截形叶螨对哒螨灵抗性遗传方式及风险研究

来源 :甘肃农业大学 | 被引量 : 6次 | 上传用户:andyvssammi
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近年来,随着甘肃河西地区玉米杂交制种业的迅速发展和集中连片种植,致使截形叶螨(Tetranychus truncatus Ehara)成为甘肃省制种玉米产区的主要虫害,严重影响了制种玉米的产量和质量。哒螨灵(pyridaben)属于线粒体电子传导抑制剂类的杀螨剂(METI),因其结构新颖、作用机制独特,杀叶螨高效、广谱,目前在甘肃玉米制种田应用较为广泛,但长期大面积、单一使用,易导致截形叶螨抗药性的产生。为了延缓哒螨灵的使用寿命,本文在哒螨灵对截形叶螨抗性选育的基础上,开展了截形叶螨抗哒螨灵品系的生物适合度、抗性生化机理和抗性遗传方式的研究,并对截形叶螨的抗药性风险做了评估,以期为哒螨灵的科学合理使用和截形叶螨抗性综合治理方案的制订提供一定的理论依据。主要获得结果如下:1.用15%哒螨灵乳油对截形叶螨进行室内抗性品系选育,连续处理49代后,其LC50值由17.08mg/L上升至16253.59mg/L,抗性倍数达到951.6倍。截形叶螨对哒螨灵的抗性动态表现为初期抗性发展缓慢,前期抗性迅速发展,中期抗性发展趋于稳定,后期抗性急剧上升。2.在温度为16°C、20°C、24°C、28°C、32°C和36°C六个温度梯度,光照16h,相对湿度为60%±5%条件下,研究了截形叶螨敏感品系(SS)和抗哒螨灵品系(Py-R)实验种群在不同温度条件下的各螨态发育历期和生殖情况。结果表明:截形叶螨敏感品系和抗哒螨灵品系均能顺利完成世代发育,并且两个品系的发育历期和平均寿命均随温度的升高而缩短。抗哒螨灵品系(Py-R)在16°C-28°C下,即低温和适温条件下,世代历期、平均寿命和生殖力均低于敏感品系(SS);而在高温36°C下,抗性品系(Py-R)与敏感品系相比,世代历期和平均寿命明显延长,生殖力逐渐上升。利用王-兰-丁模型拟合了截形叶螨敏感和抗哒螨灵品系的世代发育速率与温度的关系曲线,结果表明,截形叶螨敏感品系(SS)完成一个世代发育所需的最低、最高临界温度分别为10.1°C和39.2°C,最适发育温度为25.7°C;抗性品系(Py-R)世代发育所需最低、最高临界温度分别为13.4°C和41.9°C,最适发育温度为26.0°C。两品系相比较而言,截形叶螨抗哒螨灵品系对高温的适应能力强于敏感品系,但对低温适应能力较弱。3.通过研究不同温度下截形叶螨抗性和敏感实验种群生命生殖力表发现:在16°C-36°C下,截形叶螨两个种群的存活年龄都随温度的升高而缩短;生殖力曲线呈抛物线形状,即生殖初期,产卵量较低,随着时间的推移,产卵达到高峰期,然后逐渐下降。在16°C-32°C条件下,抗性种群存活率下降较快,寿命短于敏感种群,存活曲线存在较大差异;产卵高峰期早于敏感种群,整个产卵期短于敏感种群。但在高温36°C条件下,敏感种群存活率下降较快,寿命短于抗性种群;抗性种群的生殖高峰期晚于敏感种群,且产卵期长于敏感种群,表明截形叶螨产生抗性后,说明截形叶螨经哒螨灵长期汰选后形成的抗性品系与敏感品系相比,增加了对高温的适应能力。两个种群的生命参数与温度关系的模拟公式表明:净生殖率(R0)、内禀增长率(rm)、周限增长率(λ),种群加倍时间(Dt)等种群参数均与温度呈二次抛物线关系(世代平均历期T除外),即截形叶螨的种群增长存在低温或高温抑制现象,也反映了在高温区内昆虫发育速率最终下降这一生理规律。以净生殖率(R0)来评价抗性种群和敏感种群的相对适合度(relative fitness Rf),结果表明在16°C-28°C范围内, Rf<1,表示截形叶螨抗哒螨灵种群适合度下降,在生殖上存在一定程度的不利性;但在32°C-36°C下,相对适合度Rf>1,抗性种群表现出生物适合度优势。对截形叶螨抗哒螨灵种群和敏感种群在不同温度下对干扰的反应时间研究发现:不同温度条件下两个种群的反应时间(t)随着干扰造成的死亡率(M)的增大而延长;如果假定害虫的死亡率(M)是由使用某种农药而造成,那么t值则表示截形叶螨种群密度降低后至恢复到原来水平所需要的时间。假设一种农药的杀虫效果为50%以上,通过计算可知,在适温24°C下,截形叶螨的种群密度恢复到原有水平,敏感种群只需要2.9天左右,抗性种群需要3.1天;即使农药的防效达到99%,敏感种群和抗性种群也只分别需要19.0和20.3天就能恢复到原有种群密度,这很容易导致生产实际中加大杀虫剂的浓度和使用频率,加速截形叶螨抗性的产生。4.采用增效剂生物测定和生化分析两种方法,研究了增效剂对哒螨灵的增效作用以及室内汰选出的截形叶螨抗哒螨灵品系和敏感品系体内羧酸酯酶(CarE)、谷胱甘肽S-转移酶(GSTs)、磷酸酯酶(phosphatase)、多功能氧化酶(MFO)和乙酰胆碱酯酶(AChE)的活性差异。结果表明:三种增效剂PBO(多功能氧化酶抑制剂),TPP(羧酸酯酶抑制剂),DEM(谷胱甘肽转移酶抑制剂)与哒螨灵按有效成分1:3混合后,对哒螨灵药剂有不同程度的增效作用。其中PBO和DEM对哒螨灵的增效作用明显,增效比分别为25.3和39.0,而TPP的增效比仅为6.8;但它们的相对增效系数分别为96.0%、85.1%和97.4%,均大于0,因此可以初步证明截形叶螨对哒螨灵的抗性主要与体内MFO,CarE,GSTs这三种解毒酶有关。通过对截形叶螨敏感品系和抗哒螨灵品系解毒酶的比活力测定发现:抗哒螨灵品系体内的羧酸酯酶(CarE)、谷胱甘肽转移酶(GSTs)和多功能氧化酶(MFO)3种酶的活性明显高于敏感品系,且差异显著(P<0.05);敏感品系的乙酰胆碱酯酶(AChE)的活性和抗性品系之间无显著性差异;抗性品系体内的酸性磷酸酯酶(ACP)和碱性磷酸酯酶(ALP)的活性虽然高于敏感品系,但差异不显著(P>0.05)。表明截形叶螨对哒螨灵的抗性主要与CarE、GSTs和MFO这三种酶的活性提高有关。对截形叶螨两个品系的解毒酶米氏常数(Km)和最大反应速度(Vmax)比较发现:截形叶螨的抗哒螨灵品系和敏感品系相比,其CarE、GSTs、MFO这三种解毒酶的米氏常数Km值降低,而最大反应速率Vmax增大,表明抗性种群的三大解毒酶与底物(哒螨灵)的亲和力比敏感品系有所提高。进一步证明了解毒活性增强是截形叶螨对哒螨灵产生抗性的重要机制。5.通过对截形叶螨敏感品系和抗性品系的杂交和回交试验表明:所测得的截形叶螨正交SR(SS♀×R♂)和反交RS(RR♀×S♂)F1代的显性度DSR和DRS分别为0.40和0.60,表明抗性由不完全显性基因控制;两D值(DRS和DSR)95%置信限有重叠,并且经t检验,两个D值不存在显著差异(P>0.05),证明截形叶螨对哒螨灵的抗性遗传为常染色体控制;回交F2代(SR♀×SS♂和RS♀×RR♂))的实际死亡率和期望值经χ2检验,无显著性差异(χ2=9.72,df=9, P>0.05),符合单基因假设。因此可以断定截形叶螨抗性种群对哒螨灵的抗性遗传由单基因控制。6.应用数量遗传学中的现实遗传力估计方法对整个筛选期(F0-F49)连续50代估算出的截形叶螨对哒螨灵的抗性现实遗传力h2=0.11。假设哒螨灵对截形叶螨的杀死率为50%-90%,经计算,预计截形叶螨对哒螨灵的抗性增长到10倍,仅需10~16代;若假设遗传力田间估算值为实验室汰选值的一半,即h2=0.05,同样条件下,也只需21~31代,截形叶螨对哒螨灵的抗性就能增长到10倍,存在很大的抗性风险。
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