人類活動諸如溫室氣體排放等造成的氣候變化已經威脅到全球糧食安全，農藥的大量使用也給人類健康和生態環境帶來了風險。這兩個看似不相關的事件，卻息息相關。中國農業科學院植物保護研究所在《自然通訊》在線發表了最新研究論文，首次發現氣候變化可通過擴大害蟲的越冬分布范圍促進害蟲抗藥性的發展。而這會使農業生產遭受因氣候變化帶來的害蟲分布范圍擴大和農藥抗性增強的雙重打擊，導致害蟲防治強度增加，進而帶來更大的經濟損失。小菜蛾是全球為害最嚴重的農業害蟲之一，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，據IRAC統計它至少能抵抗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聯這個疑問，源自于10多年前在公主嶺、武漢、河南等地的田間調查工作，當注意到中國長江以南地區小菜蛾抗藥性問題嚴重，而在北方小菜蛾無法越冬的地區幾乎沒有聽說過抗藥性問題時，意識到小菜蛾抗藥性與越冬存活可能存在關聯。但當時害蟲分布和抗藥性問題通常是被獨立研究的，兩者之間是否關聯并不清楚。我很關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的問題，而且如果在越冬地區，小菜蛾全年發生會快速進化出抗藥性”。
為了準確預測氣候變化下小菜蛾的越冬范圍，研究團隊通過室內模擬和田間驗證，解析出制約小菜蛾越冬的關鍵氣候因子，即低溫積溫日度（冬季日均溫11°C以下的積溫），并構建出低溫日度模型。馬春森介紹，“自然界復雜氣候環境下，低溫日度模型能解釋62.1%的存活率，這遠遠超過以往的低溫存活模型。這么高的準確度，主要是該模型準確地模擬了決定小菜蛾低溫死亡的過程，即長期低溫損傷，而不是在極低溫度下凍傷。除此之外，低溫積溫日度這個氣候因子很容易從過去的氣候數據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大了240萬平方公里；未來平均氣溫每上升1℃，將導致越冬分布擴大約220萬平方公里。
小菜蛾越冬存活最優模型和田間驗證
馬春森說，“小菜蛾越冬研究的發現，加上對全球40年1806條小菜蛾抗藥性的大數據分析，揭示了氣候變化如何影響了全球小菜蛾的抗藥性分布”。結果表明，越冬區小菜蛾的抗藥性是非越冬區的158倍。馬春森解釋，“在非越冬區，冬季種群要么死亡，要么遷出到更溫暖的地區。第二年春季種群是一個混合種群，這些個體從使用不同類型殺蟲劑的多個地區遷入，因而，在當地抗藥性無法跨季節累積進化。相反，越冬區種群全年發生，可以快速積累抗性基因”。
該研究指出，生產過程中應調整害蟲管理策略來適應不同地區害蟲冬季存活的差異。在常年越冬區，提倡使用綠色防控技術，并交替使用作用機理不同的農藥來治理，而在非越冬區盡可能使用與越冬區作用機理不一樣的農藥，以便減緩抗藥性的發展。
中國農業科學院植物保護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。山西農業大學植物保護學院的趙飛、邢鯤，湖北省農業科學院的常向前，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基金項目（31471764, 31620103914 和31501630）的支持。
小菜蛾越冬存活最優模型和田間驗證
小菜蛾抗藥性在中國和全球越冬區，零星越冬區和非越冬區的分布
文章鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-021-25505-7
日期：2021-09-26
文章作者馬春森研究員介紹，“小菜蛾越冬和抗藥性是否關聯這個疑問，源自于10多年前在公主嶺、武漢、河南等地的田間調查工作，當注意到中國長江以南地區小菜蛾抗藥性問題嚴重，而在北方小菜蛾無法越冬的地區幾乎沒有聽說過抗藥性問題時，意識到小菜蛾抗藥性與越冬存活可能存在關聯。但當時害蟲分布和抗藥性問題通常是被獨立研究的，兩者之間是否關聯并不清楚。我很關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的問題，而且如果在越冬地區，小菜蛾全年發生會快速進化出抗藥性”。
為了準確預測氣候變化下小菜蛾的越冬范圍，研究團隊通過室內模擬和田間驗證，解析出制約小菜蛾越冬的關鍵氣候因子，即低溫積溫日度（冬季日均溫11°C以下的積溫），并構建出低溫日度模型。馬春森介紹，“自然界復雜氣候環境下，低溫日度模型能解釋62.1%的存活率，這遠遠超過以往的低溫存活模型。這么高的準確度，主要是該模型準確地模擬了決定小菜蛾低溫死亡的過程，即長期低溫損傷，而不是在極低溫度下凍傷。除此之外，低溫積溫日度這個氣候因子很容易從過去的氣候數據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大了240萬平方公里；未來平均氣溫每上升1℃，將導致越冬分布擴大約220萬平方公里。
小菜蛾越冬存活最優模型和田間驗證
馬春森說，“小菜蛾越冬研究的發現，加上對全球40年1806條小菜蛾抗藥性的大數據分析，揭示了氣候變化如何影響了全球小菜蛾的抗藥性分布”。結果表明，越冬區小菜蛾的抗藥性是非越冬區的158倍。馬春森解釋，“在非越冬區，冬季種群要么死亡，要么遷出到更溫暖的地區。第二年春季種群是一個混合種群，這些個體從使用不同類型殺蟲劑的多個地區遷入，因而，在當地抗藥性無法跨季節累積進化。相反，越冬區種群全年發生，可以快速積累抗性基因”。
該研究指出，生產過程中應調整害蟲管理策略來適應不同地區害蟲冬季存活的差異。在常年越冬區，提倡使用綠色防控技術，并交替使用作用機理不同的農藥來治理，而在非越冬區盡可能使用與越冬區作用機理不一樣的農藥，以便減緩抗藥性的發展。
中國農業科學院植物保護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。山西農業大學植物保護學院的趙飛、邢鯤，湖北省農業科學院的常向前，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基金項目（31471764, 31620103914 和31501630）的支持。
小菜蛾越冬存活最優模型和田間驗證
小菜蛾抗藥性在中國和全球越冬區，零星越冬區和非越冬區的分布
文章鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-021-25505-7
日期：2021-09-26
