澳大利亚抗虫棉抗性风险治理策略

张利娟，高雪珂，雒珺瑜，张帅，王春义，朱香镇，王丽，崔金杰

（中国农业科学院棉花研究所/棉花生物学国家重点实验室，河南安阳455000）

当前澳大利亚种植的抗虫棉以美国第3代抗虫棉为主[1-4]。其中：第1代含有cry1Ac抗虫基因并于1996年引入；第2代含有cry1Ac和cry2Ab两个抗虫基因，在2003年引入；第3代含有cry1Ac、cry2Ab、vip3A三个抗虫基因，于2016年引入。为预防棉铃虫对Bt棉花产生抗性，保障抗虫棉持续利用，澳大利亚自第1代抗虫棉引入时就将害虫抗性治理策略放在了首要位置。在抗虫棉引入的20多年间（1996―2017年）澳大利亚成功实施了相关抗性治理策略，这期间棉铃虫对Bt蛋白的抗性水平未出现显著的上升[6]。

1　抗虫棉抗性风险治理策略

1.1　庇护所

设置庇护所的目的是产生大量敏感的棉铃虫成虫，这些成虫不受Bt蛋白选择压力的影响，能够与Bt棉田中潜在的抗性成虫交配，降低抗性成虫之间交配的机会[7-8]。抗性成虫与敏感成虫交配产生的后代将携带来自2个亲本的基因）即为杂合体，而Bt棉花对杂合体害虫仍然具有控制作用。因此，庇护所的关键作用是稀释抗性群体的适应性。

庇护作物的选择是基于不同类型作物中建立的棉铃虫发生模型和相关知识，其可能发生的棉铃虫成虫数量的评估则是通过大规模的野外试验来完成的[9]。由于不同庇护作物发挥的作用、效能在不同地区和季节间差别较大，因此单独对某一个庇护所发挥的作用进行评价是不现实的。庇护作物的高效管理包括作物所需营养的充分供给、杂草的有效控制、及时灌溉等。这些措施对于确保庇护作物能够吸引及诱导具有抗性基因的棉铃虫雌虫在其上产卵、繁殖发挥着非常重要的作用。从抗性治理策略的整体考虑，澳大利亚除了注重庇护作物的选择、管理外，同样重视基于种群水平的抗性治理。这是因为棉铃虫具有远距离迁飞扩散的能力，只有尽可能在相对大的地理范围内进行治理从而使每个庇护所都能繁殖一定数量的敏感个体，才能达到较好的稀释抗性群体的效果。同时，对于每个种植转Bt棉花的农场，其周围庇护作物的质量均由孟山都公司负责审查，以确保这些作物产生敏感棉铃虫个体的有效数量和可持续性。

1.1.1庇护作物种植区域选择。棉铃虫虽然可长距离迁飞，但是迁飞的距离取决于作物的混合程度和棉铃虫成虫羽化时的活跃程度。因此，为确保从Bt棉田产生的棉铃虫成虫可与附近庇护作物中的敏感成虫交配，庇护作物应尽可能接近Bt棉花，最好不超过2 km。为了降低庇护所中棉花自生苗（由残留在土壤中的棉花2代种子形成的幼苗）和截根苗（从棉花残茬的根部长出的幼苗）可能出现的频率，最好选择在前一生长季节未种植棉花的区域设置庇护所。同时，为了便于竞争性杂草管理和提高庇护效率，庇护作物应选择在杂草种子数量较少的地区种植。最常用的庇护作物鹰嘴豆能够在多种类型的土壤中正常生长发育，但是对水涝特别敏感，因此在选择其种植区域时应优先考虑排水系统较好的地块。同时，像其他的豆类作物一样，鹰嘴豆对后茬作物具有化感作用，因此在选择种植田块时应考虑到这个因素。

1.1.2庇护作物优化及种植要求。鹰嘴豆和抗虫棉作物开花期是否一致一直是庇护作物能否成功应用的关键，因为鹰嘴豆只有在开花期才能对棉铃虫产生足够的吸引和引诱作用，其余生长发育时期（例如开花前、现蕾前）对棉铃虫均不具有引诱性[10]。然而在过去的20年间，鹰嘴豆的持续循环种植和庇护所留存种子的频繁使用，导致鹰嘴豆在进化方面发生改变，出现开花期推迟现象[11]。同时，频繁出现的庇护作物种子不可利用和质量问题等，已经成为困扰棉花种植户的主要难题。针对以上现象，Grundy（QDAF）团队经过潜心研究，最终筛选出适合庇护所种植的鹰嘴豆新品种——Sunrise。该品种被证实在经过深耕、充分灌溉的多种类型土壤中表现优良，在1月上旬开花，具有重复开花吸引害虫的特性，已经于2017年在昆士兰州进行商业化生产。该品种每公顷的播种量为25～40 kg，高密度种植使其茎秆比较纤细，这使后期其秸秆的粉毁相对容易。

第3代抗虫棉的庇护所种植要求是95%抗虫棉，同时配以5%非抗虫棉，非抗虫棉不得喷施化学农药；或者种植97.5%抗虫棉，同时种植2.5%鹰嘴豆，鹰嘴豆也不得喷施化学农药。这比第2代抗虫棉的庇护作物的比例要求降低了一半，说明棉花生产者对第3代抗虫棉的抗性风险管理很有信心。同时，庇护作物不得使用对棉铃虫有活性的杀虫剂、诱食剂、赤眼蜂和其他生物制剂，旨在通过增加天敌的捕食和寄生而降低敏感棉铃虫的存活率，从而降低庇护作物保护与繁殖敏感个体的作用。

1.2　自生苗控制

防止自生苗在Bt棉田、常规作物田、休耕田和庇护所中出现是非常重要的，因为大龄棉铃虫幼虫长期生长在自生苗上，易对Bt蛋白产生耐受性。如果产生抗性的大龄幼虫迁移到邻近的Bt棉花上，这种杂合子基因的幼虫可能存活并导致棉铃虫群体中抗性基因频率的增加。因此，须从Bt棉、常规作物、休耕田及庇护所中去除常规棉花的自生苗，使大龄棉铃虫幼虫杂合子失去取食Bt棉花的机会，避免其基因遗传。

1.3　空窗期限制

限制种植空窗期（指从上季棉花收获结束到下一季棉花开始种植的一段时间）的目的是减少在任何季节接触Bt棉花的棉铃虫世代数，从而有效控制棉铃虫对Bt棉花的选择压力，在温暖的地区尤为重要[12]。对于第3代抗虫棉而言，种植空窗期仍然是一个重要的缓解策略，特别是在棉花和棉铃虫一年四季都能生存和繁殖的气候温暖的地区。

1.4　杜绝叶面喷施Bt制剂

为了降低棉铃虫对Bt蛋白的选择压力，延缓抗性产生，喷施和未喷施化学农药的所有庇护所，均不得叶面喷施Bt制剂。这个措施是抗性治理的关键，因为通常情况下庇护所中敏感成虫与种群中的抗性个体交配产生具有杂合基因的个体；虽然这种杂合体能够被Bt棉控制，但是避护所中杂合个体的存在稀释了敏感种群的数量，在一定程度上降低了庇护作物的作用。

1.5　消灭棉铃虫蛹

消灭棉铃虫蛹是降低抗药性风险的高效缓解策略之一[13]。不同季节之间的交替种植可以减少抗性棉铃虫成虫次年对种群造成的影响，因为在交替种植过程中其余作物能够起到缓解或稀释棉铃虫抗性的作用。虽然在Bt棉花中存活幼虫很少，但是它们很可能存在抗性，必须消灭这样的后代才能避免抗性个体的出现。不建议在未喷施化学农药的庇护所消灭棉铃虫蛹，喷施化学农药的庇护所可以消灭棉铃虫蛹。消灭棉铃虫蛹的基本原则，主要是基于大田试验所形成的棉铃虫滞育诱导和发生模型的预测结果，即将要进入或正处于滞育阶段的幼虫数量进行制定的。为了确保在大田中只有那些可能具有高抗性风险并且处于滞育阶段的幼虫被消灭，第3代抗虫棉的落叶期被作为消灭蛹主要的界定指标之一。当地3月31日作为50%棉铃虫幼虫可能进入滞育期的平均日期，第3代抗虫棉在上述日期之前落叶的地区建议消灭棉铃虫蛹，同时确保Bt棉田表层10 cm土壤中的蛹全部被消灭。在昆士兰州南部，针对受损的第2代抗虫棉，经由孟山都公司确认后，在一年中的任一季节直到收获季节都不得补种，其中2月28日之前销毁的抗虫棉地区无需再消灭蛹，在2月28日或者之后销毁的抗虫棉必须消灭蛹。在昆士兰州中部棉花生长后期棉铃虫蛹并不留在土壤中，而是在化蛹后的15 d内羽化。在这种温暖地区，消灭棉铃虫蛹效果并不明显；在棉花收获时节种植诱集作物如鹰嘴豆，则效果较好，此时，棉铃虫成虫将被诱集到诱集作物上产卵，卵和幼虫阶段持续30 d以上，待棉花收获后，将诱集作物摧毁，棉铃虫蛹即无法存活。

2　第2代抗虫棉庇护所技术

第2代抗虫棉的种植者需要种植庇护作物[14]。所有庇护作物的选择都是基于10%的未喷施化学农药的常规棉或其等效物（表1～表2）。不管第2代抗虫棉的灌溉制度如何，棉花生长期间庇护作物必须得以充分灌溉，以便吸引棉铃虫。

表1　灌溉、干旱土地BollgardⅡ棉花庇护所的选择

表2　昆士兰州中部种植BollgardⅡ对陷阱作物的要求

庇护作物必须合理种植和管理，以确保在第2代抗虫棉生长期间，这些作物能够引诱棉铃虫。（1）灌溉庇护所的要求：所有的庇护作物最好在第2代抗虫棉种植前2周内种植完毕；如果实在无法完成，允许在第2代抗虫棉开始种植当天的前3周内完成足够数量庇护作物的种植；在以上2种情况之后，如果还有另外的第2代抗虫棉种植，这时就必须在第2代抗虫棉种植后的2周内尽快补充种植庇护作物。（2）干旱庇护所的要求：①所有的庇护作物必须在第2代抗虫棉种植前的2周内种植完毕；②为保证庇护作物——鹰嘴豆能够正常发芽出苗，只有待土壤温度达到17℃，同时湿度达到一定水平的条件下才能种植，如土壤温度等外界条件不能满足鹰嘴豆的正常出苗，必须在上述限定的时间内补种替代作物；③一旦第2代抗虫棉进入开花期，相应的庇护所必须停止田间的整理耕种工作，因为该阶段如果继续使用除草剂等田间管理措施，会在无意中杀死敏感棉铃虫的蛹。

3　第3代抗虫棉庇护所技术

第3代抗虫棉的种植者需要种植能够产生大量未经Cry1Ac、Cry2Ab和Vip3A蛋白选择的棉铃虫成虫庇护作物。所有庇护作物的选择都是基于5%的未喷施化学农药的常规棉或其等效物的要求（表 3～表 5）[10]。

表3　灌溉和干旱地区BollgardⅢ棉花庇护所的选择

表4　10月31日后昆士兰中部灌溉和干旱地区BollgardⅢ棉花庇护所的选择

表5　昆士兰州中部晚夏鹰嘴豆陷阱作物的要求

以上抗性治理技术的成功实施离不开澳大利亚棉花研究发展公司投资的工业基金监管项目以及与主要研究机构的合作，也离不开孟山都公司每年投资设置的监管项目的支持。这些农业机构的工作和项目的开展一直致力于鉴定和监管澳大利亚地区棉田可能发生的潜在抗性事件。农业公司、机构与科研人员的通力配合及共同努力是澳大利亚能够成功实施抗虫棉抗性治理的关键。

参考文献：

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[4]中国棉花杂志社.澳大利亚棉花品种Sicot 71BRF效益显著[J].中国棉花，2011，38(11)：36.

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[14]Ceeney S.Preamble to the resistance management plans(RMP)for Bt cotton 2017-18[R]//Cotton Pest Management Guide 2017-18.Australian Government Cotton Research and Development Corporation,2017:67-82.