不同药剂对书虱的室内毒力及药剂胁迫下嗜卷书虱比较转录组分析

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仓储害虫会对储粮的重量和品质造成巨大危害,其防治是世界各国长期以来的研究热点。书虱(booklice或psocids),隶属于啮虫目(Psocoptera)、书虱科(Liposcelididae),书虱属(Liposcelis),是一类重要的仓储害虫。当书虱大量发生时,会导致粮食重量减少或霉变,其排泄物和尸体会污染食物;此外,书虱还能传播病菌,严重威胁人们的健康。由于书虱具有体微小(易被忽视)、世代历期短、繁殖力强(能快速建立种群)、适应性能力强以及抗药性发展迅速等特点,其防治异常困难。而针对人类居室内暴发成灾的书虱,绿色防治手段很少,研发或筛选适合人类生活场所的高效低毒药剂也是亟待解决的问题。目前,书虱的防治主要以化学防治为主,但储粮杀虫剂种类较少,单一药剂的大量使用导致书虱抗性快速发展,导致防治难度不断增加。因此,开展书虱对常用储粮保护剂的敏感性评估,建立敏感基线;寻找新的药剂组合或可替代熏蒸剂成为当前书虱抗性治理的迫切需求。本学位论文选取了4种常用储粮保护剂以及8种植物精油,通过测定药剂单剂、复配或联用对书虱的杀虫活性,系统评估上述药剂对书虱的潜在防效;同时,结合比较转录组学技术,探究书虱应答不同药剂胁迫的分子网络,为阐明书虱抗药性分子机制提供基础数据。主要研究结果如下:1、测定了不同储粮保护剂单剂及复配对书虱的毒力测定了嗜卷书虱(Liposcelis bostrychophila)、嗜虫书虱(L.entomophila)、无色书虱(L.decolor)、三色书虱(L.tricolor)和杨氏书虱(L.yangi)等5种书虱对4种储粮保护剂(马拉硫磷、甲基嘧啶磷、高效氯氰菊酯和溴氰菊酯)的敏感性。同时,评估了有机磷类和菊酯类储粮保护剂复配防治嗜卷书虱的最佳配比及增效率。嗜卷书虱、嗜虫书虱、无色书虱和杨氏书虱对马拉硫磷敏感性最高,LD50分别为0.131μg/cm~2、0.136μg/cm~2、0.245μg/cm~2和0.202μg/cm~2;三色书虱对溴氰菊酯(0.041μg/cm~2)的敏感性最高。马拉硫磷对嗜卷书虱不同地理种群的毒力在0.060μg/cm~2~0.131μg/cm~2之间,可见,经过长期实验室驯化后的不同地理种群对药剂的敏感性没有明显差异。此外,两类储粮保护剂不同复配组合对嗜卷书虱的毒力结果表明,马拉硫磷与溴氰菊酯在配比4:5时效果最佳,增效率为40.2%;甲基嘧啶磷与高效氯氰菊酯在配比为2:1时效果最佳,增效率为50.53%。综上所述,有机磷和菊酯类储粮保护剂对书虱的毒力都较高,不同书虱对药剂敏感性存在一定的差异,但有机磷类和菊酯类储粮保护剂对实仓常发性书虱类害虫仍具有很好的灭杀作用。值得一提的是,本研究中选用的书虱种群均在实验室内纯化百代以上,研究所获得致死中浓度可作为书虱类害虫的敏感基线,这为以后针对上述药剂的书虱抗性监测提供了基础依据。此外,不同作用机理的储粮保护剂复配对书虱均具有增效作用,因此在实仓防控中,可通过药剂复配的方式进一步减少药剂用量,这也是延缓书虱抗性发展的重要策略之一。2、评估了8种植物精油对嗜卷书虱的熏蒸活性及辣根素与储粮保护剂的联用效果本研究针对嗜卷书虱,评估了不同植物精油对其杀虫活性,其中辣根素熏蒸处理时间为0.5 h,而其它植物精油熏蒸处理时间均为24 h。室内测定结果(LC50)显示,嗜卷书虱对植物精油的敏感性由高到低依次为:辣根素(1.379μL/L)>左旋香芹酮(4.103μL/L)>松油烯-4-醇(4.257μL/L)>白千层精油(4.597μL/L)>桉叶油(4.762μL/L)>桂皮油(6.272μL/L)>复配茶树精油(6.337μL/L)>薰衣草油(9.000μL/L)。结合LC50的置信区间分析发现,辣根素的作用效果明显优于其它植物精油。因此,本文继而选用辣根素与两种储粮保护剂(甲基嘧啶磷与高效氯氰菊酯)进行联用,结果显示辣根素LC30(2.4μL/L)与甲基嘧啶磷LD30(0.29μg/cm~2)和LD50(0.35μg/cm~2)联用,协同毒力指数分别为50.04和55.45,校正毒力比分别为1.22和1.21;辣根素LC30与高效氯氰菊酯LD30(0.12μg/cm~2)和LD50(0.20μg/cm~2)联用,协同毒力指数分别为142.89和62.30,校正毒力比分别为2.20和1.56。上述结果表明,辣根素与甲基嘧啶磷和高效氯氰菊酯联用均具有增效作用,但比较而言,辣根素LC30与高效氯氰菊酯LD30的组合效果更佳。综上,辣根素对书虱具有很高的熏蒸活性,且其与菊酯类触杀型储粮保护剂联合使用可进一步提高杀虫效力,未来在书虱类仓储害虫的防治中具有良好的应用潜力。3、解析了嗜卷书虱对不同储粮保护剂和植物精油的分子应答机制本论文首次利用比较转录组学技术,系统解析了嗜卷书虱在甲基嘧啶磷、高效氯氰菊酯以及辣根素胁迫下,其体内基因在转录水平的表达变化规律。在甲基嘧啶磷胁迫下,共鉴定出451个差异表达基因(DEGs),其中包括184个上调基因和267个下调基因;在高效氯氰菊酯胁迫下,共鉴定出208个DEGs,包括72个上调基因和136个下调基因;在辣根素胁迫下,共鉴定出517个DEGs,包括148个上调基因和369个下调基因。在上述DEGs中,有大量解毒代谢相关基因,其中包括32个P450基因、8个酯酶基因(ESTs)、6个谷胱甘肽S转移酶基因(GSTs),9个ABC转运蛋白基因以及16个UDP-葡糖醛酸转移酶基因(UGTs)。但在不同转录组中,并没有共同上调或者下调的基因。KEGG富集结果显示有大量差异表达基因集中在药剂代谢通路,表明嗜卷书虱解毒代谢相关基因在抵御药剂胁迫和耐药性形成方面具有重要作用。本文研究结果暗示,嗜卷书虱在应对不同药剂胁迫时,不同的代谢解毒相关基因会发生响应,且响应的趋势有所不同;而在某一药剂胁迫下,书虱体内会产生多个系统的联动作用,最终体现在以大量基因相互协作,多种代谢调控网络共同参与的形式来积极抵御药剂对机体造成的损害。
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