澳大利亞抗蟲棉抗性風險治理策略

張利娟，高雪珂，雒珺瑜，張帥，王春義，朱香鎮(zhèn)，王麗，崔金杰

（中國農業(yè)科學院棉花研究所/棉花生物學國家重點實驗室，河南安陽455000）

當前澳大利亞種植的抗蟲棉以美國第3代抗蟲棉為主[1-4]。其中：第1代含有cry1Ac抗蟲基因并于1996年引入；第2代含有cry1Ac和cry2Ab兩個抗蟲基因，在2003年引入；第3代含有cry1Ac、cry2Ab、vip3A三個抗蟲基因，于2016年引入。為預防棉鈴蟲對Bt棉花產生抗性，保障抗蟲棉持續(xù)利用，澳大利亞自第1代抗蟲棉引入時就將害蟲抗性治理策略放在了首要位置。在抗蟲棉引入的20多年間（1996―2017年）澳大利亞成功實施了相關抗性治理策略，這期間棉鈴蟲對Bt蛋白的抗性水平未出現顯著的上升[6]。

1　抗蟲棉抗性風險治理策略

1.1　庇護所

設置庇護所的目的是產生大量敏感的棉鈴蟲成蟲，這些成蟲不受Bt蛋白選擇壓力的影響，能夠與Bt棉田中潛在的抗性成蟲交配，降低抗性成蟲之間交配的機會[7-8]?？剐猿上x與敏感成蟲交配產生的后代將攜帶來自2個親本的基因）即為雜合體，而Bt棉花對雜合體害蟲仍然具有控制作用。因此，庇護所的關鍵作用是稀釋抗性群體的適應性。

庇護作物的選擇是基于不同類型作物中建立的棉鈴蟲發(fā)生模型和相關知識，其可能發(fā)生的棉鈴蟲成蟲數量的評估則是通過大規(guī)模的野外試驗來完成的[9]。由于不同庇護作物發(fā)揮的作用、效能在不同地區(qū)和季節(jié)間差別較大，因此單獨對某一個庇護所發(fā)揮的作用進行評價是不現實的。庇護作物的高效管理包括作物所需營養(yǎng)的充分供給、雜草的有效控制、及時灌溉等。這些措施對于確保庇護作物能夠吸引及誘導具有抗性基因的棉鈴蟲雌蟲在其上產卵、繁殖發(fā)揮著非常重要的作用。從抗性治理策略的整體考慮，澳大利亞除了注重庇護作物的選擇、管理外，同樣重視基于種群水平的抗性治理。這是因為棉鈴蟲具有遠距離遷飛擴散的能力，只有盡可能在相對大的地理范圍內進行治理從而使每個庇護所都能繁殖一定數量的敏感個體，才能達到較好的稀釋抗性群體的效果。同時，對于每個種植轉Bt棉花的農場，其周圍庇護作物的質量均由孟山都公司負責審查，以確保這些作物產生敏感棉鈴蟲個體的有效數量和可持續(xù)性。

1.1.1庇護作物種植區(qū)域選擇。棉鈴蟲雖然可長距離遷飛，但是遷飛的距離取決于作物的混合程度和棉鈴蟲成蟲羽化時的活躍程度。因此，為確保從Bt棉田產生的棉鈴蟲成蟲可與附近庇護作物中的敏感成蟲交配，庇護作物應盡可能接近Bt棉花，最好不超過2 km。為了降低庇護所中棉花自生苗（由殘留在土壤中的棉花2代種子形成的幼苗）和截根苗（從棉花殘茬的根部長出的幼苗）可能出現的頻率，最好選擇在前一生長季節(jié)未種植棉花的區(qū)域設置庇護所。同時，為了便于競爭性雜草管理和提高庇護效率，庇護作物應選擇在雜草種子數量較少的地區(qū)種植。最常用的庇護作物鷹嘴豆能夠在多種類型的土壤中正常生長發(fā)育，但是對水澇特別敏感，因此在選擇其種植區(qū)域時應優(yōu)先考慮排水系統(tǒng)較好的地塊。同時，像其他的豆類作物一樣，鷹嘴豆對后茬作物具有化感作用，因此在選擇種植田塊時應考慮到這個因素。

1.1.2庇護作物優(yōu)化及種植要求。鷹嘴豆和抗蟲棉作物開花期是否一致一直是庇護作物能否成功應用的關鍵，因為鷹嘴豆只有在開花期才能對棉鈴蟲產生足夠的吸引和引誘作用，其余生長發(fā)育時期（例如開花前、現蕾前）對棉鈴蟲均不具有引誘性[10]。然而在過去的20年間，鷹嘴豆的持續(xù)循環(huán)種植和庇護所留存種子的頻繁使用，導致鷹嘴豆在進化方面發(fā)生改變，出現開花期推遲現象[11]。同時，頻繁出現的庇護作物種子不可利用和質量問題等，已經成為困擾棉花種植戶的主要難題。針對以上現象，Grundy（QDAF）團隊經過潛心研究，最終篩選出適合庇護所種植的鷹嘴豆新品種——Sunrise。該品種被證實在經過深耕、充分灌溉的多種類型土壤中表現優(yōu)良，在1月上旬開花，具有重復開花吸引害蟲的特性，已經于2017年在昆士蘭州進行商業(yè)化生產。該品種每公頃的播種量為25～40 kg，高密度種植使其莖稈比較纖細，這使后期其秸稈的粉毀相對容易。

第3代抗蟲棉的庇護所種植要求是95%抗蟲棉，同時配以5%非抗蟲棉，非抗蟲棉不得噴施化學農藥；或者種植97.5%抗蟲棉，同時種植2.5%鷹嘴豆，鷹嘴豆也不得噴施化學農藥。這比第2代抗蟲棉的庇護作物的比例要求降低了一半，說明棉花生產者對第3代抗蟲棉的抗性風險管理很有信心。同時，庇護作物不得使用對棉鈴蟲有活性的殺蟲劑、誘食劑、赤眼蜂和其他生物制劑，旨在通過增加天敵的捕食和寄生而降低敏感棉鈴蟲的存活率，從而降低庇護作物保護與繁殖敏感個體的作用。

1.2　自生苗控制

防止自生苗在Bt棉田、常規(guī)作物田、休耕田和庇護所中出現是非常重要的，因為大齡棉鈴蟲幼蟲長期生長在自生苗上，易對Bt蛋白產生耐受性。如果產生抗性的大齡幼蟲遷移到鄰近的Bt棉花上，這種雜合子基因的幼蟲可能存活并導致棉鈴蟲群體中抗性基因頻率的增加。因此，須從Bt棉、常規(guī)作物、休耕田及庇護所中去除常規(guī)棉花的自生苗，使大齡棉鈴蟲幼蟲雜合子失去取食Bt棉花的機會，避免其基因遺傳。

1.3　空窗期限制

限制種植空窗期（指從上季棉花收獲結束到下一季棉花開始種植的一段時間）的目的是減少在任何季節(jié)接觸Bt棉花的棉鈴蟲世代數，從而有效控制棉鈴蟲對Bt棉花的選擇壓力，在溫暖的地區(qū)尤為重要[12]。對于第3代抗蟲棉而言，種植空窗期仍然是一個重要的緩解策略，特別是在棉花和棉鈴蟲一年四季都能生存和繁殖的氣候溫暖的地區(qū)。

1.4　杜絕葉面噴施Bt制劑

為了降低棉鈴蟲對Bt蛋白的選擇壓力，延緩抗性產生，噴施和未噴施化學農藥的所有庇護所，均不得葉面噴施Bt制劑。這個措施是抗性治理的關鍵，因為通常情況下庇護所中敏感成蟲與種群中的抗性個體交配產生具有雜合基因的個體；雖然這種雜合體能夠被Bt棉控制，但是避護所中雜合個體的存在稀釋了敏感種群的數量，在一定程度上降低了庇護作物的作用。

1.5　消滅棉鈴蟲蛹

消滅棉鈴蟲蛹是降低抗藥性風險的高效緩解策略之一[13]。不同季節(jié)之間的交替種植可以減少抗性棉鈴蟲成蟲次年對種群造成的影響，因為在交替種植過程中其余作物能夠起到緩解或稀釋棉鈴蟲抗性的作用。雖然在Bt棉花中存活幼蟲很少，但是它們很可能存在抗性，必須消滅這樣的后代才能避免抗性個體的出現。不建議在未噴施化學農藥的庇護所消滅棉鈴蟲蛹，噴施化學農藥的庇護所可以消滅棉鈴蟲蛹。消滅棉鈴蟲蛹的基本原則，主要是基于大田試驗所形成的棉鈴蟲滯育誘導和發(fā)生模型的預測結果，即將要進入或正處于滯育階段的幼蟲數量進行制定的。為了確保在大田中只有那些可能具有高抗性風險并且處于滯育階段的幼蟲被消滅，第3代抗蟲棉的落葉期被作為消滅蛹主要的界定指標之一。當地3月31日作為50%棉鈴蟲幼蟲可能進入滯育期的平均日期，第3代抗蟲棉在上述日期之前落葉的地區(qū)建議消滅棉鈴蟲蛹，同時確保Bt棉田表層10 cm土壤中的蛹全部被消滅。在昆士蘭州南部，針對受損的第2代抗蟲棉，經由孟山都公司確認后，在一年中的任一季節(jié)直到收獲季節(jié)都不得補種，其中2月28日之前銷毀的抗蟲棉地區(qū)無需再消滅蛹，在2月28日或者之后銷毀的抗蟲棉必須消滅蛹。在昆士蘭州中部棉花生長后期棉鈴蟲蛹并不留在土壤中，而是在化蛹后的15 d內羽化。在這種溫暖地區(qū)，消滅棉鈴蟲蛹效果并不明顯；在棉花收獲時節(jié)種植誘集作物如鷹嘴豆，則效果較好，此時，棉鈴蟲成蟲將被誘集到誘集作物上產卵，卵和幼蟲階段持續(xù)30 d以上，待棉花收獲后，將誘集作物摧毀，棉鈴蟲蛹即無法存活。

2　第2代抗蟲棉庇護所技術

第2代抗蟲棉的種植者需要種植庇護作物[14]。所有庇護作物的選擇都是基于10%的未噴施化學農藥的常規(guī)棉或其等效物（表1～表2）。不管第2代抗蟲棉的灌溉制度如何，棉花生長期間庇護作物必須得以充分灌溉，以便吸引棉鈴蟲。

表1　灌溉、干旱土地BollgardⅡ棉花庇護所的選擇

表2　昆士蘭州中部種植BollgardⅡ對陷阱作物的要求

庇護作物必須合理種植和管理，以確保在第2代抗蟲棉生長期間，這些作物能夠引誘棉鈴蟲。（1）灌溉庇護所的要求：所有的庇護作物最好在第2代抗蟲棉種植前2周內種植完畢；如果實在無法完成，允許在第2代抗蟲棉開始種植當天的前3周內完成足夠數量庇護作物的種植；在以上2種情況之后，如果還有另外的第2代抗蟲棉種植，這時就必須在第2代抗蟲棉種植后的2周內盡快補充種植庇護作物。（2）干旱庇護所的要求：①所有的庇護作物必須在第2代抗蟲棉種植前的2周內種植完畢；②為保證庇護作物——鷹嘴豆能夠正常發(fā)芽出苗，只有待土壤溫度達到17℃，同時濕度達到一定水平的條件下才能種植，如土壤溫度等外界條件不能滿足鷹嘴豆的正常出苗，必須在上述限定的時間內補種替代作物；③一旦第2代抗蟲棉進入開花期，相應的庇護所必須停止田間的整理耕種工作，因為該階段如果繼續(xù)使用除草劑等田間管理措施，會在無意中殺死敏感棉鈴蟲的蛹。

3　第3代抗蟲棉庇護所技術

第3代抗蟲棉的種植者需要種植能夠產生大量未經Cry1Ac、Cry2Ab和Vip3A蛋白選擇的棉鈴蟲成蟲庇護作物。所有庇護作物的選擇都是基于5%的未噴施化學農藥的常規(guī)棉或其等效物的要求（表 3～表 5）[10]。

表3　灌溉和干旱地區(qū)BollgardⅢ棉花庇護所的選擇

表4　10月31日后昆士蘭中部灌溉和干旱地區(qū)BollgardⅢ棉花庇護所的選擇

表5　昆士蘭州中部晚夏鷹嘴豆陷阱作物的要求

以上抗性治理技術的成功實施離不開澳大利亞棉花研究發(fā)展公司投資的工業(yè)基金監(jiān)管項目以及與主要研究機構的合作，也離不開孟山都公司每年投資設置的監(jiān)管項目的支持。這些農業(yè)機構的工作和項目的開展一直致力于鑒定和監(jiān)管澳大利亞地區(qū)棉田可能發(fā)生的潛在抗性事件。農業(yè)公司、機構與科研人員的通力配合及共同努力是澳大利亞能夠成功實施抗蟲棉抗性治理的關鍵。

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