人類活動(dòng)諸如溫室氣體排放等造成的氣候變化已經(jīng)威脅到全球糧食安全，農(nóng)藥的大量使用也給人類健康和生態(tài)環(huán)境帶來了風(fēng)險(xiǎn)。這兩個(gè)看似不相關(guān)的事件，卻息息相關(guān)。中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所在《自然通訊》在線發(fā)表了最新研究論文，首次發(fā)現(xiàn)氣候變化可通過擴(kuò)大害蟲的越冬分布范圍促進(jìn)害蟲抗藥性的發(fā)展。而這會(huì)使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)遭受因氣候變化帶來的害蟲分布范圍擴(kuò)大和農(nóng)藥抗性增強(qiáng)的雙重打擊，導(dǎo)致害蟲防治強(qiáng)度增加，進(jìn)而帶來更大的經(jīng)濟(jì)損失。小菜蛾是全球?yàn)楹ψ顕?yán)重的農(nóng)業(yè)害蟲之一，每年對十字花科作物造成的損失超過40億美元。小菜蛾防治難，源于其抗藥性強(qiáng)，據(jù)IRAC統(tǒng)計(jì)它至少能抵抗97種殺蟲劑。
文章作者馬春森研究員介紹，“小菜蛾越冬和抗藥性是否關(guān)聯(lián)這個(gè)疑問，源自于10多年前在公主嶺、武漢、河南等地的田間調(diào)查工作，當(dāng)注意到中國長江以南地區(qū)小菜蛾抗藥性問題嚴(yán)重，而在北方小菜蛾無法越冬的地區(qū)幾乎沒有聽說過抗藥性問題時(shí)，意識到小菜蛾抗藥性與越冬存活可能存在關(guān)聯(lián)。但當(dāng)時(shí)害蟲分布和抗藥性問題通常是被獨(dú)立研究的，兩者之間是否關(guān)聯(lián)并不清楚。我很關(guān)心小菜蛾的越冬問題，這不僅是第二年春季小菜蛾蟲源基數(shù)的問題，而且如果在越冬地區(qū)，小菜蛾全年發(fā)生會(huì)快速進(jìn)化出抗藥性”。
為了準(zhǔn)確預(yù)測氣候變化下小菜蛾的越冬范圍，研究團(tuán)隊(duì)通過室內(nèi)模擬和田間驗(yàn)證，解析出制約小菜蛾越冬的關(guān)鍵氣候因子，即低溫積溫日度（冬季日均溫11°C以下的積溫），并構(gòu)建出低溫日度模型。馬春森介紹，“自然界復(fù)雜氣候環(huán)境下，低溫日度模型能解釋62.1%的存活率，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過以往的低溫存活模型。這么高的準(zhǔn)確度，主要是該模型準(zhǔn)確地模擬了決定小菜蛾低溫死亡的過程，即長期低溫?fù)p傷，而不是在極低溫度下凍傷。除此之外，低溫積溫日度這個(gè)氣候因子很容易從過去的氣候數(shù)據(jù)和未來的情景中獲得。”我國河南省是小菜蛾越冬的“邊緣”地帶。在過去50年里，氣候變化使全球小菜蛾的越冬分布面積擴(kuò)大了240萬平方公里；未來平均氣溫每上升1℃，將導(dǎo)致越冬分布擴(kuò)大約220萬平方公里。
小菜蛾越冬存活最優(yōu)模型和田間驗(yàn)證
馬春森說，“小菜蛾越冬研究的發(fā)現(xiàn)，加上對全球40年1806條小菜蛾抗藥性的大數(shù)據(jù)分析，揭示了氣候變化如何影響了全球小菜蛾的抗藥性分布”。結(jié)果表明，越冬區(qū)小菜蛾的抗藥性是非越冬區(qū)的158倍。馬春森解釋，“在非越冬區(qū)，冬季種群要么死亡，要么遷出到更溫暖的地區(qū)。第二年春季種群是一個(gè)混合種群，這些個(gè)體從使用不同類型殺蟲劑的多個(gè)地區(qū)遷入，因而，在當(dāng)?shù)乜顾幮詿o法跨季節(jié)累積進(jìn)化。相反，越冬區(qū)種群全年發(fā)生，可以快速積累抗性基因”。
該研究指出，生產(chǎn)過程中應(yīng)調(diào)整害蟲管理策略來適應(yīng)不同地區(qū)害蟲冬季存活的差異。在常年越冬區(qū)，提倡使用綠色防控技術(shù)，并交替使用作用機(jī)理不同的農(nóng)藥來治理，而在非越冬區(qū)盡可能使用與越冬區(qū)作用機(jī)理不一樣的農(nóng)藥，以便減緩抗藥性的發(fā)展。
中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所是本研究的第一單位，馬春森研究員為第一作者和通訊作者，張薇副研究員同為通訊作者，彭宇、馬罡、朱亮為共同作者。美國Rice University的Volker Rudolf教授為本文做出了貢獻(xiàn)。山西農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院的趙飛、邢鯤，湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院的常向前，國家氣象信息中心的楊和平為本文的共同作者。研究得到國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（31471764, 31620103914 和31501630）的支持。
小菜蛾越冬存活最優(yōu)模型和田間驗(yàn)證
小菜蛾抗藥性在中國和全球越冬區(qū)，零星越冬區(qū)和非越冬區(qū)的分布
文章鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-021-25505-7
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