低温预处理麦长管蚜对吡虫啉致死效应的影响

裴秀芹，刘慧平，赵 飞，张 薇, 马春森*

(1.山西农业大学农学院，太谷 030801；2. 中国农业科学院植物保护研究所，北京 100193; 3.山西省农业科学院植物保护研究所，太原 030006)



低温预处理麦长管蚜对吡虫啉致死效应的影响

裴秀芹1,2，刘慧平1*，赵 飞2,3，张 薇2, 马春森2*

(1.山西农业大学农学院，太谷 030801；2. 中国农业科学院植物保护研究所，北京 100193; 3.山西省农业科学院植物保护研究所，太原 030006)

为了明确低温预处理对吡虫啉致死效应的影响，室内选择麦长管蚜作为研究对象，采用滤纸接触法首先试验了5 ℃低温预处理是否对吡虫啉毒力有影响，随后研究了5 ℃预处理时间(1、2、3、4 h)和5、10 ℃下预处理后用药的间隔时间(1、3、5 h)对吡虫啉致死效应的影响。结果表明，5 ℃预处理2 h可显著降低吡虫啉的毒力，这种负效应随着低温处理时间的增加而增强，但随低温处理后用药间隔时间的增加而减弱，不同低温对吡虫啉致死效应影响不显著。本研究结论为科学用药提供了理论依据。

吡虫啉； 温度； 麦长管蚜； 死亡率； 毒力

麦长管蚜[Sitobionmiscanthi(Takahashi)]，属同翅目(Homoptera)，蚜科(Aphididae)，长管蚜属(Stiobion)，是我国小麦生产的重要害虫，也是我国北方麦区的优势种。麦长管蚜具有较强的繁殖力和较短的繁殖周期，暴发频率高，常常造成小麦大幅减产[1]。更为严重的是，麦长管蚜是大麦黄矮病毒的传毒媒介[2]，由其扩散携带病毒导致的小麦黄矮病可给小麦生产带来毁灭性打击[3]，McKirdy等研究表明大麦黄矮病毒可致使小麦和燕麦损失1 300～2 700 kg/hm2[4]。而冬前或早期蚜虫大规模传毒前施药是防治这种病毒病的关键。

昆虫作为变温动物，其自身保持和调节体内温度能力较弱，因此生命活动受环境温度变化的影响非常显著。高温对昆虫的影响备受关注，它不但影响酶活性、细胞结构稳定性和代谢速率[5]，也可抑制昆虫的生长发育和生殖，甚至可造成个体的大量死亡[6-7]。低温对昆虫影响的研究通常更偏重于长期效应[8]，但已有研究发现，短时冷激不但可延长麦长管蚜的寿命并提高其生殖力[9]，也能够提高果蝇在高温胁迫下的存活率[10]。温度也能够同其他环境条件一起作用于昆虫，产生更为复杂的效应。农业生态系统中的害虫化学防治就受到温度的显著影响，药效和毒力实际是反映毒剂、害虫和环境条件三者之间的综合作用。影响化学农药防治效果的环境因素很多，而温度是目前最受关注的杀虫剂活性相关的环境因素。高效氯氟氰菊酯、联苯菊酯、多杀菌素的毒力表现出了负温度效应，在24～35 ℃范围内随温度升高对欧洲玉米螟(Ostrinianubilalis)的毒力分别下降了13.6、9.5、3.8倍[11]。17～37 ℃范围内，新烟碱类杀虫剂对柑橘木虱(Diaphorinacitri)成虫的毒力表现出了正温度效应[12]。谷象(Sitophilusgranarius)在50 ℃下麻痹80 min后恢复24、72 h增强了溴氰菊酯和敌敌畏对谷象的毒力[13]。2龄小菜蛾幼虫在30 ℃下处理2、4、8 h在一定程度上降低了氟虫腈的毒力，35 ℃处理2、4、8、12 h增加了氟虫腈的毒力[14]。

虽然温度对杀虫剂毒力或药效的影响已有一些研究，但关于昆虫前期低温经历对农药毒力或药效的影响则很少涉及。由于麦长管蚜个体小，世代周期短，更易受到短时温度变化的影响[7]，为了阐明冬前或早春施药通过压低麦蚜基数来防治小麦病毒病的可行性，本研究选取麦长管蚜作为试验对象，研究了1)低温预处理对杀虫剂毒力的影响；2)不同低温处理时间对吡虫啉致死效应的影响；3)不同低温预处理后间隔不同时间施药对吡虫啉致死效应的影响。研究结果可为针对小麦黄矮病的冬前或早春适时化学防治麦长管蚜提供理论指导。

1 材料与方法

1.1 材料

供试药剂：70%吡虫啉水分散粒剂(imidacloprid WG，艾美乐)德国拜耳作物科学公司生产。

供试虫源：麦长管蚜虫源来自中国农业科学院植物保护研究所的室内饲养种群。

试验用虫：从养虫室内的麦长管蚜实验种群中挑取有活力的无翅成蚜，置于通风透光的自制夹笼 (直径35 mm，高15 mm)内，每夹笼内置成蚜10头，12 h后去除成蚜，保留新生若蚜饲养至第9日用于试验，期间更换两次新鲜麦苗，饲养条件为22 ℃、50%～70%RH、光周期 L∥D=16 h∥8 h。

1.2 方法

1.2.1 5 ℃预处理2 h对吡虫啉对麦长管蚜毒力的影响

低温处理：随机挑选9日龄麦长管蚜，每15头置于1支1.5 mL冻存管内，冻存管插入带孔塑料板固定后置于5 ℃酒精浴(Huber Ltd., Ministat 230-cc-NR，德国Huber公司)中处理2 h后取出。

农药不同浓度处理：采用改进的滤纸接触法[15]。用蒸馏水配制5个浓度梯度的吡虫啉溶液(10、5、2.5、1.25、0.625 mg/L)。移液枪(Eppendorf，100～1 000 μL)移取180 μL药液滴入平铺滤纸的塑料盒中(直径40 mm)，待滤纸完全湿润后放入30头经低温处理或未经低温处理(农药对照)的麦长管蚜，盖上盒盖(盖上扎有数十个小孔用以通风)，置于22 ℃的气候箱(RXZ多段编程人工气候箱，宁波江南仪器厂)，12 h后调查死亡数。

温度对照： 5 ℃下处理2 h的9日龄麦长管蚜，置于相同的塑料盒内，滤纸用清水湿润，置于22 ℃的气候箱，12 h后调查死亡数。

空白对照：未经低温处理的9日龄麦长管蚜，置于相同的塑料盒内，滤纸用清水湿润，置于22 ℃的气候箱，12 h后调查死亡数。

所有处理设置3次重复，每重复30头蚜虫。

1.2.2 5、10 ℃预处理后，间隔时间对吡虫啉致死效应的影响

温度处理：随机挑选9日龄麦长管蚜，按1.2.1方法置于5 ℃或10 ℃酒精浴分别处理2 h后取出。

农药处理：将上述经不同低温处理的蚜虫立即转移至22 ℃气候箱，分别静置0、1、3、5 h后， 用5 mg/L吡虫啉溶液(亚致死浓度LC60)按1.2.1的农药处理方法对供试蚜虫进行处理，随后将蚜虫放入塑料盒内，置于22 ℃的气候箱，12 h后调查死亡数。

农药对照：不经低温处理的9日龄麦长管蚜用5 mg/L吡虫啉溶液处理后，置于22 ℃的气候箱，12 h后调查死亡数。

温度对照：将5 ℃或10 ℃处理2 h的9日龄麦长管蚜立即转移至带有清水湿润滤纸的塑料盒内，置于22 ℃的气候箱，12 h后调查死亡数。

空白对照：同1.2.1。

以上所有处理均设置3次重复，每重复30头蚜虫。

1.2.3 5 ℃预处理不同时间对吡虫啉致死效应的影响

温度处理：9日龄麦长管蚜按1.2.1方法置于5 ℃酒精浴中分别处理1、2、3、4 h后取出。

农药处理：供试蚜虫经不同时间低温处理后，立即用5 mg/L吡虫啉溶液(LC60)按1.2.1的农药处理方法进行处理，随后放入塑料盒内，置于22 ℃的气候箱，12 h后调查死亡数。

农药对照：同1.2.2。

温度对照： 5 ℃处理1、2、3、4 h后的麦长管蚜，置于相同的塑料盒内，滤纸用清水湿润，置于22 ℃的气候箱，12 h后调查死亡数。

空白对照：同1.2.1。

以上所有处理均设置3次重复，每重复30头蚜虫。

1.3 数据统计分析

运行DPS程序计算吡虫啉毒力回归方程、LC50及95%置信限，LC50间差异显著性由致死剂量比率测定法检验。处理间的差异性采用邓肯氏新复极差法分析(SAS v8)。

2 结果分析

2.1 低温预处理麦长管蚜对吡虫啉毒力的影响

吡虫啉对经5 ℃预处理麦长管蚜的毒力回归方程及LC50见表1，吡虫啉对经低温处理麦长管蚜的毒力较低，低温处理与对照的LC50分别为5.786 2和3.293 9 mg/L，两者的比率为1.76，两处理间致死剂量(LC50)比率的95%置信区间(1.383 9～2.229 7*)不包含1(“*”表示两处理间LC50差异显著)，因此低温处理和对照的LC50之间存在显著性差异。

表1 吡虫啉对低温处理后麦长管蚜的毒力

2.2 不同低温预处理及处理后间隔时间对吡虫啉致死效应的影响

由于5 ℃和10 ℃低温处理2 h及22 ℃对照的12 h存活率均为100%，因此仅将低温+农药间隔时间处理和农药对照的存活率进行了对比，结果表明：10 ℃低温预处理后，间隔不同时间用药对吡虫啉的致死效应无显著影响(图1a,F4,15=1.98,P=0.173 8)。但5 ℃低温预处理后，间隔不同时间用药对吡虫啉的致死效应有显著影响(F4,15=2.92,P=0.028)，5 ℃低温预处理后直接用药对吡虫啉致死效应的抑制作用最强，麦长管蚜的死亡率由农药对照的60%降为44%。随着间隔时间增加这种效应逐渐下降，但5 h后麦长管蚜的死亡率为52%，仍然显著低于农药对照，表明5 ℃低温作用至少可持续5 h(图1b)。

图1 低温预处理麦蚜后间隔不同时间施用吡虫啉对麦蚜的致死效应Fig.1 The lethal effect of imidacloprid to the grain aphid in different interval time after low-temperature treatments

2.3 低温预处理时间对吡虫啉致死效应的影响

5 ℃单独处理1～4 h对麦长管蚜12 h存活没有影响(存活率均为100%)。但5 ℃低温预处理时间+农药与农药对照间存在极显著差异(图2，F4,15=32.55,P<0.000 1)。低温处理时间越长对吡虫啉药效的负面影响越显著，低温预处理4 h可使麦长管蚜死亡率由63.01%下降至28.20%(图2)。

图2 5 ℃低温预处理麦蚜不同时间后吡虫啉对其的致死效应Fig.2 The lethal effect of imidacloprid to the grain aphid after pretreatment different time at 5 ℃

3 讨论

本研究发现：低温预处理可以显著降低吡虫啉对麦长管蚜的毒力；低温预处理时间及间隔时间均对吡虫啉的致死效应有显著影响，处理时间越长对吡虫啉致死效应的抑制作用越显著，而且随着间隔时间的延长这种作用逐渐减弱。但不同的低温预处理作用无显著差异。

低剂量有害环境或化学物质暴露可对生物体产生有利影响，这就是毒物兴奋效应(hormesis)[16]。生物体在高于正常生长温度8～12 ℃下可产生热激蛋白(heat shock proteins, HSPs)[17]，热激蛋白(HSPs)能使生物体免受来自环境暂时的致命因素的伤害，例如2日龄和7日龄的大型溞(Daphniamagna)在34 ℃下热激4 h后，对马拉硫磷的耐受力增强[18]；顾晓军等[19]发现小菜蛾3龄幼虫经30 ℃预处理2 h或4 h可以降低氟虫腈对小菜蛾的毒力。而生物体处于低温时也能产生热激蛋白，例如， 用1 ℃处理45体节阶段的大西洋鲑鱼(Salmosalar)1 h，2～8 h后热激蛋白的上调表达为对照的2～4倍[20]。0 ℃处理黑腹果蝇(Drosophilamelanogaster)10 h后，置于25 ℃下40 min 后出现HSP70的表达上调[21]。李士泽等[22]发现在(0±1)℃冷应激条件下，Wistar大鼠体内不同器官均检测到HSP70的表达，并且随着冷处理时间的延长其表达量增加。所以本试验中低温预处理降低吡虫啉对麦长管蚜的毒力，可能是由于麦长管蚜在低温下产生了热激蛋白，增强了对吡虫啉的抵抗力，随着间隔时间的延长，热激蛋白逐渐减少，麦长管蚜对吡虫啉的耐受力随之下降，但真正的作用机制尚待研究。

温度对昆虫表皮渗透有很大的影响。昆虫的表皮渗透存在一个临界温度，当温度低于“临界温度”时，表皮渗透率较小；但当环境超过“临界温度”后，由于体表油脂融化，表皮渗透率迅速增加。不同昆虫的表皮渗透“临界温度”差异显著。拟暗果蝇(Drosophilapseudoobscura)低于25 ℃，而黄粉虫(Tenebriomolitor)则大于80 ℃[23]。本试验中吡虫啉的作用方式是触杀，而触杀效果主要取决于药液的渗透量，因此5 ℃或10 ℃预处理可能通过降低麦长管蚜表皮渗透率，减少药液的渗透，进而降低了麦长管蚜的死亡率。

温度是影响新陈代谢速率的主要因素。Sinclair等[24]发现马里恩无翅蛾(Pringleophagamarioni)经-5.8 ℃处理后，新陈代谢明显降低。叶甲(Chirodicachalcoptera)经12 ℃和25 ℃处理7 d，25 ℃的新陈代谢率是12 ℃的2倍[25]。因此，本试验中5和10 ℃处理后可能由于麦长管蚜的新陈代谢率较低，对吡虫啉的吸收也相应地减少，降低了麦长管蚜的死亡率。

化学防治是害虫综合治理的主要组成部分，但化学农药的不当使用可造成害虫抗药性增加，加重对天敌的影响，以及严重污染环境。因此，如何提高农药的利用率，减少农药的用量，是农业生产上亟待解决的问题。本研究表明，低温预处理可以降低吡虫啉的致死效应，因此用吡虫啉防治麦长管蚜应尽量避开温度较低的时间阶段。此发现有助于预测气候变暖情景下的农药药效，也可为科学施药、减少化学农药用药量、减缓害虫抗药性产生速率提供理论指导。例如，夜间低温经历，可能会导致上午喷施吡虫啉防治麦长管蚜的效果降低，因此，施用吡虫啉防治麦长管蚜，尤其是针对小麦黄矮病的冬前防治麦长管蚜应尽量选择下午13：00-14：00后进行，以获得良好的防治效果。

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The influence of low temperature pretreatment on the lethal effect of imidacloprid toSitobionmiscanthi

Pei Xiuqin1,2，Liu Huiping1，Zhao Fei2,3，Zhang Wei2，Ma Chunsen2

(1. Agricultural College of Shanxi Agricultural University, Taigu 030801, China； 2. Institute of Plant Protection, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100193, China; 3. Institute of Plant Protection, Shanxi Academy of Agricultural Sciences, Taiyuan 030006, China)

In order to clarify whether low temperature pretreatment affects lethal effect of pesticides, we exposed a species of cereal aphids (Sitobionmiscanthis) under 5 ℃ for 2 hours and then tested the toxicity of imidacloprid to those pretreated aphids in laboratory with the method of contact filter paper. We further tested toxicity of imidacloprid after exposing aphids at 5 ℃ for different time periods i.e. 1, 2, 3, and 4 hours, respectively. At last, we tested mortality of aphids which treated with imidacloprid after exposing those aphids at 5 ℃ and 10 ℃ respectively for 2 hours, then at room temperature for different interval times (0 , 1 , 3 and 5 hours), respectively. Our results indicated that cold treatment at 5 ℃ could reduce the toxicity of imidacloprid significantly. The toxicity of imidacloprid was inhibited as aphids' cold exposure increased. However, the inhibition effect on toxicity of imidacloprid declined with interval time became longer. The effect of different low temperatures on the toxicity was not significant.

imidacloprid; temperature;Sitobionmiscanthis; mortality; toxicity

2014-02-25

2014-04-15

国家自然科学基金(31170393,31272035);北京市自然科学基金(6132029)

Q 965.9

A

10.3969/j.issn.0529-1542.2015.02.007

* 通信作者 E-mail： sxndlhp@163.com; machunsen@caas.cn