致死中浓度阿维菌素对中国梨木虱短期内对阿维菌素的抗性发展的影响

张 蕊, 张博晨, 许双叶, 吴梓情, 马瑞燕,李 娅, 张东霞, 庾 琴,*

(1.山西农业大学植物保护学院, 太原 030031; 2. 山西省植物保护检疫总站,太原 030801)

中国梨木虱Psyllachinensis属半翅目(Hemiptera)木虱科(Psyllidae),在我国各梨园产区均有发生,且频繁出现暴发危害(杨集昆等, 1981; 张翠疃等, 2003)。中国梨木虱一般采用化学药剂进行防控,药剂主要包括阿维菌素、毒死蜱、吡虫啉和螺虫乙酯等,由于长期频繁不规范使用导致多种杀虫剂防治中国梨木虱效果下降(曹子刚和张蕴华, 1989; 孟昭礼等, 1994; 仇贵生等, 2007; 祝小祥等, 2009; 魏明峰等, 2018)。

阿维菌素为生物源类杀虫剂,杀虫活性强、杀虫谱广,可防治梨园中国梨木虱、多种螨类和蚜虫等多种害虫,在梨园中被频繁使用(仇贵生等, 2007; 李结平等, 2011; 任学祥等, 2013),年使用次数达5～7次。由于不规范使用,阿维菌素施用浓度从21世纪初的0.2%的2 000倍增加至3%的1 000～2 000倍,仍无法有效防控中国梨木虱危害。而在意大利北部的梨园中长期施用阿维菌素防治梨木虱,梨园种群仍对阿维菌素无抗性发生,主要原因与其使用方法和剂量相关(Civolanietal., 2007)。作为梨园中国梨木虱重要防治药剂,当前及今后较长时间内阿维菌素仍将在梨园中频繁使用,因而,如何合理科学使用该药剂成为生产上迫切问题。目前农药对中国梨木虱作用多集中于其毒力或防效等方面,而农药包括阿维菌素对中国梨木虱对农药的抗性发展规律、敏感性变化规律,以及对其生长发育和繁殖的影响等均无报道。

本研究以田间种群为基础,研究中国梨木虱种群在阿维菌素致死中浓度(medium lethal concentration, LC50)下对阿维菌素的抗性发展和无药剂处理下的敏感性变化规律,及阿维菌素对该虫种群生长发育和繁殖的影响,为阿维菌素的科学合理使用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试虫源

供试中国梨木虱Psyllachinensis田间种群采于2022年5月山西省原平市神山村酥梨园,梨树品种为砀山酥梨Pyrusbretschneideri,以田间采集的当代种群成虫为田间种群(F);相对敏感品系(SS)为室内继代饲养20代以上的中国梨木虱种群,室内饲养使用酥梨幼苗,饲养条件为:温度(25±3) ℃、相对湿度65%±10%和光周期15L∶9D。

1.2 供试药剂

阿维菌素(avermectin)原药,纯度92.00%,山东齐发药业有限公司出品。

1.3 毒力测定

毒力测定采用浸叶法,参考韩晓莉等(2007)方法,加以改进。将92%阿维菌素原药0.5 g用丙酮溶解并用0.1% Triton X-100的水溶液稀释配制成一定浓度母液,根据预实验结果,用含有0.1% Triton X-100的水溶液将阿维菌素母液依次稀释为12个浓度梯度(0.01, 0.05, 1.00, 2.00, 4.00, 8.00, 10.00, 12.00, 14.00, 16.00, 18.00和20.00 mg/mL)。挑选长势良好的酥梨树叶片,洗净晾干,放入药液中浸泡10 s,用滤纸吸收多余药液,放入铺有湿滤纸的培养皿(Φ=90 mm),用湿润脱脂棉包住叶柄保湿,盖上皿盖。每皿中接入30头中国梨木虱3龄若虫,以含有0.1% Triton X-100的水溶液为对照,每处理重复3次。24 h后统计死亡率,根据死亡率计算LC50值。抗性倍数(resistance ratio, RR)=阿维菌素对待测中国梨木虱种群的LC50值/阿维菌素对相对敏感种群的LC50值。参考黄彦娜(2018)的抗性倍数划分标准:敏感:RR≤3;敏感性降低:3160。

1.4 中国梨木虱田间抗性品系筛选

利用1.3节计算的LC50浓度阿维菌素对室内饲养的中国梨木虱田间种群(F)进行汰选,每代用阿维菌素喷雾处理1次,以药液完全湿润植株且不流失为度,此后每代都用上一代LC50浓度阿维菌素进行汰选处理,连续施药6代后的种群为田间抗性品系(FR);连续6代未施药的田间种群为田间对照品系(FS)。室内饲养使用酥梨幼苗,饲养条件为:温度(25±3) ℃、相对湿度65%±10%、光周期15L∶9D。

1.5 抗性和敏感中国梨木虱两性生命表构建

根据1.4节品系筛选后,分别挑选中国梨木虱FR, FS及SS品系成虫100头(雌∶雄=1∶1)放入有酥梨幼苗(高约10～15 cm)的养虫笼(长×宽×高=50 cm×50 cm×50 cm)中,24 h后将成虫全部移出,每隔24 h定时调查并记录卵孵化数。将孵化的初孵若虫接种到酥梨幼苗上,每个叶片接种1头,用培养盒(带有透气小孔)完全封住叶片,防止若虫逃逸。每天定时定点记录若虫存活数和虫龄。待成虫羽化后,将中国梨木虱同天羽化的雌、雄成虫进行1∶1配对,放于昆虫行为观察仪中进行观察,行为观察仪和方法参考郑丽霞等(2021)。接入成虫后第2天开始观察记录塑料杯中各阶段发育历期和存活率及成虫寿命和单雌产卵量,直至雌雄成虫全部死亡为止。

1.6 数据分析

生命表数据根据两性生命表理论(Chi and Liu, 1985; Chi, 1988; Chi and Su, 2006)建立试验种群生命表,对基础数据进行统计分析。包括种群年龄-特征存活率(lx)、种群年龄-特征繁殖力(mx)、年龄-龄期-特征存活率(sxj)、雌成虫年龄-龄期-特征繁殖力(fxj)、种群年龄-特征净繁殖率(lxmx)、年龄-龄期-特征寿命期望值(exj)(Chi and Su, 2006)、年龄-龄期-特征繁殖值(vxj)等分析数据进行处理后绘制曲线(Tuanetal., 2014)。各参数采用以下公式计算(x为年龄,j为发育阶段):

净增殖率(R0):

内禀增长率(r):

周限增长率(λ):

λ=er;

世代平均周期(T):

年龄-特征存活率(lx):

年龄-特征繁殖力(mx):

年龄-龄期-特征寿命期望值(exj):

年龄-龄期-特征繁殖值(vxj):

各参数的平均值和标准误均使用TWOSEX-MS Chart软件支持的Bootstrap方法(bootstrap次数为100 000次),进行计算,再利用paired bootstrap test对数据进行差异显著性分析(Johnson, 2001; Rousseletetal., 2019)。相对适合度I=待测中国梨木虱品系r/敏感品系r(何林等, 2008; 王争艳等, 2021)。除两性生命表外,文中其余实验的原始数据使用Excel 2022进行分析,使用Origin 2022进行绘图。利用SPSS 24.0软件对统计的数据进行单因素方差分析,采用Tukey氏多重比较进行差异显著性检验。

2 结果

2.1 中国梨木虱3龄若虫对阿维菌素的抗性倍数

结果表明(表1),处理24 h时阿维菌素对中国梨木虱F种群3龄若虫的LC50值为2.458 mg/L, F种群的抗性倍数为3.458倍,属于敏感性降低;对SS品系3龄若虫的LC50值为0.706 mg/L; LC50浓度阿维菌素汰选6代后建立的FR品系的LC50值为8.447 mg/L, FR品系的抗性倍数为11.965倍,属于中等水平抗性;梨园田间种群6代未接触阿维菌素建立的FS品系的LC50值为1.258 mg/L, FS品系的抗性倍数为1.782倍,属于敏感。结果说明,LC50阿维菌素连续处理6代使中国梨木虱对阿维菌素的抗性水平升高;连续6代未施药,中国梨木虱对阿维菌素的敏感性提高。

表1 中国梨木虱3龄若虫对阿维菌素的抗性倍数Table 1 Resistance ratio of the 3rd instar nymphs of Psylla chinensis to averamectin

2.2 LC50浓度阿维菌素对中国梨木虱的生长发育的影响

表2结果表明,LC50浓度阿维菌素处理6代后建立的FR品系与阿维菌素敏感品系SS品系和连续6代未接触阿维菌素的田间对照品系FS品系相比,FR品系各发育阶段历期和存活率及成虫寿命、单雌产卵量和世代周期均发生变化。FR品系卵历期和若虫历期均显著长于FS品系和SS品系的(P<0.05),其中,卵历期较FS品系延长了2.263 d,较SS品系延长了2.240 d;FR品系若虫历期较FS品系延长了2.245 d,较SS品系延长了2.791 d,FS品系与SS品系若虫历期差异不显著(P>0.05)。FR品系的成虫寿命均短于FS品系和SS品系的。FR品系成虫产卵前期和总产卵前期均显著长于FS品系和SS品系的(P<0.05),FS品系产卵前期和总产卵前期显著长于SS品系的(P<0.05)。FR品系单雌产卵量较SS品系和FS品系分别显著减少74.300和57.000粒(P<0.05)。FR品系世代周期均长于FS品系和SS品系的。结果说明,LC50浓度阿维菌素连续处理6代使中国梨木虱的卵历期和若虫历期、产卵前期、总产卵前期和世代周期延长,成虫寿命缩短,产卵量下降。

2.3 LC50浓度阿维菌素对中国梨木虱生命表参数的影响

表3表明,LC50浓度阿维菌素处理后建立的FR品系的内禀增长率、周限增长率和净增殖率较阿维菌素敏感品系SS品系均降低。FR品系周限增长率显著低于连续6代未接触阿维菌素的田间对照品系FS和SS品系的(P<0.05),分别减少了0.022和0.036 d-1;内禀增长率较FS和SS品系分别减少了0.019和0.031 d-1。FR品系平均世代周期和种群加倍时间显著长于FS品系和SS品系的(P<0.05),FS品系平均世代周期显著长于SS的(P<0.05)。FS品系相对适合度为0.921,FR品系相对适合度为0.743。结果说明, LC50浓度阿维菌素连续处理6代后,中国梨木虱内禀增长率、周限增长率和净增殖率下降,适合度下降。

表3 中国梨木虱不同品系的生命表参数Table 3 Life table parameters of different strains of Psylla chinensis

图1(A-C)表明,LC50浓度阿维菌素连续处理6代后建立的FR品系若虫sxj曲线比FS和SS品系结束得更迟,SS品系若虫期在第28天时结束,FS品系若虫期在第30天时结束,FR品系若虫期在第40天时结束。结果说明, LC50浓度阿维菌素处理延长了中国梨木虱若虫存活时间。

图1 中国梨木虱SS (A), FS (B)和FR (C) 品系的年龄-龄期-特征存活率(sxj)Fig. 1 Age-stage-specific survival rates (sxj) of SS (A),FS (B) and FR (C) strains of Psylla chinensis

由图2(A-C)可知, 中国梨木虱3种品系存活率曲线变化趋势基本一致,曲线坡度前期下降缓慢,FS, FR和SS品系在38 d左右前lx变化趋势不大,说明低龄若虫存活率较高,lx在成虫发育期急速下降。fxj显示LC50浓度阿维菌素延缓了中国梨木虱的产卵高峰期,3个品系产卵高峰日和及其高峰日产卵量分别为: SS品系第33天(34.10), FS品系第33天(23.60)和FR品系的第38天(14.55)(图2: A-C)。fx,mx和lxmx曲线均说明LC50浓度阿维菌素处理降低了中国梨木虱的繁殖能力(图2: A-C)。

图2 中国梨木虱SS (A), FS (B)和FR (C)品系的年龄-特征存活率(lx)、雌成虫年龄-龄期-特征繁殖力(fxj)、年龄-特征繁殖力(mx)和年龄-特征净繁殖率(lxmx)Fig. 2 Age-specific survival rates (lx), age-stage-specific fecundity of female adult (fxj), age-specific fecundity (mx) and age-specific net reproductive rates (lxmx) of SS (A),FS (B) and FR (C) strains of Psylla chinensis

由图3(A-C)可知,中国梨木虱SS, FS和FR 3个品系各龄期繁殖值均随年龄x的增加而增大,且在成虫期贡献度到达最大值,表明成虫期对未来种群的贡献值最大。SS品系种群繁殖高峰出现时间最早在第22天,雌成虫繁殖值为120.749; FS品系雌成虫在第32天达到最高繁殖值,为118.276; FR品系种群繁殖高峰出现时间最晚,雌成虫在第36天达到最高繁殖值,为88.210。结果说明,LC50浓度阿维菌素处理降低了中国梨木虱种群繁殖值。

图3 中国梨木虱SS (A), FS (B)和FR (C) 品系的年龄-龄期-特征繁殖值(vxj)Fig. 3 Age-stage-specific reproductive values (vxj) of SS (A), FS (B) and FR (C) strains of Psylla chinensis

由图4(A-C)可知,SS, FS和FR 3个品系的exj在卵期最高,随着幼虫龄期增长而下降;雌成虫的exj分别为30.00, 28.90和28.40 d;雄成虫的exj分别为23.10, 21.50和20.55 d。各品系雌雄成虫的exj均呈现先降低后增加的趋势,FR品系较为明显,表明该龄期死亡率较高。结果说明,LC50浓度阿维菌素处理延长了中国梨木虱的期望寿命。

图4 中国梨木虱SS (A), FS (B)和FR (C)品系的年龄-龄期-特征寿命期望值(exj)Fig. 4 Age-stage-specific life expectancy (exj) of SS (A), FS (B) and FR (C) strains of Psylla chinensis

3 讨论

阿维菌素作为广谱性的生物源类杀虫剂,果园应用广泛(仇贵生等, 2007; 李结平等, 2011; 任学祥等, 2013)。随着阿维菌素使用年限增加,其田间使用浓度逐年增加,防治效果不断下降,无法有效防控夏秋季节梨园的中国梨木虱。本研究中阿维菌素处理对使用的未施药第一代中国梨木虱F种群3龄若虫的LC50值是对室内相对敏感品系SS品系LC50值的3.482倍(表1),中国梨木虱对阿维菌素已为低敏感,该结果说明现有施药技术使中国梨木虱对阿维菌素敏感性降低。当LC50浓度阿维菌素连续处理6代后,中国梨木虱对阿维菌素由低敏感快速上升至中抗水平,这可能是梨园夏秋季节频繁使用阿维菌素使该药剂难以有效防控中国梨木虱的原因之一。

研究表明,一些害虫对杀虫剂产生抗性后,停止用药或轮换用其他药剂,害虫适合度上升,敏感性恢复(Georghiouetal., 1983; 刘泽文, 2004; Coetzee and Koekemoer, 2013; Sparks and Nauen, 2015; van Leeuwenetal., 2015; Zhangetal., 2015),而有些害虫敏感性则很难恢复(吴孔明和刘芹轩, 1994)。本研究结果表明,停止使用阿维菌素后,中国梨木虱对其敏感性上升,适合度增加(表3)。因而,在田间使用时,尽量间隔使用阿维菌素,使中国梨木虱等害虫处于低敏感性。

害虫抗药性产生是其对杀虫剂选择压力适应的结果,抗性品系存在适合度代价,主要表现为繁殖力、孵化率等下降,总产卵前期延长,成虫寿命和产卵期缩短等(Liuetal., 2006; Lingetal., 2009; Yangetal., 2018)。本研究结果表明,LC50浓度阿维菌素连续处理后,中国梨木虱敏感性下降、抗性水平升高,抗性品系适合度明显下降,存在生存竞争劣势,且可推测,随着抗性水平的不断增加,抗性品系的适合度可能会继续下降。因此,使用阿维菌素防治中国梨木虱时,除了采取各种延缓抗性产生和发展的措施外,还可利用抗性品系适合度不利性,与其他防控技术配合,减少阿维菌素使用次数和剂量,延缓抗药性的产生,延长阿维菌素的田间使用寿命。