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甜菜夜蛾Spodoptera exigua(Hübner)是一种间歇性、多食眭及远距离迁飞性害虫,广泛分布于亚热带和温带地区,危害多种经济作物。近年来在我国危害程度进一步加深,危害范围进一步扩展,造成巨大经济损失。苏云金杆菌Bacillus thuringiensis(简称Bt),是一种对鳞翅目昆虫具有毒杀作用的革兰氏阳性芽孢杆菌,现已成功广泛应用于转Bt基因抗虫作物。然而目前商业化种植的转Bt基因抗虫作物主要表达CryAc蛋白,而甜菜夜蛾却对这类杀虫蛋白并不敏感。随着Bt抗虫作物的大面积种植,甜菜夜蛾对其抗性逐渐提高,种群地位已经从次要害虫演化成为主要害虫,从而给甜菜夜蛾的综合防控带来难度。本论文应用生物学方法,在室内系统研究了甜菜夜蛾幼虫低龄期取食、整个幼虫期取食及幼虫连续三代取食含Cry1Ac杀虫蛋白的人工饲料后生长发育和繁殖的变化,高龄幼虫对含Cry1Ac不同浓度饲料的食物消耗和利用的影响,以及幼虫期取食含Cry1Ac杀虫蛋白饲料羽化而来的成虫其飞行能力的变化,以期定量揭示Cry1Ac杀虫蛋白对甜菜夜蛾生长发育和繁殖效应、食物利用率及成虫飞行能力的影响作用,从而为转Bt抗虫作物商业化种植的生态安全性评价及Bt作物田间甜菜夜蛾种群的综合治理提供科学依据。取得的主要结果有如下几点:
明确了甜菜夜蛾低龄幼虫连续6天取食含Cry1Ac杀虫蛋白浓度为5,10,20,40和80μg/g的人工饲料后转移到不含杀虫蛋白的饲料上,其生长发育与成虫繁殖的变化。结果表明,这组不同Cry1Ac杀虫蛋白浓度的饲料对甜菜夜蛾低龄幼虫有一定的毒杀作用,且显著抑制其生长发育,但雌雄蛹重均较对照无显著差异;雌蛾平均产卵量以10μg/g处理最高(719粒),表明一定的低浓度Cry1Ac杀虫蛋白对成虫生殖有一定的促进作用。
用含Cry1Ac杀虫蛋白为3.125,6.25,12.5和25μg/g的低浓度组饲料对甜菜夜蛾初孵幼虫连续饲喂三代,结果表明,含低浓度Cry1Ac杀虫蛋白饲料对甜菜夜蛾直接毒杀作用不明显,主要是抑制了幼虫生长发育。幼虫发育历期在第一代和第二代中较对照显著延长,但在第三代中各Cry1Ac处理下与对照均较接近;蛹期在第一代中也较对照显著延长,在第二代时较对照开始缩短,但第三代较对照已经无显著差异;对3日龄蛹重减轻的影响尤其显著,但随着取食代数的延长而渐趋于稳定;对成虫产卵前期没有显著影响,而产卵期在第一代中还暂时未受影响,但饲养至第二、三代时,影响作用逐渐显现,较对照显著缩短;对雌蛾产卵量的影响尤其显著,在三代中均较对照显著减少,但均趋于稳定,并维持在400~500粒左右,而且除了3.125μg/g外,其余浓度处理的在代次间产卵量差异不显著,表明幼虫及其子代对含Cry1Ac杀虫蛋白食料都具有良好的适应性;连续饲养三代中雄蛾寿命在各Cry1Ac处理下波动范围比雌蛾要大,其受含Cry1Ac杀虫蛋白食料的不利影响要大于雌蛾。进一步用含Cry1Ac杀虫蛋白为25,50,100和200μg/g的高浓度组饲料饲养初孵幼虫一代也表明,杀虫蛋白的直接毒杀作用也不明显,但生长发育历期显著延长,3日龄蛹重和雌蛾产卵受到的影响尤其显著:蛹重较对照显著下降,产卵量显著减少,多在500粒左右。无论是低浓度组饲养三代还是浓度组饲养一代,幼虫化蛹率、羽化率、畸形率及雌雄性比均未受到显著影响。
明确了甜菜夜蛾5龄幼虫、4龄末幼虫分别取食含Cry1Ac杀虫蛋白浓度分别为3.125,6.25,12.5,25μg/g和25,50,100,200μg/g的这两组低、高浓度饲料后对食物消耗和利用的影响。结果表明,低浓度组饲料对5龄幼虫取食12h的6项营养指标均没有显著影响,而高浓度组饲料对4龄末幼虫连续取食2天却有显著影响。4龄末幼虫取食高浓度组杀虫蛋白饲料1天后,其相对生长速率、相对摄食速率、食物利用率和转化率均较对照显著下降;而取食2天后,试虫已完全适应食料环境,各项指标较第1天均已开始下降,相对代谢速率较对照开始升高,表明幼虫代谢能力开始增加,需要用更多的能量来缓解Cry1Ac杀虫蛋白带来的抑制作用,而且近似消化率达到显著升高的水平,表明幼虫体内解毒酶系统的应答机制在短时间内已经被激活,需要提高消化率对低转化率进行生理补偿而维持生命活动的延续,即做足预蛹的充分准备。
明确了幼虫取食含Cry1Ac杀虫蛋白为25,50,100和200μg/g的这组高浓度组饲料羽化而来的1日龄成虫其飞行能力的变化。结果表明,不同浓度的Cry1Ac杀虫蛋白对甜菜夜蛾1日龄雌雄蛾的飞行距离、飞行速度及飞行时间均有显著影响。一定的Cry1Ac浓度(25和50μg/g)可以引起甜菜夜蛾1日龄雌蛾飞行潜力增加的倾向,尽管未达到显著水平,强飞个体比例也是在这两个浓度下最高,飞行超过40 km的分别为33.3%和43.3%,超过8 h的分别为84.8%和76.7%,超过4 km/h的分别为39.4%和56.7%,然而过高的Cry1Ac浓度则会强烈抑制其飞行能力,200μg/g下的雌蛾在12 h的吊飞测试中平均飞行距离只有21 km,显著低于对照。但这组高浓度的Cry1Ac杀虫蛋白并不能促进雄蛾飞行潜力的增加,尽管浓度在25和50μg/g条件下,雄蛾的飞行能力较对照无显著差异,但浓度过高,雄蛾飞行能力也显著受到抑制。
根据不同Cry1Ac杀虫蛋白浓度和不同时期饲喂甜菜夜蛾幼虫对其生长发育、繁殖、食物利用率及飞行能力的研究结果,结合转Bt作物田间实际情况分析,本研究揭示了在转Bt作物生长后期,表达低浓度的Bt杀虫蛋白的作物组织不仅不影响幼虫的存活、生长发育和繁殖,而且在一定程度上可能会刺激雌蛾的生殖产卵;而在转Bt作物生长期内,甜菜夜蛾幼虫对表达Bt杀虫蛋白的作物组织有良好的适应性,虽然雌峨产卵量有所下降,但后代繁殖渐趋于稳定;处于暴食期的高龄幼虫取食Bt作物组织后也能存活,对其食物消耗和利用的影响随着取食天数的增加而逐渐减弱;取食Bt作物组织羽化而来的成虫尽管在产卵量上有所下降,但雌蛾为逃避不良生殖生境,其飞行能力有增加的倾向。以上结果的获得进一步证明了甜菜夜蛾对Bt作物的抗性风险在逐渐提高,在Bt作物田中的种群地位从次要害虫上升到主要害虫,其危害范围进一步扩大,因此,需要密切监视转Bt作物田甜菜夜蛾种群动态趋势,制定合理的综合治理措施,从而为改善和提高其预测预报水平及转Bt作物对非靶标害虫的生态安全性评价提供科学依据。