顆粒體病毒(CnmeGV)對(duì)稻縱卷葉螟的感染及害蟲種群增長的影響

徐 健， 李傳明， 韓光杰， 徐 彬， 祁建杭， 孫 俊， 劉 琴

(1.江蘇里下河地區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，江蘇 揚(yáng)州 225007； 2.揚(yáng)州綠源生物化工有限公司，江蘇 揚(yáng)州 225008)

桿狀病毒(Baculovirus)是特異性感染節(jié)肢動(dòng)物的環(huán)狀雙鏈DNA病毒，主要分為核型多角體病毒(Nucleopolyhedtovirus，NPV)和顆粒體病毒(Granulovirus，GV)。宿主以昆蟲綱中的鱗翅目、雙翅目、膜翅目、鞘翅目和毛翅目昆蟲為主，其中寄生鱗翅目昆蟲的桿狀病毒多達(dá)400余種[1]。由于桿狀病毒對(duì)人類和環(huán)境安全、寄主專一以及在害蟲種群中的擴(kuò)散傳播形成對(duì)害蟲種群的自然調(diào)控作用，桿狀病毒作為重要的生防因子在害蟲綜合治理中受到廣泛關(guān)注[2]。蘋果蠹蛾(Cydiapomonella)顆粒體病毒(CpGV)、甜菜夜蛾(Spodopteraexigua)核型多角體病毒(SeNPV)、黎豆夜蛾(Anticarsiagemmatalis)核型多角體病毒(AgNPV)、棉鈴蟲Helicoverpaarmigera核型多角體病毒(HaNPV)等多種桿狀病毒被深入研究并推廣應(yīng)用[3-4]。

稻縱卷葉螟(Cnaphalocrocismedinalis(Guenée))是東南亞和中國水稻上的重要害蟲[5-8]。多種化學(xué)農(nóng)藥品種多次大量的使用不僅并未從根本上控制稻縱卷葉螟的爆發(fā)危害，還造成了水稻農(nóng)藥殘留和嚴(yán)重的面源污染。龐義等[9]首次報(bào)道廣州恩平縣稻縱卷葉螟幼蟲感染流行性病毒病，病原為稻縱卷葉螟顆粒體病毒(C.medinalisgranulovirus，CnmeGV)。張珊等[10]在時(shí)隔30多年CnmeGV的首次采集地恩平縣，再次發(fā)現(xiàn)感染CnmeGV死亡的稻縱卷葉螟幼蟲，表明該病毒具有田間控制目標(biāo)害蟲的持效性能。江蘇里下河地區(qū)農(nóng)科所在野外稻田自然罹病死亡的稻縱卷葉螟幼蟲體內(nèi)分離獲得稻縱卷葉螟病毒，掃描電鏡、病理學(xué)和分子生物學(xué)鑒定為顆粒體病毒[11]，同時(shí)首次完成了全基因組測(cè)序分析[12]。CnmeGV對(duì)稻縱卷葉螟具有較強(qiáng)的侵染力，105OB/mg濃度處理害蟲感染率達(dá)92%，作為潛在的生物控制因子具有重要的應(yīng)用價(jià)值[13]。CnmeGV是侵染稻縱卷葉螟的專性桿狀病毒，相關(guān)研究特別是稻田自然條件下病毒對(duì)害蟲的致病性及種群動(dòng)態(tài)的影響報(bào)道較少。本研究擬通過田間應(yīng)用CnmeGV結(jié)合組建自然種群生命表進(jìn)一步明確CnmeGV對(duì)稻縱卷葉螟的侵染及種群的干擾調(diào)控作用，為應(yīng)用桿狀病毒生物防治稻縱卷葉螟提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 CnmeGV的增殖

以江蘇里下河地區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所實(shí)驗(yàn)室保存的CnmeGV原始病毒液接種感染稻縱卷葉螟幼蟲。幼蟲繁殖參考Xu 等[14]方法采用人工飼料飼養(yǎng)。選擇2齡中期稻縱卷葉螟幼蟲預(yù)饑6 h后，接種于均勻混合1×105OB/g濃度CnmeGV的人工飼料上，在 (25.0±0.5) ℃、相對(duì)濕度80%、光照度2 000 lx的恒溫昆蟲飼養(yǎng)室飼養(yǎng)2 d后，隔日更換新鮮人工飼料并觀察蟲體感病情況。飼養(yǎng)8～15 d，收集感病死亡的蟲尸，研磨、勻漿、過濾，濾液經(jīng)差速離心，得純化的顆粒體病毒。用血球計(jì)數(shù)板計(jì)數(shù)顆粒體病毒含量，以無菌水稀釋至1×1010OB/ml后置4 ℃保存?zhèn)溆谩?/p>

1.2 田間試驗(yàn)

試驗(yàn)地位于揚(yáng)州市甘泉鎮(zhèn)，常年稻麥輪作，規(guī)律性發(fā)生稻縱卷葉螟危害。第1代害蟲于當(dāng)年6月底遷入，繁殖代及7月下旬遷入的稻縱卷葉螟構(gòu)成第2代成為主要危害代。試驗(yàn)地約0.2 hm2，種植水稻品種為揚(yáng)稻6號(hào)(江蘇里下河地區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所選育)。試驗(yàn)設(shè)CnmeGV不同濃度和空白對(duì)照3個(gè)處理，每處理重復(fù)3次，共9個(gè)小區(qū)，每小區(qū)150 m2(10 m×15 m)，移栽水稻秧苗4 500穴。小區(qū)間間隔1 m，栽插4行水稻作為保護(hù)行，小區(qū)統(tǒng)一肥水管理。7月下旬稻縱卷葉螟第2代幼蟲孵化高峰期施藥，CnmeGV設(shè) 7.500×105OB/m2和1.125×106OB/m22個(gè)濃度，按75 ml/m2用水量稀釋噴霧，對(duì)照組以等量清水噴霧。

1.3 田間取樣和調(diào)查

施藥后隔日田間調(diào)查不同處理區(qū)稻縱卷葉螟幼蟲的存活率、病毒感染率。每小區(qū)隨機(jī)5點(diǎn)取樣，每點(diǎn)10穴，逐穴調(diào)查幼蟲的殘留存數(shù)，并根據(jù)稻縱卷葉螟幼蟲感染CnmeGV蟲體濁白、體節(jié)臃腫的感病癥狀區(qū)分記錄感染蟲數(shù)。設(shè)定對(duì)照組幼蟲自然死亡率為0，處理組蟲口減退率則計(jì)算為其相對(duì)死亡率。處理區(qū)幼蟲感染數(shù)除以總活蟲數(shù)則計(jì)算為CnmeGV感染率。幼蟲發(fā)育歷期3～4齡期，不同處理區(qū)采集50頭幼蟲于實(shí)驗(yàn)室飼養(yǎng)，觀察計(jì)算絨繭蜂、寄生蠅等天敵寄生率。施藥后20 d，各小區(qū)分別記錄殘存幼蟲蟲齡，參考實(shí)驗(yàn)種群各齡歷期[14]，各處理組調(diào)查總蟲齡歷期以對(duì)照組總蟲齡歷期校正計(jì)算獲得預(yù)期發(fā)育歷期。另采集高齡幼蟲50頭，室內(nèi)飼養(yǎng)直至羽化，觀察記錄化蛹羽化情況，計(jì)算化蛹率、羽化率。

施藥前3 d田間成蟲盛發(fā)期，用捕蟲網(wǎng)采集50對(duì)成蟲，市售體積為125 ml的一次性塑料杯中置1對(duì)成蟲，加入浸有10%蜂蜜水的脫脂棉供其補(bǔ)充營養(yǎng)，用保鮮膜封口，每日更換脫脂棉，讓成蟲交配產(chǎn)卵。成蟲交配后產(chǎn)卵于杯壁上，逐日記錄成蟲的存活數(shù)和杯壁上的卵粒數(shù)，直至全部成蟲死亡，計(jì)算成蟲壽命及產(chǎn)卵量及孵化率。施藥后25 d，在不同處理區(qū)用捕蟲網(wǎng)采集成蟲，形態(tài)區(qū)分并計(jì)算性比，另取50對(duì)成蟲，按上述方法產(chǎn)卵并計(jì)算產(chǎn)卵量及孵化率。

1.4 數(shù)據(jù)分析

1.4.1 幼蟲存活曲線分析 以病毒處理區(qū)幼蟲蟲口相對(duì)減退率為處理區(qū)幼蟲死亡率，根據(jù)威布爾頻數(shù)分布理論模型(Weibull frequency distribution)[15]，參考周郁斌等[16]方法，采用Origin pro 8.0擬合稻縱卷葉螟幼蟲感染CnmeGV生長發(fā)育過程特定階段存活率曲線方程：S(t)=a-(a-b)exp[-(tk)d]。擬合后采用Log-Rank test分析種群存活率曲線間的差異性[17]。同時(shí)通過曲線方程計(jì)算幼蟲感染病毒后死亡起始、50%死亡預(yù)期時(shí)間，明確CnmeGV對(duì)稻縱卷葉螟幼蟲的致死作用。

1.4.2 自然種群生命表參數(shù)分析 參照昆蟲種群生命表的制作方法[18]，根據(jù)田間調(diào)查的數(shù)據(jù)及同期飼養(yǎng)所獲的數(shù)據(jù)，估算稻縱卷葉螟種群不同時(shí)期幼蟲、各蟲態(tài)的存活率，組建得到自然種群生命表，按如下方法計(jì)算生命表參數(shù)：

種群凈增殖率R0=∑lxmx

內(nèi)稟增長率rm=(lnR0)/T

周限增長率λ=erm

世代平均周期T=∑lxmxx/∑lxmx

種群加倍時(shí)間DT=ln2/rm=0.693 1/rm

公式中l(wèi)x表示x期間的存活率，mx表示x期間平均每雌產(chǎn)雌數(shù)。稻縱卷葉螟的幼蟲歷期、成蟲壽命、產(chǎn)卵量等均用DPS v7.05數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行t-測(cè)驗(yàn)。

種群趨勢(shì)指數(shù)I=N2/N1=S1S2S3,…,SkPFP♀，式中N1、N2為當(dāng)代和下代的種群數(shù)量，S1S2S3,…,Sk為各作用因子相對(duì)應(yīng)的存活率，P♀為雌蟲比率，PF為實(shí)際產(chǎn)出率。

種群控制指數(shù)IPC=I′/I，式中I為原有自然種群數(shù)量發(fā)展趨勢(shì)指數(shù)，I′為CnmeGV干擾作用下種群數(shù)量發(fā)展趨勢(shì)指數(shù)，用以比較CnmeGV干擾條件下對(duì)種群數(shù)量發(fā)展趨勢(shì)的控制作用。

2 結(jié)果與分析

2.1 CnmeGV在稻縱卷葉螟種群中的感染

稻縱卷葉螟接觸感染CnmeGV后，初始并不表現(xiàn)明顯的病毒感染癥狀，隨時(shí)間的推移，感病癥狀逐步呈現(xiàn)，表現(xiàn)出明顯的桿狀病毒感病癥狀，感病幼蟲體節(jié)腫脹，行動(dòng)遲緩，體色由正常的綠色半透明狀逐漸變成灰白色而不透明，后期呈乳白色或略帶黃色，罹死病蟲從氣孔釋放出乳白色病毒液。田間應(yīng)用CnmeGV后6 d田間始見感染病毒顯癥幼蟲，8 d感病蟲量顯著增加，顯癥感染率達(dá)17.6%～19.53%，18 d田間蟲齡處于3～4齡，表現(xiàn)感病癥狀的蟲量達(dá)51.63%～54.23%,24 d調(diào)查田間蟲態(tài)主要以5齡和老熟幼蟲為主，感病顯癥幼蟲比例達(dá)69.16%～70.77%。CnmeGV不同濃度處理稻縱卷葉螟幼蟲感染程度及變化規(guī)律基本一致(圖1)。

圖1 不同濃度CnmeGV處理后田間稻縱卷葉螟幼蟲的病毒感染動(dòng)態(tài)Fig.1 The dynamic of rice leaffolder larvae infected by virus after spraying different concentration of CnmeGV

2.2 CnmeGV感染幼蟲存活曲線

圖2 CnmeGV感染稻縱卷葉螟幼蟲擬合威布爾分布方程存活曲線Fig.2 Survival curve of CnmeGV infecting population fitting with the model of Weibull frequency distribution

2.3 CnmeGV對(duì)稻縱卷葉螟種群的控制作用

根據(jù)田間調(diào)查結(jié)果結(jié)合室內(nèi)飼養(yǎng)觀察結(jié)果，組建了稻縱卷葉螟田間的自然種群生命表，得到CnmeGV為作用因子的稻縱卷葉螟自然種群生命表參數(shù)。由表1可以看出，CnmeGV對(duì)稻縱卷葉螟種群具有明顯的調(diào)控作用，感染CnmeGV的稻縱卷葉螟種群平均世代周期(T)延長了 2.45～2.79 d，內(nèi)稟增長率(rm)下降了40.21%～42.27%，致使子代稻縱卷葉螟種群增長趨勢(shì)指數(shù)(I)從20.03下降至6.30左右，同時(shí)種群加倍時(shí)間(DT)增加了 4.79～5.14 d。采用種群干擾作用控制指數(shù)分析表明，CnmeGV對(duì)稻縱卷葉螟種群控制作用明顯。CnmeGV不同濃度病毒處理區(qū)的種群控制指數(shù)(IPC)為 0.31～0.32，說明稻縱卷葉螟種群在CnmeGV干擾下子代種群增長趨勢(shì)下降為對(duì)照的0.3倍。

3 討 論

CnmeGV是感染稻縱卷葉螟幼蟲的專性桿狀病毒，田間害蟲卵孵化高峰期噴施病毒，CnmeGV通過稻縱卷葉螟幼蟲取食感染并逐步顯癥，后期田間種群感病率達(dá)70%左右，表明CnmeGV在一定濃度條件下對(duì)稻縱卷葉螟具有較強(qiáng)的致病性，這種侵染致病能力有助于病毒在稻縱卷葉螟種群中傳播擴(kuò)散[19]。

表1田間CnmeGV不同濃度處理稻縱卷葉螟自然種群生命表參數(shù)

Table1ThelifetableparemetersofnaturalpopulationofriceleaffoldertreatedwithCnmeGV

生命表參數(shù) 對(duì)照CnmeGV7.500×105OB/m2CnmeGV1.125×106OB/m2平均世代周期(T)33.2136.0035.66內(nèi)稟增長率(rm)0.0970.0560.058周限增長率(λ)1.101.061.06種群加倍時(shí)間(DT)7.1712.3111.96種群趨勢(shì)指數(shù)(I)20.036.356.32控制指數(shù)(IPC)1.000.310.32

昆蟲感染桿狀病毒到死亡需要經(jīng)過一個(gè)緩慢的周期，桿狀病毒DNA進(jìn)入細(xì)胞核經(jīng)過復(fù)制、組裝、轉(zhuǎn)移侵染而增殖感染引起宿主死亡[20]。稻縱卷葉螟幼蟲感染CnmeGV一般在感病顯癥8.39～8.40 d開始死亡，感病幼蟲前期和中期仍能卷葉取食造成危害，感病幼蟲存活率曲線預(yù)期致死中時(shí)間需20 d以上。劉琴等[13]通過CnmeGV結(jié)合蘇云金桿菌防治稻縱卷葉螟，不僅顯著提高了田間稻縱卷葉螟的死亡率，而且病毒感染顯癥時(shí)間縮短了3 d，感染死亡率增加了20.23%。這種增效作用可能源于稻縱卷葉螟取食Bt毒素蛋白后直接造成害蟲中毒死亡，未死亡的個(gè)體蟲體免疫能力下降，提高了病毒的致病性[21]，因此可以考慮田間應(yīng)用CnmeGV防治稻縱卷葉螟時(shí)結(jié)合蘇云金桿菌等生物農(nóng)藥，以提高對(duì)稻縱卷葉螟的直接防治效果，同時(shí)提高害蟲的病毒感染率。

單一以蟲口減退率或卷葉率等直接防治指標(biāo)并不能全面反映桿狀病毒對(duì)靶標(biāo)害蟲的控制作用[22]。通過構(gòu)建稻縱卷葉螟感染CnmeGV田間種群生命表，應(yīng)用種群控制指數(shù)評(píng)價(jià)害蟲控制效果，進(jìn)一步反映了桿狀病毒對(duì)稻縱卷葉螟種群發(fā)展趨勢(shì)的實(shí)際干擾控制作用。試驗(yàn)結(jié)果表明，以種群趨勢(shì)指數(shù)和種群控制指數(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)，CnmeGV對(duì)稻縱卷葉螟種群動(dòng)態(tài)具有明顯的影響，應(yīng)用CnmeGV后子代種群趨勢(shì)指數(shù)下降了3倍，可以有效控制稻縱卷葉螟的種群增長和爆發(fā)危害。

桿狀病毒在野外昆蟲種群中能引起流行病，導(dǎo)致繼代持續(xù)帶毒、感病死亡，長時(shí)間內(nèi)自然控制種群消長[23]。目前桿狀病毒在昆蟲種群中的流行性研究主要集中在森林、果園等連續(xù)、穩(wěn)定生態(tài)系統(tǒng)的害蟲防治中[24]。農(nóng)作物由于周期性的收獲，直接干擾了桿狀病毒的侵染和傳播，相關(guān)報(bào)道較少。水稻(單季稻)一般生育期長達(dá)150 d，水稻生長周期中稻縱卷葉螟持續(xù)危害，一般發(fā)生3～5代，害蟲種群生態(tài)相對(duì)穩(wěn)定，有利于CnmeGV在稻縱卷葉螟種群中擴(kuò)散，在子代種群中持續(xù)傳播，從而控制種群增長，降低危害程度，減少稻田農(nóng)藥使用量。

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