《Journal of Asia-Pacific Entomology》：Fipronil, fenpropathrin and lambda cyhalothrin application alters defense related biomolecules composition favoring the resurgence of chilli thrips (Scirtothrips dorsalis)
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T. Hemadri|M. Bheemanna|D. Srinivasa Reddy|Arunkumar Hosamani|R. Harischandra Naik|Saroja N. Rao|Nagaraj M. Naik|L. Rajesh Chowdary|Srikanth
T. Hemadri|M. Bheemanna|D. Srinivasa Reddy|Arunkumar Hosamani|R. Harischandra Naik|Saroja N. Rao|Nagaraj M. Naik|L. Rajesh Chowdary|Srikanth Barkeer|Keerthi Mc|B.L. Manisha|Wael Elmenofy|S.M. Kishore|Amged El-Harairy
印度卡纳塔克邦赖丘尔的农业科学大学，邮编584104
摘要
辣椒（Capsicum annuum L.）极易受到黄蓟马Scirtothrips dorsalis的侵害，这种害虫对辣椒的危害极大。滥用和反复使用杀虫剂常常会导致害虫再度泛滥。然而，关于杀虫剂如何改变植物防御相关生物分子以及影响辣椒中蓟马种群数量的研究还十分有限。本研究旨在评估10种杀虫剂在盆栽条件下对蓟马再度泛滥的影响，以及其对辣椒叶片中关键生化成分的变化作用。实验在2020年雨季和2021年夏季于赖丘尔的农业科学大学进行。共测试了10种杀虫剂，并采用标准方法分析辣椒叶片中的生化变化。氟虫腈、芬普罗帕特林和λ-氰戊菊酯会引发蓟马再度泛滥，同时显著降低植物中的防御相关生物分子，如黄酮类、酚类、单宁和叶绿素。相反，这些杀虫剂则会增加总糖、蛋白质和脯氨酸的含量。路径系数分析显示，蓟马再度泛滥与糖、蛋白质和脯氨酸含量升高呈正相关，而与叶绿素、单宁和酚类含量升高呈负相关。在所测试的10种杀虫剂中，氟虫腈、芬普罗帕特林和λ-氰戊菊酯显著改变了植物的生化状况，通过削弱植物防御能力并增加养分可利用性，促进了黄蓟马的再度泛滥。
引言
辣椒，即Capsicum annuum，是美洲最古老的农作物之一（Bosland和Votava，2012），在全球香料贸易中占比达17%（Ahmed，2000）。过去三十年来，辣椒尤其是辣味品种的产量和消费量均大幅上升（FAOSTAT，2023）。Smith（2015）指出，全球约有四分之一的人口每天食用辣椒。印度作为最大的辣椒生产国，其产量占全球总量的36%左右（FAOSTAT，2023），在印度料理中，无论是新鲜绿色还是干燥形式的辣椒都是不可或缺的调味料。然而，辣椒作物极易受到多种害虫和病害的侵害，即便采取了防护措施，产量损失仍可达26–40%（Islam等人，2020）。Heera Kumari（2024）指出，黄蓟马Scirtothrips dorsalis会导致辣椒产量出现中度（20–50%）到重度（60–90%）的损失，因此它被视为全球危害最严重的害虫之一。应对策略包括选用抗性品种、间作、使用粘性陷阱以及选择性杀虫剂（如吡虫啉、氟虫腈、合成拟除虫菊酯、斯皮诺沙、斯皮内托拉姆、氟虫氨酰胺、布洛氟尼利德、异环己烯氨基甲酸酯和印楝素），同时加强监测以减少杀虫剂的使用频率（DPPQS，2022）。
滥用杀虫剂常常会导致不同种植系统中的害虫再度泛滥，早在农业早期使用杀虫剂时就有大量相关记录（Janssen和van Rijn，2021；Wu等人，2020）。然而，针对这一现象的有效防治研究仍然不足。
Ripper（1956）将害虫再度泛滥定义为“尽管害虫初始数量有所下降，但由于使用了杀虫剂而导致其数量急剧增加”，这一现象在现代农业生态系统中依然十分突出。虽然杀虫剂最初能够降低害虫密度，但反复或过度使用杀虫剂往往会导致害虫数量反弹，这虽是杀虫剂使用的意外后果，却已被普遍接受（Metcalf，1986）。当代研究进一步证实了Bartlett（1964）的结论：害虫再度泛滥主要是由于广谱杀虫剂导致天敌数量减少所致。一项元分析（2021）发现，当存在天敌时，杀虫剂的使用会使害虫密度与未使用杀虫剂的对照组相近，因为天敌被抑制后会引发害虫数量反弹（Janssen和van Rijn，2021）。害虫再度泛滥既表现为主要害虫的数量反弹，也表现为次要害虫的爆发，即当有益捕食者被抑制时，一些次要害虫的数量也会激增（Metcalf，1986）。在水稻种植系统中，飞虱的再度泛滥现在包括急性（第一代）和慢性（后续世代）两种形式，这既与杀虫剂的作用有关，也与生理刺激有关（Wu等人，2020）。
近年来，由于辣椒蓟马能够对常用杀虫剂产生抗性，控制这类害虫变得越来越困难（Giraddi等人，2018）。最新研究表明，杀虫剂暴露会影响植物中防御相关生物分子的水平，包括酚类、过氧化物酶和蛋白酶抑制剂，进而影响植物的抗性机制（Xu等人，2021；Kumar，2024）。有证据表明，杀虫剂引起的植物营养和防御相关生物分子的变化在害虫再度泛滥过程中起着关键作用。可溶性糖、蛋白质和氨基酸等初级代谢物的变化会增加寄主对害虫的适宜性，从而促进吸食性害虫和蓟马的取食、存活、繁殖和快速增殖。相反，酚类、黄酮类和单宁等次级防御代谢物的减少则会削弱植物对食草害虫的天然抗性。多项研究表明，反复使用广谱杀虫剂会增加养分的可利用性，同时抑制防御相关化合物的产生，从而为白粉虱、飞虱、蚜虫和蓟马等害虫的再度泛滥创造有利条件（Jeyakumar和Gupta，2011；Barbehenn和Constabel，2011；Rashid等人，2012；Wu等人，2020；Xu等人，2021）。因此，了解植物生化反应、养分动态与害虫再度泛滥之间的相互作用，对于制定可持续的杀虫剂使用策略、减少意外害虫爆发至关重要。
目前关于杀虫剂在调节这些生物分子方面的作用，以及它们对辣椒作物中害虫再度泛滥的影响，尤其是对主要入侵性蓟马物种Scirtothrips dorsalis的影响，相关研究十分匮乏。在本研究中，我们探讨了在可控盆栽条件下，杀虫剂如何导致辣椒上S. dorsalis再度泛滥。此外，我们还研究了不同杀虫剂处理对辣椒植株中关键防御相关生物分子的影响。这种双重研究方法有助于揭示杀虫剂应用如何通过影响植物生化机制而导致害虫再度泛滥，进而引发害虫爆发。研究结果旨在填补当前关于杀虫剂引起的生化变化与辣椒生产系统中蓟马再度泛滥之间相互关系的知识空白。
章节节选
材料与方法
化学试剂。
所用的化学试剂包括3, 5-二硝基水杨酸（Sigma Aldrich：CAS编号609–99-4）、福林-西奥卡尔泰乌试剂（Supleco：编号1.09001）、 ninhydrin（Sigma Aldrich：CAS编号210–123-3）、香草醛（Sigma Aldrich：CAS编号121–33-5），这些试剂均从Sigma Aldrich购买，生化分析则使用A类玻璃器皿。
从辣椒田中采集蓟马。
蓟马的初步培养样本是从田间采集的，该田地的经度为77°20′E，纬度为16°15′N，平均海拔为398.37米。
结果
在本研究中，我们评估了2020年雨季和2021年夏季的盆栽条件下，10种杀虫剂对辣椒蓟马Scirtothrips dorsalis再度泛滥的可能影响。实验结果表明，氟虫腈、芬普罗帕特林和λ-氰戊菊酯会引发辣椒作物中黄蓟马的再度泛滥，这一效应部分与杀虫剂使用后防御相关生物分子的变化有关。
杀虫剂引发的蓟马再度泛滥：
在对照组盆栽中，
讨论
对蓟马再度泛滥的影响：
本研究中观察到的防御相关生物分子、养分组成与害虫再度泛滥之间的关系表明，杀虫剂引起的辣椒植株生化变化在促进Scirtothrips dorsalis再度泛滥方面起到了重要作用。反复使用氟虫腈、芬普罗帕特林和λ-氰戊菊酯会显著提高辣椒植株中的总糖、蛋白质和脯氨酸含量，同时降低
结论
总体而言，本研究表明，反复使用氟虫腈、λ-氰戊菊酯和芬普罗帕特林会打破辣椒植株的生化平衡，使其对蓟马S. dorsalis来说更具营养价值。这些结果强调了必须谨慎使用杀虫剂，并轮换不同类别的杀虫剂，以减少害虫爆发，维持作物健康。斯皮诺沙45 SC、氰虫脒10.26 OD、苯甲酸艾美曲菌酯5 SG、吡虫啉17.8 SL和阿维菌素20 SP等杀虫剂已被
CRediT作者贡献说明
T. Hemadri：撰写——初稿、软件使用、资源获取、实验开展、数据整理、概念构思。M. Bheemanna：撰写——审阅与编辑、可视化处理、方法设计、数据整理、概念构思。D. Srinivasa Reddy：撰写——审阅与编辑、结果验证、资源获取、实验开展。Arunkumar Hosamani：撰写——审阅与编辑、方法设计、定量分析、概念构思。R. Harischandra Naik：撰写——审阅与编辑、实验指导、实验开展。Saroja N. Rao：撰写——
资金支持
本研究得到了新德里大学拨款委员会（UGC）的资助，该机构提供了博士奖学金，资助编号为NFO-2018-19- OBC-AND81593。同时，沙特阿拉伯费萨尔国王大学的科学研究处及研究生与科学研究办公室也给予了支持，资助编号为KFU261537。
利益冲突声明
作者声明，他们不存在任何可能影响本文研究结果的已知财务利益或个人关系。
致谢
我衷心感谢新德里大学拨款委员会提供的博士奖学金，同时也感谢赖丘尔农业科学大学昆虫学系以及农药残留与食品质量分析实验室的支持。作者们还感谢沙特阿拉伯费萨尔国王大学的科学研究处及研究生与科学研究办公室对这项研究的资助。
生成式AI的使用
在撰写本手稿期间，作者们使用了ChatGPT工具来修正英语文本并改进语法。作者们已仔细审核并编辑了内容，对最终版本的手稿承担全部责任。
