鲜食玉米品种心叶期对草地贪夜蛾抗性评价及不同品种受害后的产量损失

张楠 李小凤 李余良 刘建华 李武 李高科

关键词：草地贪夜蛾；鲜食玉米；抗虫性；产量损失；发育历期

草地贪夜蛾起源于美洲，属鳞翅目Lepidoptera夜蛾科Noctuidae，是一种重大迁飞性农业害虫，常年生活在南至阿根廷北至美国佛罗里达州、德克萨斯州范围内的热带和亚热带地区，季节性地迁飞至温带玉米种植区，形成周年性为害。2016年，非洲西部的尼日利亚、贝宁、多哥、加纳等地发现草地贪夜蛾，这是首次在美洲以外的地区报道草地贪夜蛾的踪迹。草地贪夜蛾因具有生育期短、迁飞能力强、寄主范围广、繁殖能力强等生物学特性，在撒哈拉沙漠以南的所有国家迅速扩散，使非洲部分国家的玉米生产遭受重大的产量损失。2018年5月，印度南部的卡玛塔克邦（Kamataka）首次发现草地贪夜蛾，草地贪夜蛾开始危害亚洲。2018年12月，草地贪夜蛾首次在我国云南省江城县被发现，2019年6月底全国19个省（区）1070个县（市、区）见虫，截至2020年该虫已入侵我国27个省份，作物受害面积达127.8万hm2。据联合国粮农组织统计（FAOSTAT 2021），我国2020年玉米种植面积为4126万hm2，产量为2.607亿t，消费量为2.89亿t，是仅次于美国的世界第二大玉米生产和消费国。玉米稳产对于维护我国粮食安全具有重大意义。

目前化学防治仍为我国玉米种植户的主要应急策略。对云南德宏州的351个玉米种植户的调查结果显示，超过98%的农户以喷施农药为主要防治措施。多次喷施化学药剂极大地增加了种植成本。2020年云南农户的农药使用量是2018年的3倍，购买农药的支出由2018年的81美元/hm2增至2020年的276美元/hm2，增加部分主要为防治草地贪夜蛾的农药支出。大量使用农药对环境造成的影响更是难以估算。

提升寄主植物抗性是草地贪夜蛾综合防治体系的重要组成部分，种植抗虫品种不仅可以降低农药、人工成本，还有益于环境，是防治虫害的最佳长期策略。美国、巴西、阿根廷等美洲国家先后通过种植转Bt基因玉米来解决草地贪夜蛾的为害问题。2019年，我国的两个国产转基因抗虫玉米获得了生产应用安全证书，为转Bt普通玉米品种的商业化种植铺平了道路，但转Bt的鲜食玉米品种尚未得到许可。我国草地贪夜蛾的周年發生区在云南、广东、广西、海南等地的热带和南亚热带地区，这些地区也是我国重要的鲜食玉米产区。农户长期、周年性的错期播种鲜食玉米，导致草地贪夜蛾周年繁殖、世代重叠，年发生6～8代。如果在此区域种植Bt玉米，草地贪夜蛾会面临连续世代高频汰选抗性，使得抗性演化风险增加，对其他玉米种植区的Bt玉米利用构成严重威胁。与普通玉米相比，鲜食玉米植株鲜嫩，果穗含糖量高，更受到草地贪夜蛾的偏爱，大量喷施化学农药会引发消费者对于食品安全的担忧。因此挖掘抗性资源，培育抗虫的鲜食玉米品种是解决鲜食玉米抗草地贪夜蛾的根本途径。本研究利用草地贪夜蛾大暴发的自然发生环境，选取了28个不同类型的鲜食玉米品种，通过对其叶部受害级别、果穗产量损失进行调查研究，并进行室内饲喂试验观察幼虫发育情况，初步探究了这些品种对草地贪夜蛾的抗性水平，为抗性品种的培育提供科学依据。

1材料与方法

1.1试验材料

本试验选用28份不同类型的玉米品种，其中甜玉米10份（‘粤甜26号’‘粤甜28号’‘粤甜40号’‘粤甜41号’‘粤白甜2号’‘粤美甜2号’‘粤甜黑珍珠2号’‘正甜68’‘雪甜7401’‘广良甜27号’）；甜糯玉米8份（‘粤白甜糯7号’‘粤白甜糯8号’‘粤白甜糯9号’‘粤白甜糯10号’‘粤白甜糯168’‘徽甜糯1号’‘京甜糯807’‘金甜糯663’）；糯玉米10份（‘粤彩糯2号’‘粤鲜糯6号’‘粤白糯6号’‘粤白糯168’‘苏玉糯5号’‘美玉29号’‘京科糯337’‘京科糯837’‘农科糯2000L’‘金糯1913’）。其中粤系列和‘正甜68’为广东省农业科学院作物研究所自主选育，其余品种为2020年广东省区试参试或对照品种。

1.2供试虫源

2021年11月在广东省农业科学院白云试验基地（23°17'N，113°27'E）采获草地贪夜蛾幼虫，放置于养虫笼（30cm×30cmX30cm）中饲养，笼内放置鲜食玉米的幼苗，在人工气候箱饲养至成虫阶段并使其交配产卵，孵化的初孵幼虫为室内研究的试验虫源。培养条件为：光照强度300001x，温度25℃，湿度60%，光照周期L∥D=16h∥8h。

1.3田间种植情况

28个鲜食玉米品种于2021年7月播种于广东省农业科学院白云试验基地。采取防治和不防治草地贪夜蛾两个处理，防治区和不防治区间隔11.6m。每个品种种植2行，行长5m，行距65cm，株距30cm，保苗30株以上，设3个重复，四周设置保护行。按照常规玉米生产田进行田间管理。不防治组利用草地贪夜蛾自然为害，在玉米生长过程中不采取任何防治措施，让自然发生的草地贪夜蛾持续为害玉米。防治组则在玉米生长过程中喷施5%甲氨基阿维菌素苯甲酸盐悬浮剂（佛山市高明区万邦生物有限公司）和200g/L氯虫苯甲酰胺悬浮剂（美国杜邦）的混合制剂防治幼虫，制剂用量分别为300mL/hm2和225mL/hm2。药剂防治共实施5次，前4次分别在苗期、拔节期、小喇叭口期、大喇叭口期，散粉后3天最后一次喷施药剂。利用性诱剂诱捕成虫（深圳百乐宝），同时人工摘除虫卵、捕捉成虫，保障玉米整个生育期不受到草地贪夜蛾为害。

1.4抗性水平评价

玉米生长发育至大喇叭口期对叶片被害情况进行调查。逐株调查每个品种和每个植株的叶片被害程度对其进行评级，计算该品种叶片的受害级别平均值，确定其心叶期的抗性水平。叶片受害级别及其抗性评价标准见表1和表2。

1.5产量损失计算

散粉后23d收获玉米鲜穗。每个小区按顺序收获玉米鲜穗10穗，对防治处理和不防治处理的玉米品种分别称重。以平均单穗重计算产量损失。

1.6不同玉米品种对草地贪夜蛾幼虫生长发育的影响

取20粒玉米种子浸泡过夜，待种子充分吸胀后播种于花盆内（直径15cm，高15cm）放置于光照培養箱内培养。生长期间去除长势不好的幼苗，每盆保留10株，待玉米长至三叶一心期，每个品种接30头初孵幼虫。接虫后将玉米苗放置于养虫笼中（30cmX30cm×30cm）。每日8：30与17：30观察幼虫生长发育情况，记录幼虫从1龄到化蛹的发育时间。试验设置3次生物学重复。培养条件为：光照强度30000 lx，温度25℃，湿度60%，光照周期L∥D=16h∥8h。

1.7数据处理

用Excel 2010对数据进行初步整理分析。用SPSS软件对数据进行方差分析和相关性分析，用ANOVA对不同类型鲜食玉米的受害级别、产量损失和幼虫历期进行比较，用Pearson相关系数法对受害级别、产量损失和幼虫历期进行相关性分析。

2结果与分析

2.1 28个鲜食玉米品种的抗性水平、产量损失及对幼虫发育历期的影响

28个鲜食玉米品种受草地贪夜蛾为害后的受害级别、抗性水平、产量损失及室内饲喂结果如表3所示。在喇叭口期对叶片损伤程度进行统计分析，28个品种中无高抗及抗虫品种，中抗品种12个，感虫品种15个，高感品种1个，分别占鉴定资源总数的42.86%、53.57%和3.57%。中抗品种中甜玉米品种2个，甜糯品种4个，糯玉米品种6个，分别占各类参试玉米品种的20%、50%和60%。

草地贪夜蛾为害后，28个品种的产量变化均达到了显著水平（P<0.05），产量损失为8.30%～40.93%，‘农科糯2000L’产量损失最低，‘徽甜糯1号’产量损失最高。甜玉米产量损失为10.07%～34.40%，甜糯玉米品种产量损失为13.32%～40.93%，糯玉米品种产量损失为8.30%～32.92%。

对三叶一心期的玉米接种草地贪夜蛾1龄幼虫，观察记录草地贪夜蛾取食不同品种玉米幼苗叶片后的发育过程。经统计，草地贪夜蛾1～6龄幼虫的发育历期为11.29～15.31d，历期最短为‘粤鲜糯6号’和‘美玉29号’处理，最长为‘粤甜40号’处理。其中在甜玉米上草地贪夜蛾发育历期为11. 88～15.31d，甜糯玉米上为12.46～13.71d，糯玉米上为11.29～15.20d。

2.2不同类型玉米品种的叶部受害级别、产量损失及对幼虫发育历期的影响

如表4所示，草地贪夜蛾对甜玉米、甜糯玉米、糯玉米叶片造成的受害级别分别为6.2、5.9和5.9，三类鲜食玉米无显著差异；对甜玉米、甜糯玉米、糯玉米造成的产量损失分别为26.65%、25.84%和19.97%，三类鲜食玉米无显著差异；三种类型的玉米喂食草地贪夜蛾，幼虫发育平均历期分别为12.97、13.09d和13.19d，三类鲜食玉米也无显著差异。结果表明，鲜食玉米叶片的受害级别、产量损失和幼虫发育历期的差异与品种类型无关。

2.3叶片受害级别、产量损失及幼虫发育历期的关系

对不同类型玉米品种叶片受害级别、产量损失和幼虫发育历期进行相关性分析，结果如表5所示。甜玉米、糯玉米的叶片受害级别与产量损失呈显著正相关，相关系数分别为0.610和0.790。甜糯玉米的叶片受害级别与产量损失无相关性。甜玉米、甜糯玉米、糯玉米的叶片受害级别与幼虫的发育历期无相关性，产量损失与幼虫发育历期无相关性。

3结论与讨论

20世纪80、90年代，一些育种学家已经开展抗草地贪夜蛾玉米材料的筛选和品种培育工作，培育出‘MP409’‘MP70l_Mp708’‘MP713’‘MP714’和‘MP716’等一系列抗虫自交系。但随着转Bt基因玉米成功解决了品种抗虫的问题，相关工作被搁置。草地贪夜蛾成为全球性重大害虫后，不同国家对于转Bt基因玉米的接受程度不同，利用玉米自身的抗虫基因进行抗虫品种选育被重新提上日程。肯尼亚、喀麦隆、津巴布韦、赞比亚、南非等非洲国家先后对本国的种植面积较大的玉米品种对草地贪夜蛾的抗性情况进行评估，发现少数品种具有抗虫性。2017年-2020年，国际玉米小麦改良中心（Centro Internacional de Mejoramientode MaizyTrigo，CIMMYT）通过IRMA（Insect-ResistantMaize for Africa）项目在肯尼亚基博科（Kiboko，Kenya）对6000多份玉米材料进行了抗草地贪夜蛾的人工接种鉴定，成功筛选出一系列抗虫材料；CRUBELATI-MULATI等对巴西的10份甜玉米资源进行鉴定，其中5份表现出一定程度的抗虫性。我国学者近两年开始对国内玉米材料和品种对草地贪夜蛾的抗性开展评估，发现了一个抗虫自交系‘Xi502’，张楠等在54份鲜食玉米资源中发现1个在叶片和果穗表现出中抗水平的甜糯玉米品种‘粤五彩甜糯’。

戴钎萱等用3个甜玉米和3个糯玉米品种的叶片饲养草地贪夜蛾，发现草地贪夜蛾在甜玉米品种上生存适合度最高。杨亚军利用甜玉米、糯玉米、甜糯玉米和普通玉米4种不同类型玉米喂食草地贪夜蛾幼虫，发现4种玉米叶片对草地贪夜蛾的生长发育和繁殖无显著影响。本研究中的鲜食玉米品种来源于3种不同类型：甜玉米、甜糯玉米和糯玉米，尽管心叶期抗性达到中抗水平品种的占比为糯玉米>甜糯玉米>甜玉米．但3种类型的玉米叶片受害级别、产量损失和草地贪夜蛾幼虫的发育历期均无显著差异。抗性水平、产量损失和幼虫发育历期的差异是由品种本身差异造成的，与品种类型无关。

在供试的28个鲜食玉米品种中，甜玉米品种‘正甜68’、糯玉米品种‘粤白糯168’和‘农科糯2000L’，叶片表现出中抗，且果穗产量损失较少。甜玉米、糯玉米品种叶片受害级别与产量损失存在一定程度的正相关。但甜糯玉米品种的叶片受害级别与产量损失却无相关性，比如‘徽甜糯1号’和‘金甜糯663’，尽管在叶部表现为中抗，但果穗产量损失却较高。特别是‘徽甜糯1号’在28个品种中产量损失最高，达到了40.93%。这可能是由于甜玉米、糯玉米果穗籽粒组成单一，而甜糯玉米籽粒由甜玉米和糯玉米籽粒按照1：3的比例混合组成，造成果穗产量损失的因素更为复杂。不论是甜玉米、甜糯玉米还是糯玉米，叶片受害级别和产量损失均与取食苗期玉米叶片的草地贪夜蛾幼虫的发育历期无相关性。这与Kasoma等的调查结果相似，即玉米早期的叶片损伤程度与产量不相关，中后期功能叶片的损伤程度与产量相关。

本研究采用苗期玉米室内饲养草地贪夜蛾的方法观察幼虫整个发育历期，田间调查的喇叭口期和果穗期草地贪夜蛾幼虫的组成更为复杂，为不同龄期的幼虫复合为害。此外，1～3龄的低龄幼虫和4～6龄的高龄幼虫均可为害心叶，而果穗多为高龄幼虫为害，且为害心叶和果穗的幼虫并非同一世代，因此仅凭叶片受害级别不能够完全预测鲜食玉米的产量损失。不同组织的结构和营养成分影响着草地贪夜蛾的适合度，叶片的厚度、硬度、绒毛密度、纤维素、半纤维素的含量、细胞壁的厚度、维管束密度等形态和生理特征影响着叶片的损伤程度，苞叶紧实度、果穗的香味、籽粒的甜度、果皮厚度等因素影响着果穗的产量损失。本试验中的品种‘粤甜41号’叶片达到中抗水平，该品种果穗包裹紧实，草地贪夜蛾不能钻入果穗但可咬断花丝，使籽粒不能正常授粉结实，影响了果穗的产量。‘粤甜28号’‘粤甜黑珍珠2号’的部分果穗被草地贪夜蛾幼虫啃食后，感染了穗粒腐病，进一步影响了果穗的质量和产量。

近年来对抗草地贪夜蛾的材料进行抗虫机制的解析表明，与感虫品种相比，‘Mp708’体内茉莉酸（JA）和挥发性萜类物质（terpenoids） （E）-β-caryo-phyllene含量更高；抗鳞翅目害虫玉米被草地贪夜蛾幼虫取食后，心叶中的一种33 kD的半胱氨酸蛋白酶含量会明显增加，而‘Xi502’叶片中则具有较高含量的苯并恶唑嗪酮类化合物（benzoxazi-noids）。Kamweru等对424份DH系材料人工接草地贪夜蛾幼虫，对叶片受害、果穗受害和产量损失进行全基因组关联分析（genome-wide associationstudy，GWAS）共获得56个与抗性相关的SNPs，Womack等在抗虫自交系‘MP705’中定位到2个主效QTL，可解释35.7%的表型变异，其中位于bin9.03的位点与2018年的定位结果一致。这些研究结果表明，挖掘玉米自身的抗虫基因，应用分子标记辅助选择或者全基因组选择的方法聚合抗虫基因提高品种的抗性，具有巨大的潜力。我国应继续对现有材料进行抗虫性鉴定，同时引进国外已经鉴定的具有抗虫性的种质资源，培育具有持久抗性的品种。