人类活动诸如温室气体排放等造成的气候变化已经威胁到全球粮食安全，农药的大量使用也给人类健康和生态环境带来了风险。这两个看似不相关的事件，却息息相关。中国农业科学院植物保护研究所在《自然通讯》在线发表了最新研究论文，首次发现气候变化可通过扩大害虫的越冬分布范围促进害虫抗药性的发展。而这会使农业生产遭受因气候变化带来的害虫分布范围扩大和农药抗性增强的双重打击，导致害虫防治强度增加，进而带来更大的经济损失。小菜蛾是全球为害最严重的农业害虫之一，每年对十字花科作物造成的损失超过40亿美元。小菜蛾防治难，源于其抗药性强，据IRAC统计它至少能抵抗97种杀虫剂。
文章作者马春森研究员介绍，“小菜蛾越冬和抗药性是否关联这个疑问，源自于10多年前在公主岭、武汉、河南等地的田间调查工作，当注意到中国长江以南地区小菜蛾抗药性问题严重，而在北方小菜蛾无法越冬的地区几乎没有听说过抗药性问题时，意识到小菜蛾抗药性与越冬存活可能存在关联。但当时害虫分布和抗药性问题通常是被独立研究的，两者之间是否关联并不清楚。我很关心小菜蛾的越冬问题，这不仅是第二年春季小菜蛾虫源基数的问题，而且如果在越冬地区，小菜蛾全年发生会快速进化出抗药性”。
为了准确预测气候变化下小菜蛾的越冬范围，研究团队通过室内模拟和田间验证，解析出制约小菜蛾越冬的关键气候因子，即低温积温日度（冬季日均温11°C以下的积温），并构建出低温日度模型。马春森介绍，“自然界复杂气候环境下，低温日度模型能解释62.1%的存活率，这远远超过以往的低温存活模型。这么高的准确度，主要是该模型准确地模拟了决定小菜蛾低温死亡的过程，即长期低温损伤，而不是在极低温度下冻伤。除此之外，低温积温日度这个气候因子很容易从过去的气候数据和未来的情景中获得。”我国河南省是小菜蛾越冬的“边缘”地带。在过去50年里，气候变化使全球小菜蛾的越冬分布面积扩大了240万平方公里；未来平均气温每上升1℃，将导致越冬分布扩大约220万平方公里。
小菜蛾越冬存活最优模型和田间验证
马春森说，“小菜蛾越冬研究的发现，加上对全球40年1806条小菜蛾抗药性的大数据分析，揭示了气候变化如何影响了全球小菜蛾的抗药性分布”。结果表明，越冬区小菜蛾的抗药性是非越冬区的158倍。马春森解释，“在非越冬区，冬季种群要么死亡，要么迁出到更温暖的地区。第二年春季种群是一个混合种群，这些个体从使用不同类型杀虫剂的多个地区迁入，因而，在当地抗药性无法跨季节累积进化。相反，越冬区种群全年发生，可以快速积累抗性基因”。
该研究指出，生产过程中应调整害虫管理策略来适应不同地区害虫冬季存活的差异。在常年越冬区，提倡使用绿色防控技术，并交替使用作用机理不同的农药来治理，而在非越冬区尽可能使用与越冬区作用机理不一样的农药，以便减缓抗药性的发展。
中国农业科学院植物保护研究所是本研究的第一单位，马春森研究员为第一作者和通讯作者，张薇副研究员同为通讯作者，彭宇、马罡、朱亮为共同作者。美国Rice University的Volker Rudolf教授为本文做出了贡献。山西农业大学植物保护学院的赵飞、邢鲲，湖北省农业科学院的常向前，国家气象信息中心的杨和平为本文的共同作者。研究得到国家自然科学基金项目（31471764, 31620103914 和31501630）的支持。
小菜蛾越冬存活最优模型和田间验证
小菜蛾抗药性在中国和全球越冬区，零星越冬区和非越冬区的分布
文章链接：https://www.nature.com/articles/s41467-021-25505-7
日期：2021-09-26
