【摘要】：為了滿足世界各地日益增長人口的糧食需求,需要不斷增加農(nóng)作物的產(chǎn)量。為了挽回害蟲爆發(fā)對農(nóng)作物造成的損失,需要更多新型殺蟲劑的研發(fā)和應(yīng)用。然而殺蟲劑對環(huán)境、人類健康和害蟲天敵的不利影響已成為世界性的熱點(diǎn)問題。害蟲天敵與殺蟲劑靶標(biāo)害蟲棲息于同一生境,天敵可能通過不同途徑直接或間接暴露于這些殺蟲劑中。殺蟲劑對害蟲天敵潛在的不利影響引起公眾和科學(xué)家的高度關(guān)注,已有很多這方面的報(bào)道。氯蟲苯甲酰胺和氟啶蟲胺腈是兩種廣泛使用的農(nóng)藥,用于防治不同農(nóng)作物的鞘翅目、鱗翅目、雙翅目和半翅目害蟲。異色瓢蟲(鞘翅目:瓢蟲科)是一種重要的生防因子,能夠控制多種重要害蟲,包括蚜蟲、介殼蟲、粉虱、粉蚧、螨蟲和木虱類。它在包括中國、日本、美國、非洲、歐洲等很多國家,作為IPM(Integrated Pest Management)的重要組成部分,廣泛應(yīng)用于生物防治。在本研究中,我們測定了氯蟲苯甲酰胺和氟啶蟲胺腈對異色瓢蟲的急性毒性,研究了這兩種殺蟲劑亞致死劑量對異色瓢蟲存活率、發(fā)育歷期、壽命、繁殖、體重、酶活性和基因表達(dá)譜的影響。主要研究結(jié)果如下:1.急性毒性試驗(yàn)選擇異色瓢蟲2齡幼蟲(≤24h)用于這兩種殺蟲劑致死濃度和亞致死濃度測定。使用微量點(diǎn)滴儀向供試幼蟲腹部區(qū)域點(diǎn)滴1μl藥液,處理72h后記錄急性毒性數(shù)據(jù)。結(jié)果表明:氯蟲苯甲酰胺對異色瓢蟲2齡幼蟲的LC50值為36.67 mg a.i./L,LC10和LC30值分別為2.42 mg a.i./L和12.06 mg a.i./L;氟啶蟲胺腈對異色瓢蟲2齡幼蟲的LC50值為53.42 mg a.i./L,LC30和LC10值分別為21.30 mg a.i./L和5.65 mg a.i./L。這兩種殺蟲劑對異色瓢蟲有毒性,因?yàn)樗鼈兊腖C50值均低于防控田間靶標(biāo)害蟲時(shí)的推薦劑量。因此,需要進(jìn)一步評價(jià)這兩種殺蟲劑的亞致死效應(yīng)。2.亞致死劑量氯蟲苯甲酰胺和氟啶蟲胺腈下異色瓢蟲生命表參數(shù)選擇LC30和LC10進(jìn)行亞致死效應(yīng)測定。采用age-stage two-sex生命表評價(jià)亞致死效應(yīng)。LC10和LC30劑量下,分別取100頭2齡幼蟲(≤24h)進(jìn)行點(diǎn)滴處理,點(diǎn)滴丙酮作為對照。處理后,記錄存活率、發(fā)育歷期、繁殖力和壽命,直至最后一個個體死亡。稱量幼蟲、蛹重、成蟲體重。氯蟲苯甲酰胺對異色瓢蟲亞致死效應(yīng)。與對照相比,LC10(2.42 mg a.i./L)和LC30(12.06 mg a.i./L)處理后,2齡和4齡幼蟲的發(fā)育歷期、蛹期、產(chǎn)卵前期(POP)顯著延長幼蟲、蛹及成蟲體重、成蟲壽命和繁殖力顯著降低。另外,異色瓢蟲種群增長參數(shù)如凈生殖率(R0)、內(nèi)稟增長率(r)和周限增長率(λ)均顯著下降。氟啶蟲胺腈對異色瓢蟲亞致死效應(yīng)。LC10(5.65 mg a.i./L)和LC30(21.30 mg a.i./L)處理后,處理組的發(fā)育歷期、平均壽命、產(chǎn)卵前期(TPOP)與對照組相比均顯著延長。幼蟲、蛹及成蟲體重、處理組成蟲壽命和繁殖力均顯著降低。同時(shí),LC10和LC30對種群增長參數(shù)有不利影響,例如LC30處理組內(nèi)稟增長率(r)降低到0.01 d-1,其次是LC10(0.11 d-1),均顯著低于對照組(0.12 d-1)。氟啶蟲胺腈處理組種群周限增長率(λ)和凈生殖率(R0)也呈現(xiàn)相似趨勢。以上結(jié)果表明,在亞致死劑量下,氯蟲苯甲酰胺和氟啶蟲胺腈均對異色瓢蟲至關(guān)重要的生命表參數(shù)具有不利影響,這可能導(dǎo)致這些天敵種群增長和捕食率的下降。異色瓢蟲在殺蟲劑脅迫下,必須啟動體內(nèi)解毒相關(guān)的過程,從而對其生物學(xué)、發(fā)育和繁殖過程產(chǎn)生不利影響。因此,進(jìn)一步研究暴露于殺蟲劑解毒酶對氯蟲苯甲酰胺和氟啶蟲胺腈的反應(yīng)是十分必要的。3.氟啶蟲胺腈脅迫下解毒相關(guān)酶活性測定比較異色瓢蟲2齡幼蟲在LC10和LC30處理處理及對照(丙酮)中,解毒相關(guān)酶如谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶(GST)、細(xì)胞色素P450(P450)和羧酸酯酶(Car E)的酶活性。處理24h、48h和72h后,采集存活的幼蟲用于酶活性測定。結(jié)果表明:LC10和LC30處理后,24h、48h和72h GST顯著高于對照組。同樣地,施藥72h后,與對照組相比,處理組P450和Car E酶活性也呈增加趨勢。因此可以看出,GST酶是異色瓢蟲對氟啶蟲胺腈解毒機(jī)制的主要解毒酶,而P450和Car E發(fā)揮部分作用。4.氟啶蟲胺腈誘導(dǎo)表達(dá)的基因通過全基因組轉(zhuǎn)錄組測序研究異色瓢蟲被氟啶蟲胺腈誘導(dǎo)表達(dá)的基因,對深入了解該殺蟲劑對異色瓢蟲的作用機(jī)理是必要的。用氟啶蟲胺腈LC30(21.29 mg a.i./L處理異色瓢蟲2齡幼蟲,24h后取存活的幼蟲用于轉(zhuǎn)錄組測序。氟啶蟲胺腈處理組和對照組兩個文庫分別產(chǎn)生50,702,976和47,005,096個clean reads。這些轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物進(jìn)一步組裝成52,229個unigene,其中,分別有33,820和25,175個unigene可以在NCBI非冗余蛋白質(zhì)序列(Nr)和Swiss Prot數(shù)據(jù)庫中找到同源蛋白質(zhì)。在這些基因中,有794個差異表達(dá)基因,其中446個為上調(diào)基因,348個為下調(diào)基因。從DEGs中發(fā)現(xiàn)許多與殺蟲劑相關(guān)的差異表達(dá)基因(DEG,differentially expressed genes),如P450s、GSTs、USTs、ESTs等。此外,差異表達(dá)基因GO(the gene ontology)分析表明:處理組幼蟲中大多數(shù)Go terms顯著下調(diào)。此外,部分DEGs還涉及一些關(guān)鍵的與解毒相關(guān)的KEGG途徑,如視黃醇代謝、藥物代謝、異生素代謝和催乳素信號傳導(dǎo)途徑。本研究選擇了15個特異性表達(dá)基因,通過實(shí)時(shí)定量PCR(q RT-PCR)分析對轉(zhuǎn)錄組結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。綜上所述,氟啶蟲胺腈可誘導(dǎo)異色瓢蟲解毒相關(guān)基因和代謝通路的變化,為下一步研究其分子作用機(jī)制打下基礎(chǔ)�？傊�,本研究從不同層面證明了氯蟲苯甲酰胺和氟啶蟲胺腈對異色瓢蟲均具有不利影響,提供了關(guān)于這兩個新型殺蟲劑應(yīng)用對天敵潛在不利影響的全面信息:一方面,為IPM和化學(xué)防治時(shí),如何正確選擇化學(xué)農(nóng)藥,避免對異色瓢蟲情況產(chǎn)生不利影響,提供了重要參考;另一方面,為進(jìn)一步研究這兩種新型殺蟲劑對天敵的分子毒理打下了基礎(chǔ)。
【學(xué)位授予單位】：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：S476;S482.3
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本文編號：2637480