轉(zhuǎn)基因玉米防治草地貪夜蛾應(yīng)用進(jìn)展

任 龍，沈明鶴，王溪竹，芮昌輝

（1.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所，北京 100193；2.中化化肥有限公司，北京 100001）

1 草地貪夜蛾發(fā)生與危害

草地貪夜蛾，屬于鱗翅目夜蛾科，包括卵、幼蟲、蛹、成蟲4個(gè)蟲態(tài)，主要在幼蟲期危害農(nóng)作物，低齡幼蟲取食玉米葉片、心葉，3齡后進(jìn)入暴食期，還可取食葉鞘、果穗等，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致玉米出現(xiàn)枯心、禿桿癥狀，嚴(yán)重影響玉米產(chǎn)量[1-3]。草地貪夜蛾具有繁殖力強(qiáng)、遷飛距離遠(yuǎn)、食性雜、危害重等特點(diǎn)，給防治帶來很大困難。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在南美的巴西、阿根廷和非洲地區(qū)草地貪夜蛾危害減產(chǎn)率達(dá)30%～70%，推測每年全球經(jīng)濟(jì)損失達(dá)到十幾億美元[4-5]。

草地貪夜蛾原產(chǎn)于美洲的熱帶和亞熱帶地區(qū)，2018年首次傳入亞洲地區(qū)，2019年1月在我國云南首次監(jiān)測到草地貪夜蛾入侵[6]，目前已經(jīng)在26個(gè)省區(qū)市監(jiān)測到草地貪夜蛾的發(fā)生和危害。根據(jù)寄主差異，草地貪夜蛾被分為玉米型和水稻型，兩者形態(tài)上相同，但基因型有差異，對殺蟲劑也表現(xiàn)出不同的敏感性。我國監(jiān)測到的草地貪夜蛾以玉米型為主，水稻型也有報(bào)道[7]。

2 化學(xué)防治與抗性問題

目前，國內(nèi)針對草地貪夜蛾的發(fā)生危害，采取的主要措施是應(yīng)急化學(xué)農(nóng)藥防治，充分發(fā)揮了化學(xué)農(nóng)藥殺蟲速度快、易操作、可選藥劑品種多的優(yōu)勢，快速有效地控制了該害蟲的危害。2019年農(nóng)業(yè)農(nóng)村部推薦應(yīng)急防治農(nóng)藥名單涵蓋了有機(jī)磷類、菊酯類、苯甲酰脲類、雙酰胺類殺蟲劑品種及農(nóng)藥混劑共25種。國內(nèi)一些研究機(jī)構(gòu)也廣泛開展對于草地貪夜蛾的防治藥劑的測試［8-9］。

王芹芹等[10]通過對14種農(nóng)藥對草地貪夜蛾殺卵活性室內(nèi)生測表明，苯氧威、甲維鹽、除蟲脲等殺蟲劑的活性較高，可以作為產(chǎn)卵期、幼蟲孵化期的備選藥劑。陸道訓(xùn)等[11]測試不同藥劑對草地貪夜蛾的防治效果，研究表明甲維茚蟲威和虱螨脲對草地貪夜蛾幼蟲防效良好。通過對4齡幼蟲防效測試，施藥后3 d和14 d的殺蟲效果均達(dá)到100%，保苗防效分別達(dá)到68%和95%。吳正偉等[12]研究表明，甲維鹽和蟲酰肼均可有效控制草地貪夜蛾，兩者作用各有特點(diǎn)，可以根據(jù)需要聯(lián)合使用，優(yōu)勢互補(bǔ)。截至目前，從化學(xué)藥劑對草地貪夜蛾的防治效果來看，還較為理想，并未出現(xiàn)大面積防治失控事件。然而，筆者親自前往廣西、云南實(shí)地與種植戶交流發(fā)現(xiàn)，種植者為了達(dá)到防治效果，超量使用農(nóng)藥的現(xiàn)象不在少數(shù)。根據(jù)已有的害蟲抗藥性經(jīng)驗(yàn)推測，隨著藥劑的過度使用，國內(nèi)草地貪夜蛾抗藥性將會成為突出問題。

國外對草地貪夜蛾抗藥性研究報(bào)道已經(jīng)很多。在美洲西部地區(qū)，草地貪夜蛾對毒死蜱、丁硫克百威、高效氯氟氰菊酯等農(nóng)藥產(chǎn)生了抗性[13]，導(dǎo)致化學(xué)防治效果下降。在中美洲，草地貪夜蛾田間種群對毒死蜱、氯菊酯、氟蟲雙酰胺、殺鈴脲和乙基多殺菌素產(chǎn)生中等水平抗性[14]。巴西中部草地貪夜蛾已經(jīng)對菊酯類藥劑產(chǎn)生中高抗性。進(jìn)一步抗性機(jī)理研究表明，草地貪夜蛾抗藥性的產(chǎn)生與靶標(biāo)基因突變有關(guān)，這與其他鱗翅目害蟲的抗性機(jī)制類似[4]。國內(nèi)對于草地貪夜蛾抗藥性研究報(bào)道相對較少，吳益東等[15]研究表明，遷飛至中國的草地貪夜蛾種群對有機(jī)磷和菊酯類具備一定抗性，但需要更深一步詳細(xì)驗(yàn)證。國內(nèi)大量研究表明，長期大量使用化學(xué)藥劑防治棉鈴蟲、小菜蛾等鱗翅目害蟲，會產(chǎn)生較嚴(yán)重的抗藥性。由此類推，同為鱗翅目害蟲的草地貪夜蛾，在國內(nèi)抗性發(fā)展問題，值得高度關(guān)注。

3 轉(zhuǎn)基因抗蟲玉米在草地貪夜蛾防治上的應(yīng)用

針對草地貪夜蛾的抗藥性問題，采用轉(zhuǎn)基因作物抗擊害蟲成為一項(xiàng)重要的抗性治理策略，國外已經(jīng)開展大量此類研究。自20世紀(jì)90年代，美國、加拿大、阿根廷已經(jīng)開始大面積種植轉(zhuǎn)基因抗蟲玉米用于防治玉米螟、草地貪夜蛾等鱗翅目害蟲。報(bào)道顯示，美國、加拿大和南非廣泛種植BT玉米防治草地貪夜蛾，其類型主要包括Cry1F、Cry1Ab、Cry1A.105和Cry2Ab2[16-20]。Armstrong等[21]研究表明，Cry1Ab玉米對玉米螟和草地貪夜蛾具有良好的抗蟲能力，能高效控制害蟲在心葉期和穗期的危害。南非亦有類似報(bào)道，MON810和MON89034品種對幼蟲防治效果較好，其種植面積占該國玉米種植總面積的71%[22]。國內(nèi)研究方面，岳同卿等[23]研究發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)Cry1Ah抗蟲玉米對亞洲玉米螟具有顯著抗性，外源基因可在玉米植株內(nèi)穩(wěn)定表達(dá)并逐代穩(wěn)定遺傳。王培等[24]通過室內(nèi)和田間抗蟲試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，Cry1Ac玉米顯著降低亞洲玉米螟的危害，初孵幼蟲取食6～7天后，存活率普遍低于15%。張丹丹等[25]研究表明BT-Cry1Ab和BT-(Cry1Ab＋Vip3Aa)玉米對草地貪夜蛾1～4齡幼蟲均具有很好的防控效果，其中BT-(Cry1Ab＋Vip3Aa)的效果顯著優(yōu)于BT-Cry1Ab。

4 轉(zhuǎn)基因抗蟲玉米抗性問題凸顯

盡管BT玉米已成為害蟲防治的重要途徑，但是隨著大面積推廣種植，抗性問題也日益凸顯。國外研究顯示，害蟲在基因和環(huán)境雙重選擇條件下，幾年內(nèi)就會產(chǎn)生抗性，相關(guān)報(bào)道屢見不鮮。轉(zhuǎn)基因抗蟲玉米推廣數(shù)年后，在美洲和非洲均已檢測到害蟲田間抗性種群，且抗性水平呈上升趨勢[26-27]。據(jù)報(bào)道，美洲種植轉(zhuǎn)基因抗蟲玉米（表達(dá)Cry1F）7年后，在波多黎各監(jiān)測到草地貪夜蛾對Cry1F產(chǎn)生抗性，導(dǎo)致轉(zhuǎn)基因抗蟲玉米防效下降[28]。南非種植轉(zhuǎn)基因抗蟲玉米8年后，田間檢測到對轉(zhuǎn)基因抗蟲玉米產(chǎn)生了中等水平抗性[21]。在巴西也有類似報(bào)道，該害蟲對Cry1F和Cry1Ab均產(chǎn)生不同程度抗性[29]。

轉(zhuǎn)基因玉米在國內(nèi)尚未推廣種植，但相關(guān)研究機(jī)構(gòu)已經(jīng)開展轉(zhuǎn)基因抗蟲玉米對害蟲的抗性風(fēng)險(xiǎn)評估。相關(guān)研究[30]表明，玉米螟對轉(zhuǎn)基因Cry1Fa玉米產(chǎn)生了低水平抗性，為后續(xù)草地貪夜蛾對轉(zhuǎn)基因玉米的抗性研究提供重要的參考價(jià)值。

針對轉(zhuǎn)基因抗蟲作物的抗性風(fēng)險(xiǎn)問題，研究人員通過基因調(diào)控手段，提高有效蛋白表達(dá)，延緩害蟲抗性發(fā)展。Gómez等[31]研究表明，基因誘變可以提升Cry1Ab的殺蟲活性，主要因?yàn)镹514A突變使殺蟲蛋白表達(dá)量增加。Eghrari等[32]對BT等位基因研究表明，TC1507xMON89034xNK603在純合BT玉

米中蛋白表達(dá)量更高，更適合用于防治草地貪夜蛾。王培等[24]研究結(jié)論與之一致，純合型BT玉米對玉米螟的抗蟲能力顯著高于分離型。另外，基因組合也被用于提高轉(zhuǎn)基因玉米對草地貪夜蛾防效。國外研究表明，重組基因Cry1A.105抗蟲玉米對草地貪夜蛾防效高于Cry1F和Cry1Ab[33]。國內(nèi)亦有類似研究成果，李國平等[34]研究發(fā)現(xiàn)Cry1Ab（或Cry1F）＋Vip3Aa、Cry1Ab（或Cry1F）＋Cry2Ab玉米可有效控制草地貪夜蛾的發(fā)生與危害。

5 討論與展望

本文綜述了國內(nèi)外BT玉米防治草地貪夜蛾的主要研究進(jìn)展。類比化學(xué)防治抗性問題，轉(zhuǎn)基因抗蟲玉米可能導(dǎo)致的草地貪夜蛾抗性問題，不容忽視。截至目前，草地貪夜蛾對Cry1F、Cry1A等多種類型產(chǎn)生了抗性，對于其他基因型的研究需要繼續(xù)探索。在基因研究層面，對于殺蟲蛋白表達(dá)量和類型的研究還需要進(jìn)一步深入。一方面，需研究如何通過提高基因誘導(dǎo)有效性，從而高效率提高葉片中殺蟲蛋白表達(dá)量；另一方面，有效基因組合方式需要繼續(xù)研究，從而提高對多種害蟲的綜合防治效果。目前，國內(nèi)轉(zhuǎn)基因作物對于草地貪夜蛾的研究還相對較少。

結(jié)合我國種植結(jié)構(gòu)、施藥水平等特點(diǎn)，筆者認(rèn)為對于草地貪夜蛾防治，需要制定戰(zhàn)略性的聯(lián)防聯(lián)控措施。首先，充分掌握草地貪夜蛾的生活習(xí)性和危害規(guī)律，在卵盛期和3齡幼蟲前進(jìn)行集中防治。此時(shí)期害蟲耐藥能力比較差，解毒酶含量相對較低，且尚未潛藏到心葉，施藥方便，農(nóng)藥在較低劑量下就可以達(dá)到較高防治效果。其次，做好害蟲發(fā)生的動態(tài)監(jiān)測和抗藥性監(jiān)測，及時(shí)采取有效的藥劑替換或輪用措施，從而有效控制害蟲，同時(shí)延緩其抗藥性的發(fā)生。我國玉米種植從南到北，為害蟲提供了豐富的食源，草地貪夜蛾遷飛轉(zhuǎn)移能力強(qiáng)，一旦監(jiān)測和防治不及時(shí)，很容易導(dǎo)致大面積暴發(fā)。參考國外經(jīng)驗(yàn)，推廣種植轉(zhuǎn)基因抗蟲玉米可以作為防治草地貪夜蛾重要舉措之一，國內(nèi)采用轉(zhuǎn)基因抗蟲玉米這一防治措施是否可行，需要政策、經(jīng)濟(jì)、社會、科學(xué)技術(shù)等多角度慎重考慮。

從科學(xué)技術(shù)角度看待草地貪夜蛾的防治，無論是采取化學(xué)防治，還是利用轉(zhuǎn)基因抗蟲作物，均應(yīng)與多種措施結(jié)合進(jìn)行綜合防治。在草地貪夜蛾的抗藥性治理上，澳洲、美洲采取庇護(hù)所技術(shù)，綜合防治草地貪夜蛾，值得國內(nèi)研究借鑒。