应用高剂量/庇护所策略管理Bt作物抗性的三个基本假设:综述与展望

目前,抗虫转基因作物的抗性管理方法主要是高剂量/庇护所策略。该策略的有效性取决于3个基本的假设条件:(1)抗虫转基因作物(Bt作物)表达出高剂量的杀虫蛋白,该剂量使得靶标害虫对Bt杀虫蛋白的抗性表现型为功能性完全隐性或近于完全隐性,进而使得Bt作物可以杀死几乎所有的抗性杂合个体和所有的敏感性个体;(2)靶标害虫种群的Bt抗性基因起始频率处于很低的水平;(3)源自转基因作物田和非转基因作物田(庇护所)的成虫在田间随机混合并交配。这3个假设必须同时满足,缺一不可。本文就这3个假设的理论基础和经验研究的进展进行了综合论述,并着重讨论了随机交配假设的最新研究进展以及今后的研究方向和方法。

“高剂量/庇护所”策略在Bt玉米靶标害虫抗性治理中的应用及成效

为解决玉米生产中面临的重大虫害、草害及粮食安全等问题,我国正在有序推进Bt玉米的商业化种植。然而,靶标害虫对Bt作物的抗性演化是影响其可持续应用的最大威胁。“高剂量/庇护所”策略已在全球被广泛应用以延缓害虫抗性演化。本文简要介绍了“高剂量/庇护所”策略的理论基础及庇护所实施的主要形式,概述了全球五大Bt玉米种植国美国、巴西、阿根廷、南非和加拿大“高剂量/庇护所”策略应用的法规制定、庇护所实施的具体要求和种植者的履行情况,总结了“高剂量/庇护所”策略在主要Bt玉米种植国实施的成功经验,分析了害虫抗性治理失败的教训。该研究可为我国转Bt基因抗虫玉米的产业化应用和害虫抗性管理提供重要技术支撑和理论指导。

昆虫对Bt抗性的适合度代价及其与抗性治理策略的关系

由于昆虫对Bt毒素抗性的发展,不利于Bt制剂和Bt转基因作物的长期有效使用。但是昆虫对Bt抗性的产生常伴有适合度代价,这种代价能够延缓或阻碍抗性等位基因的发展。许多研究已经证明,有分属鳞翅目、鞘翅目以及双翅目的昆虫Bt抗性品系存在适合度代价。适合度代价往往会受生态因素的影响。而且,昆虫适合度代价的产生与其抗性机制密切相关。庇护所策略延缓抗性发展的能力不仅与敏感种群与抗性种群能否自由交配有关,还与适合度代价的大小及抗性基因的显隐性等因素有关。适合度代价的研究对探讨抗性发展规律以及完善抗性治理策略是非常重要的。本文从适合度代价与抗性发展、抗性机制和抗性治理的关系等方面的进行综述,为发展Bt抗性治理策略提供参考依据。

澳大利亚抗虫棉抗性风险治理策略

主要阐述了澳大利亚实施抗虫棉抗性风险治理的具体策略,供我国抗虫棉抗性治理参考。针对其庇护作物的选择、种植区域以及要求,自生苗和截根苗的控制,空窗期和叶面喷施Bt制剂的限制,农作物残留物的销毁等措施进行了详细介绍;对其第2代和第3代抗虫棉的庇护所策略进行了总结。

Cry1Ac杀虫蛋白对甜菜夜蛾飞行能力的影响

转Bt基因作物上害虫取食Bt杀虫蛋白后存活并羽化的成虫飞行能力对于其飞离Bt作物,寻找庇护所中敏感个体进行交配、产卵,从而稀释抗性基因频率,实现"高剂量/庇护所"抗性治理策略具有重要意义。本文对取食含不同浓度Cry1Ac杀虫蛋白人工饲料的初羽化(未取食补充营养)甜菜夜蛾飞行能力进行了测试,结果表明,幼虫取食含25、50、100μg/g和200μg/g Cry1Ac杀虫蛋白人工饲料存活并羽化的成虫飞行距离、飞行速度和飞行时间均差异显著(p<0.05)。取食含较低浓度Cry1Ac杀虫蛋白(25μg/g和50μg/g)的人工饲料有促进成虫飞行的倾向,尽管与取食不含Cry1Ac杀虫蛋白的对照相比,成虫飞行距离、飞行速度和飞行时间均未达到显著增加的水平,但强飞行个体比例明显增加。随着饲料中Cry1Ac杀虫蛋白浓度的升高,羽化的成虫飞行能力显著下降。雄蛾飞行能力下降的程度比雌蛾更加明显。这些数据为转Bt基因作物上迁飞性害虫的种群动态规律及其潜在的抗性治理策略提供了科学依据。

害虫对Bt抗性遗传方式的研究进展

转Bt作物现已在全球广泛种植,并在美国和中国等国家已种植达十余年,目前尚无报道田间害虫对Bt作物产生抗性。高剂量/庇护所策略被广泛用于转Bt作物中,以延缓害虫对Bt作物的抗性进化。该策略的前提条件是与抗性遗传方式密切相关。本文在简要介绍害虫抗药性遗传方式的研究方法的基础上,对目前关于害虫对Bt抗性遗传方式的研究进展进行归纳分析,并讨论了抗性遗传方式在高剂量∕庇护所策略中的应用。