華北地區(qū)棉鈴蟲對2種Bt毒素抗性進化模型及模擬.pdf

1、棉鈴蟲Helicoverpa armigera(Hübner)是我國棉花上的主要害蟲，從1997年開始Bt抗蟲棉在我國華北地區(qū)廣泛種植，使棉鈴蟲種群得到了顯著抑制。目前種植的Bt抗蟲棉多為單價Bt棉（僅表達Cry1Ac毒素），轉(zhuǎn)單價Bt基因棉的Cry1Ac毒蛋白在植物體內(nèi)及各個營養(yǎng)器官中高劑量持續(xù)性的表達，提高了棉鈴蟲的選擇壓力，長期單一使用Bt抗蟲棉會使棉鈴蟲逐漸產(chǎn)生抗性?；蚶奂赢a(chǎn)品（同時表達2種或多種Bt毒素）能否在中國防治棉鈴蟲

2、的抗性需要進行更充分的評估，而利用計算機模型模擬轉(zhuǎn)兩種或多種Bt基因作物防治棉鈴蟲是必要選擇。因此本文根據(jù)華北地區(qū)田間生態(tài)環(huán)境將Bt作物分布、氣象數(shù)據(jù)、作物種植面積等生態(tài)因素與環(huán)境因素考慮在內(nèi)，進行建模并模擬田間棉鈴蟲種群的抗性進化水平。同時對棉鈴蟲種群在種植轉(zhuǎn)雙基因作物（同時表達Cry2Ab和Cry1Ac毒素）條件下的抗性進化水平進行模擬，以及棉鈴蟲對2種Bt毒素不存在或存在不同交互抗性機制時其抗性基因頻率的變化，旨在分析能否使用基因

3、累加策略來抑制或延緩棉鈴蟲的抗性。這將為預(yù)測田間棉鈴蟲種群的抗性發(fā)展趨勢、延緩棉鈴蟲抗性進化制定合理有效的策略提供有力的技術(shù)支撐。
　　模型假設(shè)棉鈴蟲對 Cry1Ac和 Cry2Ab毒素的抗性是受單基因常染色體控制，不完全隱性遺傳。通過建模，棉鈴蟲的抗性進化在其對Cry1Ac毒素的抗性顯性度為0.36、對Cry2Ab毒素抗性顯性度為0.39，對Cry1Ac抗性基因適合度代價0.19、對Cry2Ab抗性基因適合度代價0.05時得出理

4、想結(jié)果。將模型輸出結(jié)果與1997-2009年已有的田間棉鈴蟲抗性基因頻率監(jiān)測數(shù)據(jù)進行比較，模型模擬輸出結(jié)果中有7個預(yù)測值與實際監(jiān)測值之間存在顯著差異，即有25％（共28個數(shù)值）模擬預(yù)測結(jié)果失敗。表明有75％的預(yù)測結(jié)果是無差異的，說明此抗性進化模型模擬結(jié)果對大部分區(qū)的棉鈴蟲抗性模擬結(jié)果是準確的，可以用來預(yù)測棉鈴蟲的抗性發(fā)展。
　　根據(jù)模型模擬結(jié)果，目前僅種植Cry1Ac棉花且此種植比例模式下，不加任何轉(zhuǎn)其他Bt作物，華北地區(qū)棉鈴蟲對

5、Cry1Ac毒素的總體抗性基因頻率會隨時間的增長逐年上升，至2030年抗性基因頻率達到0.0160，比最初種植Bt棉花時棉鈴蟲的初始抗性基因頻率（0.0005）高達幾十倍。棉鈴蟲對 Cry2Ab毒素的抗性基因頻率仍保持在初始抗性基因頻率0.0005的水平。2013年在河南新鄉(xiāng)進行田間棉鈴蟲種群的抗性監(jiān)測。棉鈴蟲雌蟲所有家系在正常飼料上的平均發(fā)育級別在5.43~7.56之間，均值為6.66；在Cry1Ac飼料上的平均發(fā)育級別在2.09~5

6、.67之間，均值為3.72。根據(jù)F1代與F2代棉鈴蟲幼蟲抗性篩選結(jié)果，估算河南新鄉(xiāng)棉田棉鈴蟲種群抗性基因頻率為0.003151，仍處于敏感階段。
　　模型分析了不同顯性度對棉鈴蟲抗性基因頻率的影響。當(dāng)棉鈴蟲對 Bt毒素的抗性顯性度小于0.5，即不完全顯性或隱性時，不管種植單一Cry2Ab棉花還是雙Bt棉花，棉鈴蟲的抗性基因頻率處于較低水平，上升速度也較慢。當(dāng)棉鈴蟲對 Bt毒素的抗性顯性度大于0.5時，棉鈴蟲的抗性表現(xiàn)為顯性遺傳，隨

7、抗性顯性度的增加，棉鈴蟲的抗性基因頻率逐漸上升，速度較快。不同的抗性顯性度會導(dǎo)致棉鈴蟲的抗性基因頻率發(fā)生變化，顯性度越高，抗性基因頻率也會越大。
　　當(dāng)棉鈴蟲對2種Bt毒素不產(chǎn)生交互抗性時，種植不同比例的Cry2Ab棉花或玉米、（Cry1Ac+Cry2Ab）棉花或玉米時，種植25％和50％Cry2Ab棉花和50％、70％、100％雙Bt棉花能有效降低棉鈴蟲的抗性基因頻率。而種植Cry2Ab玉米和雙Bt玉米不能延緩棉鈴蟲的抗性。當(dāng)棉

8、鈴蟲對2種Bt毒素存在不同程度的交互抗性時，結(jié)果表明棉鈴蟲對2種Bt毒素存在10％和25％的交互比例時，使用Cry2Ab棉花和雙Bt棉花還能有效降低棉鈴蟲的抗性基因頻率。若棉鈴蟲對2種Bt毒素的交互抗性比例在50％以上，種植Cry2Ab棉花和雙Bt棉花亦不能延緩棉鈴蟲的抗性，即使用基因累加策略不能防治棉鈴蟲的抗性。
　　我國棉鈴蟲現(xiàn)在還未對單價 Bt棉產(chǎn)生明顯的抗性，但室內(nèi)經(jīng)過連續(xù)多代的篩選，發(fā)現(xiàn)棉鈴蟲具備對 Bt棉產(chǎn)生抗性的能力