蚜虫防治研究概况及在棉花上的应用.doc

蚜虫防治研究概况及在棉花上的应用 张海娜，钱玉源，刘祎，王广恩，崔淑芳，金卫平，李俊兰 （河北省农林科学院棉花研究所/农业部黄淮海半干旱区棉花生物学与遗传育种重点实验室，石家庄050051） 摘要：蚜虫是农业生产中的重要害虫之一，是棉花生产中的主要害虫之一，因其个体小、繁殖快、适应能力强等特点较难防治。蚜虫不仅造成植物营养成分的流失，还是植物病毒传播介体，严重影响了农作物的产量和品质。生物防治、化学防治、基因工程防治等各种方法被尝试和研究来抵御蚜虫的危害。归纳和总结了不同蚜虫防治措施的特点和研究进展，旨在为今后蚜虫防治研究提供依据和借鉴。 关键词：蚜虫；棉花；防治；凝集素基因 ：S435.622文献标志码：A论文编号：cjas14110014 基金项目：河北省自然科学基金项目“转掌叶半夏凝集素基因PPA-1对棉花种质创新及其蚜虫抗性验证”(Cxx301013)；河北省农林科学院科学技术研究与发展计划项目“掌叶半夏凝集素基因PPA-1的棉花遗传转化”(Axx070102)。 第一作者简介：张海娜，女，1978年出生，河北丰润人，副研究员，博士，主要从事棉花育种与种质创新研究。通信地址：050051河北省石家庄市和平西路598号河北省农林科学院棉花研究所，TelE-mail：zhang_haina163.。 通讯作者：李俊兰，女，1963年出生，河北清河人，研究员，硕士，主要从事棉花遗传育种研究。通信地址：050051河北省石家庄市和平西路598号河北省农林科学院棉花研究所，TelE-mail：li-junlansohu.。 ：xx-11-19，修回日期：xx-01-20。 0引言 蚜虫俗称腻虫或蜜虫，是最具破坏性的植食性害虫之一，靠吸食植物幼嫩部位的汁液造成危害，蚜虫在取食过程中经常会传播植物病毒，堪称世界传播病毒昆虫之首，对农林业和园艺业危害严重。多年来如何对蚜虫进行有效防治一直是许多科学工作者致力研究的重要课题。 蚜虫在世界上分布非常广泛，但主要集中在温带地区。截至xx年，中国共记录蚜虫类昆虫268属1099种/亚种，分别占世界蚜虫属种数的45%和23%1。蚜虫体积小而软，身长从1mm到10mm不等，寄主多样、食谱广范、繁殖能力超强、具有多型现象，世代重叠，生活史复杂多样。蚜虫危害后常使叶片、茎尖等部位发生皱缩或卷曲2-3。蚜虫分泌的唾液中含有的多种活性物质，干扰植物体内代谢，抑制植物的防御反应。蚜虫还是传播植物病毒的重要介体，据统计，蚜虫占已知传播病毒昆虫种类的45.8%，桃蚜是110种以上植物病毒载体4。蚜虫是棉花生产中的主要害虫之一，危害时间长，从出苗到吐絮成熟均可发生，由于蚜虫的危害可使棉花蕾铃大量脱落，叶功能降低，蚜虫分泌的蜜露粘在棉絮上，还会影响棉花的品质。实践中农艺操作、生物制剂、化学农药、转基因工程等措施均被研究用于蚜虫的防治，不同方法的防治效果和特点各异。将主要蚜虫防治措施的研究进展进行归纳和总结，以期为今后蚜虫的防治，特别是棉田蚜虫的防治提供科学的依据和借鉴。 1生物防治 1.1昆虫激素 利用蚜虫自身分泌的特殊激素成分干扰蚜虫的正常活动是防治蚜虫既环保又有效的方法。20世纪70年代科学家们就已发现雌蚜会通过释放性信息素来引诱雄蚜。多数蚜虫分泌的性信息素成分为荆芥内酯和荆芥醇，但比例不同。利用性信息素可以诱捕雄虫和未成熟雌虫，减少越冬虫卵数量5。 蚜虫在受到惊扰时会从腹管中分泌出报警信息素，以使周围的其他蚜虫感知并迅速逃逸而免受伤害。许多蚜虫报警信息素的主要成分是（反）-法呢烯(EF)，研究表明，在常规使用农药防治蚜虫时加入EF，可使蚜虫的移动性增强，从而增加蚜虫与农药的接触概率，提高防治效果。但目前由于人工合成报警信息素类物质过程复杂、成本高，且该类物质在空气中化学性质不稳定，易被氧化而失去防效等因素，不适于在田间大范围使用其防治蚜虫。EF合成酶基因从花旗松、柚子、青蒿、胡椒、荷等植物中被分离鉴定，可能在基因工程防治蚜虫中发挥作用6。 1.2天敌 瓢虫、食蚜蝇、食蚜瘿蚊、草蛉、寄生蜂等是蚜虫的主要天敌，主要以捕食和寄生的方式消灭蚜虫。草蛉、瓢虫、蚜茧蜂等蚜虫的天敌昆虫已实现工厂化的生产和应用，如利用七星瓢虫和中华草蛉来捕食茶蚜，烟草田间人工释放蚜茧蜂寄生成蚜、若烟蚜7。利用天敌防治蚜虫的方法优点在于保护环境，蚜虫不易产生抗药性，而且防效时间长，缺点在于见效慢，化学防治中应尽量采用专一性强的药剂以保护天敌。 1.3微生物农药 将真菌、细菌、病毒等蚜虫病原性微生物做成农药制剂，可用于防治蚜虫。目前应用较为成熟的病原真菌主要包括白僵菌、绿僵菌、蜡蚧轮枝菌，这些真菌制剂具有高效杀蚜特性，容易培养、杀虫谱广、致病力强。但病原真菌的杀蚜毒力对环境温度湿度的依赖性使其利用受到一定限制。蚜虫病原细菌大肠杆菌K-12、菊欧文氏杆菌等也可用来防治蚜虫，相对于真菌而言，细菌容易培养，周期短，成本低，而且细菌致病性专一、传染性强。能用于害虫防治的昆虫病毒主要是杆状病毒科的核型多角体病毒、颗粒体病毒以及呼肠孤病毒科的质型多角体病毒，病毒具有专一性强、致病力强、抗逆性强、作用长久等优点7-8。 1.4植物源农药 用植物体产生的具有抗菌活性的次生代谢产物制成的农药可用来防治蚜虫，如生物碱类、类黄酮类、蛋白质类、有机酸类和酚类化合物等。植物源农药治虫作用机理多样，防效好，对环境破坏性影响较小。该类农药对蚜虫的抑制作用受农药的使用剂量和浓度影响，用除虫菊乳液250mg/L喷雾辣椒，1天后2龄桃蚜死亡率达到100%，且持效期长，但蚜虫死亡率具有除虫菊剂量依赖性；黄酮类化合物木犀草素浓度超过100g/mL时才完全阻止豌豆蚜的取食行为9-10。植物源农药可用来综合防治蚜虫，尚需对其抗蚜成分结构鉴定进行深入研究。 2化学防治 生产中蚜虫防治仍以化学农药防治为主，常用药剂可分为触杀性和内吸性杀虫剂，如有机磷类、拟除虫菊酯类、氨基甲酸酯类、新烟碱类等。化学农药防治的特点是使用方便、见效快，但连续大量使用会污染生态环境和农产品，同时害虫还会产生抗药性。因此，化学防治蚜虫过程中应选择高效、低毒、低残留、作用机理不同的药剂混用或轮用，采用种子包衣、灌根、涂茎叶等施药技术使农药吸到农作物体内，可以实现内吸杀蚜，从而保护天敌。一些新型化学农药研究取得了较大进展，这类农药具有靶向性强、无公害的特点，如抑制蚜虫乙酰胆碱酯酶活性的制剂AMTS7和AMTS20、系统性杀虫剂氟啶虫酰胺、内吸性的新喹唑啉类杀虫剂pyrifluquinazon均在试验中表现了较好的防治蚜虫效果。 3基因工程防治 培育抗虫品种是解决蚜虫危害的有效和保护生态环境的办法，是蚜虫综合防治中不可缺少的环节，也是很多作物重要的育种目标之一，由于缺少天然的抗蚜虫种质，所以靠常规育种是不容易实现的，基因工程的发展为防治蚜虫开辟了新途径，也正越来越多的被人们关注。高效抗蚜基因的筛选是抗蚜基因工程的根本所在。 3.1广谱抗蚜基因 3.1.1凝集素基因凝集素基因编码的凝集素是一类能与糖专一性结合的可逆蛋白质，具有多种活性功能，如抗虫、抗病毒、抗真菌、分离糖蛋白等，在农业生产上最重要的功能为对同翅目害虫的抗性。植物凝集素能对咀嚼式和刺吸式口器昆虫产生毒害作用，但作用机理尚待深入研究，植物凝集素可能通过和昆虫糖蛋白可逆结合，从而影响昆虫对营养的吸收，促进消化道中细菌的繁殖及诱发病灶，抑制昆虫的发育及繁殖11。有代表性的凝集素基因主要有雪花莲凝集素(GNA)基因12、大蒜凝集素(ASAL)基因13、尾穗苋凝集素(ACA)基因14和半夏凝集素(PTA)基因15-18。 3.1.2细胞分裂素基因细胞分裂素基因ipt基因编码异戊烯基转移酶，该酶为细胞分裂素合成的关键酶，Smigocki等19将其转化烟草后发现阳性植株对绿桃蚜的发育有抑制作用，研究表明，转ipt基因烟草细胞分裂素过量表达，从而使桃蚜的发育受到了干扰，起到了防治蚜虫的效果。 3.1.3蛋白酶抑制剂基因蚜虫体内缺乏蛋白酶，因而一般蛋白酶抑制剂基因对蚜虫没有防治效果，但是一些小的蛋白酶抑制剂，如胃蛋白酶抑制剂和抑糜酶素对蚜虫有致死作用20。 3.2特异抗蚜基因 特异抗蚜基因是在抗蚜作物中发现的特异与蚜虫抗性相关的基因，如从不同的大豆抗蚜品种中发现了Rag121、Rag222和Rag323，分别定为于大豆第7、13和16号染色体上；从野生型莴苣中发现的Nr基因对蚜虫Nasonoviaribisnigr具有专一抗性24；甜瓜中的Vat基因不仅抑制蚜虫的繁殖，还可防止其传播病毒25；还有苹果中的sd1基因26，番茄中的Mi-1,2基因27-28，都对特异的蚜虫种类具有一定的作用。 3.3RNA干扰 RNA干扰(RNAinterference，RNAi)技术是研究生物体基因表达、调控与功能的有效手段。注射蚜虫唾液转录因子Coo2基因dsRNA后，豌豆蚜死亡率在第3天达50%29。饲喂液泡ATP酶基因dsRNA后，豌豆蚜vATPase转录水平下降，死亡率增加30。Ma等31研究表明，沉默异丙烯转移酶基因会使蚜虫代谢紊乱，从而造成蚜虫死亡。RNAi技术优点在于只作用于特异害虫而不伤害其他生物，筛选合适的靶标基因是利用植物介导RNAi效应来防治蚜虫的关键。 4棉花蚜虫防治 在棉花蚜虫的综合防治研究中，农业防治和生物防治有利于保护天敌，维持棉田生物多样性，但在实践生产中，化学防治因其使用方便、见效快等特点占据了主导位置，使用方式主要为田间叶面喷雾和拌种，使用农药有作用于害虫神经系统的吡虫啉、啶虫脒等，二者应用较为普遍，特点为防效好、低毒、低残留，且害虫不易产生抗药性。有机磷类和拟除虫菊酯类药物也被用来防治蚜虫。在一般年份棉花生长季内化学防治蚜虫需57次，劳动强度大，投入成本高。 蚜虫是棉田首要防治害虫之一，连续大面积的使用化学农药，破坏农田生态环境，影响棉农身体健康，还会使害虫产生抗药性，负面作用突显。根据转Bt基因棉的成功经验，培育和种植转基因抗蚜棉花新品种是防治棉田蚜虫的有效途径。以往研究结果显示，棉花外源基因转化中被采用最多的还是凝集素类基因，转化成功的实例有雪花莲凝集素基因，半夏凝集素基因、菊芋凝集素基因和野生荠菜凝集素基因等，但获得的转基因植株对棉蚜的抗性不尽一致32-36。上述抗蚜虫品系对棉蚜的抗性还达不到实际生产的要求。Chakravarthy等37将大蒜凝集素基因转入棉花后，转基因棉株表现了对叶蝉和白粉虱等刺吸式害虫的抗性。 凝集素表达的量与抗蚜效果的强弱呈正相关，通过替换启动子、多基因同时转化等方式调控外源基因的时空表达，提高外源基因表达量，是获得理想转基因植株的有效方法38。除凝集素基因之外，其他抗蚜基因也在被筛选和功能研究中，张建民以抗蚜品种鸡脚红叶棉作为主要试验材料，釆用抑制差减杂交法构建了棉蚜诱导的棉花叶片的抑制差减杂交cDNA文库，克隆了棉蚜诱导相关基因GhTCTP1，试验结果表明，过量表达GhTCTP1转基因棉花T1代植株比野生型棉花Coker312植株对棉蚜具有更高的抗性39。 5小结与展望 单一的蚜虫防治方法在操作实践中都显现了各自的弊端，继续完善、创新不同的抗蚜方法仍将是今后的重要研究内容。高效、低毒、低残留的新型生物制剂、化学药剂尚需开发研制。基因工程育种中则亟待挖掘高效抗蚜基因，增加外源基因的表达量，调控基因表达部位，从而为培育抗性强、更加稳定的转基因抗蚜虫棉花品种奠定基础。再者，考虑将多种防治措施结合起来应用，会大大提高蚜虫的防治效果，而土地的集约化经营管理比小户分散种植更容易实现害虫的综合防治。 参考文献 1刘征,黄晓磊,姜立云,等.中国蚜虫类昆虫物种多样性与分布特点(半翅目,蚜总科)J.动物分类学报,xx,34(2):277-291. 2陈红梅,李昆志,陈丽梅.植物抗虫基因的研究进展J.中国生物工程杂志,xx,28(11):116-121. 3徐蕾,许国庆,刘培斌,等.蚜虫生物学研究进展J.湖北农业科学,xx,49(12):3204-3206. 4NaultL.Arthropodtransmissionofplantviruses:anewsynthesisJ.AnnalsoftheEntomologicalSocietyofAmerica,1997,90(5):521-541. 5KoczorS,SzentkirlyiF,BirkettMA,etal.AttractionofChrysoperlacarneaplexandChrysopaspp.Lacewings(Neuroptera:Chysopidae)toaphidsexpheromoneponentsandasyntheticblendoffloralpoundsinHungaryJ.PestManagementScience,xx,66(12):1374-1379. 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