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美国白蛾(Hyphantria cunea (Drury))属鳞翅目(Lepidoptera)灯蛾科(Arctiidae),是一种极易暴发成灾的世界性的检疫害虫,也是我国重大外来入侵害虫。美国白蛾具有食性杂、适应性强,繁殖量大、危害严重,传播速度快等特点[1-2],2019年被国家林业和草原局列为二级危害性林业有害生物(国家林业和草原局公告2019年第20号)。美国白蛾于1979年首次在我国辽宁丹东地区发现,此后由东向西扩散,到2019年疫区已经扩散至北京、河北、内蒙古、河南、江苏和安徽等13个省(区、市)的598个县级行政区[3];到2020年,发生面积已达74.64万hm2,扩散范围进一步加大,仅疫区就新增11个[4-5];2021年疫区已涉及13个省(区、市)的607个县级行政区(国家林业和草原局公告2021年第7号)。据预测分析,随着气候变化,美国白蛾潜在生境整体向中国北部和内陆湿度较高地区偏移,黑龙江、四川、山西、台湾等地区未来可能成为美国白蛾主要潜在的发生区域[6]。为了减少美国白蛾的危害,人们研究了多种防治药剂,其中化学农药因具有易加工、高效杀死大量个体等特点而在美国白蛾防治中发挥了重要作用,但其所带来的负面影响,如环境污染,易产生药害、抗药性、杀伤天敌、破坏生态系统等问题,促使人们偏向开发和利用安全、高效、可持续的生物防治药剂。
美国白蛾核型多角体病毒(Hyphantria cunea nucleopolyhedrovirus,HycuNPV)具有毒力强,对寄主专一,对环境和人畜安全,不杀伤天敌等优点,成为美国白蛾生物防治中重要的一种病原微生物杀虫剂[7]。但其自身也有一定的缺陷,如病毒的大量复制只能通过活体繁殖,生产成本和防治成本较化学农药均相对较高;另外,病毒侵染害虫到致病通常需要一定的周期,在该周期内,病虫的取食量几乎不减少,仍会对农林作物造成一定的损失[8-9],这些因素制约了HycuNPV杀虫剂的发展。因此,研究和开发能够提高HycuNPV的杀虫效率、缩短杀虫时间的增效剂资源,成为扩大该病毒杀虫剂推广应用的重要途径[10-12]。
3-溴丙酮酸(3-bromopyruvate,3-BrPA)既是杀菌剂噻菌灵的中间体,也是糖酵解产物中丙酮酸的类似物,对糖酵解途径的限制酶——己糖激酶(hexokinase II,HKII)的活性具有抑制作用[13]。已有研究表明,3-BrPA在医学上可用于抑制肿瘤细胞ATP的产生[14-15],并会抑制真菌的繁殖[16],被称为是一种新型、高效、无污染的生物制剂[17-18]。在病虫害防治方面,高剂量的3-BrPA对秀丽隐杆线虫具有毒性,低剂量的3-BrPA会延长线虫的生长发育时间[18-19];此外,3-BrPA对美国白蛾幼虫生长发育也具有显著的抑制作用[20]。为此,本研究利用3-BrPA作为HycuNPV的生物增效剂,探讨3-BrPA对HycuNPV的毒力影响和对美国白蛾生长发育的影响。以期利用3-BrPA作为HycuNPV的增效剂提高病毒对美国白蛾的杀虫效果,为HycuNPV杀虫剂的广泛应用提供技术支持。
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由表1可知,HycuNPV悬浮液在不同剂量的3-BrPA作用下,其毒力出现显著差异。当3-BrPA的添加剂量为0时,仅含有HycuNPV的对照组LC50为4.362 × 105 OB·mL−1;当3-BrPA的添加剂量低于15.0 mg·g−1时,HycuNPV的LC50均低于对照组的LC50;添加15.0 mg·g−1 3-BrPA的HycuNPV与对照组相比,LC50并没有显著的差异。也就是说,随着添加3-BrPA的剂量降低,LC50差异逐步增大。同时根据增效作用计算可知,当3-BrPA的添加剂量分别为5.0、10.0和15.0 mg·g−1时,增效倍数(SR)分别为825.14、164.72和0.47,共毒系数(CTC)分别为82 613.63、16 579.25和147.27。由此可见,添加5.0和10.0 mg·g−1的3-BrPA对HycuNPV具有明显的增效作用,且前者的增效作用最显著。
处理 Treatment Probit 回归方程
Probit structural equation regression
y=a + bx卡方值
χ2自由度
dfLC50/
(OBs·mL−1)增效倍数
Synergy ratio
(SR)共毒系数
Co-toxicity coefficient
(CTC)HycuNPV/
(OBs·mL−1)3-BrPA/
(mg·g−1)HycuNPV -- y=−5.164 + 0.916x 24.957 3.162 4.362 × 105 — — 5.0 y=−1.153 + 0.423x 19.308 3.162 5.28 × 102 825.14 82 613.63 10.0 y=−0.915 + 0.268x 12.172 3.162 2.631 × 103 164.72 16 579.25 15.0 y=−4.570 + 0.835x 15.401 3.162 2.962 × 105 0.47 147.27 Table 1. Analysis of LC50 and synergistic effects of different treatments on the 3rd instar larvae of H. cunea
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不同浓度的HycuNPV悬浮液在不同剂量的3-BrPA作用下的杀虫速度如表2所示。不同浓度的HycuNPV在不同剂量的3-BrPA作用下,其杀虫效果各不相同。在浓度为3.0 × 107 OBs·mL−1的HycuNPV中添加5.0 mg·g−1的3-BrPA,LT50最短(3.112 d),添加10.0 mg·g−1的3-BrPA次之(3.710 d);在浓度为9.0 × 105 OBs·mL−1的HycuNPV中添加5.0 mg·g−1的3-BrPA,LT50缩短时间最长,达9.724 d。
处理 Treatment 卡方值
χ2自由度
dfLT50 (95%置信区间)
(95% CL)/dST/d HycuNPV/
(OBs·mL−1)3-BrPA/
(mg·g−1)0(无菌水) — — — — — — 5.0 76.841 8.376 50.376(37.552~89.993) — 10.0 79.666 8.376 29.177(25.600~35.333) — — 15.0 140.122 8.376 13.155(11.326~15.302) — 3.0 × 107 — 127.582 7.000 7.740(6.995~7.462) — 5.0 123.833 8.185 3.112(2.059~3.982) 4.628 10.0 103.306 8.185 3.710(1.882~5.253) 4.030 15.0 184.018 8.185 8.979(7.380~10.479) −1.239 9.0 × 106 — 25.139 7.000 7.115(6.713~7.49) — 5.0 67.792 8.185 13.291(12.320~14.337) −6.176 10.0 88.002 8.185 18.002(16.646~19.713) −10.887 15.0 214.010 8.185 10.084(8.111~12.046) −2.969 3.0 × 106 — 53.590 7.000 11.187(10.374~12.073) — 5.0 124.257 8.185 4.811(3.604~5.842) 6.376 10.0 124.418 8.185 19.498(17.177~23.090) −8.311 15.0 218.346 8.185 17.465(15.680~19.865) −6.278 9.0 × 105 — 112.563 7.000 14.835(10.97~29.701) — 5.0 149.801 8.185 5.111(3.574~6.405) 9.724 10.0 224.020 8.185 7.765(4.553~10.338) 7.070 15.0 70.566 8.185 9.832(8.436~11.290) 5.003 3.0 × 105 — 30.358 5.000 15.293(11.695~30.359) — 5.0 68.125 7.211 8.074(7.306~8.821) 7.219 10.0 38.211 7.211 12.013(11.224~12.876) 3.280 15.0 41.304 7.211 11.496(10.619~12.459) 3.797 注:ST 表示比对应浓度 HycuNPV中未添加3-BrPA 缩短的LT50。
Note: ST represents the LT50 compared with the corresponding concentration of HycuNPV without 3-BrPA.Table 2. Analysis of LT50 of different treatments on the 3rd instar larvae of H. cunea
当HycuNPV浓度为3.0 × 107 和3.0 × 106 OBs·mL−1时,添加15.0 mg·g−1的3-BrPA会使LT50延长;添加5.0 mg·g−1的3-BrPA会缩短LT50,相比较对照,分别缩短4.628 d和6.376 d。当HycuNPV浓度为9.0 × 106 OBs·mL−1时,添加3-BrPA均会使LT50延长。当HycuNPV浓度为9.0 × 105和3.0 × 105 OBs·mL−1时,添加3-BrPA均可使LT50明显缩短,且随着3-BrPA添加剂量的降低,LT50的差异逐步增大。
当3-BrPA的添加剂量为5.0 mg·g−1时,仅有浓度为9.0 × 106 OBs·mL−1的HycuNPV的LT50延长了,其余浓度的HycuNPV的LT50均明显缩短,其中浓度为9.0 × 105 OBs·mL−1的HycuNPV的LT50缩短时间最长(9.724 d)。当3-BrPA的添加剂量为10.0 mg·g−1时,浓度为3.0 × 107、9.0 × 105和3.0 × 105 OBs·mL−1的HycuNPV的LT50缩短了,且浓度为9.0 × 105 OBs·mL−1的HycuNPV的LT50缩短时间(7.070 d)明显长于其余2个浓度(4.030 d和3.280 d)。当3-BrPA的添加剂量为15.0 mg·g−1时,仅有浓度为9.0 × 105和3.0 × 105 OBs·mL−1的HycuNPV的LT50出现缩短。
综上所述,在一定浓度的HycuNPV中加入低剂量的3-BrPA,会显著提高病毒的杀虫速度。
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由表3可以看出,不同浓度的HycuNPV悬浮液在不同剂量的3-BrPA作用下,美国白蛾幼虫的3龄发育历期和总发育历期(3龄起)都得到延长。当3-BrPA的添加剂量一定时,浓度为9.0 × 105 OBs·mL−1的HycuNPV感染的美国白蛾幼虫3龄发育历期的延长时间都长于浓度为3.0 × 105 OBs·mL−1;浓度为9.0 × 105 OBs·mL−1的HycuNPV感染的美国白蛾幼虫总发育历期的延长时间与浓度为3.0 × 105 OBs·mL−1的几乎无差异。特别是当3-BrPA的添加剂量为15.0 mg·g−1时,浓度为9.0 × 105和3.0 × 105 OBs·mL−1的HycuNPV感染的美国白蛾幼虫一直未化蛹。
处理
Treatment3龄发育历期
Duration of 3rd instar larvae/d延长时间
Extended time/d幼虫总发育历期(3龄起)
Duration of larvae stage(From 3rd instar)/d延长时间
Extended time/dHycuNPV/
(OBs·mL−1)3-BrPA/
(mg·g−1)0(无菌水) — 3.67 ± 0.333 c — 9.00 ± 0.577 c — — 5.0 8.67 ± 0.333 b — 13.00 ± 0.577 b — — 10.0 9.33 ± 0.333 b — 15.00 ± 0.000 a — — 12.5 10.67 ± 0.333 a — 16.00 ± 0.577 a — — 15.0 11.67 ± 0.333 a — — — 3.0 × 105 — 3.67 ± 0.333 c — 9.33 ± 0.333 c — 5.0 8.67 ± 0.333 c 5.00 15.00 ± 0.577 c 5.67 10.0 9.33 ± 0.333 c 5.66 15.67 ± 0.333 c 6.34 12.5 9.67 ± 0.333 c 6.00 16.33 ± 0.333 c 7.00 15.0 12.33 ± 0.333 c 8.66 未化蛹 — 9.0 × 105 — 4.00 ± 0.000 c — 9.67 ± 0.667 c — 5.0 9.67 ± 0.667 c 5.67 15.33 ± 0.333 c 5.66 10.0 9.67 ± 0.333 c 5.67 16.00 ± 0.000 c 6.33 12.5 10.33 ± 0.333 c 6.33 16.67 ± 0.333 c 7.00 15.0 13.00 ± 0.577 b 9.00 未化蛹 — 注:表中的数据为平均数 ± 标准误,不同字母表示在不同处理下p<0.05水平差异显著。
Note: The data is average ± standard error in the table, different small letters indicate that the p<0.05 level is significantly different under different treatments.Table 3. Effects of different treatments on the larvae development duration of H. cunea
当HycuNPV浓度一定时,随着3-BrPA添加剂量的升高,美国白蛾幼虫的3龄发育历期和总发育历期均逐步变长,其中,在HycuNPV浓度为9.0 × 105 OBs·mL−1时,添加剂量为15.0 mg·g−1的3-BrPA后,美国白蛾幼虫3龄发育历期最长,较对照组延长时间高达9.00 d。
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在不同浓度的HycuNPV中添加不同剂量的3-BrPA,感染美国白蛾3龄幼虫后的总存活率、化蛹率和羽化率如表4所示。当HycuNPV的浓度为3.0 × 105 OBs·mL−1,仅在3-BrPA剂量为12.5 mg·g−1时,美国白蛾幼虫总存活率为10.00%,化蛹率和羽化率均为33.33%;在3-BrPA其余的添加剂量下,美国白蛾幼虫总存活率都为0,无化蛹,也无羽化。当HycuNPV的浓度为9.0 × 105 OBs·mL−1 时,随着3-BrPA添加剂量的降低,美国白蛾幼虫总存活率逐渐下降,最高为30.00%,最低为13.33%;3-BrPA添加剂量为5.0、10.0和12.5 mg·g−1时,美国白蛾幼虫的化蛹率分别为66.67%、25.00%和44.44%,羽化率分别为22.22%、33.33%和9.52%。
处理 Treatment 幼虫总存活率 ± 标准误差
Overall survival rate ± SE/%化蛹率 ± 标准误差
Pupation rate ± SE/%羽化率 ± 标准误差
Emergence rate ± SE/%HycuNPV/
(OBs·mL−1)3-BrPA/
(mg·g−1)0(无菌水) — 83.33 ± 3.333 b 92.13 ± 3.955 c 91.07 ± 4.495 c — 5.0 83.33 ± 8.819 b 59.29 ± 9.285 c 77.78 ± 11.110 c — 10.0 46.67 ± 8.819 c 40.00 ± 13.879 c 33.33 ± 33.333 c — 12.5 33.33 ± 3.333 c 33.33 ± 19.246 c 0 3.0 × 105 — 73.33 ± 8.819 b 89.68 ± 5.206 c 69.44 ± 19.445 c 5.0 0 — — 10.0 0 — — 12.5 10.00 ± 5.774 c 33.33 ± 33.333 c 33.33 ± 33.333 c 9.0 × 105 — 30.00 ± 10.000 c 62.22 ± 23.201 c 61.11 ± 30.932 c 5.0 13.33 ± 8.819 c 66.67 ± 33.333 c 22.22 ± 22.223 c 10.0 20.00 ± 11.547 c 25.00 ± 14.434 c 33.33 ± 33.333 c 12.5 30.00 ± 11.547 c 44.44 ± 29.397 c 9.52 ± 9.523 c 注:表中的数据为平均数 ± 标准误,不同字母表示在不同处理下p<0.05水平差异显著。
Note: The data is average ± standard error in the table, different letters indicate that the p<0.05 level is significantly different under different treatments.Table 4. Effects of different treatments on the overall survival rate, pupation rate and emergence rate of larvae
当3-BrPA的添加剂量一致时,浓度为3.0 × 105 OBs·mL−1 的HycuNPV感染的美国白蛾幼虫总存活率、化蛹率和羽化率均低于浓度为9.0 × 105 OBs·mL−1的HycuNPV。
Synergistic Effect of 3-bromopyruvate Combined with Hyphantria cunea Nucleopolyhedrovirus Against Hyphantria cunea (Drury)
- Received Date: 2022-02-06
- Accepted Date: 2022-07-05
- Available Online: 2022-12-20
Abstract: