1  新煙堿類殺蟲劑

新煙堿類殺蟲劑是全球最重要的一類化學(xué)殺蟲劑,對(duì)多種害蟲具有較高的殺蟲活性,是防治蚜蟲、飛虱、葉蟬等刺吸式口器害蟲最有效的殺蟲劑種類之一。盡管早在1690年人們就開(kāi)始用煙草浸出液(主要成分為煙堿)防治農(nóng)業(yè)害蟲,但新煙堿類殺蟲劑的正式研制始于1970年殼牌公司以煙堿結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的先導(dǎo)化合物SD-031588的開(kāi)發(fā)。1985年,德國(guó)拜耳公司和日本農(nóng)藥株式會(huì)社合作開(kāi)發(fā)出了第一個(gè)新煙堿類殺蟲劑--吡蟲啉,并于1991年由拜耳公司進(jìn)行全球推廣。隨后,國(guó)際上的幾家大型農(nóng)藥公司相繼研發(fā)出烯啶蟲胺、啶蟲脒和噻蟲嗪等多種新煙堿類殺蟲劑(圖1)。

圖1  新煙堿類殺蟲劑

新煙堿類殺蟲劑作用于昆蟲煙堿型乙酰膽堿受體(nicotinic acetylcholine receptor,nAChR),是nAChR的選擇性激動(dòng)劑,該類殺蟲劑能夠通過(guò)與昆蟲nAChR的結(jié)合阻斷昆蟲中樞神經(jīng)系統(tǒng)信號(hào)的正常傳導(dǎo),導(dǎo)致害蟲死亡。新煙堿類殺蟲劑具有高效、廣譜、內(nèi)吸性好的特點(diǎn),兼具觸殺和胃毒作用,對(duì)哺乳動(dòng)物低毒,可有效防治半翅目、鞘翅目、雙翅目等多種害蟲。自吡蟲啉上市以來(lái),新煙堿類殺蟲劑因其良好的殺蟲活性,在世界范圍內(nèi)已成功取代了有機(jī)磷類、氨基甲酸酯類等傳統(tǒng)藥劑在作物保護(hù)中的應(yīng)用。新煙堿類殺蟲劑在全球市場(chǎng)中占有重要地位,在2014年該類殺蟲劑的市場(chǎng)占有率在25%以上,近年來(lái)其在全球殺蟲劑市場(chǎng)中的占有率雖有下降,但仍是全球第一大殺蟲劑類型。

2  棉蚜對(duì)新煙堿類殺蟲劑的抗性現(xiàn)狀

2.1  國(guó)外抗藥性現(xiàn)狀

隨著新煙堿類殺蟲劑使用量的增加,早在2005年害蟲對(duì)新煙堿類殺蟲劑的抗性問(wèn)題就引起了人們的關(guān)注。棉蚜作為一種抗性進(jìn)化很快的農(nóng)業(yè)害蟲,已對(duì)多種新煙堿類殺蟲劑產(chǎn)生了抗性。盡管在20世紀(jì)90年代新煙堿類殺蟲劑才開(kāi)始市場(chǎng)化推廣,但在2000年左右就有文獻(xiàn)報(bào)道棉蚜對(duì)新煙堿類殺蟲劑產(chǎn)生了抗性(表1)。自2001年首次發(fā)現(xiàn)意大利和葡萄牙棉蚜種群對(duì)吡蟲啉敏感性降低以來(lái),棉蚜對(duì)新煙堿類殺蟲劑的抗性問(wèn)題日益嚴(yán)重。例如,Herron & Wilson通過(guò)診斷計(jì)量法監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn),2006-2008年澳大利亞棉蚜田間種群對(duì)新煙堿類殺蟲劑的抗性逐年加重,至2008年已對(duì)啶蟲脒、噻蟲胺和噻蟲嗪分別產(chǎn)生了6.4倍、10倍和22倍的抗性,且這種抗性趨勢(shì)還在不斷發(fā)展,到2009-2010年所監(jiān)測(cè)的澳大利亞棉蚜種群中抗性個(gè)體的比例已經(jīng)高達(dá)96%。在美國(guó),2008-2011年的抗藥性監(jiān)測(cè)結(jié)果表明,棉蚜對(duì)噻蟲嗪已經(jīng)產(chǎn)生了高水平抗性,其抗性倍數(shù)最高已達(dá)562.6倍。2012年,在日本宮崎市也發(fā)現(xiàn)采自黃瓜和甜椒上的棉蚜種群對(duì)吡蟲啉、呋蟲胺、噻蟲胺、噻蟲嗪、烯啶蟲胺、啶蟲脒和噻蟲啉這7種新煙堿類殺蟲劑均產(chǎn)生了中等至高等水平的抗性,其中對(duì)噻蟲胺的抗性水平最高為687倍,對(duì)噻蟲啉抗性水平最低也達(dá)到17倍,而對(duì)其余5種新煙堿類殺蟲劑的抗性倍數(shù)在43～253倍之間。同樣,在韓國(guó),2012年的抗性監(jiān)測(cè)結(jié)果也表明,采自辣椒和黃瓜上的棉蚜對(duì)6種新煙堿類殺蟲劑均產(chǎn)生了較高水平的抗性,其中對(duì)啶蟲脒、噻蟲胺、吡蟲啉和噻蟲啉的抗性倍數(shù)最高分別達(dá)2,682倍、13,756倍、1,542倍和1,393倍。以上研究結(jié)果表明,棉蚜對(duì)新煙堿類殺蟲劑的抗性十分嚴(yán)重,已成為世界性難題。

表1  棉蚜抗藥性現(xiàn)狀

2.2  國(guó)內(nèi)抗藥性現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)棉蚜種群對(duì)新煙堿類殺蟲劑的抗性報(bào)道稍晚于國(guó)外(表1)。2004年,Wang等監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)采自山東省德州市、菏澤市、聊城市、德州市、泰安市等地的棉蚜田間種群對(duì)吡蟲啉和啶蟲脒分別產(chǎn)生了40～97倍和17～76倍的抗性。2004-2007年,河北省廊坊市、保定市、滄州市等地的棉蚜種群對(duì)吡蟲啉的抗性均達(dá)到了中等至高等水平,最高抗性倍數(shù)達(dá)55倍；廊坊市和滄州市棉蚜種群對(duì)啶蟲脒也產(chǎn)生了低等至中等水平抗性,抗性倍數(shù)最高達(dá)25.8倍。2013年,張國(guó)福等對(duì)采自山東省聊城市、東營(yíng)市和泰安市的棉蚜種群對(duì)6種新煙堿類殺蟲劑的抗性水平進(jìn)行監(jiān)測(cè),發(fā)現(xiàn)山東省棉蚜種群對(duì)吡蟲啉、啶蟲脒、烯啶蟲胺、噻蟲嗪和噻蟲胺均產(chǎn)生了中等水平抗性,對(duì)噻蟲啉產(chǎn)生低等水平抗性。2013-2014年,邱縣、濱州市、西華縣的棉蚜種群對(duì)吡蟲啉的抗性倍數(shù)均大于900倍,達(dá)到高水平抗性。張學(xué)濤等于2010年的監(jiān)測(cè)結(jié)果表明,新疆維吾爾族自治區(qū)(簡(jiǎn)稱新疆)石河子市的棉蚜田間種群對(duì)啶蟲脒產(chǎn)生了高水平抗性,抗性倍數(shù)最高達(dá)270.0倍。河北省廊坊市、新疆阿克蘇、山東省德州市和新疆奎屯市棉蚜種群對(duì)吡蟲啉分別產(chǎn)生了22.6倍、26.3倍、53.5倍和61.1倍的抗性。2018年,帕提瑪.烏木爾汗等研究發(fā)現(xiàn),采自新疆棉區(qū)的棉蚜種群對(duì)新煙堿類殺蟲劑產(chǎn)生了中、高水平的抗性,其中對(duì)吡蟲啉、啶蟲脒和噻蟲嗪的抗性分別為85.2～412倍、221～777倍和122～1,095倍。同年,安靜杰等監(jiān)測(cè)結(jié)果表明,河北省棉蚜種群對(duì)吡蟲啉、噻蟲嗪、噻蟲胺均產(chǎn)生了中等至高等水平抗性,其中對(duì)吡蟲啉的抗性水平高達(dá)1,367.3倍。2019年,部分采自山東省黃瓜上的瓜蚜(棉蚜)種群對(duì)吡蟲啉和啶蟲脒產(chǎn)生了中等水平抗性,抗性倍數(shù)最高分別達(dá)15.7倍和17.5倍。以上結(jié)果表明,我國(guó)棉蚜田間種群對(duì)新煙堿類殺蟲劑的抗性水平普遍較高,需繼續(xù)加強(qiáng)抗性治理,以延緩抗性發(fā)展,提高新煙堿類殺蟲劑對(duì)棉蚜的防治效果。

2.3  交互抗性

新煙堿類殺蟲劑因其與其他種類殺蟲劑無(wú)交互抗性而被廣泛使用,但越來(lái)越多的研究發(fā)現(xiàn)新煙堿類殺蟲劑之間存在較高的交互抗性風(fēng)險(xiǎn),值得大家注意。例如,Chen等交互抗性測(cè)定結(jié)果表明,抗吡蟲啉棉蚜品系(抗性倍數(shù)＞1,215倍)對(duì)啶蟲脒和氟啶蟲胺腈具有高達(dá)1,776倍和260倍的交互抗性。Wei等發(fā)現(xiàn)抗噻蟲嗪棉蚜品系對(duì)聯(lián)苯菊酯(11.71倍)、氟氯氰菊酯(17.90倍)、氰戊菊酯(6.85倍)、噻蟲胺(6.56倍)、殺撲磷(5.34倍)和高效氯氰菊酯(4.53倍)均存在明顯的交互抗性。Zhang等測(cè)定結(jié)果也表明,抗噻蟲嗪瓜蚜(棉蚜)品系(抗性倍數(shù)＞2,325.6倍)對(duì)啶蟲脒、呋蟲胺、烯啶蟲胺和噻蟲胺分別具有76.6倍、142.3倍、299.9倍和311.7倍的交互抗性。此外,抗呋蟲胺瓜蚜(棉蚜)品系(抗性倍數(shù)為74.7倍)對(duì)噻蟲嗪具有15.3倍的交互抗性。

3  棉蚜對(duì)新煙堿類殺蟲劑的抗性機(jī)制

棉蚜對(duì)新煙堿類殺蟲劑產(chǎn)生抗性的機(jī)制主要涉及解毒代謝能力的增強(qiáng)和靶標(biāo)敏感性的下降(表2),下面將主要從細(xì)胞色素P450、谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶等介導(dǎo)的代謝抗性和靶標(biāo)抗性兩方面進(jìn)行論述。

3.1  代謝抗性

3.1.1  細(xì)胞色素P450介導(dǎo)的抗藥性

細(xì)胞色素P450是生物體內(nèi)最重要的解毒代謝酶,在害蟲抗藥性產(chǎn)生過(guò)程中具有非常重要的作用。作為多功能氧化酶系的主要組成部分,細(xì)胞色素P450對(duì)殺蟲劑的代謝能力直接影響昆蟲對(duì)殺蟲劑的耐受性。P450介導(dǎo)的殺蟲劑代謝解毒作用是許多害蟲對(duì)殺蟲劑產(chǎn)生抗性的重要機(jī)制。目前已知棉蚜對(duì)新煙堿類殺蟲劑的抗性大多與P450介導(dǎo)的解毒代謝增強(qiáng)有關(guān)。例如,石緒根通過(guò)增效劑試驗(yàn)和酶活性測(cè)定試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)多功能氧化酶在棉蚜對(duì)吡蟲啉的抗性中起著重要作用。郭天鳳等同樣發(fā)現(xiàn)多功能氧化酶與棉蚜對(duì)吡蟲啉和啶蟲脒的抗性密切相關(guān)。Wu等通過(guò)對(duì)P450基因表達(dá)量的分析發(fā)現(xiàn),CYP3家族P450基因的上調(diào)表達(dá)可能是棉蚜對(duì)噻蟲嗪產(chǎn)生抗性的主要原因。同樣,CYP6CY14、CYP6DC1和CYP6CZ1等P450基因的過(guò)表達(dá)是棉蚜對(duì)啶蟲脒產(chǎn)生代謝抗性的重要機(jī)制,CYP6CY14、CYP6CY22和CYP6UN1的過(guò)表達(dá)在棉蚜對(duì)呋蟲胺產(chǎn)生抗性過(guò)程中起重要作用。此外,Hirata等通過(guò)S2細(xì)胞真核表達(dá)在新煙堿類殺蟲劑抗性品系中顯著上調(diào)表達(dá)的CYP6CY22和CYP6CY13基因,并進(jìn)行體外代謝試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)棉蚜P450能夠快速代謝吡蟲啉、啶蟲脒、噻蟲啉等新煙堿類殺蟲劑,證實(shí)了P450基因過(guò)表達(dá)是介導(dǎo)棉蚜對(duì)新煙堿類殺蟲劑產(chǎn)生代謝抗性的重要機(jī)制。

3.1.2  羧酸酯酶介導(dǎo)的抗藥性

羧酸酯酶作為另外一種十分重要的解毒酶,能夠催化水解含羧基酯鍵、酰胺鍵和硫酯鍵的化合物。許多用于棉蚜防治的化學(xué)殺蟲劑,如有機(jī)磷類、氨基甲酸酯類、擬除蟲菊酯類等殺蟲劑,其分子結(jié)構(gòu)中都含有酯鍵,因此,羧酸酯酶代謝能力的增強(qiáng)也是棉蚜抗藥性產(chǎn)生的重要機(jī)制之一。已有研究表明,羧酸酯酶活性(以αNA為底物)在棉蚜吡蟲啉抗性品系中均顯著高于敏感品系,推測(cè)其與棉蚜對(duì)吡蟲啉的抗性有關(guān)。楊煥青等研究發(fā)現(xiàn),對(duì)吡蟲啉產(chǎn)生24.38倍抗性的棉蚜品系的羧酸酯酶比活力是敏感品系的2.73倍,史曉斌等也發(fā)現(xiàn)吡蟲啉抗性棉蚜品系的羧酸酯酶比活力是敏感品系的2.87倍,說(shuō)明棉蚜對(duì)吡蟲啉的抗性產(chǎn)生與羧酸酯酶解毒能力的升高有關(guān)。崔麗等對(duì)田間棉蚜抗性品系的酶活性測(cè)定結(jié)果表明,對(duì)吡蟲啉產(chǎn)生中等水平抗性的棉蚜田間種群(阿克蘇種群和奎屯種群)羧酸酯酶的比活力分別是敏感種群的1.6倍和1.7倍,說(shuō)明羧酸酯酶活力的升高與棉蚜對(duì)吡蟲啉的抗性形成有關(guān)。值得注意的是,新煙堿類藥劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)中不含酯鍵,那么羧酸酯酶如果作為吡蟲啉的抗性機(jī)制的話僅有一種可能性,即作為結(jié)合蛋白起作用。但是上述研究報(bào)道僅是一個(gè)相關(guān)性,并沒(méi)證明作為結(jié)合蛋白的作用。因此,羧酸酯酶介導(dǎo)棉蚜對(duì)新煙堿類殺蟲劑抗性的分子機(jī)制并不明確。

3.1.3  谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶介導(dǎo)的抗藥性

谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶催化谷胱甘肽結(jié)合反應(yīng)最開(kāi)始的步驟,是該反應(yīng)的關(guān)鍵酶,催化親核性(還原性)的谷胱甘肽與不同種類的親電子外源化合物發(fā)生反應(yīng),使還原性谷胱甘肽與有害親電子基團(tuán)結(jié)合并排出體外,起到解毒代謝的作用。以谷胱甘肽為介質(zhì)的代謝,主要有2種：第1種是以還原型谷胱甘肽作為催化劑的代謝反應(yīng),第2種是還原型谷胱甘肽與底物直接結(jié)合的代謝反應(yīng)。有研究表明谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶與棉蚜對(duì)新煙堿類殺蟲劑抗性相關(guān),例如,潘文亮等通過(guò)酶活性測(cè)定試驗(yàn)證實(shí)谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶活力增強(qiáng)在棉蚜對(duì)吡蟲啉的抗性中起重要作用。楊煥青等(2009)研究也發(fā)現(xiàn),抗吡蟲啉棉蚜品系谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶的比活力是敏感品系的1.57倍,說(shuō)明谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶比活力的提高是引起棉蚜對(duì)吡蟲啉產(chǎn)生抗性的重要原因之一。崔麗等認(rèn)為,我國(guó)新疆阿克蘇地區(qū)和奎屯市的棉蚜田間種群對(duì)吡蟲啉的抗性與谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶活性的增強(qiáng)相關(guān)。

3.1.4  UDP-葡糖基轉(zhuǎn)移酶介導(dǎo)的抗藥性

UDP-葡糖基轉(zhuǎn)移酶(UDP-glycosyltransferase,UGT)是一種重要的Ⅱ相代謝酶,能夠催化多種內(nèi)源和外源物質(zhì)與葡萄糖醛酸結(jié)合,在昆蟲內(nèi)源和外源化合物的解毒代謝中具有重要作用。近年來(lái),有研究表明UGT在害蟲中起非常重要的解毒代謝作用,參與害蟲對(duì)防治藥劑的抗性形成。例如,Li等研究發(fā)現(xiàn)UGT在小菜蛾P(guān)lutella xylostella(L.)對(duì)氯蟲苯甲酰胺抗性形成中起著重要作用。在棉蚜中,UGT也被發(fā)現(xiàn)在棉蚜對(duì)新煙堿類殺蟲劑的抗性產(chǎn)生過(guò)程中起著重要的解毒代謝作用。例如,在棉蚜對(duì)噻蟲嗪抗性品系中有13個(gè)UGT基因顯著上調(diào)表達(dá),且RNAi沉默UGT348A2、UGT344B4和UGT344J2這3個(gè)UGT基因表達(dá)均能顯著提高抗性棉蚜對(duì)噻蟲嗪的敏感性,說(shuō)明UGT基因的過(guò)量表達(dá)與棉蚜對(duì)噻蟲嗪的抗性相關(guān)。Chen等研究發(fā)現(xiàn),在棉蚜吡蟲啉抗性品系中UGT343A4、UGT344B4、UGT344C7等多個(gè)UGT基因顯著上調(diào)表達(dá),且在蛋白水平上UGT344A16、UGT344B4、UGT344C7和UGT344N4的表達(dá)水平也顯著高于敏感品系,進(jìn)一步RNAi沉默UGT344B4和UGT344C7的表達(dá)能夠顯著提高吡蟲啉抗性品系棉蚜對(duì)吡蟲啉的敏感性,證實(shí)UGT344B4和UGT344C7的過(guò)量表達(dá)與棉蚜對(duì)吡蟲啉的抗性有關(guān)。Ma等在棉蚜對(duì)氟啶蟲胺腈抗性機(jī)制研究中也發(fā)現(xiàn),UGT344B4、UGT344C5、UGT344A11等7個(gè)UGT基因在棉蚜氟啶蟲胺腈抗性品系中顯著上調(diào)表達(dá),而RNAi沉默4個(gè)UGT344亞家族基因(UGT344B4、UGT344C5、UGT344A11和UGT344L2)均能夠顯著提高棉蚜對(duì)氟啶蟲胺腈的敏感性,說(shuō)明多個(gè)UGT基因的過(guò)表達(dá)也是棉蚜對(duì)氟啶蟲胺腈產(chǎn)生代謝抗性的重要原因之一。

3.1.5  ABC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白介導(dǎo)的抗藥性

Pan等研究發(fā)現(xiàn),與敏感品系相比,棉蚜對(duì)噻蟲嗪抗性品系中多個(gè)ABC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因顯著上調(diào)表達(dá),且抑制過(guò)表達(dá)的ABC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因ABCA2、ABCD1、ABCD2、ABCE1和ABCG15能夠顯著提高抗性棉蚜對(duì)噻蟲嗪的敏感性,說(shuō)明棉蚜對(duì)噻蟲嗪的抗性與ABC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白有關(guān)。類似地,Wang等通過(guò)比較室內(nèi)敏感品系和氟啶蟲胺腈抗性品系A(chǔ)BC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因的表達(dá)差異,發(fā)現(xiàn)AB‐CA1、ABCA2、ABCB1等10個(gè)ABC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因在抗性品系中顯著上調(diào)表達(dá),且RNA干擾ABCA1和ABCD1兩個(gè)基因顯著提高了抗性棉蚜對(duì)氟啶蟲胺腈的敏感性,說(shuō)明ABC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因的上調(diào)表達(dá)也參與了棉蚜對(duì)氟啶蟲胺腈的抗性形成。

3.2  靶標(biāo)抗性

分子靶標(biāo)抗性變異是害蟲產(chǎn)生抗藥性的重要機(jī)制。新煙堿類殺蟲劑的作用靶標(biāo)是煙堿型乙酰膽堿受體,因此,nAChR靶標(biāo)位點(diǎn)突變是棉蚜對(duì)新煙堿類殺蟲劑產(chǎn)生抗性的重要機(jī)制。Koo等研究發(fā)現(xiàn)棉蚜煙堿型乙酰膽堿受體β1亞基環(huán)D區(qū)的R81T突變是其對(duì)吡蟲啉產(chǎn)生抗性的重要機(jī)制,且體外試驗(yàn)證實(shí)R81T突變介導(dǎo)的靶標(biāo)敏感性下降與棉蚜對(duì)新煙堿類殺蟲劑的抗性直接相關(guān)。Kim等在棉蚜吡蟲啉抗性品系中檢測(cè)到L80S和R81T突變,也證實(shí)其與吡蟲啉抗性相關(guān)。Zhang等采用實(shí)時(shí)熒光定量特異性等位基因PCR(real-time PCR amplififi cation of specifific-allele,RT-PASA)技術(shù)檢測(cè)發(fā)現(xiàn),采自廊坊市和德州市的田間吡蟲啉抗性棉蚜種群中存在R81T突變個(gè)體,而崔麗等通過(guò)對(duì)我國(guó)田間棉蚜種群的突變檢測(cè)也發(fā)現(xiàn),nAChR β1亞基的R81T突變與棉蚜對(duì)吡蟲啉的抗性相關(guān)。Chen等在室內(nèi)篩選的吡蟲啉高抗品系(抗性倍數(shù)＞1,215倍)的β1亞基上同時(shí)檢測(cè)到了R81T、V62I和K264E三個(gè)位點(diǎn)突變,其中V62I和K264E突變?yōu)槭状伟l(fā)現(xiàn),V62I位于LoopD前翼序列,而K264E位于跨膜區(qū)域TM1和TM2之間,進(jìn)一步對(duì)田間種群的檢測(cè)結(jié)果也證實(shí)這3個(gè)位點(diǎn)突變均與棉蚜對(duì)吡蟲啉的抗性相關(guān),說(shuō)明nAChR靶標(biāo)突變是棉蚜對(duì)吡蟲啉產(chǎn)生抗性的關(guān)鍵原因。此外,Munkhbayar等和Wang等通過(guò)對(duì)采自我國(guó)新疆和山東省的棉蚜田間種群的突變檢測(cè)也發(fā)現(xiàn)nAChRβ1亞基上R81T和K264E突變與棉蚜對(duì)新煙堿類殺蟲劑的抗性有關(guān)。

此外,nAChR受體基因低水平表達(dá)可能也在棉蚜對(duì)新煙堿類殺蟲劑的抗性形成中發(fā)揮著重要作用。例如,比較吡蟲啉抗性和敏感品系nAChRβ1亞基的表達(dá)量,發(fā)現(xiàn)其表達(dá)量在棉蚜吡蟲啉抗性品系中顯著下調(diào),說(shuō)明其低水平表達(dá)與棉蚜對(duì)吡蟲啉的抗性形成有關(guān)。同樣,在棉蚜噻蟲嗪抗性品系中,在nAChR各亞基中均未檢測(cè)到靶標(biāo)位點(diǎn)突變,但其α1、α4-1、α4-2、α5及α7亞基在轉(zhuǎn)錄水平上分別下調(diào)表達(dá)3.32倍、1.60倍、2.05倍、5.41倍和1.48倍,說(shuō)明棉蚜α1、α4-1、α4-2、α5及α7亞基的下調(diào)表達(dá)可能在棉蚜對(duì)噻蟲嗪的抗性形成中起著一定作用。

表2  棉蚜對(duì)新煙堿類殺蟲劑的抗性機(jī)制

4  棉蚜抗性治理策略

Georghiou & Saito從化學(xué)藥劑使用的角度提出了害蟲抗藥性治理的3種策略,即適度治理、飽和治理和多向進(jìn)攻治理。適度治理主要通過(guò)降低殺蟲藥劑的選擇壓力,延緩抗性發(fā)展。具體措施包括采用低劑量用藥,保留一定比例的敏感基因型,減少施藥次數(shù),選用殘效期短的化合物,避免使用緩釋劑,主要針對(duì)成蟲施藥,盡量局部而不是大面積施藥,人為設(shè)置一定的庇護(hù)區(qū),提高施藥害蟲種群閾值等。和適度治理相反,飽和治理的目的是盡可能的提高選擇壓,消除抗性雜合子中的抗性等位基因,延緩抗性發(fā)展。其主要措施是通過(guò)高劑量用藥,殺死大多數(shù)雜合子,使抗性功能隱性化。多向進(jìn)攻治理主要是根據(jù)毒物對(duì)生物的多位點(diǎn)作用,使靶標(biāo)不易產(chǎn)生抗性,一般通過(guò)殺蟲藥劑的輪用、混用以及分區(qū)施藥來(lái)延緩抗性發(fā)展。針對(duì)棉蚜抗性嚴(yán)重的特點(diǎn),建議采取以下幾種措施,盡量延緩棉蚜的抗性發(fā)展。

4.1  加強(qiáng)田間種群抗藥性動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)

抗藥性監(jiān)測(cè)是制定害蟲抗藥性治理策略和精準(zhǔn)選藥的關(guān)鍵,要綜合利用各種抗藥性檢測(cè)技術(shù),系統(tǒng)測(cè)定棉蚜對(duì)新煙堿類殺蟲劑的抗性發(fā)生頻率和抗性水平的時(shí)空變化,了解其抗性發(fā)生和發(fā)展的規(guī)律。為盡量延長(zhǎng)新殺蟲劑的使用壽命,應(yīng)該從其開(kāi)始應(yīng)用之時(shí)就制定抗性監(jiān)測(cè)計(jì)劃,并持續(xù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。同時(shí),利用現(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù),調(diào)查棉蚜對(duì)新煙堿類殺蟲劑抗性形成的相關(guān)基因資源,了解抗性相關(guān)基因的種類、頻率及其分布。根據(jù)抗性監(jiān)測(cè)結(jié)果,制定抗性治理策略,指導(dǎo)田間科學(xué)用藥,延緩棉蚜對(duì)新煙堿類殺蟲劑的抗性發(fā)展,延長(zhǎng)殺蟲劑的使用壽命。

4.2  合理選擇混用和輪用殺蟲劑組合

抗性治理中的藥劑混用是利用一組具有獨(dú)立作用機(jī)制的化合物,形成多位點(diǎn)作用,其中任何一種化合物對(duì)昆蟲的選擇壓力都低于抗性發(fā)展的要求,因而不會(huì)引發(fā)抗性的產(chǎn)生。殺蟲劑混用防治害蟲時(shí),一種組分不能殺死的個(gè)體可能被另一組分殺死,因?yàn)閷?duì)所有殺蟲劑都具有抗性的個(gè)體幾乎不存在。殺蟲劑混用作為克服或延緩抗性發(fā)展的措施需注意以下幾點(diǎn)：① 混用的各組分的作用機(jī)制應(yīng)彼此不同,如果作用機(jī)制相同,則害蟲很可能對(duì)混劑中的各組分產(chǎn)生交互抗性,反而促進(jìn)了抗性發(fā)展；② 害蟲對(duì)混用的每一組分的抗性機(jī)制應(yīng)該不同,即害蟲對(duì)混用各組分的抗性機(jī)制不同；③ 混用的各組分的殘效期應(yīng)基本相等,如果混用的組分之一殘效期明顯長(zhǎng)于其他組分,將會(huì)造成選擇壓力不平衡,失去混用的意義。

殺蟲劑輪用的主要依據(jù)是害蟲抗藥性是在殺蟲劑存在條件下“瞬間進(jìn)化”的結(jié)果,但抗性個(gè)體在對(duì)殺蟲劑產(chǎn)生抗性的同時(shí)往往會(huì)產(chǎn)生適合度代價(jià),如發(fā)育期延長(zhǎng)、生殖力下降、個(gè)體變小、體重減輕等；當(dāng)產(chǎn)生抗性的“瞬間進(jìn)化”條件(殺蟲劑的選擇壓力)消失時(shí),抗性個(gè)體因?yàn)樯飳W(xué)上的劣勢(shì)而逐漸被淘汰,在種群中的頻率下降,最終抗性種群對(duì)藥劑的敏感度會(huì)恢復(fù)。進(jìn)行殺蟲劑輪用時(shí)要注意：最好選擇具有負(fù)交互抗性的藥劑,以形成反選擇作用,有效延緩或阻止害蟲抗藥性的發(fā)生；選用作用機(jī)制不同的藥劑進(jìn)行輪用,避免形成交互抗性；設(shè)置合理的輪用間隔期,這是殺蟲劑輪用能否成功的關(guān)鍵,輪用間隔期一定要足以使昆蟲種群對(duì)上一次所使用藥劑的抗性得到恢復(fù)；殺蟲劑的輪用同樣也應(yīng)該在藥劑開(kāi)始應(yīng)用的早期就實(shí)施。例如,在棉蚜田間防治過(guò)程中可以輪換使用對(duì)棉蚜防控效果較好,且與新煙堿類殺蟲劑無(wú)交互抗性的新型殺蟲劑雙丙環(huán)蟲酯,以延緩棉蚜對(duì)新煙堿類殺蟲劑的抗性發(fā)展。

4.3  合理使用增效劑

增效劑是一類本身對(duì)害蟲沒(méi)有生物活性或活性較低的化合物,但其與殺蟲劑聯(lián)合使用后會(huì)使殺蟲劑的毒力顯著增強(qiáng)。增效劑可以通過(guò)抑制相關(guān)解毒代謝酶的活性,消除因代謝抗性機(jī)制產(chǎn)生的抗性,從而達(dá)到提高藥效,減少用藥量,延緩抗性發(fā)展的目的。代謝抗性是棉蚜對(duì)新煙堿類殺蟲劑產(chǎn)生抗性的重要原因,因此合理使用增效劑能夠在一定程度上延緩棉蚜對(duì)新煙堿類殺蟲劑的抗性發(fā)展。例如,郭天鳳等發(fā)現(xiàn),增效醚(piperonyl butoxide,PBO)和三苯基磷酸酯(triphenyl phosphate,TPP)能夠顯著提高棉蚜對(duì)吡蟲啉和啶蟲脒的敏感性；Chen等研究表明,PBO和TPP兩種增效劑能夠顯著提高棉蚜對(duì)呋蟲胺的毒力。因此,盡管PBO和TPP可能不能直接作為增效劑使用,但是這些研究結(jié)果表明通過(guò)合理使用增效劑可以達(dá)到提高新煙堿類殺蟲劑對(duì)棉蚜的防治效果,減少用藥次數(shù),降低選擇壓力的目的。

4.4  充分利用各種防治措施實(shí)現(xiàn)綜合防治

棉蚜具有繁殖速度快、種群數(shù)量大、適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn),能快速適應(yīng)防治藥劑并產(chǎn)生抗性,在田間棉蚜對(duì)新煙堿類殺蟲劑的抗性發(fā)展十分迅速。因此,要從根本上解決棉蚜對(duì)新煙堿類殺蟲劑的抗性問(wèn)題,需要大力開(kāi)發(fā)和利用農(nóng)業(yè)防治、生物防治等環(huán)境友好型控制策略,根據(jù)綜合防治的理念對(duì)其進(jìn)行綜合防治。盡量降低棉蚜種群數(shù)量,減少棉蚜暴發(fā)成災(zāi)的可能,降低對(duì)化學(xué)農(nóng)藥的依賴性。

5  展望

目前絕大多數(shù)研究?jī)H能證明P450、UGT等代謝酶解毒代謝增強(qiáng)與棉蚜對(duì)新煙堿類殺蟲劑抗性的相關(guān)性,直接的代謝試驗(yàn)證據(jù)還比較少,僅個(gè)別基因的表達(dá)產(chǎn)物完成了代謝試驗(yàn),因此還需加強(qiáng)對(duì)其直接代謝作用的研究。此外,目前雖有P450等抗性相關(guān)基因過(guò)表達(dá)分子調(diào)控機(jī)制的報(bào)道,但棉蚜對(duì)新煙堿類殺蟲劑抗性形成的相關(guān)基因過(guò)表達(dá)分子調(diào)控機(jī)制還較少,仍需加強(qiáng)相關(guān)研究。

盡管近年來(lái)有雙丙環(huán)蟲酯、氟啶蟲胺腈等新型殺蟲劑應(yīng)用于棉蚜的田間防治,但新煙堿類殺蟲劑仍是我國(guó)目前棉蚜防治中應(yīng)用最多的一類殺蟲劑。因此,棉蚜對(duì)吡蟲啉、啶蟲脒等新煙堿類殺蟲劑的抗性問(wèn)題仍不容忽視,需要繼續(xù)對(duì)其抗藥性機(jī)理進(jìn)行深入研究。在棉蚜田間防治和抗藥性治理過(guò)程中,要持續(xù)監(jiān)測(cè)棉蚜田間種群的抗藥性現(xiàn)狀,并根據(jù)抗藥性監(jiān)測(cè)結(jié)果,制定合理的抗藥性治理策略,科學(xué)指導(dǎo)田間用藥,提高田間防治效果。同時(shí),要根據(jù)棉蚜對(duì)新煙堿類殺蟲劑的抗性機(jī)制,在充分利用現(xiàn)有防治藥劑的基礎(chǔ)上,結(jié)合農(nóng)業(yè)防治、物理防治和生物防治等綜合防治方法,盡量降低新煙堿類殺蟲劑對(duì)棉蚜的選擇壓,以延緩抗性發(fā)展,達(dá)到對(duì)棉蚜進(jìn)行持續(xù)防控的目的。

來(lái)源：《植物保護(hù)學(xué)報(bào)》2021年第5期 作者：馬康生1,2 王靜慧3 解曉平4 高希武2*(1.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)植物科學(xué)技術(shù)學(xué)院；2.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院昆蟲學(xué)系；3.百色學(xué)院農(nóng)業(yè)與食品工程學(xué)院；4.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所)