毒死蜱抗性灰飛虱種群在不同溫度下的相對適合度

朱 鳳，王利華，張谷豐，潘 磊，張月亮，牛洪濤，易紅娟，邰德良，方繼朝

（1.江蘇省植物保護植物檢疫站，江蘇南京210036；2.江蘇省農業科學院植物保護研究所，江蘇南京210014；3.江蘇省南通市通州區植物保護指導站，江蘇南通226300；4.江蘇省東臺市植保植檢站，江蘇東臺224200）

灰飛虱是我國重要的水稻害蟲之一，在各水稻種植區均有分布，尤以長江中下游和江淮稻區發生危害較重?；绎w虱的防治大多以化學農藥為主，毒死蜱是常用的殺蟲劑之一。昆蟲抗性的產生是大量使用殺蟲劑的必然后果，目前已發現灰飛虱對多種殺蟲劑產生了抗性。如班蘭鳳等監測發現，江蘇、浙江、安徽等地灰飛虱對噻嗪酮、高效氯氰菊酯、氟蟲腈等產生了低到高等水平的抗性，對毒死蜱產生了中高水平的抗性［1］。廣東、福建灰飛虱對毒死蜱產生了中等水平的抗性［2］。抗性是昆蟲對殺蟲劑脅迫的一種進化反應，與敏感種群相比，抗性試蟲在形態特征、生理反應、生物學特性等方面都存在一定的差異，常因解毒代謝酶活性上升或靶標基因突變導致更高的能量成本或突變缺陷，從而產生適合度代價。Kliot等總結2012年以前殺蟲劑抗性導致的適合度代價發現，半翅目、雙翅目、鱗翅目以及鞘翅目害蟲如褐飛虱（Nilaparvata lugens）、煙粉虱 （Bemisia tabaci）、淡色庫蚊（Culex pipiens）、家蠅（Musca domestica）、小菜蛾（Plutella xylostella）、蘋 果 蠹 蛾 （Cydia pomonella）、馬 鈴 薯 甲 蟲（Leptinotarsa decemlineata）、赤擬谷盜（Tribolium castaneum）等有機磷、菊酯或新煙堿類殺蟲劑抗性品系常具有存活率下降、繁殖力降低等現象［3］。此外近期研究發現，對甲氧蟲酰肼、螺蟲乙酯、氰氟蟲腙等新型殺蟲產生抗性的家蠅、扶桑綿粉蚧（Phenacoccus solenopsis）、小菜蛾等也具有適合度代價［4－6］，但對蚊蠅醚產生抗性的煙粉虱其適合度不變［7］，馬拉硫磷抗性赤擬谷盜、阿維菌素抗性小菜蛾和胡瓜鈍綏螨（Neoseiulus cucumeris）等甚至存在適合度優勢［8－10］。

溫度在害蟲種群發展中具有重要作用，對害蟲的分布、生長發育、繁殖等都存在不同程度的影響?；绎w虱的卵、雌若蟲和雄若蟲的發育起點溫度在10～16℃，25～28℃是灰飛虱的最適生長、繁殖溫度，30℃時若蟲發育歷期延長，成蟲羽化率極低，不利于灰飛虱的生存［11－12］。害蟲對溫度的適應性受殺蟲劑抗性等因素的影響，抗性的產生可能導致害蟲熱激蛋白等抗逆性相關物質基礎表達上調，從而增加其溫度適應性［13－14］；也可能降低極端溫度脅迫下熱激蛋白、保護酶等的誘導表達水平，導致害蟲熱激后適合度下降［15］。目前抗性影響害蟲種群生命參數的研究多集中在適溫范圍，對不適生長環境中抗性種群發展規律的了解有限。毒死蜱抗性灰飛虱在27℃時具有明顯的適合度缺陷［16］，但在不適溫度環境中其適合度是否與27℃時一致目前還不清楚，因此本研究組建在15、20、24、27、30℃等 5個溫度環境下灰飛虱抗性和敏感種群的生命表，比較抗性和敏感種群的繁殖力、發育歷期等生命參數，計算抗性品系在不同溫度下的相對適合度，以期進一步明確毒死蜱抗性灰飛虱對溫度適應性的影響，為細化灰飛虱的綜合治理策略提供幫助。

1 材料與方法

1.1 供試灰飛虱品系和藥劑

敏感品系（SS）：2001年采自云南楚雄稻田，然后在人工氣候室中用武運粳7號長期飼養，期間不接觸任何殺蟲劑。

抗性品系（RR）：用毒死蜱對敏感品系進行連續篩選，在經過25代的篩選后，抗性上升到188.5倍。

飼養條件：溫度為（27±1）℃，相對濕度為65%、光暗周期為14 h10 h。試驗在江蘇省農業科學院植物保護研究所的人工氣候箱內進行，于2015年完成。

1.2 試驗種群生命表的組建

抗性和敏感灰飛虱不同溫度下種群生命表的組建參考王利華等的方法［16］。試驗設置 15、20、24、27、30℃等 5個溫度。試驗時從抗性和敏感種群飼養筐內隨機選取50對成蟲在試管（5對／管）中飼養5 d（試管中預先放置濕潤紙巾包住根部的武運粳7號稻苗），移除成蟲，觀察試管中若蟲孵出情況，每天移除初孵若蟲直到若蟲孵出盛期，然后從10管中隨機取60頭初孵若蟲在各個試驗溫度下單頭單管飼養，每天觀察試蟲情況，直到成蟲羽化，統計若蟲存活率和發育歷期。同時，將其他孵化的若蟲轉移到飼養筐中，與發育歷期試蟲置于相同條件下，待試蟲羽化后配對，單對飼養于玻璃試管中，前7 d每天更換新稻苗，并收集更換的稻苗，每天觀察若蟲孵化情況，統計孵出若蟲數。在連續3 d無若蟲孵出時視為稻苗上若蟲已全部孵化。根據最早孵出若蟲試管的稻苗更換日期計算產卵前期，等于最早孵出若蟲稻苗更換日期減去成蟲羽化的日期。卵孵化歷期＝若蟲孵出日期－產卵日期。

生命參數統計分析采用SPSS軟件，在0.05水平上進行差異顯著性分析。同一品系不同溫度間比較采用單因素ANOVA分析，同一溫度抗性和敏感品系間比較采用t－test。種群趨勢指數（I）和相對適合度的計算參照劉澤文等的方法［17］，其中 I＝Nn＋1／Nn，Nn表示當代個體數；Nn＋1表示下一代個體數；相對適合度 ＝I抗性種群／I敏感種群或 I其他溫度／I24℃。

2 結果與分析

2.1 抗性灰飛虱在不同溫度下的發育歷期

抗性灰飛虱若蟲發育歷期在不同溫度間存在明顯差異。在溫度為15、20、24、27℃的環境中，若蟲發育歷期隨溫度升高而縮短，在15℃時最長，27℃時最短，15℃雌雄蟲的平均發育歷期分別是27℃的3.55、3.43倍（圖1）。但當溫度達到30℃時，若蟲發育被抑制，其發育歷期顯著長于27℃。在相同溫度下與敏感品系相比，抗性灰飛虱若蟲雌蟲發育歷期在27℃ 時顯著延長，雄蟲在24、27℃時顯著延長（圖1）。

2.2 抗性灰飛虱在不同溫度下的若蟲死亡率

抗性灰飛虱若蟲死亡率在不同溫度間存在明顯差異。在15、30℃環境中，抗性灰飛虱死亡率較高，均顯著高于20、24、27℃。15℃時的若蟲死亡率分別是20、24、27℃的1.85、7.39、3.88倍，30℃時的若蟲死亡率分別是 20、24、27℃的1.79、7.13、3.75倍。相同溫度下與敏感品系相比，抗性灰飛虱死亡率無顯著差異（圖2）。

2.3 抗性灰飛虱在不同溫度下的繁殖力

在溫度為20～27℃范圍內抗性灰飛虱產卵前期隨著溫度升高而縮短，20℃時的產卵前期約為27℃的2倍左右。30℃產卵前期有延長趨勢，但與24、27℃差異不顯著。卵孵化歷期在試驗溫度下隨溫度升高而縮短，20℃時卵孵化歷期最長，30℃時最短，二者相差2倍多。相同溫度下與敏感品系相比，抗性灰飛虱在24、27℃時的產卵前期顯著延長，27℃時的卵孵化歷期顯著延長（表1）。

溫度對抗性灰飛虱繁殖力也存在明顯的影響。在24℃時，抗性灰飛虱的繁殖力最高，其次為27、20℃，15、30℃較低，在24℃時單雌后代數量分別是15、20、27、30℃的12.71、4.94、2.75、17.74倍（圖 3）。相同溫度下與敏感品系相比，毒死蜱抗性灰飛虱在20、24、27℃環境下的繁殖力顯著低于敏感品系，在15、30℃環境下的繁殖力盡管與敏感品系在統計上達不到差異顯著水平，但其數值高于敏感品系。

2.4 抗性灰飛虱在不同溫度下的成蟲壽命

抗性灰飛虱不同溫度間成蟲壽命存在明顯差異。雌蟲在溫度為24℃時壽命最長，其次為15℃，兩者均顯著高于30℃；在溫度為24℃時，雄蟲壽命最長，30℃時壽命最短（表2）。相同溫度下與敏感品系相比，抗性灰飛虱在15、20、24、27、30℃ 下的成蟲壽命無顯著差異（表2）。

表1 不同溫度下成蟲產卵前期及卵孵化歷期

表2 不同溫度下抗性和敏感灰飛虱成蟲壽命

表3 抗性灰飛虱在不同溫度下的相對適合度

2.5 抗性灰飛虱在不同溫度下的相對適合度

溫度和毒死蜱抗性均影響灰飛虱的適合度。以抗性種群24℃時相對適合度為1，其15、20、27、30℃下的相對適合度分別為 0.02、0.10、0.40、0.03；以敏感種群相對適合度為 1，抗性種群在 20、24、27℃時的相對適合度分別為 0.4、0.8、0.4，低于敏感品系，在15、30℃時分別為 1.5、1.3，高于敏感品系（表3）。

3 討論

昆蟲是變溫動物，對溫度的變化較為敏感。在自然條件下，對昆蟲而言存在3個溫度區，即高溫區、適溫區和低溫區［18］。高溫和低溫脅迫對昆蟲種群發展均有明顯的影響。一般情況下，昆蟲發育歷期隨溫度的升高而縮短，但是當溫度達到一定程度后，昆蟲發育歷期有延長的趨勢［19－22］，本研究結果與之相似。在15、30℃時抗性和敏感灰飛虱的發育歷期均有延長，在20、24、27℃時隨著溫度的升高發育歷期縮短。因為昆蟲對溫度短暫脅迫常采用行為逃避、改變形態學與生活史以及生理特征等來適應［23］，所以發育歷期的改變可能是昆蟲適應溫度脅迫的一種反應或策略。

昆蟲存活率也受溫度影響，在適宜的溫度環境中，其存活率較高；在不適的條件下，存活率下降，而且不同昆蟲最適溫度不同。如瓜實蠅（Bactrocera cucurbitae）幼蟲在溫度為35℃時存活率最高，隨著溫度的降低其存活率逐漸降低［19］；甘草瑩葉甲（Diorhbda tarsalis）在溫度為25℃時存活率最高［24］；韭菜遲眼蕈蚊（Bradysia odoriphaga）在溫度為20、25℃的存活率高于15、30℃［22］；甜菜夜蛾（Spodoptera exigua）在溫度為26～29℃范圍內存活率較高［25］?？剐院兔舾谢绎w虱若蟲存活率在溫度為20、24、27℃條件下較高，在15、30℃環境中顯著下降。

溫度對害蟲的繁殖力有明顯的影響［26－27］。不同昆蟲最適產卵溫度不同，如韭菜遲眼蕈蚊在溫度為20℃時單雌產卵量最高［22］，瓜實蠅在溫度為 25℃時單雌產卵量最大［19］，而咖啡豆象（Araecerus fasciculatus）在溫度為29℃時單雌產卵量最高［20］。本研究發現，抗性和敏感灰飛虱種群均以溫度為24℃時產卵量最大，隨著溫度升高或降低，2個品系的繁殖力均下降。值得注意的是在較適宜的溫度下，灰飛虱敏感品系的繁殖力遠高于抗性品系，而溫度為15、30℃環境中抗性品系的繁殖力更高。這可能與抗性改變害蟲抗逆性相關基因基礎表達有關。馮宏祖等采用十二烷基硫酸鈉聚丙烯酰胺凝膠電泳比較研究阿維菌素抗性和敏感朱砂葉螨熱激后可溶性蛋白的種類及其含量時發現，正常情況下抗性試蟲多8條帶［14］。在灰飛虱毒死蜱抗性和敏感品系轉錄組比較研究中發現，抗性試蟲組成型熱激蛋白70基礎表達量顯著上升［13］。因為熱激蛋白對昆蟲繁殖器官具有明顯的保護作用［28］，所以這些基因基礎表達上調將幫助害蟲更好地抵御溫度脅迫。但與溫和脅迫不同，在熱激等極端溫度脅迫下，由于抗性害蟲熱激蛋白等抗逆性相關物質誘導表達上調倍數可能低于敏感品系，導致其精細胞和卵細胞的受損程度高于敏感品系，可能對繁殖具有不利影響［15］。

抗性種群相對適合度的變化是制定害蟲抗性治理策略的重要依據。抗性昆蟲適合度存在上升、不變和下降3種情況。本研究發現，抗性灰飛虱相對適合度變化與溫度有關。在較適宜的溫度范圍（20～27℃），抗性灰飛虱適合度代價明顯，而且隨著溫度的升高或降低，適合度代價增大。但在溫度為30、15℃等不適宜的溫度環境中，由于抗性品系的繁殖力相對較高，導致其相對適合度更高。這些結果說明，灰飛虱抗性和敏感種群的相對適合度變化與溫度有關，因此，在制定灰飛虱年度防治計劃時，要充分考慮溫度和抗性對種群的影響，根據區域抗性現狀和氣候環境采用相應的治理策略，在防治害蟲的同時延緩昆蟲抗性的發展。

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