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棉铃虫Helicoverpa armigera(Hübner)是一种重要的广食性农业害虫,其频繁暴发给农业生产造成了巨大的经济损失。化学防治至今仍是防治这类害虫的最方便、有效和使用最普遍的一种方法。然而,棉铃虫对杀虫剂很容易形成抗性,这也是棉铃虫暴发成灾的重要原因之一。分析棉铃虫对不同杀虫剂抗性发生、发展及现状,研究抗药性机制及遗传方式,对于认识和解决抗药性问题足至关重要的。
虽然有研究证实植物次生代谢物质会改变棉铃虫对农药的抗性,而且其代谢抗性机理已经得到普遍认可,但其中哪一类代谢酶发挥主要作用还一直没有确定,这直接影响到棉铃虫抗药性有效治理措施的设计和实施。因此,本文以亚洲棉铃虫为材料,选择一些常见的植物次生代谢物质和除草剂,采用人工饲料添加和挥发物气体处理两种方式,通过毒理生测、增效实验、代谢酶的活力测定以及利用半定量RT-PCR和实时荧光定量RT-PCR检测相关基因表达水平等一系列对比实验,系统研究并确定了不同植物次生代谢物质和除草剂对棉铃虫抗性的影响,发现植物次生代谢物质和除草剂都可以显著诱导细胞色素P450氧化酶基因表达。这是影响亚洲棉铃虫对异源毒素抗性变化的主要原因。具体研究结果如下:
1、在昆虫人工饲料中分别添加0.05％黄酮、0.1％香豆素、0.01％丁布或0.01％阿密茴素等次生代谢物质喂饲棉铃虫48 h,或将棉铃虫放入分别含有挥发性植物信号物质水杨酸甲酯或茉莉酸甲酯、绿叶性气体2-庚酮、顺-3-己烯醋酸酯或萜烯类物质柠檬烯、橙花叔醇等气体的实验盒中48 h,可以显著增加棉铃虫对氨基甲酸酯农药灭多威的抗性,降低棉铃虫的死亡率;但这些次生代谢物也可以显著增加棉铃虫对有机磷农药毒死蜱的药剂敏感性,增加棉铃虫的死亡率;饲料中添加0.05％的除草剂丁草胺和盖草能,或幼虫接触这两种除草剂的挥发物同样可以显著增加棉铃虫对灭多威的抗性,也可以显著增加棉铃虫对毒死蜱的药剂敏感性。使用细胞色素P450酶通用抑制剂胡椒基丁醚(PBO)的对照实验证实,植物次生代谢物质和除草剂改变棉铃虫对不同农药的抗性的原因与棉铃虫体内被诱导的P450酶有关。
2、在含有真菌毒素黄曲霉素的昆虫人工饲料中分别添加黄酮、香豆素、丁布或阿密茴素,或足2-庚酮或柠檬烯气体挥发物分别与黄曲霉毒素共同作用丁棉铃虫,都可以显著增强棉铃虫对黄曲霉毒素的耐受性。但水杨酸甲酯、茉莉酸甲酯、顺-3-己烯醋酸酯或橙花叔醇气体处理都不能提高棉铃虫对黄曲霉毒素的耐受性。同时添加PBO的对照实验证实,植物次生代谢物质或除草剂改变棉铃虫对黄曲霉毒素的适应性与这些物质能显著诱导棉铃虫体内的P450酶有密切关系。
3、在昆虫人工饲料中添加黄酮、香豆素、丁布或阿密茴素喂饲棉铃虫48 h,或将棉铃虫放入分别含有不同挥发性气体的实验盒中48 h,测得棉铃虫中肠和脂肪体中的细胞色素P450酶含量都显著增加。这些植物次生代谢物质对棉铃虫中肠和脂肪体内的乙酰胆碱酯酶的活性没有显著的诱导作用。两种除草剂处理都可以使棉铃虫中肠和脂肪体内的P450酶含量显著增加,对棉铃虫脂肪体中的乙酰胆碱酯酶也有一定的影响,说明乙酰胆碱酯酶仅是部分农药的作用靶标,而不是有关植物次生代谢物质能够普遍产生作用的靶标。
在人工饲料中分别添加4种植物次生代谢物质喂饲棉铃虫48 h后,棉铃虫脂肪体中的羧酸酯酶含量显著增加,中肠和脂肪体中谷胱甘肽S转移酶(GST)的活性也显著提高。挥发性气体中2-庚酮和柠檬烯也可使棉铃虫中肠和脂肪体中的羧酸酯酶和谷胱甘肽S转移酶活性显著增加。说明这些物质可以显著增加棉铃虫对黄曲霉毒素的耐受性与棉铃虫羧酸酯酶和谷胱甘肽S转移酶活性增强有关。除草剂作用于棉铃虫48 h后,使棉铃虫羧酸酯酶和谷胱甘肽S转移酶的活性发生改变。
4、在昆虫人工饲料中添加黄酮、香豆素、丁布或阿密茴素喂饲棉铃虫都能诱导亚洲棉铃虫的P450基因表达量增加。棉铃虫接触六种不同的植物挥发性气体也可以显著增加其P450酶基因的表达。丁草胺和盖草能虽然是两种不同类型的除草剂,但不论足饲料添加喂食处理还足气体处理都能显著诱导棉铃虫的P450酶表达量增加。除草剂丁草胺和盖草能诱导棉铃虫P450基因证实了植物次生代谢物质在棉铃虫体内的解毒酶和人工合成农药诱导的代谢酶是相同的。田间大量使用对棉铃虫的P450解毒酶有诱导作用的除草剂会成为作物害虫产生抗药性的重要原因之一。
总之,实验所选植物次生代谢物质和除草剂都可以显著诱导棉铃虫P450酶,改变棉铃虫对农药灭多威、毒死蜱以及真菌毒素黄曲霉素的适应性。棉铃虫不仅可以通过取食植物中的次生代谢物质诱导解毒P450酶,而且可以通过接触气体物质,截获植物的挥发性气体信号,诱导体内解毒酶,增强自身对异源毒素的适应性。