Composition of the entomofauna in Anopheles spp. breeding sites and evaluation of a novel Bacillus thuringiensis var. israelensis-based larvicide against Anopheles darlingi (Diptera: Culicidae) and non-target aquatic insects under simulated field condition

《Journal of Invertebrate Pathology》：Composition of the entomofauna in Anopheles spp. breeding sites and evaluation of a novel Bacillus thuringiensis var. israelensis-based larvicide against Anopheles darlingi (Diptera: Culicidae) and non-target aquatic insects under simulated field condition

　　

中文摘要翻译 疟疾仍然是一个重大的全球公共卫生问题，在巴西等热带和亚热带国家影响尤为严重。在巴西，99%的病例集中在法律亚马逊地区。Anopheles (Nyssorhynchus) darlingi 是巴西的主要疟疾病媒，其幼体阶段在天然和人工水体（如养鱼塘和水坝）中发育。这些孳生地也栖息着多样的非靶标水生昆虫，它们在水质循环和病媒蚊虫自然控制中发挥重要生态功能。一种基于 Bacillus thuringiensis var. israelensis (Bti) 的新型生物杀幼虫剂 BR101 已显示出对多种蚊虫的高效性。本研究调查了巴西亚马逊州马瑙斯大都市区按蚊属 (Anopheles) 孳生地的昆虫区系组成，并在模拟田间条件下评估了 BR101 对 An. darlingi 和非靶标水生昆虫（蜉蝣目 Baetidae）的效果。共采集到13,395只水生昆虫，分属7目27科。水坝的丰度和多样性最高。摇蚊科 (Chironomidae) 在所有孳生地中最具优势。在模拟田间试验中，BR101 对早龄期 (L1-L2) 和晚龄期 (L3-L4) 的 Anopheles spp. 和 An. darlingi 幼虫均表现出超过80%的高死亡率，且不同龄期间无显著差异。重要的是，BR101 对非靶标的 Baetidae 若虫毒性较低，暴露216小时后存活率仍达81%，而商业对照产品 VectoBac? 仅存37.8%。研究表明，BR101 是一种有前景的、对非靶标昆虫安全的疟疾病媒控制工具。

论文解读文章

研究背景与目的

疟疾是全球性的重大公共卫生挑战，尤其在巴西等热带国家。在巴西，99%的疟疾病例集中在法律亚马逊地区，而 Anopheles darlingi 是该区域最主要的传播媒介。这种按蚊的幼虫阶段在多种水体中发育，包括天然的溪流、池塘以及人工的水坝和养鱼塘。这些孳生地不仅为按蚊提供了繁殖场所，也栖息着种类繁多的其他水生昆虫，它们构成了复杂的食物网，执行着物质循环和对病媒蚊虫的自然控制等重要生态功能。传统的化学杀虫剂虽然有效，但对非靶标生物和环境造成广泛负面影响。因此，寻找高效且环境友好的替代控制策略至关重要。基于 Bacillus thuringiensis var. israelensis (Bti) 的生物杀幼虫剂因其对蚊虫幼虫的特异性而被广泛应用。然而，新的、具有不同菌株背景的制剂对于防止抗药性产生和进行轮换用药至关重要。巴西本土研发的新型Bti生物杀幼虫剂BR101已在实验室条件下显示出对多种蚊虫的有效性，但其在更接近真实环境的条件下对 An. darlingi 的效果以及对孳生地中非靶标水生昆虫的影响尚不清楚。此外，对按蚊孳生地昆虫区系的全面了解是制定有效幼虫控制策略和评估干预措施生态影响的基础。因此，本研究旨在：(1) 调查亚马逊地区不同类型按蚊孳生地的水生昆虫群落组成；(2) 在模拟田间条件下，评估新型Bti杀幼虫剂BR101对 An. darlingi 幼虫的防治效果；(3) 评估该杀幼虫剂对非靶标水生昆虫（以蜉蝣目Baetidae为代表）的潜在毒性。

主要研究方法

研究人员在巴西亚马逊州马瑙斯大都市区选取了9个按蚊阳性孳生地，分为三种类型：天然孳生地（3个）、水坝（3个）和养鱼塘（3个）。在每个孳生地，研究人员使用昆虫学捞网收集与按蚊相关的底栖昆虫区系，并使用标准水勺采集按蚊幼虫。同时，现场测量了水温、pH值和电导率等理化参数，并在实验室分析了浊度和总悬浮固体（TSS）。随后，在位于亚马逊国家研究所（INPA）的疟疾和登革热实验室（LMD）室外区域进行了模拟田间生物测定。实验使用从野外采集的 Anopheles spp. 幼虫、实验室饲养的 An. darlingi F1代幼虫以及从野外采集的Baetidae稚虫作为非靶标测试生物。将20只按蚊幼虫和15只Baetidae稚虫放入装有1升孳生地水的塑料桶中，分别加入BR101（浓度为针对 An. darlingi 的LC₅₀值0.046 g/L）和商业对照产品VectoBac?（推荐剂量0.003 g/L），并设置阴性对照组。在施加处理后的24、48和72小时记录按蚊死亡率，并对Baetidae稚虫连续监测9天。数据分析采用了香农-维纳多样性指数（Shannon-Wiener diversity index, H）、皮洛均匀度指数（Pielou's evenness, J）和伯格-帕克优势度指数（Berger-Parker dominance, BP）等生态学指标，典范对应分析（CCA）用于探究环境变量与昆虫群落结构的关系，并使用Kaplan-Meier生存曲线和Log-rank检验比较不同处理组间Baetidae的存活差异。

研究结果

3.1 伴生昆虫区系组成

共采集到13,395只水生昆虫，分属7目27科。水坝贡献了最多的标本（48.94%），其次是养鱼塘（28.67%）和天然孳生地（22.38%）。双翅目（Diptera）相对丰度最高（58.87%），其中摇蚊科（Chironomidae）是所有类型孳生地中最占优势的科。水坝记录的科数最多。养鱼塘的平均物种丰富度（17.33）和多样性（H=2.42）最高，而天然孳生地的均匀度最低、优势度最高。

3.2 功能营养类群

研究鉴定了六个功能摄食类群，其中广食者（Gn）在天然孳生地（74.91%）和水坝（68.19%）中占主导地位，主要由双翅目昆虫组成。而在养鱼塘中，捕食者（Pr）是最丰富的类群（59.82%），主要包括半翅目（Hemiptera）和蜻蜓目（Odonata）昆虫。

3.3 按蚊的相对丰度和每人工时幼虫指数

共采集到787只按蚊幼虫，鉴定为6个物种。天然孳生地幼虫数量最多（36.72%）。An. triannulatus 是最丰富的物种（42.44%）。最高的每人工时幼虫指数（LIMH）出现在一个水坝样点（C5, 2.68）。

3.4 湖沼学参数

天然孳生地水温较高（平均32.2°C），pH偏酸性（平均6.2），电导率和浊度较低。养鱼塘则表现出最高的平均温度（34.1°C）、电导率（36.9 μS/cm）、浊度（31.6 UNT）和总悬浮固体（17 mg/L）。

3.5 环境参数与昆虫区系的关系

典范对应分析表明，温度和浊度等梯度对水生昆虫群落结构有强烈影响。捕食性昆虫（如蝎蝽科Nepidae、仰泳蝽科Notonectidae）与温暖、暴露的环境相关联，而敏感类群（如四节蜉科Baetidae、小石蛾科Hydroptilidae）则与较少受干扰的环境相关。对于按蚊，An. darlingi 与更稳定的水坝环境关联，而 An. triannulatus 和 An. nuneztovari 则对温暖、浑浊的环境有更强的耐受性。

3.6 模拟田间条件下的生物测定

BR101在处理后72小时对早龄期（L1-L2）和晚龄期（L3-L4）的 Anopheles spp. 幼虫死亡率分别达到90%和80%。对 An. darlingi 同样高效，早龄期在24小时内死亡率超过80%，晚龄期在72小时内死亡率约80%。统计分析显示，不同龄期之间的死亡率没有显著差异。

3.7 BR101对Baetidae的影响

Baetidae稚虫在暴露于BR101的LC₅₀浓度下216小时后，平均存活率为81%，与阴性对照组无显著差异。相比之下，暴露于VectoBac?的Baetidae存活率仅为37.8%，与阴性对照组和BR101处理组均有显著差异。

讨论与结论

本研究的讨论部分指出，按蚊孳生地的昆虫区系组成复杂多样，水坝因其栖息地异质性高而拥有更高的丰度和多样性。摇蚊科的普遍优势反映了其对不良环境的高度耐受性。养鱼塘由于人为管理和资源丰富，有利于捕食性和机会主义昆虫的繁衍。天然孳生地虽然按蚊幼虫密度高，但昆虫群落均匀度低，优势度高。典范对应分析揭示了环境变量对昆虫群落和按蚊分布的显著影响，特别是 An. darlingi 与稳定的人工水体的关联性，强调了其在人类改造环境中的流行病学潜力。

研究结论总结如下：水生昆虫群落在不同类型的孳生地之间存在差异，人工孳生地（尤其是水坝）的丰度更高。摇蚊科是最具代表性的科，广食者在多数环境中占优。按蚊幼虫密度因孳生地类型而异。除了天然孳生地，水坝和养鱼塘也支持具有流行病学重要性的按蚊物种，如 An. triannulatus, An. nuneztovari 和 An. darlingi。此外，水体的物理化学变量显著影响了昆虫区系的结构和按蚊的发生。最后，新型生物杀幼虫剂BR101在控制 Anopheles spp. 和 An. darlingi 幼虫方面表现出高效性，同时对非靶标水生昆虫的影响很小，这凸显了其在病媒控制计划中的应用潜力。