棉铃虫对Bt杀虫剂的抗性遗传方式

随着转基因棉花种植面积的日益增加,棉铃虫Helicoverpa armigera（Hübner)对Bt的抗性已经成为一个不容忽视的问题。发展转多价基因作物是当前缓解害虫对Bt抗性的最有效措施。本研究以经室内多年筛选的、抗性倍数达2 000多倍的Bt杀虫剂（含多种蛋白）抗性品系为材料,通过生物测定和不同的杂交试验,测定棉铃虫对Bt杀虫剂的抗性遗传方式,以期为Bt生物农药的抗性治理提供一定的依据,同时为制定棉铃虫对转多基因作物的抗性治理策略提供一定的参考。对敏感亲本和抗性亲本杂交产生的F1代的研究结果表明,杂交品系的抗性倍数分别为22.2倍和24.6倍;抗性显性度D值均小于0,分别为-0.20和-0.17,抗性为常染色体不完全隐性遗传。对4种回交后代和2种自交后代F2的研究结果表明,实际死亡率与期望死亡率差异较大,说明抗性是由单基因多个位点或多基因控制。     

棉铃虫田间种群Bt毒素Cry1Ac抗性基因频率的估算

采用改进的F₁筛查法检测了2005年采自华北地区的棉铃虫Helicoverpa armigera (Hübner)田间种群对Bt毒素Cry1Ac的抗性基因频率。2005年从河南安阳和河北沧县转Bt基因抗虫棉上采集二代棉铃虫卵,在室内用人工饲料饲养至2龄幼虫,用1 μg/cm² 的Cry1Ac活化毒素进行初筛,将初筛存活成虫与室内筛选的GYBT抗性品系成虫进行单对杂交,并用区分剂量(2.5 μg/cm²)对F₁代进行检测。经检测,2005年河南安阳棉铃虫种群和河北沧县棉 铃虫种群对Cry1Ac抗性基因频率基本一致,分别为1.4×10^-3和1.5×10^-3。用毒素涂表法测定了2004、2005年采自河南安阳、河北高阳、河北沧县、新疆阿克苏和新疆沙湾棉铃虫田间种群对Cry1Ac活化毒素的敏感性水平,结果表明华北棉区与新疆内陆棉区棉铃虫种群对Cry1Ac的敏感性存在一定的地区性差异（<8倍）。总体上,我国华北棉区棉铃虫种群对Cry1Ac还未产生明显抗性,抗性基因频率处于正常水平。棉铃虫对转Bt基因抗虫棉的抗性风险依然存在,需要尽快启动全国性的早期抗性检测和预警工作。     

南疆三地棉铃虫田间种群对Bt棉的抗性频率监测

为了监测南疆主要Bt棉区棉铃虫田间种群对Bt棉的抗性频率,分别采集库尔勒、阿克苏、泽普三地的棉铃虫单雌系,以Bt毒蛋白作为人工饲料,采用单雌系F1代法进行棉铃虫田间种群抗性个体检测.本文从库尔勒、阿克苏、泽普三地分别筛选了57个、106个、92个棉铃虫单雌系.三地棉铃虫单雌系幼虫在正常饲料和Cry1Ac饲料上的平均发育级别呈线性相关,相对平均发育级别平均值分别为0.5210、0.4935、0.4623,无≥0.8的个体,估测南疆三地棉铃虫种群的Bt抗性基因频率均小于0.001.泽普玉米种植比例较高,可有效稀释棉铃虫种群的Bt抗性基因,因此泽普的棉铃虫种群敏感度最高.本研究可为新疆Bt棉区棉铃虫的抗性治理提供科学依据.     

盐城棉区棉铃虫田间种群对Bt蛋白的抗性基因频率

【背景】转Bt基因抗虫棉已经在我国进行了近20年的大规模商业化种植,产生了显著的经济和环境效益。但是,靶标害虫棉铃虫的抗性是转Bt基因抗虫棉产业健康发展所面临的最大问题,而抗性监测是解决这一问题的必要管理措施。盐城市是江苏省转基因抗虫棉的主产区,但有关该地区棉铃虫对转Bt基因抗虫棉的抗性基因频率未见报道。【方法】于2012年在盐城三龙镇和东台镇棉区采集田间棉铃虫种群,检测了初孵幼虫对花铃期转Bt基因抗虫棉中30幼嫩叶片的敏感性,用区分剂量法检测了2龄幼虫对Bt蛋白的抗性基因频率。【结果】取食转Bt基因抗虫棉叶片后,棉铃虫初孵幼虫在9 d内全部死亡;三龙镇和东台镇棉铃虫2龄幼虫对Bt蛋白的抗性基因频率分别为7.6×10-3和6.9×10-3。【结论与意义】目前,盐城棉区的棉铃虫对转Bt基因抗虫棉仍保持很高的敏感性,棉铃虫种群对Bt蛋白的抗性基因频率没有发生显著变化,但仍需持续监测。     

华北地区棉铃虫对转Bt基因抗虫棉抗性适应的模拟模型

通过对华北地区耕作制度和生态系统的了解,在充分考虑种群遗传学、生物学和人为操纵因子等三大因素的基础上,建立了一个预测棉铃虫对转Bt基因抗虫棉抗性适应的模拟模型。在华北地区典型的耕作制度下,如果所有棉田均为Bt棉,则Bt棉的预期寿命为7年;如果只有春播棉为Bt棉(约占棉田总面积的70%),则其寿命为10年。模型的灵敏度分析表明, Bt棉的使用寿命随抗性基因的显性度、初始抗性频率、Bt棉所占比例等因素的增长而迅速缩短。当Bt棉表达的杀虫蛋白量恰好全部杀死敏感基因型(G_SG_S)个体时,Bt棉的预期寿命最短。由于国外采用的“高剂量/庇护所”抗性治理策略不适用于棉铃虫及华北棉区的耕作制度,我国需要加强对其它抗性治理措施(如转双基因抗虫棉)的研究与应用。     

湖北棉区转Bt基因棉对棉铃虫的控制作用

2000-2001年通过田间系统调查,表明转Bt基因棉（品种为GK19）在湖北江汉平原棉区对棉铃虫抗性稳定。试验设3个处理：转Bt基因棉化防田（使用化学农药控制害虫）、转Bt基因棉自控田（依靠天敌控制害虫）及常规棉对照田（利用综合防治措施控制害虫）。从棉铃虫的第2代到第5代整个发生期内,即使在不进行化学防治的情况下,棉铃虫在Bt棉田的发生量也保持在极低的水平(最高百株虫量为12头)。室内饲养结果表明,转Bt基因棉对棉铃虫的生长发育（幼虫体重、蛹重）有较为明显的影响,使6龄幼虫体重减少25.6%,蛹重减少18.2%。棉铃虫幼虫取食转Bt基因棉组织后,发育迟缓,相对于常规棉喂养的整个发育历期延长17 d,使棉铃虫在田间的危害减少至少一个世代。另外,接虫试验表明,棉铃虫幼虫在常规棉上的取食时间是转Bt基因棉株上的6.1倍,极大地减轻了棉铃虫的危害程度。     

F1代法监测田间棉铃虫对转Bt基因棉的抗性

采用表达单价Cry1Ac毒素的转Bt基因棉棉叶喂饲法比较了棉铃虫Helicoverpa armigera(Hübner)抗、感亲本及正反交后代在Bt棉上5 d的发育速率,确定棉铃虫在Bt棉上5 d发育到2龄中期以上、体重≥0.6 mg的个体作为判别抗性纯合子的标准。2006年采用F₁代法在室内用Bt棉叶喂饲法检测河北省邱县Bt棉田棉铃虫对Bt棉的抗性等位基因频率。结果表明,127头田间雄虫中24头携带抗性基因,估测抗性等位基因频率为0.94（95%CI：0.044～0.145）,该值为在国内首次检测到的高抗性等位基因频率。该地区长期大面积种植转单价Bt棉和缺少非Bt棉作为有效庇护区导致田间抗性快速进化,需要尽快采取有效的抗性治理策略。本文还讨论了影响大田产生抗性的因素以及田间存在的抗性风险等。     

棉铃虫对转Bt基因抗虫棉花的抗性机制及治理

棉铃虫是危害棉花最严重的害虫之一. 作为生物技术产品, 转Bt杀虫基因棉花产生的Cry毒素对棉铃虫有高效毒杀作用. Bt棉花已在世界范围内商业化种植, 通过有效控制棉铃虫种群数量, 而显著减少了化学农药的用量. 尽管没有发现棉铃虫田间种群对Bt棉花产生高水平抗性, 但室内持续筛选已培育出多个高水平抗性品系, 表明存在棉铃虫对Bt棉花产生抗性的风险. 鉴于棉铃虫对Bt棉花产生抗性可能对Bt棉花利用价值的影响, 国内外近10年来对此进行了系统深入地研究. 本文综述了棉铃虫对Bt棉花抗性的生物化学和分子机制、抗性治理与监测技术的最新研究进展, 并分析了中国、澳大利亚和印度等国家棉铃虫对Bt棉花的抗性治理策略.     

棉铃虫对Bt生物农药早期抗性及与转Bt基因棉抗虫性的关系

用饲料感染法建立了棉铃虫Helicoverpa rmigera(Hubmer)敏感品系(SUS1)对Bt生物农药的敏感毒力基线和区分剂量,1995年测定了五省六县棉铃虫初孵幼虫对Bt生物农药的敏感性,结果表明：山东阳谷、河北邯郸、河南新乡、安徽萧县及江苏丰县棉铃虫已产生早期抗性,抗性个体百分率为5%～10%,与敏感品系相比,LC₅₀值稍有增加,但斜率b值明显变小;而江苏东台棉铃虫仍属敏感。这是国内外首次诊测到棉铃虫对Bt生物农药抗性。用棉叶喂饲法测定比较了转Bt基因棉花品系对不同种群棉铃虫的抗虫性效果,结果表明：用早期抗性的阳谷和新乡棉铃虫初孵幼虫接虫5d后平均死亡率较敏感品系下降16%～29%,说明棉铃虫对Bt农药与转Bt生物基因棉花品系间存在交互抗性。还讨论了Bt农药的抗性治理对策。     

棉铃虫对Bt生物农药早期抗性及与转Bt基因棉抗虫性的关系

用饲料感染法建立了棉铃虫Helicoverpa rmigera(Hubmer)敏感品系(SUS1)对Bt生物农药的敏感毒力基线和区分剂量,1995年测定了五省六县棉铃虫初孵幼虫对Bt生物农药的敏感性,结果表明：山东阳谷、河北邯郸、河南新乡、安徽萧县及江苏丰县棉铃虫已产生早期抗性,抗性个体百分率为5%～10%,与敏感品系相比,LC₅₀值稍有增加,但斜率b值明显变小;而江苏东台棉铃虫仍属敏感。这是国内外首次诊测到棉铃虫对Bt生物农药抗性。用棉叶喂饲法测定比较了转Bt基因棉花品系对不同种群棉铃虫的抗虫性效果,结果表明：用早期抗性的阳谷和新乡棉铃虫初孵幼虫接虫5d后平均死亡率较敏感品系下降16%～29%,说明棉铃虫对Bt农药与转Bt生物基因棉花品系间存在交互抗性。还讨论了Bt农药的抗性治理对策。     

不同转基因抗虫棉对棉铃虫抗虫性的时空动态

利用2个对Bt抗性水平不同的棉铃虫品系,测定了转Bt和CpTI基因双价抗虫棉(SGK321)和Bt棉(GK12,33B)杀虫活性的时间和空间动态变化。结果表明,2类3种抗虫棉杀虫活性共同表现为：(1) 时间动态上均呈现前高后低的下降趋势;(2) 空间动态上表现为,在生长前期以叶的活性最高,中后期以铃和蕾的活性较高;(3) 对敏感品系的活性高于对抗性品系。不同点表现为：（1）双价棉在生长中后期(8～9月份)活性明显高于Bt棉;（2）双价棉对抗性品系的活性表现更稳定。     

转CpTI-Bt基因棉和转Bt基因棉对棉铃虫幼虫存活、生长及营养利用的影响

2000年7月中旬和8月中旬, 分别测定了采自田间的转CpTI-Bt基因双价抗虫棉（SGK321, 以下简称CpTI-Bt棉）和转Bt基因抗虫棉（中30,以下简称Bt棉）对棉铃虫Helicoverpa armigera幼虫存活、生长的影响。结果表明：7月中旬两种转基因抗虫棉抗虫效果均较好,尤其是CpTI-Bt棉棉叶和花瓣对4龄幼虫3天内致死率为92%以上;8月中旬两种转基因棉的抗虫活性均明显降低,且Bt棉的杀虫活性显著低于CpTI-Bt棉,其幼虫死亡率与对照受体棉中16的死亡率之间无显著差异,仅显著抑制了幼虫的生长;石远321(SGK321受体品系)的花瓣具有一定的抗虫活性,可显著降低取食幼虫的体重,甚至造成部分幼虫死亡; CpTI-Bt棉中,花瓣和棉叶的抗虫性明显高于蕾和铃心。对5龄幼虫取食棉铃1日后的营养指标测定结果显示： 两种转基因抗虫棉处理的幼虫相对生长率和相对取食量均显著低于石远321,但两者之间无显著差异; CpTI-Bt棉处理的幼虫近似消化率显著低于石远321和Bt棉,但其食物利用率显著高于石远321和Bt棉。     

褐飞虱对噻嗪酮抗性的遗传分析

害虫的抗性遗传特性是影响其抗性发展的一个重要因子,也是制订抗性治理对策的重要依据。我们采用稻茎浸渍法测定了褐飞虱Nilaparvatalugens (Stal)抗性和敏感亲本、正反交（F₁、F₁₂、F'₂）及回交（BC）后代3龄若虫对噻嗪酮的剂量反应数据,研究了褐飞虱对噻嗪酮的抗性遗传特性。结果表明: 正反交后代的显性度分别为-0.3153（F₁）和-0.376 3（F'₁）,表明抗性遗传为常染色体的不完全隐性;将自交及回交后代的剂量反应数据进行单个主基因假设的卡方(χ²)检验,其卡方值分别为42.11（F₂）、5.44 （F'₂）及93.57（BC）,均大于χ^２0.05= 15.51(df=8),表明其抗性是多基因控制的。还讨论了褐飞虱对噻嗪酮的抗性治理策略。     

棉铃虫迁飞规律及其与寄主植物的互作关系研究进展概况

用飞行磨、透射电镜、风洞等测定了棉铃虫Helicoverpa armigera(Htibner)成虫的飞行能力和飞行肌结构的变化,结合不同虫源滞育条件及抗寒能力比较、蛹与成虫的形态学比较及分子生物学标记、幼虫抗药性地理分布、海轮上捕捉、成虫携带花粉的分析和小规模成虫颜色标记-释放-回收试验,证明棉铃虫是一种典型的兼性迁飞性害虫;初步推断辽河流域特早熟棉区的棉铃虫虫源来自黄河流域棉区,各相邻的棉区之间有频繁的棉铃虫种群交流。观察棉铃虫触角上不同类型嗅觉感器的形态和分布,用EAG、GC-EAG、GC-MS等测试分析了棉铃虫对不同植物各器官抽提物的电生理反应及抽提物中的活性组分。发现吸引棉铃虫取食的挥发性它感化合物主要为极性较小的单萜烯类,而吸引其产卵的主要为倍半萜烯类及其它一些极性较大的化合物。改进了测定棉株内抗生性次生代谢产物的定性、定量方法,研究了棉酚、单宁对棉铃虫发育、繁殖的影响及2类次生物间的交互作用,通过杂交初步探讨了棉花常规抗虫性的遗传特性,并尝试了切断胚轴和转Bt基因内生菌处理棉花增强抗虫性的作用。认为在利用棉花自然抗虫性的同时,应结合各种人为手段增强其抗性,使其在棉铃虫猖獗条件下发挥更大的控制作用。从气候、营养、天敌、抗药性等方面研究了棉铃虫猖獗原因,初步认为：气候干旱是棉铃虫暴发的最主要环境条件,施肥水平特别是施氮量的日益增高是棉铃虫严重性上升的主要物质基础,而不合理使用化学农药是造成棉铃虫种群失控的主要人为因子。     

棉蚜抗氧化乐果品系及敏感品系羧酸酯酶性质的比较

在室内用氧化乐果逐代筛选的棉蚜抗性品系,相对于敏感品系的抗性倍数是17。用α-乙酸萘酯（α-NA）、α-丁酸萘酯（α-NB）、α-磷酸萘酯（α-NP）和β-磷酸萘酯（β-NP）作底物比较研究了氧化乐果抗性和敏感品系棉蚜Aphis gossypii羧酸酯酶的比活力、米氏常数（K_m）和最大反应速度V_max）等有关的动力学常数。以α-NA和α-NB作底物时,抗性品系棉蚜的比活力显著低于敏感品系的;以α-NP和β-NP作底物时,两个品系棉蚜的比活力、K_m和V_max没有明显差异。用α-NA、β-NA作底物染色做酯酶同工酶电泳,抗性品系棉蚜的酯酶同工酶染色比敏感品系棉蚜的浅。     

Fitness of Bt‐resistant cabbage loopers on Bt cotton plants

Development of resistance to the insecticidal toxins from Bacillus thuringiensis (Bt) in insects is the major threat to the continued success of transgenic Bt crops in agriculture. The fitness of Bt‐resistant insects on Bt and non‐Bt plants is a key parameter that determines the development of Bt resistance in insect populations. In this study, a comprehensive analysis of the fitness of Bt‐resistant Trichoplusia ni strains on Bt cotton leaves was conducted. The Bt‐resistant T. ni strains carried two genetically independent mechanisms of resistance to Bt toxins Cry1Ac and Cry2Ab. The effects of the two resistance mechanisms, individually and in combination, on the fitness of the T. ni strains on conventional non‐Bt cotton and on transgenic Bt cotton leaves expressing a single‐toxin Cry1Ac (Bollgard I) or two Bt toxins Cry1Ac and Cry2Ab (Bollgard II) were examined. The presence of Bt toxins in plants reduced the fitness of resistant insects, indicated by decreased net reproductive rate (R₀) and intrinsic rate of increase (r). The reduction in fitness in resistant T. ni on Bollgard II leaves was greater than that on Bollgard I leaves. A 12.4‐day asynchrony of adult emergence between the susceptible T. ni grown on non‐Bt cotton leaves and the dual‐toxin‐resistant T. ni on Bollgard II leaves was observed. Therefore, multitoxin Bt plants not only reduce the probability for T. ni to develop resistance but also strongly reduce the fitness of resistant insects feeding on the plants.