2. 材料与方法
2.1. 试验材料
供试生物:日本鹌鹑(Coturnixcoturnix japonica),由佛山市南海区大沥沥丰市场鸡档10号提供,雌雄各半,在实验室中驯养7天。选用35 d鸟龄的试验鸟;试验周期为7 d;在温度为25℃~28℃(>14 d鸟龄),相对湿度为50%~75%,14 h~16 h光照的试验条件下进行。
意大利工蜂(Apis mellifera L.)由佛山市三水区西南街野山花蜂蜜店提供,试验前在人工气候室内饲养观察24 h,饲养条件为:温度25℃ ± 1℃;相对湿度60%~70%;微光。试验时选用大小一致、健康、活泼的工蜂,试验前饥饿2 h。
家蚕(Bombyx mori L),选用品种为7湘 × 9芙,由广东省蚕业技术推广中心提供,在温度:25℃ ± 2℃,湿度:70%~85%微光条件下,选择孵化出的1龄蚁蚕开始驯养,至2龄眠起开始试验。
斑马鱼(Brachydanio rerio),由广州杨氏水族馆提供,体长为24.30 mm/尾~27.63 mm/尾,体重为0.241 g/尾~0.303 g/尾。购回后驯养7 d,水温22℃~23℃;每天喂食2次刚孵化的丰年虫幼体,试验前24 h停止喂食。
赤眼蜂(Trichogramma ostriniae),从衡水田益生防有限责任公司引进蜂种,待羽化出蜂后以米蛾(Corcyra cephalonica)卵为寄主扩大繁殖。采用继代饲育的新羽化的成虫进行试验。温度25℃ ± 1℃,相对湿度70%~80%,光周期L/D = 14 h/10 h。羽化后48 h内的成蜂用于急性毒性试验。
大型溞(Daphnia magna)由中国疾病预防控制中心提供,实验室自行保种繁育,每日喂食1次绿藻。水温20℃ ± 1℃;光照强度1151-1201lx溶解氧:7.0~8.0 mg·L−1。试验用溞为同一母体孤雌繁殖3代以上,出生时间为6~4 h健康的幼溞。
供试药剂:8000 IU/微升苏云金杆菌(GDX026)悬浮剂(广东省微生物农药工程技术研究中心),5%苏云金杆菌·茚虫威悬浮剂(3%茚虫威 + 2%苏云金杆菌GDX026,广东省微生物农药工程技术研究中心) 2.4%甲维·苏云金杆菌悬浮剂(2%甲氨基阿维菌素苯甲酸盐 + 0.4%苏云金杆菌GDX026,广东省微生物农药工程技术研究中心)。
仪器:人工气候室、人工气候箱(PYX-300Q-B)、电子天平(精确至0.0001 g)、水质参数测定仪(HACH HQ40d)、pH计(MP511)、试验蜂笼(自制)。
2.2. 试验方法
2.2.1. 鸟类毒性实验
本次试验选用35 d鸟龄的试验鸟;试验周期为7 d;在温度为25℃~28℃,相对湿度为50%~75%,14 h~16 h光照的试验条件下进行。试验用鸟以经口灌注法一次性给予供试药液1 mL/100 g体重。各处理浓度和空白对照均设立1个平行实验,每个平行10只试验鸟,雌雄各半。试验期间,于试验开始后每天观察试验鸟的饮食、外观、行为、排泄物以及试验鸟死亡情况等,并及时取出死鸟。
2.2.2. 蜜蜂经口毒性试验
试验在人工气候室内进行,温试验温度为25℃ ± 2℃,相对湿度为50%~70%,黑暗。用50%的蔗糖水溶解供试药剂,得到系列处理浓度染毒蔗糖水溶液。试验设计1个空白对照组和7个受试物试验组,每组设置3个平行,每个平行10只蜜蜂。将蜜蜂麻醉后分装于试验蜂笼中,每笼10只蜜蜂。先测定饲喂器重量m0,在饲喂器中加入100 μL不同浓度受试物试验溶液,测定总重量m1,然后把饲喂器置于蜂笼中。试验进行至4 h时受试物试验组受试物试验溶液已完全消耗,取出饲喂器,称量其重量m2,换上不含受试物的蔗糖溶液进行饲喂。计算药液的消耗量m3 (m3 = m1 − m2)。空白对照组在饲喂器中加入100 μL 50%蔗糖溶液进行试验。试验期间,于试验开始后48 h观察并记录蜜蜂的异常行为、病理症状和死亡情况。
2.2.3. 蜜蜂接触毒性试验
试验在人工气候室内进行,温试验温度为25℃ ± 2℃,相对湿度为50%~70%,黑暗。供试药剂用2%吐温溶液溶解,得到系列处理浓度染毒吐温水溶液。试验 设计1个空白对照组、1个溶剂对照组和1个受试物试验组,每组设置3个平行,每个平行10只蜜蜂。用氮气把蜜蜂麻醉后,用微量移液器对准蜜蜂中胸背板处,点滴受试物试验溶液2.0 μL,待蜂身晾干后转入试验笼中。其中空白对照组不进行点滴,溶剂对照组点滴2.0 μL 2‰吐温溶液。试验周期48 h,于试验开始后48 h观察并记录蜜蜂的异常行为、病理症状和死亡情况。
2.2.4. 斑马鱼毒性试验
试验用水为过滤曝气的自来水,总硬度为118.40 mg/L(以CaCO3计),pH变化范围为7.70~7.95;温度变化范围为22.0℃~23.3℃;溶解氧含量的变化范围为64%~83%。用试验用水溶解供试药剂,得到系列处理浓度染毒溶液。试验设计1个空白对照组和1个受试物试验组,每组设置3个平行,每个平行10尾试验鱼;以半静态方式(分别在试验24 h、48 h和72 h更换一次试验溶液)进行试验。试验周期96 h,于试验开始后24 h、48 h、72 h和96 h观察记录各容器内的鱼的活动状态和死鱼数,并及时取出死亡鱼。试验期间禁食。
2.2.5. 家蚕毒性试验
试验在温度范围为24.6℃~25.7℃,湿度范围为74.7%~76.9%,微弱光照,16 h光照/8 h黑暗的环境条件下进行。供试药剂用去离子水溶解,得到系列处理浓度的供试溶液。试验设计1个空白对照组和7个受试物试验组,每组设置3个平行,每个平行20头家蚕。受试物试验组:用8 mL不同浓度的受试物溶液浸渍5 g桑叶约10 s,放置在通风处,于塑料纱网上晾干。取约1/4晾干的桑叶饲喂培养皿中的试验家蚕,其余置于4℃环境中保存,并于试验开始后24 h、48 h和72 h进行饲喂。空白对照组:用8 mL去离子水浸渍5 g桑叶约10 s,放置在通风处,于塑料纱网上晾干。取约1/4晾干的桑叶饲喂培养皿中的试验家蚕,其余置于4℃环境中保存,并于试验开始后24 h、48 h和72 h进行饲喂。试验周期96 h,每隔24 h观察并记录家蚕的异常行为、病理症状和死亡情况。
2.2.6. 大型溞毒性试验
试验用水为过滤曝气的自来水,总硬度为105.37 mg/L(以CaCO3计),pH变化范围为7.89~8.21;温度变化范围为20.7℃~21.3℃;溶解氧含量的变化范围为7.0 mg/L~7.9 mg/L。光照强度1151-1201lx。用试验用水溶解供试药剂,得到系列处理浓度染毒溶液。试验设计1个空白对照组和1个受试物试验组,每组设置4个平行,每个平行5只试验溞;将试验用溞转移至试验溶液中,以静态方式进行试验。试验周期48 h,试验开始后24 h、48 h观察记录各容器内的溞的活动状态和死溞数,并及时取出死亡溞。试验期间禁食。
2.2.7. 赤眼蜂接触毒性试验
试验在环境温度范围为24.00℃~24.5℃,相对湿度范围为72.8%~76.3%,避光的条件下进行。供试药剂用甲醇溶解,得到系列处理浓度的供试溶液。试验设计1个空白对照组、1个溶剂对照组、1个受试物试验组,每组设置3个平行,每个平行100 ± 10只赤眼蜂成蜂。溶剂对照组:在内表面积为31.39 cm2 (内口径为1.38 cm,内高为6.90 cm)的平底指形管中加入0.200 ml甲醇,将甲醇在平底指形管中充分滚吸,使甲醇均匀地涂于平底指形管内壁,待甲醇完全挥发后即成溶剂对照组药膜管。然后转入赤眼蜂自由爬行1 h后转入未经任何处理的平底指形管中,放入浸有20%蜜蜂水的滤纸条,封紧管口,开始试验。受试物实验组:在内表面积为31.39 cm2 (内口径为1.38 cm,内高为6.90 cm)的平底指形管中加入0.200 ml受试物试验溶液 ,将受试物试验溶液在平底指形管中充分滚吸,使受试物试验溶液均匀地涂于平底指形管内壁,待受试物试验溶液完全挥发后即受试物试验组药膜管。然后转入赤眼蜂自由爬行1 h后转入未经任何处理的平底指形管中,放入浸有20%蜜蜂水的滤纸条,封紧管口,开始试验。空白对照组:将赤眼蜂成蜂转入未经任何处理的平底指形管中爬行1 h后转入另一只未经任何处理的平底指形管,放入浸有20%蜜蜂水的滤纸条,封紧管口,开始试验。试验周期24 h,药后24 h内观察受试赤眼蜂生长和中毒状况,统计死亡数和死亡率。
2.3. 数据处理
采用SPSS数据处理软件中的概率单位回归模块(Regression-probit)处理数据,计算半数效应浓度(LC50、LR50、EC50、LD50)及其95%置信限。
[7]
3. 结果与分析
3.1. 农药对鸟类的毒性及安全性评价
3种含苏云金杆菌(GDX026)农药制剂对鸟类的毒性试验结果如表1所示。8000IU/微升苏云金杆菌悬浮剂对日本鹌鹑的7d-LD50 > 1.00 × 103 a.i.mg/kg.bw,5%苏云金杆菌·茚虫威悬浮剂的7d-LD50 > 500 a.i.mg/kg.bw,2.4%甲维·苏云金杆菌悬浮剂的7d-LD50 > 174 a.i.mg/kg.bw,根据“GB/T31270.9-2014化学农药环境安全评价试验准则第9部分:鸟类急性毒性试验”的毒性评价标准:7d-LD50 ≤ 10 mg/kg.bw为剧毒;10 mg/Kg. bw < 7d-LD50 ≤ 50 mg/kg.bw为高毒;50 mg/kg.bw < 7d-LD50 ≤ 500 mg/kg.bw为中毒,7d-LD50 > 500 mg/kg.bw为低毒,对3种含苏云金杆菌(GDX026)农药制剂对鸟类的安全性评价为8000 IU/微升苏云金杆菌悬浮剂对鸟类低毒,5%苏云金杆菌·茚虫威悬浮剂对鸟类低毒,2.4%甲维·苏云金杆菌悬浮剂对鸟类中低毒,在本试验条件下不易定级。
Table 1. Toxicity of Bacillus thuringiensis GDX026 to environmental organisms
表1. 苏云金杆菌(GDX026)制剂对环境生物的毒性结果
3.2. 农药对蜜蜂经口毒性及安全性评价
3种含苏云金杆菌(GDX026)农药制剂对蜜蜂的经口毒性试验结果如表1所示。8000IU/微升苏云金杆菌悬浮剂对意大利蜜蜂的48 h-LD50:305 μg/蜂,5%苏云金杆菌·茚虫威悬浮剂的48 h-LD50:0.0227 μg/蜂,2.4%甲维·苏云金杆菌悬浮剂的48 h-LD50:0.0294 μg/蜂。根据“GB/T31270.10-2014化学农药环境安全评价试验准则第10部分:蜜蜂急性毒性试验”规定的化学农药对蜜蜂急性经口毒性的评价标准:48 h-LD50 ≤ 1.0 × 10−3 a.i. μg/蜂为剧毒;1.0 × 10−3 a.i. μg/蜂 < 48 h-LD50 ≤ 2.0 a.i. μg/蜂为高毒;2.0 a.i. μg/蜂 < 48 h-LD50 ≤ 11.0 a.i. μg/蜂为中毒,48 h-LD50 > 11.0 a.i. μg/蜂为低毒,3种含苏云金杆菌(GDX026)农药制剂对蜜蜂摄入的安全性评价为8000 IU/微升苏云金杆菌悬浮剂对蜜蜂低毒,5%苏云金杆菌·茚虫威悬浮剂对对蜜蜂高毒,2.4%甲维·苏云金杆菌悬浮剂对蜜蜂高毒。
3.3. 农药对蜜蜂接触毒性及安全性评价
3种含苏云金杆菌(GDX026)农药制剂对蜜蜂的经口毒性试验结果如表1所示。8000IU/微升苏云金杆菌悬浮剂对意大利蜜蜂的48 h-LD50:>100 μg/蜂,5%苏云金杆菌·茚虫威悬浮剂的48 h-LD50:0.0516 μg/蜂,2.4%甲维·苏云金杆菌悬浮剂的48h-LD50:6.26 × 10−3 μg/蜂。根据“GB/T 31270.10-2014化学农药环境安全评价试验准则第10部分:蜜蜂急性毒性试验”规定的化学农药对蜜蜂急性接触毒性的评价标准:48h-LD50 ≤ 1.0 × 10 a.i. μg/蜂为剧毒;1.0 × 10−3 a.i. μg/蜂 < 48h-LD50 ≤ 2.0 a.i. μg/蜂 为高毒;2.0 a.i. μg/蜂 < 48h-LD50 ≤ 11.0 a.i. μg/蜂为中毒,48h-LD50 > 11.0 a.i. μg/蜂为低毒,3种含苏云金杆菌(GDX026)农药制剂对蜜蜂摄入的安全性评价为8000IU/微升苏云金杆菌悬浮剂对蜜蜂低毒,5%苏云金杆菌·茚虫威悬浮剂对对蜜蜂高毒,2.4%甲维·苏云金杆菌悬浮剂对蜜蜂高毒。
3.4. 农药对斑马鱼毒性及安全性评价
3种含苏云金杆菌(GDX026)农药制剂对斑马鱼毒性试验结果如表1所示。8000IU/微升苏云金杆菌悬浮剂对斑马鱼的96h-LC50 > 132 mg/L,5%苏云金杆菌·茚虫威悬浮剂的96h-LC50:3.66a.i. mg/L,2.4%甲维·苏云金杆菌悬浮剂的96h-LC50:0.327 a.i. mg/L。根据“GB/T 31270.12-2014化学农药环境安全评价试验准则第12部分:鱼类急性毒性试验”规定的化学农药对鱼类急性毒性的评价标准:96h-LC50 ≤ 1 ≤ 0.1 mg a.i./L为剧毒;0.1 mg a.i./L < 96h-LC50 ≤ 1.0 mg a.i./L为高毒;1.0 mg a.i./L < 96h-LC50 ≤ 10 mg a.i./L为中毒,96h-LC50 > 10 mg a.i./L为低毒,3种含苏云金杆菌(GDX026)农药制剂对斑马鱼的安全性评价为8000IU/微升苏云金杆菌悬浮剂对斑马鱼低毒,5%苏云金杆菌·茚虫威悬浮剂对对斑马鱼中毒,2.4%甲维·苏云金杆菌悬浮剂对斑马鱼高毒。
3.5. 农药对家蚕毒性及安全性评价
3种含苏云金杆菌(GDX026)农药制剂对家蚕毒性试验结果如表1所示。8000IU/微升苏云金杆菌悬浮剂对家蚕的96h-LC50:132 mg/L, 5%苏云金杆菌·茚虫威悬浮剂的96h-LC50:2.33 a.i. mg/L,2.4%甲维·苏云金杆菌悬浮剂的96h-LC50:5.62 × 10−3 a.i. mg/L,根据“GB/T 31270.11-2014化学农药环境安全评价试验准则第11部分:家蚕急性毒性试验”规定的化学农药对家蚕急性毒性的评价标准:96h-LC50 ≤ 0.5 a.i. mg/L为剧毒;0.5 a.i. mg/L < 96h-LC50 ≤ 20 a.i. mg/L为高毒;20 a.i. mg/L < 96h-LC50 ≤ 200 a.i. mg/LL为中毒,96h-LC50 > 200 a.i. mg/L 为低毒,3种含苏云金杆菌(GDX026)农药制剂对家蚕的安全性评价为8000 IU/微升苏云金杆菌悬浮剂对家蚕中毒,5%苏云金杆菌·茚虫威悬浮剂对对家蚕高毒,2.4%甲维·苏云金杆菌悬浮剂对家蚕剧毒。
3.6. 农药对大型溞毒性及安全性评价
3种含苏云金杆菌(GDX026)农药制剂对大型溞毒性试验结果如表1所示。8000IU/微升苏云金杆菌悬浮剂对大型溞的48h-EC50:> 100 mg/L,5%苏云金杆菌·茚虫威悬浮剂的48h-EC50:0.449 a.i. mg/L, 2.4%甲维·苏云金杆菌悬浮剂的48h-EC50:0.0247 a.i. mg/L,根据“GB/T 31270.12-2014化学农药环境安全评价试验准则第13部分:溞类急性活动抑制试验”规定的化学农药对溞类急性毒性的评价标准:48h-EC50 ≤ 0.1 a.i. mg/L为剧毒;0.1 a.i. mg/L < 48h-EC50 ≤ 1.0 a.i. mg/L为高毒;1.0 a.i. mg/L < 48h-EC50 ≤ 10 a.i. mg/L为中毒,48h-EC50 > 10 a.i. mg/L为低毒,3种含苏云金杆菌(GDX026)农药制剂对大型溞的安全性评价为8000 IU/微升苏云金杆菌悬浮剂对大型溞低毒,5%苏云金杆菌·茚虫威悬浮剂对对大型溞高毒,2.4%甲维·苏云金杆菌悬浮剂对大型溞剧毒。
3.7. 农药对赤眼蜂毒性及安全性评价
根据“GB/T31270.17-2014化学农药环境安全评价试验准则第17部分:赤眼蜂急性毒性试验”规定的化学农药对赤眼蜂急性接触毒性的评价标准:安全系数 ≤ 0.05为极高风险性,0.05 < 安全系数 ≤ 0.5为高风险性,0.5 < 安全系数 ≤ 5为中等风险性,安全系数 > 5为低风险性。8000IU/微升苏云金杆菌悬浮剂对赤眼蜂的安全系数 > 10,属低风险性,5%苏云金杆菌·茚虫威悬浮剂对赤眼蜂的安全系数为0.221,属高风险性,2.4%甲维·苏云金杆菌悬浮剂对赤眼蜂的安全系数为0.801,属中等风险性。
4. 结论与讨论
结果表明,8000 IU/微升苏云金杆菌悬浮剂是一种安全性生物农药,在本实验条件下,对鸟类、鱼类、蜜蜂、家蚕、天敌生物赤眼蜂、大型溞低毒性。与化学农药复配后的苏云金杆菌制剂,对环境生物具备一定的风险性,除对鸟类低度外,对家蚕、蜜蜂、水生生物、天敌生物的风险性均增加。苏云金杆菌复配制剂对蜜蜂高毒,在田间施用时,应该注意采取防护措施,避免花期使用。复配后的两种制剂对家蚕高毒,甚至剧毒,应避免在桑园附近使用,在附近农田使用时注意风向,避免飘移至桑叶上。在水生生物方面,2.4%甲维·苏云金杆菌悬浮剂对鱼类、大型溞分别高毒和剧毒,5%苏云金杆菌·茚虫威悬浮剂对水生物的毒性也表现为中高毒,施用时应远离水产养殖区、河塘等水域施药,涤后的废水不应污染河流等水源,未用完的药液应密封后妥善放置。在天敌生物方面,与化学农药复配后的苏云金杆菌制剂对靶标昆虫及有益昆虫的选择灭杀性并不明显,对赤眼蜂均表现出中高风险性。5%苏云金杆菌·茚虫威悬浮剂、2.4%甲维·苏云金杆菌悬浮剂对陆生有益昆虫危害较大,使用时应根据施药环境对有益昆虫进行适当的保护。
在本实验中,选用赤眼蜂成蜂作为毒力测定的生物材料,其试验结果说明8000 IU/微升苏云金杆菌悬浮剂对赤眼蜂成蜂的风险性较低,但是杀虫剂一方面是通过直接杀伤力影响天敌生物的种群密度,另一方面可以通过食物链毒性(即次级中毒)和亚致死效应来影响天敌。吡蚜酮、抗蚜威和吡虫啉对狭臂瓢虫Coccinella transversalis Fabricius、狭臂瓢虫Coccinella transversalis Fabricius天敌昆虫的直接毒力都很低但会影响其发育能力和生殖能力 [8] 。阿维菌素、多杀菌素和甲氧虫酰肼影响捕食性盲蝽产卵量和发育历期 [9] 。植物生长调节剂亚致死剂量、虫生真菌也分别对二星瓢虫、小黑瓢虫和七星瓢虫的生物学和生态学特性产生影响 [10] [11] [12] [13] [14] 。Bt 转基因棉田蚜虫喂饲的龟纹瓢虫的存活率、成蛹率显著低于以非转基因棉田蚜虫喂饲的龟纹瓢虫, 也可能与毒素蛋白在龟纹瓢虫体内富集有关 [15] 。因此,即使是施用微生物农药,虽然对天敌生物不产生直接杀伤力,但是亚致死性风险很大,这种影响带来的食物链和物种多样化失衡程度应引起科学研究者的重视,这也是所有农药都要面临的问题。
苏云金杆菌是一种生物农药,环境安全性是其优势之一。将微生物与化学农药混配固然能够增加对靶标生物的毒性,但结合本试验可以看出化学农药与生物农药混配极大可能会增加环境风险性。因此,慎重复配和科学指导用药是农药生产者的责任。
基金项目
阳江市科技中小企业技术创新专项资金(2015002),广东省省级科技计划项目(2015B090903042),国家级星火计划项目(2015GA780011),广东省农业与农村工作专项资金(粤财农【2017】104号)。