張楠 李小鳳 李余良 劉建華 李武 李高科

關(guān)鍵詞：草地貪夜蛾；鮮食玉米；抗蟲性；產(chǎn)量損失；發(fā)育歷期

草地貪夜蛾起源于美洲，屬鱗翅目Lepidoptera夜蛾科Noctuidae，是一種重大遷飛性農(nóng)業(yè)害蟲，常年生活在南至阿根廷北至美國(guó)佛羅里達(dá)州、德克薩斯州范圍內(nèi)的熱帶和亞熱帶地區(qū)，季節(jié)性地遷飛至溫帶玉米種植區(qū)，形成周年性為害。2016年，非洲西部的尼日利亞、貝寧、多哥、加納等地發(fā)現(xiàn)草地貪夜蛾，這是首次在美洲以外的地區(qū)報(bào)道草地貪夜蛾的蹤跡。草地貪夜蛾因具有生育期短、遷飛能力強(qiáng)、寄主范圍廣、繁殖能力強(qiáng)等生物學(xué)特性，在撒哈拉沙漠以南的所有國(guó)家迅速擴(kuò)散，使非洲部分國(guó)家的玉米生產(chǎn)遭受重大的產(chǎn)量損失。2018年5月，印度南部的卡瑪塔克邦（Kamataka）首次發(fā)現(xiàn)草地貪夜蛾，草地貪夜蛾開始危害亞洲。2018年12月，草地貪夜蛾首次在我國(guó)云南省江城縣被發(fā)現(xiàn)，2019年6月底全國(guó)19個(gè)?。▍^(qū)）1070個(gè)縣（市、區(qū)）見蟲，截至2020年該蟲已入侵我國(guó)27個(gè)省份，作物受害面積達(dá)127.8萬(wàn)hm2。據(jù)聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織統(tǒng)計(jì)（FAOSTAT 2021），我國(guó)2020年玉米種植面積為4126萬(wàn)hm2，產(chǎn)量為2.607億t，消費(fèi)量為2.89億t，是僅次于美國(guó)的世界第二大玉米生產(chǎn)和消費(fèi)國(guó)。玉米穩(wěn)產(chǎn)對(duì)于維護(hù)我國(guó)糧食安全具有重大意義。

目前化學(xué)防治仍為我國(guó)玉米種植戶的主要應(yīng)急策略。對(duì)云南德宏州的351個(gè)玉米種植戶的調(diào)查結(jié)果顯示，超過(guò)98%的農(nóng)戶以噴施農(nóng)藥為主要防治措施。多次噴施化學(xué)藥劑極大地增加了種植成本。2020年云南農(nóng)戶的農(nóng)藥使用量是2018年的3倍，購(gòu)買農(nóng)藥的支出由2018年的81美元/hm2增至2020年的276美元/hm2，增加部分主要為防治草地貪夜蛾的農(nóng)藥支出。大量使用農(nóng)藥對(duì)環(huán)境造成的影響更是難以估算。

提升寄主植物抗性是草地貪夜蛾綜合防治體系的重要組成部分，種植抗蟲品種不僅可以降低農(nóng)藥、人工成本，還有益于環(huán)境，是防治蟲害的最佳長(zhǎng)期策略。美國(guó)、巴西、阿根廷等美洲國(guó)家先后通過(guò)種植轉(zhuǎn)Bt基因玉米來(lái)解決草地貪夜蛾的為害問(wèn)題。2019年，我國(guó)的兩個(gè)國(guó)產(chǎn)轉(zhuǎn)基因抗蟲玉米獲得了生產(chǎn)應(yīng)用安全證書，為轉(zhuǎn)Bt普通玉米品種的商業(yè)化種植鋪平了道路，但轉(zhuǎn)Bt的鮮食玉米品種尚未得到許可。我國(guó)草地貪夜蛾的周年發(fā)生區(qū)在云南、廣東、廣西、海南等地的熱帶和南亞熱帶地區(qū)，這些地區(qū)也是我國(guó)重要的鮮食玉米產(chǎn)區(qū)。農(nóng)戶長(zhǎng)期、周年性的錯(cuò)期播種鮮食玉米，導(dǎo)致草地貪夜蛾周年繁殖、世代重疊，年發(fā)生6～8代。如果在此區(qū)域種植Bt玉米，草地貪夜蛾會(huì)面臨連續(xù)世代高頻汰選抗性，使得抗性演化風(fēng)險(xiǎn)增加，對(duì)其他玉米種植區(qū)的Bt玉米利用構(gòu)成嚴(yán)重威脅。與普通玉米相比，鮮食玉米植株鮮嫩，果穗含糖量高，更受到草地貪夜蛾的偏愛，大量噴施化學(xué)農(nóng)藥會(huì)引發(fā)消費(fèi)者對(duì)于食品安全的擔(dān)憂。因此挖掘抗性資源，培育抗蟲的鮮食玉米品種是解決鮮食玉米抗草地貪夜蛾的根本途徑。本研究利用草地貪夜蛾大暴發(fā)的自然發(fā)生環(huán)境，選取了28個(gè)不同類型的鮮食玉米品種，通過(guò)對(duì)其葉部受害級(jí)別、果穗產(chǎn)量損失進(jìn)行調(diào)查研究，并進(jìn)行室內(nèi)飼喂試驗(yàn)觀察幼蟲發(fā)育情況，初步探究了這些品種對(duì)草地貪夜蛾的抗性水平，為抗性品種的培育提供科學(xué)依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

本試驗(yàn)選用28份不同類型的玉米品種，其中甜玉米10份（‘粵甜26號(hào)’‘粵甜28號(hào)’‘粵甜40號(hào)’‘粵甜41號(hào)’‘粵白甜2號(hào)’‘粵美甜2號(hào)’‘粵甜黑珍珠2號(hào)’‘正甜68’‘雪甜7401’‘廣良甜27號(hào)’）；甜糯玉米8份（‘粵白甜糯7號(hào)’‘粵白甜糯8號(hào)’‘粵白甜糯9號(hào)’‘粵白甜糯10號(hào)’‘粵白甜糯168’‘徽甜糯1號(hào)’‘京甜糯807’‘金甜糯663’）；糯玉米10份（‘粵彩糯2號(hào)’‘粵鮮糯6號(hào)’‘粵白糯6號(hào)’‘粵白糯168’‘蘇玉糯5號(hào)’‘美玉29號(hào)’‘京科糯337’‘京科糯837’‘農(nóng)科糯2000L’‘金糯1913’）。其中粵系列和‘正甜68’為廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所自主選育，其余品種為2020年廣東省區(qū)試參試或?qū)φ掌贩N。

1.2供試蟲源

2021年11月在廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院白云試驗(yàn)基地（23°17'N，113°27'E）采獲草地貪夜蛾幼蟲，放置于養(yǎng)蟲籠（30cm×30cmX30cm）中飼養(yǎng)，籠內(nèi)放置鮮食玉米的幼苗，在人工氣候箱飼養(yǎng)至成蟲階段并使其交配產(chǎn)卵，孵化的初孵幼蟲為室內(nèi)研究的試驗(yàn)蟲源。培養(yǎng)條件為：光照強(qiáng)度300001x，溫度25℃，濕度60%，光照周期L∥D=16h∥8h。

1.3田間種植情況

28個(gè)鮮食玉米品種于2021年7月播種于廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院白云試驗(yàn)基地。采取防治和不防治草地貪夜蛾兩個(gè)處理，防治區(qū)和不防治區(qū)間隔11.6m。每個(gè)品種種植2行，行長(zhǎng)5m，行距65cm，株距30cm，保苗30株以上，設(shè)3個(gè)重復(fù)，四周設(shè)置保護(hù)行。按照常規(guī)玉米生產(chǎn)田進(jìn)行田間管理。不防治組利用草地貪夜蛾自然為害，在玉米生長(zhǎng)過(guò)程中不采取任何防治措施，讓自然發(fā)生的草地貪夜蛾持續(xù)為害玉米。防治組則在玉米生長(zhǎng)過(guò)程中噴施5%甲氨基阿維菌素苯甲酸鹽懸浮劑（佛山市高明區(qū)萬(wàn)邦生物有限公司）和200g/L氯蟲苯甲酰胺懸浮劑（美國(guó)杜邦）的混合制劑防治幼蟲，制劑用量分別為300mL/hm2和225mL/hm2。藥劑防治共實(shí)施5次，前4次分別在苗期、拔節(jié)期、小喇叭口期、大喇叭口期，散粉后3天最后一次噴施藥劑。利用性誘劑誘捕成蟲（深圳百樂寶），同時(shí)人工摘除蟲卵、捕捉成蟲，保障玉米整個(gè)生育期不受到草地貪夜蛾為害。

1.4抗性水平評(píng)價(jià)

玉米生長(zhǎng)發(fā)育至大喇叭口期對(duì)葉片被害情況進(jìn)行調(diào)查。逐株調(diào)查每個(gè)品種和每個(gè)植株的葉片被害程度對(duì)其進(jìn)行評(píng)級(jí)，計(jì)算該品種葉片的受害級(jí)別平均值，確定其心葉期的抗性水平。葉片受害級(jí)別及其抗性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見表1和表2。

1.5產(chǎn)量損失計(jì)算

散粉后23d收獲玉米鮮穗。每個(gè)小區(qū)按順序收獲玉米鮮穗10穗，對(duì)防治處理和不防治處理的玉米品種分別稱重。以平均單穗重計(jì)算產(chǎn)量損失。

1.6不同玉米品種對(duì)草地貪夜蛾幼蟲生長(zhǎng)發(fā)育的影響

取20粒玉米種子浸泡過(guò)夜，待種子充分吸脹后播種于花盆內(nèi)（直徑15cm，高15cm）放置于光照培養(yǎng)箱內(nèi)培養(yǎng)。生長(zhǎng)期間去除長(zhǎng)勢(shì)不好的幼苗，每盆保留10株，待玉米長(zhǎng)至三葉一心期，每個(gè)品種接30頭初孵幼蟲。接蟲后將玉米苗放置于養(yǎng)蟲籠中（30cmX30cm×30cm）。每日8：30與17：30觀察幼蟲生長(zhǎng)發(fā)育情況，記錄幼蟲從1齡到化蛹的發(fā)育時(shí)間。試驗(yàn)設(shè)置3次生物學(xué)重復(fù)。培養(yǎng)條件為：光照強(qiáng)度30000 lx，溫度25℃，濕度60%，光照周期L∥D=16h∥8h。

1.7數(shù)據(jù)處理

用Excel 2010對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行初步整理分析。用SPSS軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析和相關(guān)性分析，用ANOVA對(duì)不同類型鮮食玉米的受害級(jí)別、產(chǎn)量損失和幼蟲歷期進(jìn)行比較，用Pearson相關(guān)系數(shù)法對(duì)受害級(jí)別、產(chǎn)量損失和幼蟲歷期進(jìn)行相關(guān)性分析。

2結(jié)果與分析

2.1 28個(gè)鮮食玉米品種的抗性水平、產(chǎn)量損失及對(duì)幼蟲發(fā)育歷期的影響

28個(gè)鮮食玉米品種受草地貪夜蛾為害后的受害級(jí)別、抗性水平、產(chǎn)量損失及室內(nèi)飼喂結(jié)果如表3所示。在喇叭口期對(duì)葉片損傷程度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，28個(gè)品種中無(wú)高抗及抗蟲品種，中抗品種12個(gè)，感蟲品種15個(gè)，高感品種1個(gè)，分別占鑒定資源總數(shù)的42.86%、53.57%和3.57%。中抗品種中甜玉米品種2個(gè)，甜糯品種4個(gè)，糯玉米品種6個(gè)，分別占各類參試玉米品種的20%、50%和60%。

草地貪夜蛾為害后，28個(gè)品種的產(chǎn)量變化均達(dá)到了顯著水平（P<0.05），產(chǎn)量損失為8.30%～40.93%，‘農(nóng)科糯2000L’產(chǎn)量損失最低，‘徽甜糯1號(hào)’產(chǎn)量損失最高。甜玉米產(chǎn)量損失為10.07%～34.40%，甜糯玉米品種產(chǎn)量損失為13.32%～40.93%，糯玉米品種產(chǎn)量損失為8.30%～32.92%。

對(duì)三葉一心期的玉米接種草地貪夜蛾1齡幼蟲，觀察記錄草地貪夜蛾取食不同品種玉米幼苗葉片后的發(fā)育過(guò)程。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，草地貪夜蛾1～6齡幼蟲的發(fā)育歷期為11.29～15.31d，歷期最短為‘粵鮮糯6號(hào)’和‘美玉29號(hào)’處理，最長(zhǎng)為‘粵甜40號(hào)’處理。其中在甜玉米上草地貪夜蛾發(fā)育歷期為11. 88～15.31d，甜糯玉米上為12.46～13.71d，糯玉米上為11.29～15.20d。

2.2不同類型玉米品種的葉部受害級(jí)別、產(chǎn)量損失及對(duì)幼蟲發(fā)育歷期的影響

如表4所示，草地貪夜蛾對(duì)甜玉米、甜糯玉米、糯玉米葉片造成的受害級(jí)別分別為6.2、5.9和5.9，三類鮮食玉米無(wú)顯著差異；對(duì)甜玉米、甜糯玉米、糯玉米造成的產(chǎn)量損失分別為26.65%、25.84%和19.97%，三類鮮食玉米無(wú)顯著差異；三種類型的玉米喂食草地貪夜蛾，幼蟲發(fā)育平均歷期分別為12.97、13.09d和13.19d，三類鮮食玉米也無(wú)顯著差異。結(jié)果表明，鮮食玉米葉片的受害級(jí)別、產(chǎn)量損失和幼蟲發(fā)育歷期的差異與品種類型無(wú)關(guān)。

2.3葉片受害級(jí)別、產(chǎn)量損失及幼蟲發(fā)育歷期的關(guān)系

對(duì)不同類型玉米品種葉片受害級(jí)別、產(chǎn)量損失和幼蟲發(fā)育歷期進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果如表5所示。甜玉米、糯玉米的葉片受害級(jí)別與產(chǎn)量損失呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.610和0.790。甜糯玉米的葉片受害級(jí)別與產(chǎn)量損失無(wú)相關(guān)性。甜玉米、甜糯玉米、糯玉米的葉片受害級(jí)別與幼蟲的發(fā)育歷期無(wú)相關(guān)性，產(chǎn)量損失與幼蟲發(fā)育歷期無(wú)相關(guān)性。

3結(jié)論與討論

20世紀(jì)80、90年代，一些育種學(xué)家已經(jīng)開展抗草地貪夜蛾玉米材料的篩選和品種培育工作，培育出‘MP409’‘MP70l_Mp708’‘MP713’‘MP714’和‘MP716’等一系列抗蟲自交系。但隨著轉(zhuǎn)Bt基因玉米成功解決了品種抗蟲的問(wèn)題，相關(guān)工作被擱置。草地貪夜蛾成為全球性重大害蟲后，不同國(guó)家對(duì)于轉(zhuǎn)Bt基因玉米的接受程度不同，利用玉米自身的抗蟲基因進(jìn)行抗蟲品種選育被重新提上日程?？夏醽?、喀麥隆、津巴布韋、贊比亞、南非等非洲國(guó)家先后對(duì)本國(guó)的種植面積較大的玉米品種對(duì)草地貪夜蛾的抗性情況進(jìn)行評(píng)估，發(fā)現(xiàn)少數(shù)品種具有抗蟲性。2017年-2020年，國(guó)際玉米小麥改良中心（Centro Internacional de Mejoramientode MaizyTrigo，CIMMYT）通過(guò)IRMA（Insect-ResistantMaize for Africa）項(xiàng)目在肯尼亞基博科（Kiboko，Kenya）對(duì)6000多份玉米材料進(jìn)行了抗草地貪夜蛾的人工接種鑒定，成功篩選出一系列抗蟲材料；CRUBELATI-MULATI等對(duì)巴西的10份甜玉米資源進(jìn)行鑒定，其中5份表現(xiàn)出一定程度的抗蟲性。我國(guó)學(xué)者近兩年開始對(duì)國(guó)內(nèi)玉米材料和品種對(duì)草地貪夜蛾的抗性開展評(píng)估，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)抗蟲自交系‘Xi502’，張楠等在54份鮮食玉米資源中發(fā)現(xiàn)1個(gè)在葉片和果穗表現(xiàn)出中抗水平的甜糯玉米品種‘粵五彩甜糯’。

戴釬萱等用3個(gè)甜玉米和3個(gè)糯玉米品種的葉片飼養(yǎng)草地貪夜蛾，發(fā)現(xiàn)草地貪夜蛾在甜玉米品種上生存適合度最高。楊亞軍利用甜玉米、糯玉米、甜糯玉米和普通玉米4種不同類型玉米喂食草地貪夜蛾幼蟲，發(fā)現(xiàn)4種玉米葉片對(duì)草地貪夜蛾的生長(zhǎng)發(fā)育和繁殖無(wú)顯著影響。本研究中的鮮食玉米品種來(lái)源于3種不同類型：甜玉米、甜糯玉米和糯玉米，盡管心葉期抗性達(dá)到中抗水平品種的占比為糯玉米>甜糯玉米>甜玉米．但3種類型的玉米葉片受害級(jí)別、產(chǎn)量損失和草地貪夜蛾幼蟲的發(fā)育歷期均無(wú)顯著差異?？剐运?、產(chǎn)量損失和幼蟲發(fā)育歷期的差異是由品種本身差異造成的，與品種類型無(wú)關(guān)。

在供試的28個(gè)鮮食玉米品種中，甜玉米品種‘正甜68’、糯玉米品種‘粵白糯168’和‘農(nóng)科糯2000L’，葉片表現(xiàn)出中抗，且果穗產(chǎn)量損失較少。甜玉米、糯玉米品種葉片受害級(jí)別與產(chǎn)量損失存在一定程度的正相關(guān)。但甜糯玉米品種的葉片受害級(jí)別與產(chǎn)量損失卻無(wú)相關(guān)性，比如‘徽甜糯1號(hào)’和‘金甜糯663’，盡管在葉部表現(xiàn)為中抗，但果穗產(chǎn)量損失卻較高。特別是‘徽甜糯1號(hào)’在28個(gè)品種中產(chǎn)量損失最高，達(dá)到了40.93%。這可能是由于甜玉米、糯玉米果穗籽粒組成單一，而甜糯玉米籽粒由甜玉米和糯玉米籽粒按照1：3的比例混合組成，造成果穗產(chǎn)量損失的因素更為復(fù)雜。不論是甜玉米、甜糯玉米還是糯玉米，葉片受害級(jí)別和產(chǎn)量損失均與取食苗期玉米葉片的草地貪夜蛾幼蟲的發(fā)育歷期無(wú)相關(guān)性。這與Kasoma等的調(diào)查結(jié)果相似，即玉米早期的葉片損傷程度與產(chǎn)量不相關(guān)，中后期功能葉片的損傷程度與產(chǎn)量相關(guān)。

本研究采用苗期玉米室內(nèi)飼養(yǎng)草地貪夜蛾的方法觀察幼蟲整個(gè)發(fā)育歷期，田間調(diào)查的喇叭口期和果穗期草地貪夜蛾幼蟲的組成更為復(fù)雜，為不同齡期的幼蟲復(fù)合為害。此外，1～3齡的低齡幼蟲和4～6齡的高齡幼蟲均可為害心葉，而果穗多為高齡幼蟲為害，且為害心葉和果穗的幼蟲并非同一世代，因此僅憑葉片受害級(jí)別不能夠完全預(yù)測(cè)鮮食玉米的產(chǎn)量損失。不同組織的結(jié)構(gòu)和營(yíng)養(yǎng)成分影響著草地貪夜蛾的適合度，葉片的厚度、硬度、絨毛密度、纖維素、半纖維素的含量、細(xì)胞壁的厚度、維管束密度等形態(tài)和生理特征影響著葉片的損傷程度，苞葉緊實(shí)度、果穗的香味、籽粒的甜度、果皮厚度等因素影響著果穗的產(chǎn)量損失。本試驗(yàn)中的品種‘粵甜41號(hào)’葉片達(dá)到中抗水平，該品種果穗包裹緊實(shí)，草地貪夜蛾不能鉆入果穗但可咬斷花絲，使籽粒不能正常授粉結(jié)實(shí)，影響了果穗的產(chǎn)量?！浱?8號(hào)’‘粵甜黑珍珠2號(hào)’的部分果穗被草地貪夜蛾幼蟲啃食后，感染了穗粒腐病，進(jìn)一步影響了果穗的質(zhì)量和產(chǎn)量。

近年來(lái)對(duì)抗草地貪夜蛾的材料進(jìn)行抗蟲機(jī)制的解析表明，與感蟲品種相比，‘Mp708’體內(nèi)茉莉酸（JA）和揮發(fā)性萜類物質(zhì)（terpenoids） （E）-β-caryo-phyllene含量更高；抗鱗翅目害蟲玉米被草地貪夜蛾幼蟲取食后，心葉中的一種33 kD的半胱氨酸蛋白酶含量會(huì)明顯增加，而‘Xi502’葉片中則具有較高含量的苯并惡唑嗪酮類化合物（benzoxazi-noids）。Kamweru等對(duì)424份DH系材料人工接草地貪夜蛾幼蟲，對(duì)葉片受害、果穗受害和產(chǎn)量損失進(jìn)行全基因組關(guān)聯(lián)分析（genome-wide associationstudy，GWAS）共獲得56個(gè)與抗性相關(guān)的SNPs，Womack等在抗蟲自交系‘MP705’中定位到2個(gè)主效QTL，可解釋35.7%的表型變異，其中位于bin9.03的位點(diǎn)與2018年的定位結(jié)果一致。這些研究結(jié)果表明，挖掘玉米自身的抗蟲基因，應(yīng)用分子標(biāo)記輔助選擇或者全基因組選擇的方法聚合抗蟲基因提高品種的抗性，具有巨大的潛力。我國(guó)應(yīng)繼續(xù)對(duì)現(xiàn)有材料進(jìn)行抗蟲性鑒定，同時(shí)引進(jìn)國(guó)外已經(jīng)鑒定的具有抗蟲性的種質(zhì)資源，培育具有持久抗性的品種。