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斜纹夜蛾(Spodoptera litura)是一种重要的多食性农业害虫,近些年来,该虫在我国很多地方频繁暴发,给农业生产造成了巨大的经济损失。由于目前农药的不合理施用,导致该虫产生了不同程度的抗药性。为了揭示斜纹夜蛾的抗药性机理及为农业害虫综合治理提供理论依据,本实验主要从毒理、生理生化和基因表达三个方面分别阐述了斜纹夜蛾产生抗药性的原因,研究结果如下:
斜纹夜蛾五龄幼虫取食不同植物化感物质48小时后,分别用有机磷农药毒死蜱(12.5 μg/虫)、氨基甲酸酯类农药灭多威(0.1μg/虫)、和拟除虫菊酯类农药顺式氯氰菊酯(0.05 μg/虫)进行处理,检测其死亡率的变化。结果发现:斜纹夜蛾五龄幼虫取食0.01%花椒毒素、0.02%槲皮素、0.01%肉桂酸和0.01%水杨酸48小时后对毒死蜱抗性显著增加,其死亡率与取食二甲基亚砜(DMSO)对照食物的幼虫相比分别降低了38.3%、31.7%、33.3%和36.7%:取食0.1%香豆素、0.05%黄酮、0.02%槲皮素、0.01%肉桂酸和0.01%水杨酸48小时后对灭多威抗性也显著增加,其死亡率与对照相比分别降低了48.3%、48.3%、40.0%、41.7%和35.0%;取食0.1%香豆素、0.05%黄酮和0.01%肉桂酸48小时后同样提高了对顺式氯氰菊酯的抗性,其死亡率与对照相比分别降低了61.7%、53.3%和56.7%。
斜纹夜蛾五龄幼虫取食不同植物化感物质48小时后,体内羧酸酯酶、谷胱甘肽-S-转移酶、乙酰胆碱酯酶的酶活性及P450酶的总含量发生显著变化。斜纹夜蛾四龄幼虫取食0.01%肉桂酸和0.01%水杨酸48小时后,中肠里面羧酸酯酶的酶活性分别比取食DMSO对照食物的幼虫的酶活性提高了1.67和1.37倍;取食0.01%水杨酸、0.01%花椒毒素和0.1%香豆素48小时后,中肠里面谷胱甘肽-S-转移酶的活性分别比对照提高了2.24、1.96和3.2倍;取食了0.01%水杨酸、0.02%槲皮素、0.1%香豆素48小时后,中肠罩面P450酶总含量分别比对照提高3.14、3.40和7.10倍。斜纹夜蛾四龄幼虫取食了0.01%水杨酸48小时后,脂肪体里面谷胱甘肽-S-转移酶的活性与取食DMSO对照食物的幼虫的酶活性相比提高最显著,提高倍数为7.12倍。斜纹夜蛾五龄幼虫取食了含有0.01%肉桂酸和0.1%香豆素48小时后,P450酶总含量分别比对照提高2.8和14倍。斜纹夜蛾五龄幼虫取食了0.01%肉桂酸、0.01%花椒毒素、0.02%槲皮素和0.1%香豆素48小时后头部乙酰胆碱酯酶的活性分别比对照提高1.52、1.80、2.35和1.56倍。
将第一代斜纹夜蛾分成三组,第一组的斜纹夜蛾从第一代到第六代整个幼虫期一直喂食0.1%香豆素;第二组的斜纹夜蛾从第一代到第六代当幼虫处于三龄期时,用顺式氯氰菊酯(4ng/虫)进行淘汰筛选;第三组的斜纹夜蛾(对照)从第一代到第六代一直喂养含有0.2%DMSO普通食物。将每一组存活下来的斜纹夜蛾用相同的方式处理连续饲养至第六代。第一组的处理中,第一代斜纹夜蛾六龄幼虫中肠旱面谷胱甘肽-S-转移酶的活性与取食普通对照食物的幼虫酶活性相比提高了3.47倍;脂肪体里面谷胱甘肽-S-转移酶的活性与对照相比也提高了3.3倍。第二组的处理中,第一代斜纹夜蛾六龄幼虫脂肪体里面谷胱甘肽-S-转移酶的活性比对照提高了提高了2.4倍。第一组和第二组处理的第六代斜纹夜蛾六龄幼虫体内四种酶的活性和含量都有提高,尤其是P450酶的总含量提高最显著,在中肠和脂肪体里面分别比对照提高了5.73倍和9.87倍。
运用RT-PCR技术检测了斜纹夜蛾与抗拟除虫菊酯类农药相关的两个P450基因CYP4M14V1和CYP4S9V1的表达量,结果发现:斜纹夜蛾取食不同植物化感物质诱导48小时后和经过顺式氯氰菊酯处理与取食0.1%香豆素处理的第六代斜纹夜蛾六龄幼虫中肠和脂肪体里面,CYP4M14V1和CYP4S9V1表达量都增加。另外,斜纹夜蛾幼虫即使没有直接取食挥发性的植物防御信号物质茉莉酸甲酯,但只要嗅觉到茉莉酸甲酯48小时后,CYP4M14V1和CYP4S9V1基因的表达量都增加,幼虫对0.1%花椒毒素的解毒能力也增强,而斜纹夜蛾幼虫嗅觉到水杨酸甲酯则不能提高解毒能力。
本文实验结果证实了植物化感物质能够诱导斜纹夜蛾产生抗药性,抗性提高是由于解毒酶活性的升高和P450解毒基因的诱导表达。本文揭示了昆虫抗性与宿主植物化感物质之间的关系,对认识植物与昆虫的协同进化有重要意义。