苏云金杆菌和麦蛾柔茧蜂对印度谷螟的联合控制作用研究

论文摘要

许多发展中国家都面临着严重的粮食短缺问题。而这些国家又不能很好的防治在粮食储存过程中发生的微生物、脊椎动物以及昆虫。据估计,在世界范围内每年由于昆虫为害而造成的损失为粮食储藏量的5%。印度谷螟Plodiainterpunctella（Hübner）以幼虫为害各种粮食及其加工品、豆类、油料、干果、干菜、奶粉、蜜饯果品、烟叶、药材等中成药,是极重要的初期性害虫,分布世界各地,其防治仍然依赖化学农药,近年尽管有部分试用苏云金杆菌和天敌昆虫防治,但又有报道印度谷螟同样能对苏云金杆菌产生抗性。目前还没有苏云金杆菌和天敌联合控制印度谷螟的研究报道。为更好利用印度谷螟生物防治因子,我们开展本研究,主要研究内容和结果如下:本研究通过筛选获得对印度谷螟高毒力苏云金杆菌,并分析了其杀虫晶体蛋白及其基因型组成。首次系统研究了印度谷螟幼虫龄期与食料庇护对麦蛾柔茧蜂（Habrobracon hebetor Say）寄生率的影响,考察了苏云金杆菌和麦蛾柔茧蜂对印度谷螟的联合控制作用。分析了苏云金杆菌对天敌麦蛾柔茧蜂的影响。同时还研究了麦蛾柔茧蜂的搜索行为与利它素。这些研究结果将有利于阐明苏云金杆菌对印度谷螟的控制潜力,不仅为印度谷螟的生物防治提供高毒力苏云金杆菌,而且为制定印度谷螟生物防治方案奠定理论基础。因此,本研究对印度谷螟的生物防治具有重要的科学意义和实践意义。通过对在封闭环境中,麦蛾柔茧蜂对印度谷螟寄生过程中不同营养水平和寄主所处位置相互作用的研究,评估了食料庇护、寄主龄期及其两者互作对印度谷螟死亡率和麦蛾柔茧蜂羽化率的影响。结果表明,麦蛾柔茧蜂能寄生所有龄期的印度谷螟幼虫（1～4龄）,但低龄（1龄和2龄）幼虫被寄生的概率显著低于高龄（3龄和4龄）,3龄和4龄幼虫之间被寄生的概率没有显著性差异。在无选择条件下,24和48小时后只有龄期对麦蛾柔茧蜂的寄生率有显著的影响,而食料庇护及其两者互作对麦蛾柔茧蜂的寄生率无显著的影响。但是在选择条件下,24和48小时后龄期和食料庇护对麦蛾柔茧蜂的寄生率都有显著的影响。一般来说,低龄（1龄和2龄）幼虫在无选择条件下的被寄生率显著高于选择条件下的被寄生率。寄生率随着寄生时间的延长而升高,但4龄幼虫的寄生率无论何时都比其他龄期幼虫的寄生率高。在有食料庇护的情况下,印度谷螟幼虫的被寄生率较低。食料庇护和龄期的交互作用没有显著性差异说明,无论有无食料庇护,寄生率都随着虫龄的增长而升高。不同处理间,麦蛾柔茧蜂后代羽化的性比没有显著差异。无论何种处理,在有选择条件下的寄生蜂后代羽化数都比在无选择条件下的高。从上述结果可以看出,麦蛾柔茧蜂具有选择性和专一性的寄生行为,为麦蛾柔茧蜂应用释放提供理论依据。通过初步的生物测定,我评估了收集到的122株苏云金杆菌（Bt）对印度谷螟的毒性,筛选获得3株比标准株（B.thuringiensis subsp.kurstaki HD-1）对印度谷螟幼虫具有更强毒力的分离株。结果显示全部的Bt分离株能引起印度谷螟58.2%的死亡率,其中,13种分离株能引起90-100%的死亡率。结果,具有最高毒力（引起印度谷螟100%死亡率）的分离株属于H7,同时最低毒力的分离株属于H8,相同血清型的不同分离株对印度谷螟的毒力存在差异。在对122种Bt分离株的研究中,IMM-130,IMM-368和IMM-408这三种分离株对防治印度谷螟具高毒力（df=3,f=48.35,P＜0.001）,它们的LC50低于标准菌株HD-1。在标准菌株HD-1的LC50是8.48μg/ml的情况下,IMM-408、IMM-130和IMM-368的LC50分别为1.24、2.86和4.62μg/ml。其中以IMM-408的毒力最强。SDS-PAGE分析结果表明,和标准Bt菌株HD-1一样,IMM-130和IMM-368均包含135 kDa和65kDa的杀虫晶体蛋白,而IMM-408包含135kDa晶体蛋白,包括crylAb9,crylCal,crylDal和cry2基因。血清学检测表明IMM-130、IMM-368和IMM-408分别属于H3、H4和H7血清型。本研究评估了Bt和麦蛾柔茧蜂对印度谷螟的联合控制作用。Bt和麦蛾柔茧蜂引起印度谷螟幼虫的死亡率分别为41.67%和35.35%。Bt和麦蛾柔茧蜂联合使用时能引起86%的校正死亡率,显著高于其它的处理。Bt感染影响麦蛾柔茧蜂产卵和后代的发育,它在正常寄主上产的卵显著多于在被Bt感染的寄主上产的卵,用Bt和天敌联合防治后寄主产生的寄生蜂数少于不用Bt处理寄主产生的寄生蜂数。联合防治试验中麦蛾柔茧蜂幼虫的死亡率显著高于对照,产生的麦蛾柔茧蜂后代个体显著小于对照,但用联合防治和对照的麦蛾柔茧蜂后代发育历期没有显著差异,后代成虫的寿命也没有显著差异。对照处理的后代性比1:2.27（雄性:雌性）,显示雌性较多,而联合防治处理的后代性比也有相同的趋势。研究结果显示用Bt和寄生蜂联合防治印度谷螟比任何一种单一防治效果要好。最后,研究了麦蛾柔茧蜂雌虫对干净食料、幼虫取食过的食料、幼虫以及幼虫排泄物提取物的反应。结果显示,正己烷提取物能引起麦蛾柔茧蜂的寄生行为。幼虫排泄物提取物比其它提取物能显著刺激更多的寄生行为。寄生经验在寄生蜂寻觅寄主的过程中发挥了巨大作用,也就是和寄主接触过的寄生蜂雌虫对滤纸片的反映会比没有寄生经验的雌虫强烈。正己烷比丙酮、乙醚、甲醇更易溶解与印度谷螟相关物质的活性组分。用硅胶柱层析法分馏幼虫和幼虫排泄物的粗提物,各馏分再用麦蛾柔茧蜂雌虫检测,最能引起麦蛾柔茧蜂的寄生行为的馏分用气质联用（GC-MS）分析,两种馏分都有三个主要的波峰,结果显示提取物主要含有碳氢化合物。两种提取物的碳氢化合物都主要是饱和的长烷烃链（1,3二甲基苯、2-acyl-1,3-cyclohexanediones）。起作用的馏分中还包括其他的化学物质:甲苯、异三十烷、乙基环己烷、二十九烷和十六烷。这些结果显示,这些成分包含能引起麦蛾柔茧蜂搜寻和寄生行为的利他素类化学物质,而且这些混合物（利它素）将来可能被合成,并用于储藏物表面以提高麦蛾柔茧蜂的寄生率等印度谷螟生物防治实践。

论文目录

• ABSTRACT
• 中文摘要
• CHAPTER ONE GENERAL INTRODUCTION AND LITERATURE REVIEW
• 1.1 General introduction
• 1.2 Stored products and their environment
• 1.3 Postharvest food losses and causes
• 1.4 The Indianmeal moth
• 1.5 Trends in food storage and pest control
• 1.5.1 Cultural methods
• 1.5.2 Hygienic and sanitary measures
• 1.5.3 Structural methods
• 1.5.4 Grain protectants
• 1.5.5 Chemical control
• 1.5.6 Biological control in stored products
• 1.6 Bacillus thuringiensis
• 1.6.1 Application of Bacillus thuringiensis pesticides
• 1.6.2 Revised Bacillus thuringiensis insecticidal crystal protein
• 1.7 Habrobracon hebetor Say
• 1.8 Combination of two or more biological control techniques
• 1.9 Dissertation objectives
• CHAPTER TWO GENERAL MATERIALS AND METHODS
• 2.1 Bacillus thuringiensis strains
• 2.2 Collection and rearing of test insects
• 2.3 Preparation of artificial diet
• CHAPTER THREE PARASITISM AND HOST-LOCATION PREFERENCE IN HABROBRACON HEBETOR（HYMENOPTERA:BRACONIDAE）:ROLE OF REFUGE,CHOICE AND HOST-INSTAR
• 3.1 Introduction
• 3.2 Material and methods
• 3.2.1 Collection and rearing of test insects
• 3.2.2 Experimental procedures
• 3.2.3 Data analysis
• 3.3 Results
• 3.3.1 Effect factors on parasitism by Habrobracon hebetor
• 3.3.2 Effects of Host-instars on Habrobracon hebetor Progeny
• 3.4 Discussion
• CHAPTER FOUR RESPONSE OF PLODIA INTERPUNCTELLA（LEPIDOPTERA:PYRALIDAE）TO TREATMENTS WITH DIFFERENT STRAINS OF BACILLUS THURINGIENSIS
• 4.1 Introduction
• 4.2 Material and methods
• 4.2.1 Insect culture
• 4.2.2 Bacillus thuringiensis strains
• 4.2.3 Bioassays
• 4.2.4 Serological tests
• 4.2.5 DNA extraction,PCR and SDS-PAGE
• 4.2.6 Statistical analysis
• 4.3 Results
• 4.3.1 Insect bioassay and toxicity
• 4.3.2 Characterization of isolates with high toxicity to Indianmeal moth
• 4.4 Discussion
• CHAPTER FIVE EFFECT OF BACILLUS THURINGIENSIS ON HABROBRACON HEBETOR DURING COMBINE BIOLOGICAL CONTROL OF PLODIA INTERPUNCTELLA
• 5.1 Introduction
• 5.2 Materials and methods
• 5.2.1 Collection and rearing of test insects
• 5.2.2 Bacillus thuringiensis strains and media
• 5.2.3 Purification of Bacillus thuringiensis spores and crystals
• 50) to Plodia interpunctella'>5.2.4 Preliminary assay of 50%lethal concentrations(LC₅₀) to Plodia interpunctella
• 5.2.5 Host（Plodia interpunctella） location and acceptance by Habrobracon hebetor
• 5.2.6 Effect of combining Bacillus thuringiensis with Habrobracon hebetor for control of Plodia interpunctella
• 5.2.7 Statistical analysis
• 5.3 Results
• 50) to Plodia interpunctella'>5.3.1 Preliminary assay of 50%lethal concentrations(LC₅₀) to Plodia interpunctella
• 5.3.2 Host（Plodia interpunctella） location and acceptance by Habrobracon hebetor
• 5.3.3 Effect of varying treatments on Plodia interpunctella mortality
• 5.3.4 Effect of Bacillus thuringiensis-intoxicated hosts on Habrobracon hebetor progeny development
• 5.4 Discussion
• 5.4.1 Mortality effect of treatments on Plodia interpunctella
• 5.4.2 Influence of Bacillus thuringiensis-intoxicated hosts on Habrobracon hebetor development
• CHAPTER SIX KAIROMONE EXTRACTED FROM FRASS AND LARVA OF INDIANMEAL MOTH,ELICITS OVIPOSITION BEHAVIOUR IN HABROBRACON HEBETOR
• 6.1 Introduction
• 6.2 Methods and materials
• 6.2.1 Collection and rearing of insects
• 6.2.2 Extraction
• 6.2.3 Isolation and identification
• 6.2.4 Thin-layer chromatography
• 6.2.5 Gas chromatography
• 6.2.6 Gas Chromatography-Mass Spectrometry
• 6.2.7 Testing effects on parasitization rates on P.interpunctella-related materials
• 6.2.8 Responses of the parasitoid to extracts of materials from P.interpunctella
• 6.2.9 Behavioral responses of female parasitoids to isolates from P.interpunctella-related materials
• 6.2.10 Statistical analyses
• 6.3 Results
• 6.3.1 Response of Habrobracon hebetor females to Plodia interpunctella-related materials
• 6.3.2 Response of Habrobracon hebetor females to extracts from Plodia interpunctella-related materials
• 6.3.3 Response of Habrobracon hebetor females to fractions isolated from frass or larva of Plodia interpunctella
• 6.3.4 Identification of hexane soluble active fraction isolated from frass and fifth instar larva of Plodia interpunctella
• 6.4 Discussion
• 6.4.1 Response to Plodia interpunctella related materials by Habrobracon hebetor
• 6.4.2 Effect of extraction solvents and the response of Habrobracon hebetor to extracts from Plodia interpunctella-related materials
• 6.4.3 Active compounds identification from fraction isolated from frass and fifth instar larva of Plodia interpunctella
• GENERAL CONCLUSIONS AND RECOMMENDATIONS
• LITERATURES CITED
• ACKNOWLEDGEMENTS
• ARTICLES PUBLISHED DURING THE PHD PROGRAM