河北省不同地區棉蚜種群對6 種殺蟲劑的抗性動態

安靜杰, 高占林, 黨志紅, 趙玉敬, 竇亞楠, 閆 秀,華佳楠, 潘文亮, 郭江龍, 李耀發

(河北省農林科學院 植物保護研究所/河北省農業有害生物綜合防治工程技術研究中心/農業農村部華北北部作物有害生物綜合治理重點實驗室，河北 保定 071000)

棉蚜Aphis gossypiiGlover 屬半翅目蚜科，是一種世界性分布的農業害蟲，也是中國棉花生產上一種重要的刺吸式害蟲，主要通過刺吸汁液、分泌蜜露、傳播病毒等方式來危害寄主植物，常造成嚴重的經濟損失[1]。目前，應用化學殺蟲劑防治棉蚜仍然是保障棉花安全生產的主要措施，然而由于棉蚜生命周期短，種群繁殖快，特別是在高劑量的殺蟲劑選擇壓力下對多種殺蟲劑產生了不同程度的抗性，包括菊酯類[2]、氨基甲酸酯類[3-4]、有機磷類[2]和新煙堿類殺蟲劑[5-6]。目前，棉蚜已成為抗藥性最為嚴重的農業害蟲之一，其抗性治理工作十分嚴峻。

抗藥性發展是導致害蟲田間種群化學防治失敗的主要原因，也是害蟲有效治理面臨的一個持續性問題[7]。因此，在抗藥性演變導致防治失敗之前，對靶標害蟲的抗藥性監測工作非常重要。Carletto 等[8]發現，喀麥隆北部棉區的棉蚜對氯氰菊酯產生了41.2～473 倍的抗性，中國新疆博樂和河北滄州棉蚜種群對高效氯氰菊酯也分別產生了4 932 倍和11 558 倍的極高水平抗性[4,9]。

由于新煙堿類藥劑獨特的作用方式和高效的殺蟲活性，以及良好的內吸傳導能力，可以有效防治多種刺吸式害蟲[10]，近年來已成為廣泛用于防治棉蚜的主要藥劑[11-12]。2012 年在日本宮崎縣發現了抗新煙堿類殺蟲劑的棉蚜種群，特別是對噻蟲胺的抗性倍數高達687 倍[13]。中國棉蚜種群也對噻蟲嗪、氟啶蟲胺腈、吡蟲啉等新煙堿類殺蟲劑產生了高水平抗性[4,6,14]，導致棉蚜的田間防治效果不斷下降。

本研究選擇河北省保定、滄州和邯鄲3 個具有代表性的固定監測點，于2014—2020 年采用浸漬法系統監測了3 地棉蚜種群對高效氯氰菊酯、丁硫克百威、氧樂果、吡蟲啉、噻蟲嗪和氟啶蟲胺腈6 種常用殺蟲劑的抗性水平，并分析了不同殺蟲劑對供試種群毒力的相關性，以進一步揭示田間棉蚜種群的交互抗性模式，旨在為棉蚜田間高效藥劑的選擇及其抗性治理以及探索棉蚜的抗藥性演變規律提供依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 供試昆蟲 于2014–2020 年5–6 月份在棉花苗期分別從河北省保定高陽縣 (北緯38.557°，東經115.932°)、滄州獻縣 (北緯38.296°，東經116.163°) 和邯鄲曲周縣 (北緯36.785°，東經114.953°) 棉田采集帶有棉蚜的棉花苗，將棉蚜轉接到新鮮的水培棉花苗上，飼養0～2 代進行藥劑敏感性測定。室內飼養溫度 (22 ± 2)℃，相對濕度70%～80%，光周期16L :8D。

1.1.2 供試藥劑 92%丁硫克百威 (carbosulfan)原藥，江蘇嘉隆化工有限公司；78% 氧樂果(omethoate) 原油，江蘇揚農化工股份有限公司；95%高效氯氰菊酯 (β-cypermethrin) 原藥、95%吡蟲啉(imidacloprid) 原藥和90%氟啶蟲胺腈 (sulfoxaflor)原藥，河北威遠生物化工股份有限公司；95%噻蟲嗪 (thiamethoxam) 原藥，安徽金泰農藥化工有限公司。

1.2 試驗方法

采用聯合國糧農組織(FAO)推薦的浸漬法測定棉蚜對供試藥劑的敏感性[15]。將各供試原藥用丙酮溶解并稀釋成一定濃度的母液，并用含體積分數0.1% 吐溫80 的水溶液將各母液稀釋成5～7 個梯度溶液備用。將帶有蚜蟲的棉花葉片于藥液中浸漬10 s 后晾干，置于養蟲盒中。并以0.1%吐溫80 水溶液為對照，每盒接入蚜蟲不少于30 頭，每個處理重復3 次。置于養蟲室內相同條件下飼養，24 h 后記錄蚜蟲存活情況。

1.3 數據分析

以SPSS 16.0 軟件計算毒力回歸方程 (y= A +Bx)、致死中濃度 (LC50值) 以及95%置信區間。

為了評價河北省棉蚜種群對6 種常用殺蟲劑的抗性水平，根據歷史文獻報道，篩選了國內采用相同浸漬法測定藥劑敏感性的棉蚜種群，將其中最小LC50值作為棉蚜抗藥性監測的相對敏感基線 (表1)。

表1 中國棉蚜種群對6 種常用殺蟲劑的相對敏感基線 (浸漬法)Table 1 Relative sensitivity baselines of Aphis gossypii in China to 6 insecticides (dipping method)

抗性倍數 = 田間種群LC50值/敏感種群LC50值。參考Keiding[20]抗性水平分級標準評估河北省棉蚜種群對殺蟲劑的抗性水平：敏感 (抗性倍數 <3)；耐藥性 (抗性倍數 = 3～5)；低抗 (抗性倍數 =5～10)；中抗 (抗性倍數 = 10～40)；高抗 (抗性倍數 = 40～160)；極高抗 (抗性倍數 > 160)。

為了明確河北省不同地區棉蚜種群對不同藥劑之間的交互抗性，采用Pearson 法通過SPSS 16.0 軟件對供試藥劑logLC50值進行了相關性分析，用Pearson 相關系數 (r) 大小表示直線相關程度的強弱[21]。

2 結果與分析

2.1 河北省棉蚜種群對6 種殺蟲劑的抗性水平

2.1.1 高效氯氰菊酯 監測結果表明：2014–2020 年間，高效氯氰菊酯對河北保定棉蚜種群的LC50值為35.1～92.7 mg/L (表2)，與歷史敏感基線0.90 mg/L 相比 (表1)，抗性倍數為39.0～103，不同年份間抗性相對穩定，基本維持在中到高抗水平。滄州種群對高效氯氰菊酯的抗性增長迅速，在2014 年僅為耐藥性種群，2016–2017 年很快發展為中抗、高抗種群，在2018 和2020 年則達到極高抗水平，抗性最高達242 倍，明顯高于保定和邯鄲種群。邯鄲棉蚜種群對高效氯氰菊酯的抗性在2014–2017 年期間也迅速上升，從敏感種群迅速轉變到高抗種群，盡管在2018 年抗性下降到中抗水平，但在2019 和2020 年又迅速恢復到高抗水平 (表2)。

表2 棉蚜對高效氯氰菊酯的抗性發展動態Table 2 Dynamics of resistance to β-cypermethrin in Aphis gossypii

2.1.2 丁硫克百威 2014–2020 年，氨基甲酸酯類殺蟲劑丁硫克百威對供試河北保定、滄州和邯鄲棉蚜種群的LC50值在4.56～466 mg/L 之間 (表3)，與1994 年的歷史敏感基線 (0.03 mg/L) 相比 (表1)，各地棉蚜種群對丁硫克百威均達到極高抗水平，2017 年邯鄲種群對該藥劑的抗性最高達到13 353 倍，顯著高于保定和滄州種群。

2.1.3 氧樂果 供試河北棉蚜種群對有機磷類殺蟲劑氧樂果抗性的監測結果 (表4) 顯示，滄州種群對該藥劑的抗性倍數范圍在7.47～148 間，于不同年份表現為低抗、中抗、高抗等不同抗性水平，波動性較大；其在2019 年抗性最高為148 倍，明顯高于另外兩個種群。相比之下，近些年保定和邯鄲棉蚜種群對氧樂果的抗性更為穩定。保定種群除在2016 和2020 年對氧樂果表現為高抗 (63.3倍和43.3 倍) 以外，其余年份均為中抗水平 (12.1～29.2 倍)。而邯鄲種群除了在2014 年抗性為4.25倍外，其余年份表現為中、低抗水平 (7.15～39.5 倍)。

表4 棉蚜對氧樂果的抗性發展動態Table 4 Dynamics of resistance to omethoate in Aphis gossypii

2.1.4 吡蟲啉、噻蟲嗪和氟啶蟲胺腈 2014—2020 年，吡蟲啉對河北保定、滄州和邯鄲3 個監測地區棉蚜種群的LC50值為13.4～246 mg/L，與歷史敏感基線 (0.18 mg/L) 相比，均產生了高至極高水平抗性。其中滄州種群在2015、2017 和2018年的抗性倍數分別為939、1 367 和1 260，明顯高于保定種群和邯鄲種群 (表5)。

監測結果顯示，2014 年噻蟲嗪對保定棉蚜種群的LC50值僅為0.89 mg/L (表5)，甚至低于篩選的敏感基線1.60 mg/L (表1)，故將2014 年保定種群的LC50值作為歷史敏感基線進行比較。保定種群在2016 年快速發展為高抗種群，緊接著滄州和邯鄲種群也先后由敏感種群和低抗種群快速發展為高抗種群。保定、滄州和邯鄲種群對噻蟲嗪的抗性最高分別為70.1、69.2 和114 倍 (表5)。整體來看，河北種群對噻蟲嗪的抗性呈顯著上升趨勢。

同樣，河北棉蚜對氟啶蟲胺腈的抗性發展也非常快。以2014 年保定種群LC50值為敏感基線(表1)，比較發現，保定、滄州和邯鄲棉蚜種群對該藥劑陸續達到高至極高水平抗性，抗性倍數最高達到205(2017 年)[6]，而且在2017—2020 年間，保定和邯鄲種群的抗性倍數明顯高于滄州種群 (表5)。

表5 棉蚜對新煙堿類殺蟲劑的抗性發展動態Table 5 Dynamics of resistance to neonicotinoid insecticides in Aphis gossypii

2.2 6 種殺蟲劑對河北省棉蚜LC50 的相關性分析

利用相關性分析比較了不同藥劑的logLC50值。發現保定種群對吡蟲啉和氟啶蟲胺腈 (r=0.77，p= 0.041)、噻蟲嗪和氟啶蟲胺腈 (r= 0.98，p< 0.001) 的抗性呈顯著正相關 (表6)，表明保定棉蚜種群對氟啶蟲胺腈與另外兩種新煙堿類殺蟲劑產生了交互抗性；滄州種群對高效氯氰菊酯和丁硫克百威 (r= 0.81，p= 0.027)、高效氯氰菊酯和噻蟲嗪 (r= 0.90，p= 0.006)、丁硫克百威和噻蟲嗪 (r= 0.91，p= 0.005) 的抗性呈顯著正相關，表明該種群對菊酯類、氨基甲酸酯類和新煙堿類殺蟲劑存在交互抗性；而邯鄲種群對高效氯氰菊酯和噻蟲嗪 (r= 0.83，p= 0.022)、高效氯氰菊酯和氟啶蟲胺腈 (r= 0.97，p< 0.001)、丁硫克百威和氟啶蟲胺腈 (r= 0.77，p= 0.045) 的抗性呈顯著正相關 (表6)，說明邯鄲棉蚜種群對新煙堿類與菊酯類、氨基甲酸酯類殺蟲劑之間均存在交互抗性。

表6 供試殺蟲劑logLC50 值的相關性分析Table 6 Pair-wise correlation coefficient analysis between logLC50 values of tested insecticides

3 討論與結論

隨著生物化學和分子生物學的發展，越來越多的新技術和新方法應用到害蟲抗藥性監測中，極大地豐富了害蟲抗藥性監測的手段，如生物化學檢測法、免疫學檢測法、抗性基因分子檢測法等[22-23]，但是這些新的檢測技術通常是建立在對靶標害蟲抗藥性的生理生化機制、分子抗性機制深刻理解的基礎之上，而且只針對某單一抗性機制的檢測。然而田間害蟲抗性演變的機制往往是未知的而且是復雜的，相比之下，傳統的生物測定法能直接和全面地反映害蟲對殺蟲劑的敏感性變化。20 世紀評價棉蚜抗藥性的生物測定方法主要是微量毛細管點滴法，但是其對實驗技術要求高，工作效率低，而FAO 推薦的浸漬法因操作簡便[15]受到更多研究人員的青睞。本研究中采用浸漬法[15,18]，將帶有棉蚜的棉花葉片直接在藥液中浸漬，更符合田間蚜蟲的實際受藥情況。

多年來對棉蚜的防治主要依靠化學藥劑，在高強度的藥劑選擇壓力下，棉蚜的抗性不斷增強。本研究評估了河北省棉蚜種群對6 種常用殺蟲劑的抗性水平，發現河北保定、滄州、邯鄲棉蚜種群均對高效氯氰菊酯產生了高至極高水平抗性，相同的研究結果在新疆博樂、山東省濱州、湖北省荊州和山西省運城等多個棉蚜種群中也有報道[4,9]。帕提瑪 ? 烏木爾汗等[4]報道，新疆棉蚜種群對氨基甲酸酯類殺蟲劑丁硫克百威產生了6～148 倍的抗性，對有機磷殺蟲劑氧樂果產生了2 137～9 501 倍的極高水平抗性。而本研究發現，河北省棉蚜種群對丁硫克百威的抗性達到137～13 353 倍，遠高于新疆種群，但對氧樂果的抗性則相對較低(4.25～148 倍)。這種抗性水平的差異，可能主要與不同地區的用藥歷史背景差異有關。此外，選擇的敏感種群不同也是造成抗性水平差異的原因之一，很多研究選擇各自室內飼養的敏感種群或者田間采集的相對敏感種群進行抗性倍數的計算[4,14,18]，但是由于這些“敏感種群”的用藥背景不同很難做到對藥劑敏感性的統一，在此基礎上評估的抗性水平也會存在較大差異。

在第一代新煙堿類殺蟲劑吡蟲啉問世之初，由于其獨特的作用方式和高效的殺蟲活性，很快成為生產上防治棉蚜的首選藥劑[24]，但是對吡蟲啉的濫用也導致棉蚜對其抗性發展異常迅速。新疆石河子、伊犁等地區棉蚜2018 年對吡蟲啉的抗性已達到85.2～412 倍[4]。本研究中發現，2014—2020 年河北省棉蚜對吡蟲啉也產生74.5～1 367 倍的抗性，一直處于高抗、極高抗水平。第二代新煙堿類殺蟲劑噻蟲嗪活性更高，殺蟲譜更廣[25]。在該藥劑使用之初，中國棉蚜種群對噻蟲嗪均較敏感，但到2018 年新疆棉蚜種群已對其產生了122～1 095 倍的抗性[4]，我們也監測到2020 年河北邯鄲種群對噻蟲嗪產生114 倍的抗性。第四代新煙堿類殺蟲劑氟啶蟲胺腈因能有效防治對新煙堿類、菊酯類、有機磷類和氨基甲酸酯類殺蟲劑產生抗性的刺吸式害蟲而得到廣泛應用[26]。在2014 年前后，無論是利用葉片浸漬法[11]，還是蟲體浸漬法[6]測定棉蚜對氟啶蟲胺腈的LC50值均較低，表明棉蚜對氟啶蟲胺腈敏感，但短短2～3 年后，2016—2017 年河北棉蚜種群對氟啶蟲胺腈的抗性就達到了高抗至極高抗水平[6]。

由于害蟲具有同一種抗藥性機制導致其對多種殺蟲劑的交互抗性，或因害蟲具有多種抗藥性機制而導致其對殺蟲劑產生多重抗性，這些都大大增加了化學防治的難度。這也是目前棉蚜化學防治中的主要難題之一。

由解毒酶介導的代謝能力增強是害蟲抗藥性產生的一個重要原因。棉蚜溴氰菊酯抗性品系中羧酸酯酶的活性被抑制劑三丁基磷酸三硫代酯(DEF) 顯著抑制后，增加了對溴氰菊酯和聯苯菊酯的敏感性[27]。UDP-葡萄糖醛酸轉移酶 (UGTs)活性的升高可同時增強棉蚜對新煙堿類和菊酯類殺蟲劑的代謝作用[28]。細胞色素P450 基因的過量表達也與棉蚜對氟啶蟲胺腈的抗性發展有關[29]。靶標基因突變如乙酰膽堿受體基因的突變與棉蚜對吡蟲啉的抗性也密切相關[14,30]。但是這些抗性機理的研究大都是利用室內篩選獲得的抗性品系研究的結果，不能直接反映田間的實際情況。本研究根據對棉蚜抗藥性的長期監測結果，分析了6 種殺蟲劑對棉蚜LC50值的相關性，發現河北省棉蚜種群對新煙堿類、氨基甲酸酯類和菊酯類3 類殺蟲劑的LC50值顯著正相關，表明田間棉蚜種群對多種殺蟲劑產生了嚴重的交互抗性。為了延緩棉蚜的抗性發展，對其抗性機制的研究已迫在眉睫。