11种植物源杀虫活性成分对草地贪夜蛾的毒力测定

刘锦霞, 李 晶, 张丹丹, 李 娜, 付麟雲, 丁 品, 吴孔明

(1.甘肃省科学院生物研究所, 兰州 730000; 2.中国农业科学院植物保护研究所, 植物病虫害生物学国家重点实验室, 北京 100193; 3.北京林业大学草业与草原学院, 北京 100083)

草地贪夜蛾Spodopterafrugiperda起源于美洲热带及亚热带地区,是一种繁殖力很强的迁飞性农业害虫[1]。其2018年12月11日首次从缅甸迁入我国[2],2019年10月已扩散至26个省,2020年进入定殖为害阶段[3-4]。草地贪夜蛾寄主植物涉及76科353种[5],在我国可为害玉米、小麦、水稻、高粱、大麦、甘蔗、马铃薯等大宗作物,花生、大豆、向日葵等油料作物和生姜、辣椒、卷心菜、白菜等蔬菜作物,以及香蕉、茶树、姜黄和和烟草等其他作物[6-9]。2019年-2020年累计查实受害作物238万hm2,以玉米受害最重[10-13]。草地贪夜蛾具有较强的物种竞争能力,对云南滇西甜糯玉米害虫的调查研究发现,其发生程度远超甜菜夜蛾S.exigua(Hübner)、斜纹夜蛾S.lituraFabricius、黏虫Mythimnaseparata(Walker)、劳氏黏虫LeucanialoreyiDuponchel和棉铃虫Helicoverpaarmigera(Hübner)等原生土著害虫,入侵已对玉米害虫的种群结构和动态产生了重要影响[14-15],成为影响农业生产的新问题[16]。

草地贪夜蛾入侵后,农业农村部迅速构建监测预警控制体系,通过区域性联防联控有效控制了其在我国的发生为害[17]。但该控制体系主要依靠化学农药进行应急防治,过度使用化学农药会导致草地贪夜蛾产生抗药性,并因杀伤天敌而产生种群再猖獗的问题[18-20]。此外,迁飞习性还会将抗性种群的抗性等位基因扩散到其他地方[21]。对草地贪夜蛾入侵种群的遗传特征研究显示,亚洲和非洲的入侵种群可能来自美国东南部[22-23],它们对有机磷、氨基甲酸酯、拟除虫菊酯和烟碱类等农药已经产生了高水平抗药性[24-27],而最近的研究结果亦表明,草地贪夜蛾对双酰胺类、多杀菌素类和苯甲酰脲类等杀虫剂也产生了不同程度的抗性[28-30]。因此,生产上需要安全环保高效的生物杀虫剂,替代部分已产生抗性的化学农药，或将其与高效化学杀虫剂交替使用,降低草地贪夜蛾的抗药性风险和化学农药对生态环境的影响。

植物源杀虫剂作用方式多样、不易产生抗药性、易降解、对环境及非靶标生物影响小[31-32]。相比微生物杀虫剂,还具有使用便捷和环境条件要求低[33]等优点,是草地贪夜蛾综合绿色防控的适宜农药种类[34]。目前全世界已报道了80余种对防控草地贪夜蛾有应用前景的药源植物及20多种有效活性组分,包括生物碱类(alkaloids)、萜烯类(terpenes)、黄酮类(flavonoids)、糖苷类化合物、脂肪酸类、酚类和甾醇类等[35]。其中用量较大的植物源农药为苦参碱[36]和印楝素[37-38]制剂。针对我国对防控草地贪夜蛾植物源有效活性组分缺乏研究的问题,我们评价了国内外已登记的11种植物源杀虫活性成分对入侵草地贪夜蛾幼虫的毒力,以期为开发草地贪夜蛾新型高效植物源农药提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试虫:草地贪夜蛾于2019年1月30日采自云南省普洱市江城县宝藏镇鲜食玉米田。将2～5龄幼虫带回室内,饲养繁殖、建立实验种群。饲养环境温度(25±1)℃,相对湿度(75±5)%、光周期L∥D=16 h∥8 h。幼虫用含有玉米面和黄豆面的人工饲料(不含任何杀虫物质)饲养;成虫置于养虫笼中,饲喂10%的糖水补充营养,养虫笼上方覆盖医用纱布供其产卵;每24 h更换一次卵布,然后将卵布置于自封袋中,待其孵化,饲养至2龄幼虫供试。

供试药剂:蛇床子素、大蒜素、对叶百部碱、补骨脂素、莨菪碱、苦参碱、血根碱、闹羊花毒素Ⅲ、丁香酚、印楝素、辣椒碱共11种供试植物源杀虫活性成分均由上海源叶生物科技有限公司生产，其中大蒜素纯度为UV≥98%,其他均为HPLC≥98%。丙酮(分析纯)由成都市科隆化学品有限公司生产。

1.2 试验方法

采用点滴法测定。分别将11种植物源杀虫活性成分用丙酮配制成母液,依据预试验等比稀释成6个所需浓度,即:蛇床子素、补骨脂素、莨菪碱、血根碱、辣椒碱、苦参碱和闹羊花毒素Ⅲ所用浓度梯度为: 0.4、0.8、1.6、3.2、6.4、9.6 mg/mL;丁香酚所用浓度为:0.05、0.1、0.2、0.4、0.8、1.6 mg/mL;印楝素所用浓度梯度为: 0.2、0.4、0.8、1.6、3.2、6.4 mg/mL;大蒜素和对叶百部碱所用浓度梯度为: 0.8、1.6、3.2、6.4、9.6、19.2 mg/mL,以丙酮处理作为对照。

取直径9 cm的培养皿,每皿接入8头有活力、生长发育一致的2龄幼虫。使用1 μL的微量点滴器将1 μL药液滴在幼虫的前胸背板上。每种药剂的每个浓度重复3次,共24头试虫。以丙酮作为对照。之后单头置于加入1.5 g人工饲料的24孔培养板中,在温度(25±1)℃,相对湿度(75±5)%,光周期L∥D=16 h∥8 h环境条件下饲养,观察和记录。分别于48、72 h和168 h后统计各组幼虫的死亡情况。用小毛刷触碰虫体后无反应或幼虫表现出严重的中毒症状,如畸形、颤搐、行动迟缓、进食中断、蜕皮停止和生长严重抑制等则被视为死亡。

1.3 数据统计分析

所得数据用SPSS 21.0软件统计分析,计算毒力回归方程参数、LD50及其95%置信限,并计算卡方值χ2等。

2 结果与分析

2.1 11种植物源杀虫活性成分对草地贪夜蛾2龄幼虫的毒力比较

结果显示,11 种植物源活性成分对草地贪夜蛾2龄幼虫的毒力差异较大,在用药后同一时间最大LD50与最小LD50相差40倍(表1)。其中,丁香酚在用药后48、72 h和168 h,对草地贪夜蛾2龄幼虫的LD50均低于0.22 μg/头,远远小于其他植物源有效成分;其次为印楝素和闹羊花毒素Ⅲ,其用药后48、72 h和168 h的LD50均小于4.01 μg/头和5.02 μg/头,补骨脂素用药后168 h的LD50为2.924 μg/头,毒力也较强。而对叶百部碱在用药后48、72 h和168 h的LD50在9.463～14.382 μg/头之间,毒力明显弱于其他成分。

表1 11种植物源杀虫活性成分对草地贪夜蛾2龄幼虫的毒力测定结果

2.2 11种植物源杀虫活性成分对草地贪夜蛾幼虫毒力与起效时间的关系

11种植物源杀虫活性成分对草地贪夜蛾幼虫的毒力随药后时间延长而增大,且相对毒力大小也有一定的变化(表2)。用药后48 h,毒力大小顺序为丁香酚>印楝素>闹羊花毒素Ⅲ>血根碱>补骨脂素>苦参碱>大蒜素>蛇床子素>辣椒碱>莨菪碱>对叶百部碱;用药后168 h,毒力大小顺序为丁香酚>印楝素>闹羊花毒素Ⅲ>补骨脂素>血根碱>苦参碱>大蒜素>莨菪碱>辣椒碱>蛇床子素>对叶百部碱。对于草地贪夜蛾2龄幼虫,丁香酚毒力最强。

3 结论与讨论

防治草地贪夜蛾植物源农药已有12种原药的429款产品分别在30个国家获得注册登记,其中印楝素和除虫菊素分别有171种和193种产品,其次是苦参碱、大蒜素、异硫氰酸烯丙酯、辣椒素和橙油等[39-40]。供试的11种植物源杀虫活性成分中,生物碱类对草地贪夜蛾入侵种群低龄幼虫的毒力普遍比萜烯类小,以酚类毒力最强,这是因为具有良好杀虫活性的植物次生代谢物质的毒力大小与它们的化学结构和杀虫机制密切相关[41]。这类物质都有胃毒和触杀活性,但又各不相同。生物碱类有麻醉和抑制生长发育等活性;萜烯类多以拒食、忌避、抑制生长发育为主;而精油类不仅兼具生物碱的活性作用,还具有类似性外激素的引诱作用[42]。另有研究资料显示,植物源杀虫化合物的拒食活性强,辅以其他作用方式,则其毒力会显著增强[43]。

植物源杀虫剂的杀虫机制主要是引起害虫拒食、发育停滞和麻痹,而不是立即致死,因此,相对于化学农药,其起效较慢,一般在用药后第一天效果不显著[44-45]。但起效慢并不代表最后的防控效果差。本研究发现,用药后72 h,印楝素、闹羊花素Ⅲ和补骨脂素对草地贪夜蛾幼虫的毒杀效果没有丁香酚高,但它们能显著抑制幼虫生长发育。当用药量大于3.2 μg/头时,幼虫蜕皮生长受到较强抑制,使害虫无法正常完成生活史,从而使种群发展与危害得到控制。草地贪夜蛾不同龄期的幼虫对杀虫剂的敏感程度不同,一般而言,虫龄越小对药物的敏感度越高。因此,防控草地贪夜蛾幼虫应在低龄时施药为好。

不同化学结构的杀虫化合物对草地贪夜蛾的作用方式不同,这就要求使用最适合的生物测定方法[46]。本研究采用了国内外认为准确率、灵敏度和重复性均较高的点滴法,它对于以触杀为主的蛇床子素[47]、补骨脂素[48]、大蒜素[49]、对叶百部碱[50]、莨菪碱[51]、血根碱[52]、丁香酚[53]和苦参碱[54]等化合物比较适合,但对于以拒食、忌避、抑制生长发育为主的闹羊花毒素Ⅲ[55]和印楝素[56]等化合物,可能会有一定程度的影响。

植物源杀虫剂起效较慢和有效成分见光易分解的问题,是影响其规模化生产应用的主要原因[57]。国内外的一些研究已表明,不同类型植物源杀虫活性成分的复配,可产生多靶标协同作用而显著增效[58-59]。本研究供试的11种植物源杀虫活性成分对草地贪夜蛾低龄幼虫均有不同程度的毒杀活性,为了提高各植物源杀虫活性成分的协同作用效果,可进一步筛选复合作用配方提高对草地贪夜蛾的防控效率和延缓抗药性产生。对植物源有效成分易分解、易氧化和易光解等问题,可通过剂型改进予以解决。