新疆不同生态区下棉铃虫对Bt棉花耐受性差异的机制研究

Cotton bollworm [CBW, Helicoverpa armigera (Hübner)] has been effectively suppressed by area-wide Bt cotton adoption in Xinjiang, but has the potential to develop the resistance to Bt cotton. Based on the relative studies on Bt resistance of CBW worldwide and the status of Bt cotton planting in Xinjiang, at 15-20 cotton planting areas in Xinjiang, we will monitor CBW tolerance to Bt cotton using F1/F2 method, and evaluate the function of different host crops as the natural refuge of CBW by investigating the planting rate of different crops and the density of CBW in each crop per generation, and measure the activity of proteases and detoxifying enzymes in the CBW midgut, then explore the major genes relative to Bt resistance of CBW. By above-mentioned studies, we will evaluate CBW tolerance of different geographical populations, and analyze the major factors resulting in different tolerance to Bt cotton, then develop biochemical and molecular techniques for monitoring CBW tolerance in Xinjiang. All these are available for developing the strategy of Bt resistance management of CBW in Xinjiang.

新疆Bt棉花的大面积种植有效控制了靶标害虫棉铃虫，但也带来了棉铃虫对Bt棉花产生抗性的潜在风险。本项目基于近年来国内外对Bt抗性的研究进展、新疆Bt棉花种植分布现状和前期抗性监测基础，利用F1/F2代法监测新疆不同地区棉铃虫种群对Bt棉花的耐受性，评估棉铃虫对Bt耐受性的地区间差异；调查不同地区各种寄主作物的种植比例和各代次棉铃虫种群的发生密度，评价棉铃虫的寄主来源和不同寄主作物的庇护所功能；通过主要蛋白酶和解毒酶酶活测定，解析不同地区棉铃虫中肠酶活性差异与其耐受性的相关性；采用DNA分子技术筛选棉铃虫不同地理种群抗性基因，明确新疆棉铃虫种群产生耐受性的关键基因。通过本项目研究，对新疆不同地区棉铃虫种群的Bt耐受性进行评价，从生态、生化和分子多重角度解析棉铃虫自然种群产生耐受性的影响因素，探索出适于新疆棉铃虫种群耐受性的监测技术，为制定新疆Bt棉花靶标害虫抗性综合治理策略提供理论依据。

新疆Bt棉花大面积种植有效控制了棉铃虫，但也带来了棉铃虫对Bt棉产生抗性的潜在风险.本项目利用F1/F2代单雌系代法，发现库尔勒棉铃虫种群F1代平均相对发育级别从0.539、0.572、0.565到0.542，未筛选到相对平均发育级别≥0.8的个体，估算出抗性频率低于10-3。同时利用F1代生物测定法，发现不同地区棉铃虫种群Bt耐受性首先依次表现为哈密种群（3.90倍）、阿克苏种群（2.81倍）、喀什种群（2.81倍）、博乐种群（1.72倍）、石河子种群（1.09倍）和昌吉种群（1.00倍），随后博乐种群（4.36-4.81倍）、石河子种群（2.18-2.36倍）、昌吉种群（1.72-2.00倍）和库尔勒种群（1.90-3.45倍）持续上升，阿克苏种群（2.90-2.54倍）、喀什种群（2.63-2.54倍）和哈密种群（3.54-1.54倍）持续下降，至2018年趋于接近（1.72-2.00倍），仅库尔勒种群相对较高（2.72倍）。结果表明不同地区棉铃虫种群对Bt棉耐受性有差异，但仍表现为敏感。通过调查不同地区寄主作物的种植比例和各代次棉铃虫种群发生密度，发现棉铃虫主要在非Bt作物上危害，不同地区棉花的种植面积呈下降趋势，不同地区棉花和非棉花作物占比不同，库尔勒的棉花占比最大（95.20%），喀什占比较小（44.20%），博乐的非棉花作物占比最大（43.98%），库尔勒占比少（3.08%）。通过对全疆田间棉铃虫种群的蛋白酶和解毒酶酶活测定，发现蛋白酶和解毒酶酶活性变化趋势无明显规律；通过DNA分子检测技术筛选了棉铃虫种群的钙粘蛋白、氨肽酶和转运蛋白抗性基因，目前尚未发现棉铃虫种群产生耐受性的关键基因。利用线粒体DNA保守序列CO1（cytochrome c oxidase subunit I）进行棉铃虫遗传结构分析，分析AMOVA和FST，发现棉铃虫种群的遗传结构无明显变化，不受地理隔离，寄主作物和单双子叶作物影响，棉铃虫种群间存在基因流.因此，作物种植多样化丰富了棉铃虫的食物来源，避免了棉铃虫的取食压力，不同作物种植结构调整影响了棉铃虫种群对Bt棉的耐受性，减少了棉铃虫种群产生抗性的机率，使得新疆棉铃虫种群处于较低的耐受性水平,在Bt棉种植下天然天然庇护所策略为延缓棉铃虫种群抗性起到非常重要的作用。