究還發(fā)現(xiàn)棉鈴蟲和斜紋夜蛾在1 d內(nèi)不同時(shí)間段爬行能力存在顯著差異，推測這可能與昆蟲本身的生物學(xué)特性[8-9]和逃避行為有關(guān)，具體機(jī)理還需進(jìn)一步研究。

利用轉(zhuǎn)Bt基因棉葉和粘附Bt蛋白棉葉分別飼喂棉鈴蟲與斜紋夜蛾發(fā)現(xiàn)，Bt棉對棉鈴蟲的控制作用主要集中在低齡期，除了高的死亡率[10-12]以外，對其擴(kuò)散也有一定的控制作用，但是對于高齡段棉鈴蟲和斜紋夜蛾控制作用不大，甚至一定劑量條件下還有利于促進(jìn)其擴(kuò)散，因此，可以推測Bt棉田系統(tǒng)斜紋夜蛾再度猖獗，除了降低化學(xué)農(nóng)藥使用造成的低死亡率[17]以外，Bt蛋白造成的擴(kuò)散力提高也可能是斜紋夜蛾逐漸成為抗蟲棉田主要害蟲的重要原因之一。

本研究是在室內(nèi)理想條件下開展，研究結(jié)果將為進(jìn)一步了解Bt棉田對棉鈴蟲的控制作用及次要害蟲斜紋夜蛾再度猖獗原因提供重要的科學(xué)依據(jù)，但存在局限性，昆蟲的爬行擴(kuò)散除受自身因素的調(diào)節(jié)以外，還受外界各種因素（例如，環(huán)境因子和天敵因子等）的影響，因此要真正了解Bt棉對棉鈴蟲和斜紋夜蛾控制與爬行擴(kuò)散的影響，還需結(jié)合田間工作做進(jìn)一步研究。

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