王国迪,冯行利,吴涛起,汪彦欣,吴慧明,饶 琼,张莉丽,*
(1.杭州市农业技术推广中心,浙江 杭州 310020; 2.浙江农林大学 现代农学院 浙江省农产品品质改良技术研究重点试验室,浙江 杭州 311300; 3.金华市恒安生物技术有限公司,浙江 金华 321000)
草地贪夜蛾[Spodopterafrugiperda(J.E.Smith)]属鳞翅目,夜蛾科,原产于美洲热带和亚热带地区[1],是近年来入侵我国的重要农业害虫。自2019年首次在云南被报道以来,便迅速在多个省市暴发,给各地农业生产带来巨大威胁[2]。草地贪夜蛾具有迁飞能力强、寄主范围宽、适生区广、增殖潜能强、扩散速度快、突发危害重等显著生物学特点[3-7],浙江省是草地贪夜蛾南北往返迁飞的桥梁地带,防控地位非常重要。按照对寄主植物取食的偏好性,可将草地贪夜蛾分为“玉米型”和“水稻型”两种生物型,根据张磊等[3]分析表明,入侵我国的草地贪夜蛾可能是玉米型父本和水稻型母本杂交后所产生的一种特殊的玉米品系,主要取食危害玉米。
对草地贪夜蛾发生分布、生物型鉴定及危害动态进行监测分析,可以更加高效地实施预测预报以及为有效防控草地贪夜蛾提供重要依据。本研究于2019年5月在杭州不同玉米种植区设置草地贪夜蛾诱捕器,连续3 a对杭州草地贪夜蛾发生动态进行监测,并通过分子生物学方法对其生物型进行鉴定,为开展该虫区域性预警和防控提供指导依据。
1.1 材料与试剂
动物基因DNA快速抽提试剂盒[生工生物工程(上海)股份有限公司]、台式高速低温离心机(Thermo Scientific Sorvall Legend Micro 21R)、电泳仪(DYY-11,北京市六一仪器厂)、生物电泳图像分析系统(FR-980A,复日科技)、PCR 仪(T100TMThermal Cycler,BIO-RAD)、电子分析天平(Mettler Toledo,AL-204)、桶型诱捕器和草地贪夜蛾监测性诱芯(深圳百乐宝生物农业科技有限公司)。
1.2 田间动态性诱监测
2019—2021年在杭州市淳安县、建德市、钱塘区、萧山区、富阳区、临安区等玉米种植区设置草地贪夜蛾性诱剂诱捕监测点。玉米种植区均进行春秋两季种植,春玉米3月下旬到4月上旬播种,6月下旬到7月中旬收获;秋玉米7月下旬到8月上旬播种,10月中旬到11月上旬收获。每个监测点设3个诱捕器,每个诱捕器间隔100 m以上,诱芯距地面1.2 m,每月更换1次。自2019年5月份开始检查并记录诱捕到的雄成虫数,将记录的数据按7 d进行汇总分析。
1.3 生物型分子鉴定
收集杭州不同玉米种植区草地贪夜蛾幼虫样品,采用动物基因DNA快速抽提试剂盒提取单头草地贪夜蛾DNA,参考张磊等[3]PCR扩增方法,分别选用COI和Tpi基因特异引物对草地贪夜蛾DNA进行扩增[11]。扩增产物经过1.2%琼脂糖凝胶电泳检测后,条带大小正常的PCR产物送至生工生物工程(上海)股份有限公司进行双向测序。
1.4 取食选择试验
将草地贪夜蛾置于养虫室继代饲养,养虫室温度为(28±1)℃,湿度为70%±5%,光周期L∶D=16 h∶8 h。将生长健壮的苗期玉米叶片和水稻叶片各称取5 g,在干净的长方形养虫盒(10.5 cm×7.5 cm)一端放入水稻叶片,另一端放入玉米叶片,放置时叶面朝上,选择子代4龄幼虫作为试验对象,设3个重复,每个重复供试昆虫各30头,饥饿处理8 h后用毛笔将其轻轻挑入长方形饲养盒中,使其与水稻叶片及玉米叶片距离相等进行寄主选择试验。将养虫盒放入养虫室内用黑布遮光处理,避免幼虫受光照影响,饲养环境同上。12 h后记录选择取食玉米叶片或水稻叶片的幼虫数,计算比例。
1.5 数据分析
利用Excel记录整理每7 d诱捕草地贪夜蛾数据,通过GraphPad Prism 8.3.0对监测数据进行分析绘制热图;在NCBI 数据库中下载相关基因序列,使用MEGA7软件构建系统发育树;取食选择性数据使用SPSS 25.0软件进行统计分析,采用Duncan’s新复极差法进行差异显著性检验。
2.1 杭州地区草地贪夜蛾发生动态
2019—2021年诱捕器田间诱捕监测结果如图1所示。2019年5月在建德市、淳安县、钱塘区等地已监测到草地贪夜蛾(图1-A),春季玉米种植期,草地贪夜蛾主要发生在玉米苗期,除临安区外,其余地区均有发生,其中钱塘区Q3监测点在春季整个种植期内均发生较重;秋季玉米种植期,各监测点发生情况较上半年有加重趋势,且在玉米每个生长节点内均有发生,淳安C1、建德J1和钱塘Q1、Q2监测点发生最重,淳安C2和C3监测点发生较轻,其中建德市和钱塘区平均每个诱捕器内每7 d的雄虫数达100头以上,严重时最多有388头。
图1 2019—2021年杭州地区草地贪夜蛾田间诱捕量热图(单位:头/诱捕器)Fig.1 Dynamics of trapped S. frugiperda in the field in Hangzhou from 2019 to 2021 (Unit: male moths/trap)
2020年种植期开始,在淳安县、萧山区、钱塘区和富阳区增加设置了更多监测点。通过图1-B分析,在上半年的春玉米种植期内,草地贪夜蛾发生较为零散,总体为害较轻,在萧山区X4和临安区L1监测点的玉米收获期发生较为严重。秋玉米种植期内各地草地贪夜蛾发生加重,主要发生在淳安县、建德市、钱塘区和萧山区,其中钱塘区Q1、Q2和萧山区X6监测点发生最为严重,平均每个诱捕器内每7 d最多能达到174头。钱塘区Q5、Q6和富阳区F3全年未监测到草地贪夜蛾发生。
2021年草地贪夜蛾发生情况显著降低,如图1-C所示,上半年主要发生于钱塘区和萧山区,萧山区X9监测点发生最严重,平均每个诱捕器内每7 d最多有27头,其他种植地发生较轻。下半年集中发生在淳安地区,钱塘区Q1监测点发生最严重,平均每个诱捕器内每7 d雄虫数达29头。钱塘区Q4、Q5、Q6,萧山区X8,富阳区F1,F3和临安区L1在2021年内未监测到草地贪夜蛾发生。
2.2 草地贪夜蛾生物型鉴定
凝胶电泳结果显示,PCR扩增产物条带大小正确,COI基因扩增产物约为750 bp,Tpi基因扩增产物约为450 bp,且无拖带和杂带等现象。测序得到的COI基因序列结果,比对所有样品基因序列完全一致。根据本研究所得到的COI基因序列、NCBI数据库中下载草地贪夜蛾水稻型与玉米型4条基因序列和Spodoptera属近源物种序列构建系统发育树。结果如图2所示,家蚕作为外群物种单独作为一类与其他物种明显区分开,草地贪夜蛾与其他Spodoptera属的物种明显区分开,两种生物型又分为水稻型和玉米型2个分支,其中本试验样品HZ-Strain1与水稻型单独聚为一支,而HZ-Strain2与玉米型聚为一支。COI基因序列分析结果表明,本研究所测杭州地区草地贪夜蛾COI基因序列相对于玉米型而言,与水稻型的亲缘关系更近。
RS为水稻型、CS为玉米型、HZ strain1和HZ strain2为本试验种群、Bombyx mori为外群。RS is a rice type, CS is a maize type, HZ strain1 and HZ strain2 are the experimental populations, and Bombyx mori is the outgroup.图2 基于COI基因序列的草地贪夜蛾系统发育分析Fig.2 Phylogenetic analysis of S. frugiperda based on COI gene sequences
为进一步明确其生物型,结合Tpi基因片段的分子标记,将本试验种群测定的Tpi基因序列与两种生物型相对应的Tpi基因序列进行单倍型位点比对分析。结果显示,“水稻型”和 “玉米型”的基因序列差异位点比对中,通过Tpi基因分子标记分析,本试验所测的草地贪夜蛾的Tpi基因序列(HZ-Strain1)与玉米型的亲缘关系更近,而仅在萧山监测点发现有2个草地贪夜蛾样品的Tpi基因序列(HZ-Strain2)为玉米型和水稻型的杂合型(图3)。
图中HZ-Strain1和HZ-Strain2为本试验样本;红色为玉米型和水稻型基因差异位点。HZ-Strain1 and HZ-Strain2 in the figure are samples for this experiment; The red arrow indicates the genetic differences between maize and rice types.图3 基于Tpi基因片段单倍型位点比较Fig.3 Haplotype loci analysis based on Tpi gene fragments
图中数据是平均值±标准误;**代表两者差异性显著。The data in the figure is the average ± standard error. ** represents significant differences between the two. 图4 草地贪夜蛾幼虫对两种寄主植物的取食选择Fig.4 Feeding rate of Spodoptera frugiperda on two host plants
2.3 草地贪夜蛾对不同寄主植物取食选择性
取食选择试验结果显示,草地贪夜蛾4龄幼虫对玉米和水稻两种寄主植物的取食选择比例分别为70.00%±8.82%、26.67%±8.81%,选择取食玉米叶片的幼虫显著高于取食水稻叶片的幼虫(P<0.05)(图4)。
草地贪夜蛾玉米型和水稻型两种生物型对寄主植物的选择并不是单一的,只是在选择寄主时具有一定的偏好性[12]。本研究通过COI基因构建系统发育树并进行聚类分析发现,试验种群所测得的COI基因经序列聚类分析发现与水稻型的亲缘关系更近,而Tpi基因多序列位点比对分析和寄主选择性试验结果均表明其更符合玉米型特征。Dumas等[13]认为,可能与COI基因位于线粒体基因组的母系遗传特征有关,来自水稻型的草地贪夜蛾母本和来自玉米型的父本在田间进行杂交繁殖,后代经母系遗传获得草地贪夜蛾水稻型的线粒体COI基因序列,本试验种群极可能为水稻型母本和玉米型父本杂交后的后代演变而来。因此,保留了母本COI基因和父本Tpi基因的遗传特征。
草地贪夜蛾在当地的发生情况与其迁飞数量、当地气候、自然环境及防治方法等因素密切相关,也有相关报道表示草地贪夜蛾的发生情况与当地的玉米种植情况密切相关[14],郭欢乐等[15]发现,相比春玉米草地贪夜蛾会更喜欢取食秋玉米,有人利用性诱剂诱芯监测草地贪夜蛾发现,草地贪夜蛾的发生量与玉米生长发育时期呈显著负相关,其中在玉米苗期和拔节期诱捕到的成虫最多[14]。其中温度是影响草地贪夜蛾分布的主要因素[16-17],姜玉英等[18]提出了南方春玉米的种植对草地贪夜蛾起到诱集作用,可减缓或者减轻其北迁的时间和虫量,而浙江省作为草地贪夜蛾入侵的重要过渡地区,更应重视其玉米的种植区域的合理分布,并加强草地贪夜蛾监测预报。
温度影响着草地贪夜蛾生长发育和迁飞等一系列的活动[14,16],很多研究表明,高温会缩短草地贪夜的生命周期,鲁智慧等[17]研究发现,草地贪夜蛾的幼虫期、蛹期及世代历期都随着温度的升高而缩短,草地贪夜蛾在适宜温度完成一世代需30 d左右[19],而在37 ℃时完成一个世代仅需要(22.57±0.84) d。草地贪夜蛾自2019年入侵浙江后在一年内暴增,同时迅速在各个区域扩散。从时间上看,杭州地区草地贪夜蛾5—12月份都有发生,但其中8—11月份是为害高峰,这可能与杭州秋熟玉米的种植有关。因在田间性诱剂所诱集到的都是成虫,而草地贪夜蛾主要是以幼虫取食玉米叶片危害[20],所以建议在8月份诱集高峰期之前7月初展开药剂防控,可有效防治草地贪夜蛾的发生危害并有效控制后代种群数量。综合来看,杭州地区草地贪夜蛾在2019年大发生之后呈一个逐年下降的趋势。杭州草地贪夜蛾最早在2019年于淳安县、建德市、钱塘区等地首次发现,目前已在萧山区、富阳区和临安区等地均有为害。草地贪夜蛾发生集中在秋玉米种植期,其中钱塘区和萧山区发生最严重,临安区和富阳区发生较轻,其中萧山区各监测点经防控后,在2021年下半年草地贪夜蛾零星发生。从发生时间来看,各种植地区监测到草地贪夜蛾的时间不同年份有一定差异,Q1监测点在2019年9—10月诱捕到大量雄虫,而在2021年提前至7—8月发生,因此需要提前采用防治措施。综合近3 a发生情况,草地贪夜蛾种群数量不断降低,2019年发生最严重,但因其具有较强的迁飞能力,从淳安县、建德市和钱塘区发生最严重的地区向其他种植地区扩散,同时5月份发生的草地贪夜蛾可能来自外来迁入虫源。
猜你喜欢钱塘萧山区夜蛾“拼、抢、快、优”，展现钱塘“高能级”担当杭州(2023年3期)2023-04-03科学认知草地贪夜蛾 打赢防控攻坚战今日农业(2020年13期)2020-12-15观钱塘青年歌声(2019年11期)2019-12-07白居易写诗快乐作文（1.2年级）(2019年6期)2019-09-10草地贪夜蛾的识别与防控今日农业(2019年13期)2019-08-12草地贪夜蛾的识别及防控措施今日农业(2019年10期)2019-06-26鸟岛游作文大王·低年级(2017年3期)2017-03-21观 潮扬子江诗刊(2015年4期)2015-11-14杭州市萧山区美术教师新作选中国篆刻·书画教育(2014年7期)2014-09-02萧山区：持续推动创新发展杭州科技(2014年3期)2014-02-27