季宇超,張麗萍,2*
(1.山西農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院,山西 太谷 030801;2.山西農(nóng)業(yè)大學(xué)棉花研究所,山西 運(yùn)城 044000)
1.1.1 蚜蟲 蚜蟲(aphid)俗稱膩蟲、蜜蟲,屬半翅目蚜科,為植食性刺吸式口器害蟲,世界各地均有分布,主要集中在溫帶和亞熱帶地區(qū)[1]。據(jù)報(bào)道,蚜蟲共有13 個(gè)科500 多屬近5 000 種,我國已發(fā)現(xiàn)1 000 種左右[2]。蚜蟲的寄主植物范圍廣,約267 科2 120 屬[3],主要為害棉花[4]、小麥[5]、蔬菜[6]、玉米[7]、油菜[8]、果樹[9]和花卉[10]等植物。蚜蟲分為有翅、無翅2 種類型,體色多為綠色、黃色等,孤雌生殖,世代重疊現(xiàn)象明顯,可在作物生育期內(nèi)多次發(fā)生[11],是世界上極具破壞性的農(nóng)業(yè)害蟲之一。
1.1.2 蚜蟲的為害 蚜蟲常聚集于植物嫩芽、花蕾等幼嫩部位,吸食植物汁液,損傷細(xì)胞,使植物營養(yǎng)缺失,生長發(fā)育受阻,甚至全株萎蔫枯死。蚜蟲為害時(shí),會在植物上分泌蜜露,誘發(fā)煤污病,影響葉片生理機(jī)能,使?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)積累減少,降低植物的產(chǎn)量和品質(zhì)[12]。同時(shí),蚜蟲傳播多種植物病毒,使植物生長畸形、枯死[13,14]。近年來,我國各地不同作物上均有蚜蟲為害,局部地區(qū)大發(fā)生,給農(nóng)作物產(chǎn)量和品質(zhì)造成了嚴(yán)重威脅。據(jù)報(bào)道,2002 年天津市靜??h玉米蚜大暴發(fā),全縣67%的玉米受害,蚜株率高達(dá)100%[15];2009 年河北省天氣悶熱潮濕,適合蚜蟲繁殖,導(dǎo)致80%~100%的棉花植株有蚜蟲分布[16];2018 年廣西省羅城縣甘蔗蚜蟲發(fā)生嚴(yán)重,減產(chǎn)率達(dá)13.6%~19.8%[17];2020 年河南省虞城縣小麥蟲田率達(dá)100%,嚴(yán)重地塊減產(chǎn)率高達(dá)50%[18]。2013 年山西省文水縣梨黃粉蚜大量發(fā)生,90%以上的梨失去商品價(jià)值[19];2019 年在山西黃芪主要種植區(qū),豆蚜和茄無網(wǎng)蚜對黃芪的為害率高達(dá)90%以上[20]。
目前,蚜蟲防治采用以化學(xué)防治為主,農(nóng)業(yè)防治、物理防治和生物防治為輔的綜合防治措施,主要使用的化學(xué)藥劑有氨基甲酸酯類、擬除蟲菊酯類、新煙堿類等。據(jù)報(bào)道,氟啶蟲胺腈懸浮劑施藥7 d 后,對黃瓜蚜蟲的防效為86.8%~99.7%[21];溴氰蟲酰胺可分散油懸浮劑和雙丙環(huán)蟲酯可分散液劑速效性好、持效期長,藥后第3、7 和14 天對西瓜蚜蟲的防效均在95%以上[22];6 種新煙堿類殺蟲劑對桃蚜的防效為89.40%~98.5%,其中5%吡蟲啉乳油防效最好,25%噻蟲嗪水分散粒劑防效最差[23];20%呋蟲胺可溶粒劑對甘蔗綿蚜的防效可達(dá)95%以上[24];20%氟啶蟲酰胺懸浮劑和25%吡蚜酮懸浮劑對新疆棉蚜和棉長管蚜的防效較好,用藥后第7 天蟲口減退率達(dá)90%以上[25]。
實(shí)踐證明,化學(xué)藥劑在防治田間蚜蟲、提高作物產(chǎn)量方面發(fā)揮了重要作用[26]。但長期大量使用傳統(tǒng)高毒化學(xué)農(nóng)藥,加上施藥方法不當(dāng)(如采用噴霧法等開放性用藥方式),不僅導(dǎo)致蚜蟲抗性提高,為害更加猖獗,還殺傷天敵,污染農(nóng)田環(huán)境。武銀玉等[27]研究表明,由于用藥頻率不同,山西省南部地區(qū)麥長管蚜對啶蟲脒、高效氯氰菊酯敏感,對抗蚜威、毒死蜱已經(jīng)產(chǎn)生低至中等水平的抗性;Slater Rusell 等[28]研究顯示,因長期使用新煙堿農(nóng)藥,法國南部和西班牙北部桃園的桃蚜種群均對新煙堿類藥劑產(chǎn)生了極高的抗性[28];帕提瑪·烏木爾汗等[29]研究表明,新疆6 個(gè)地區(qū)的瓜蚜對氧樂果有極高的抗性,最高達(dá)9 501 倍;黨志紅等[30]發(fā)現(xiàn),邯鄲地區(qū)棉蚜對丁硫克百威的抗性達(dá)80.5 倍,且多抗現(xiàn)象嚴(yán)重。郭志芯等[31]測定了4 種殺蟲劑對蚜蟲天敵——瓢蟲的毒性,結(jié)果顯示,24%溴蟲腈·甲維鹽懸浮劑對瓢蟲為高風(fēng)險(xiǎn),37%聯(lián)苯·噻蟲胺懸浮劑、45%吡蟲·蟲螨腈懸浮劑和20%甲維鹽·茚蟲威懸浮劑為極高風(fēng)險(xiǎn);申修賢[32]測定了5 種農(nóng)藥對食蚜癭蚊的毒性,結(jié)果顯示,多殺菌素對食蚜癭蚊為高風(fēng)險(xiǎn);陳小宇等[33]對山東省大田土壤和大棚土壤擬除蟲菊酯類農(nóng)藥的污染狀況進(jìn)行了測定與風(fēng)險(xiǎn)評價(jià),發(fā)現(xiàn)山東農(nóng)田土壤中高效氯氟氰菊酯、聯(lián)苯菊酯和氯氰菊酯含量較高,少數(shù)地方一些田塊具有生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。另外,在一些作物生長后期或生長發(fā)育關(guān)鍵時(shí)期使用化學(xué)農(nóng)藥,會造成過量的農(nóng)藥殘留,導(dǎo)致食品安全問題[34]。
種子處理指在播種前使用化學(xué)農(nóng)藥等對種子進(jìn)行處理的技術(shù),包括浸種、拌種和包衣3 種處理方式。研究表明,種子處理為一種隱蔽的施藥方法,不僅可以有效控制病蟲害,還可以減少用藥次數(shù)和用藥量,降低生產(chǎn)成本,保護(hù)天敵[35~37],且持效期長[38]。同時(shí),種子處理可以控制有害生物對作物苗期前的為害,促進(jìn)作物健康生長,提高種苗活力和抗逆性,達(dá)到增產(chǎn)的目的[39],受到廣大農(nóng)民的歡迎。
國外種子處理技術(shù)起步早。1750 年法國植物學(xué)家MCthier Tillet 首次利用鹽和石灰對小麥種子進(jìn)行處理,成功地減少了小麥黑穗病的發(fā)生[40]。1913 年德國人Riehm 第1 次用殺菌劑氯酚基汞處理種子。1926 年美國的Thornlon 和Canulee 首先提出種子包衣技術(shù)。1973 年第1 個(gè)內(nèi)吸性殺菌劑萎銹靈研制成功,開創(chuàng)了種子處理技術(shù)的新紀(jì)元。20 世紀(jì)80 年代薄膜包衣技術(shù)的出現(xiàn),促進(jìn)了種子處理技術(shù)的發(fā)展[41]。之后,美國、日本加緊開展種子包衣技術(shù)的研究,其他國家如荷蘭、新西蘭、澳大利亞、德國等也都積極開展了這方面的研究,種衣劑也由最早的農(nóng)藥型、藥肥型發(fā)展為目前的生物型和特異型。
近年來,先正達(dá)、拜耳、巴斯夫等農(nóng)用化學(xué)品公司先后開發(fā)推出了啶蟲脒、吡蟲啉、噻蟲胺等用于種子處理防治作物病蟲害的新煙堿類藥劑,取得了理想的防治效果。Bahlai 等[42]發(fā)現(xiàn),隨著新煙堿藥劑處理大豆種子面積的增大,美國各州蚜蟲暴發(fā)次數(shù)越來越少,范圍越來越小。Christian 等[43]和Eric 等[44]發(fā)現(xiàn),新煙堿藥劑種子處理可以有效抑制美國中西部和北部地區(qū)大豆蚜蟲的數(shù)量。印度卡納塔克邦施用70%吡蟲啉濕拌種劑防治紅花蚜蟲[45]。噻蟲嗪種子處理可以有效防治加拿大明尼蘇達(dá)州大豆蚜蟲[46]。目前,國外一些國家正在研究高效低毒型包衣劑、生物型包衣劑等。
我國種子處理技術(shù)與國外發(fā)達(dá)國家相比起步較晚。20 世紀(jì)50 年代,開始推廣使用拌種、浸種技術(shù)。20 世紀(jì)70 年代,沈陽化工研究院率先開展種衣劑的研究。20 世紀(jì)80 年代初,以李金玉教授為首的研究團(tuán)隊(duì)開始對種衣劑系列產(chǎn)品進(jìn)行研究[47]。1996 年農(nóng)業(yè)部提出實(shí)施“種子工程”,種子包衣技術(shù)迅速發(fā)展[48]。目前,我國登記的種子處理產(chǎn)品有1 377 個(gè),其中以蚜蟲為防治對象的產(chǎn)品有270 個(gè),主要登記作物為小麥、玉米、棉花等經(jīng)濟(jì)作物,超過70%的產(chǎn)品殺蟲活性成分為新煙堿類農(nóng)藥,其他成分還有甲拌磷、克百威等,但甲拌磷和克百威被禁止在蔬菜、瓜果、中草藥材以及甘蔗等作物上使用[49]。新煙堿類農(nóng)藥因具有高效、速效、低毒等特點(diǎn),被廣泛使用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。
國內(nèi)種子處理對蚜蟲的防治研究,集中在小麥、玉米、棉花等主要經(jīng)濟(jì)作物上。陳立濤等[50]研究顯示,用70%吡蟲啉種子處理可分散粉劑拌種對麥蚜具有較好防效,可使小麥產(chǎn)量明顯提高;劉媛等[51]發(fā)現(xiàn),27%苯醚·咯·噻蟲懸浮種衣劑拌種對小麥蚜蟲防效好,且對小麥具有增產(chǎn)效果。王昱等[52]研究表明,600 g/L懸浮種衣劑對玉米蚜蟲防效較好,且具有一定的保苗作用??鄥A拌種對棉花苗期害蟲(棉薊馬、蚜蟲)具有一定的防治效果,但對棉花生長和產(chǎn)量影響不顯著[53];新煙堿類殺蟲劑種子處理對苗期棉蚜有很好的防效[54]。王吉強(qiáng)[35]用吡蟲啉處理黃瓜種子,持效期長,且防效好。目前,尚無正式登記的種子處理劑來控制果蔬上的蚜蟲,殺蟲劑的使用以噴霧為主。
新煙堿類殺蟲劑是繼有機(jī)磷類、氨基甲酸酯類、擬除蟲菊酯類之后的第四大類殺蟲劑。其作用于昆蟲神經(jīng)系統(tǒng)突觸后膜的煙堿乙酰膽堿受體(nAChRs),使昆蟲興奮、麻痹然后死亡,與其他常規(guī)殺蟲劑無交互抗性[55]。新煙堿類農(nóng)藥是具有觸殺、胃毒、內(nèi)吸活性的高效、低毒、廣譜殺蟲劑,對半翅目、鱗翅目等害蟲防效優(yōu)異,在全世界得到了廣泛應(yīng)用。近年來,由于農(nóng)藥對環(huán)境和天敵的影響,新煙堿類殺蟲劑越來越多地以種子處理方式用于作物害蟲的防治[56],其中對吡蟲啉和噻蟲嗪等研究較多。國內(nèi)外學(xué)者在不同的作物上進(jìn)行了新煙堿類藥劑對蚜蟲防效的研究,結(jié)果表明,吡蟲啉和噻蟲嗪可以很好地防治作物早期蚜蟲為害[37,57~59]。
吡蟲啉為第1 代新煙堿類殺蟲劑,屬氯代煙堿殺蟲劑。其對蚜蟲天敵影響較小。研究表明,吡蟲啉拌種處理可以在一定程度上促進(jìn)小麥生長發(fā)育,使小麥增產(chǎn),雖然會造成一定的農(nóng)藥殘留,但符合國家安全標(biāo)準(zhǔn)[60]。在中國正式登記的吡蟲啉(包括原藥在內(nèi))產(chǎn)品有1 059 個(gè),其中以種子處理方式用于防治蚜蟲的產(chǎn)品有110 個(gè)。
噻蟲嗪為第2 代新煙堿類殺蟲劑,屬硫代煙堿殺蟲劑。其內(nèi)吸性強(qiáng),殘效期長,速效性好,對鳥和水生生物無毒,對一些鱗翅目害蟲的防治效果高于吡蟲啉[61]。李惠霞等[62]研究表明,噻蟲嗪種子包衣可以控制燕麥全生育期內(nèi)的蚜蟲為害,且在成熟子粒中未檢測到噻蟲嗪殘留。在我國正式登記的噻蟲嗪產(chǎn)品有426 個(gè),其中以種子處理方式用于防治蚜蟲的產(chǎn)品有60 個(gè)。
呋蟲胺為第3 代新煙堿類殺蟲劑,屬呋喃型煙堿殺蟲劑。其對哺乳動物和水生動物安全;對半翅目、鱗翅目和雙翅目等害蟲高效,與其他類殺蟲劑無交互抗性[63]。在我國正式登記的呋蟲胺產(chǎn)品有185 個(gè),其中以種子處理方式用于防治蚜蟲的產(chǎn)品有3 個(gè)。
化學(xué)防治是一種經(jīng)濟(jì)、高效的防治方法,在蚜蟲防治歷程中扮演著重要角色。但由于長期使用傳統(tǒng)化學(xué)農(nóng)藥以及不規(guī)范施藥,導(dǎo)致蚜蟲產(chǎn)生了不同程度的抗藥性,且殺傷天敵,藥劑使用量增加,生產(chǎn)成本提高,并造成藥害和環(huán)境污染。種子處理技術(shù)作為一種隱蔽的施藥方法,不僅可以減少用藥量和用藥次數(shù),降低對環(huán)境和天敵的影響,還可以延緩害蟲抗藥性的產(chǎn)生與發(fā)展,與噴霧等開放性施藥方法相比具有更環(huán)保、高效、安全和使用方便的優(yōu)點(diǎn),因此具有廣闊的應(yīng)用前景。
新煙堿類殺蟲劑內(nèi)吸性強(qiáng),對作物早期蚜蟲防效好,但由于長期不科學(xué)使用,導(dǎo)致蚜蟲對其產(chǎn)生了一定的抗藥性,降低了防治效果。在應(yīng)用時(shí),可以采取輪換使用殺蟲機(jī)制不同的農(nóng)藥以及使用具有增效作用的混配復(fù)配農(nóng)藥等方法,以延緩抗藥性的產(chǎn)生,目前,新煙堿類種子處理劑在防治小麥、玉米、棉花蚜蟲方面已經(jīng)發(fā)揮了重要作用,但在西瓜、蔬菜等作物上蚜蟲的防治和研究報(bào)道甚少,有待進(jìn)一步探討。
在研究過程中,還發(fā)現(xiàn)一些有防治蚜蟲潛力的物質(zhì),如硫胺素(維生素B1)[64]、菠菜甾醇和羊齒烯醇[65]等,但這些物質(zhì)對靶標(biāo)的活性、防治效果以及產(chǎn)品應(yīng)用的劑型正在進(jìn)一步研究中,尚未進(jìn)行開發(fā)應(yīng)用。