昆虫抗性监测与治理-11

昆虫抗性监测与治理唐振华中国科学院上海生命科学研究院植物生理生态研究所内容1.昆虫抗药性及其现况2.抗药性机理及其分子基础3.抗性早期诊断技术4.抗性治理策略5.我们在该领域的研究进展6.展望抗药性昆虫具有耐受杀死正常种群大部分个体的药量的能力在其群体中发展起来的现象。也就是说，在多次使用药剂后，害虫对某种药剂的抗药力较原来正常情况下有明显增加的现象，其特点是这种由使用药剂而增大的抗药力，是可以遗传的。有些昆虫对某些杀虫剂表现一种天然的敏感度低，即具有高度耐受性，我们把这种先天性的抗药能力称为自然抗性(natureresistance)1.昆虫抗药性及其现况交互抗性昆虫对一种药剂发生抗性后往往对其它没有使用过的药剂也发生抗性，这叫做“交互抗性”(crossresistance)。一般来讲，作用机理机同的杀虫剂易产生交互抗性。因为产生交互抗性的原因主要是由某些杀虫剂的作用机理或代谢机理类同所致。也就是说，由于其抗性机理相同可对不同杀虫剂产生交互抗性。1.昆虫抗药性及其现况负交互抗性负交互抗性(negativecrossresistance)是指昆虫对一种杀虫剂发生抗性后对另一种杀虫剂的敏感度反而上升的现象。1.昆虫抗药性及其现况多种抗性多种抗性(multipleresistance)指昆虫对同时使用的几种杀虫剂产生抗性的现象，但这种抗性对几种杀虫剂的保护机制是不同的，切勿与交互抗性相混淆。区别这两种抗性是很重要的，因为一个特殊的交互抗性型常能提供与抗性机制有关的信息。1.昆虫抗药性及其现况抗性发展的现况据不完全统计至2003年，已报道对杀虫剂和杀螨剂产生抗性的昆虫和螨有548种，抗性虫种分布于15个不同的目：蜱螨目、蛛形目、鞘翅目、革翅目、双翅目、蝣目、半翅目、同翅目、膜翅目、鳞翅目、脉翅目、直翅目、虱目、蚤目和缨翅目，其中最多的是双翅目、蜱螨类、鳞翅目、鞘翅目和同翅目昆虫，这5个目的抗性虫种约占全部抗性虫种的90%以上。其中对杀虫剂和杀螨剂产生抗性最多的虫种是蝇、蚊，其次为螨、蜱、蝶，蛾、甲虫和半翅目昆虫(包括蚜虫、蝉、叶蝉、飞虱、介虫和粉虱)。自20世纪60年代发现害虫和害螨的抗药性以来，具有抗性药性的害虫和害螨种类数量在不断地增加，特别是在70年代以后，20世纪昆虫和螨类产生抗性的情况见下图1.昆虫抗药性及其现况抗性事例数(虫种化合物)昆虫和螨的种类数杀虫剂和杀螨剂化合物数在昆虫和螨中报告产生抗性的增长情况1.昆虫抗药性及其现况orderNumberofresistantspeciesPercentoftotalnumberofresistantspecies（548）Diptera18434Acari8315Lepidoptera8215Coleptera7313Homoptera5811total48088Mostresistantarthropodorderstoinsecticidesoracaricides1.昆虫抗药性及其现况MostresistantarthropodspeciestoinsecticidesoracaricidesSpeciesNumberofpesticidesTetranychusurticae72Plutellaxylostella69Myzuspersicae68Boophilusmicroplus41Leptinotarsadecemlineata40Panonychusulmi40Blattellagermanica39Heliothisvirescens37Muscadomestica36Triboliumcastaneum341.昆虫抗药性及其现况杀虫剂的作用及抗性机理Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ表示杀虫剂抗性的主要机理2.抗药性机理及其分子基础昆虫应用的各种反应，具有代谢各种有机化合物的能力。它们的代谢物通常具有更大的亲水性(一般低毒或无毒)，这样易于排出体外。许多抗性昆虫抵抗杀虫剂的能力明显增加，加速代谢杀虫剂，使这些杀虫剂变为无毒或低毒化合物，从而使杀虫剂无法到达作用部位，由此而产生的抗性称为代谢抗性(metabolicresistance)这是昆虫的一种重要抗性机理。这类代谢能力增高是由于解毒酶的上调节(up-regulation)所致。这种上调节的增加可由细胞色素P450s和/或GSTs的转录过表达，或由水解酶基因的扩增所致。代谢抗性2.抗药性机理及其分子基础代谢抗性相关的三大酶系酯酶（Est）P450单加氧酶(P450s)，又称多功能氧化酶(MFOs)谷胱甘肽S-转移酶(GSTs)2.抗药性机理及其分子基础代谢抗性的分子机理尖音库蚊(Culexpipiens)对有机磷杀虫剂的抗性主要涉及3个等位基因，其中2个基因座为Est-2(或酯酶B)和Est-3(或酯酶A)，它们是编码解毒羧酸酯的水解酶的酯酶基因，赋予酯酶过量产生的抗性等位基因。至今在酯酶B基因座发现有6个不同的同种异酶(allozymes)：B1、B2、B4、B5、B6和B7；在酯酶A基因座有4个不同的同种异酶：A1、A2、A4和A5。这2个酯酶基因座是紧密连锁的，之间由2~6kb的基因间隔的DNA片段把它们分隔开。同种异酶是指相同基因位点上不同等位基因所编码的不同形式的酶。第三个基因座是Ace1，编码乙酰胆碱酯酶，是一个敏感度降低（不敏感）的等位基因。2.抗药性机理及其分子基础与杀虫剂的结合能力的增加,从而减少到达靶标部位杀虫剂的量加速杀虫剂的代谢。抗性昆虫中的酯酶量的改变2.抗药性机理及其分子基础酯酶的过量的分子机理酯酶的过量产生是由2种独立的机理引起的。第一种机理是基因扩增，既可是酯酶B基因座扩增，又可是酯酶A基因座扩增，在某些情况下还可是酯酶A和B基因座一起扩增。后者是2个酯酶基因座共扩增(co-amplification)。第二种机理为基因调节(generegulation)，用以解释酯酶A1的过量产生。但是，除了基因扩增外，还有基因调节可贡献于其他变异体的过量产生。2.抗药性机理及其分子基础抗性昆虫中的酯酶质的改变与有机磷抗性相关的酯酶除了量的变化外，还存在质的变化。这种质的变化的基础可能涉及酯酶的结构改变，从而增加其降解杀虫剂的能力例如:家蝇和铜绿蝇中色氨酸(Try)突变为亮氨酸(Leu)2.抗药性机理及其分子基础在抗性昆虫中P450的过表达抗性虫种(品系)过表达的P450参考文献抗性家蝇(Rutgers)CYP6A1Carino等，1992；1994。抗性家蝇(LeranPyrR)CYP6D1Scott等，1996。抗性果蝇CYP6A2Waters等,1992;Brun等,1996。抗性果蝇CYP6A9Maitra等，1996。抗性棉铃虫CYPB2Xiao-Ping和Hobbs,1995。吴峻等，1999。抗性烟芽夜蛾CYP4G8Pittendrigh等,1997。CYP9A1Rose等，1997。2.抗药性机理及其分子基础抗性昆虫中GST酶量的改变基因扩增基因转录速率加快尚未发现GST酶的质的改变2.抗药性机理及其分子基础靶标抗性靶标敏感度降低是昆虫产生靶标抗性的第二种主要机理。一般来讲，杀虫剂进入昆虫体内经活化，或未被代谢的杀虫剂与靶标分子、靶标蛋白结合互相作用，改变其功能，结果产生中毒症状，最后死亡。由于抗性昆虫的靶标分子发生了变化，从而降低其与毒剂的结合作用，或降低与杀虫剂的作用，这种因敏感性降低而产生的抗性。称为靶标部位抗性(或靶标抗性)(target-siteresistance)。2.抗药性机理及其分子基础杀虫剂作用的主要靶标有机磷和氨基甲酸酯类杀虫剂的作用靶标乙酰胆碱酯酶(AChE)滴滴涕和拟除虫菊酯类杀虫剂的作用靶标钠离子通道环戊二烯类杀虫剂的作用靶标-氨基丁酸(GABA)受体氯离子通道2.抗药性机理及其分子基础靶标抗性的分子机理乙酰胆碱酯酶敏感度降低(InsensitiveAChE)GABA受体突变(GABAreceptormutation)电压门控钠离子通道突变(mutationsinthevoltage-gatedsodiumchannel)2.抗药性机理及其分子基础品系115199303368位置SaltilloSerValAlaTyr突变BygdeaPheValAlaPhePierrefeuPheThrAlaPheMH19PheIleGlyTyrSensitivePheIleGlyPhe果蝇AChE基因（Ace中的抗性突变）2.抗药性机理及其分子基础乙酰胆碱酯酶敏感度降低家蝇抗性品系中发现的氨基酸点突变抗性品系突变位点49RG365ACH2G262AF327Y77MV180LG262AF327Y690abG262VF327YCTV180LG262AF327YYBOLV180LG262VF327YSH-PRV180LG262VF327YD422V2.抗药性机理及其分子基础抗性比抗性比果蝇单个和组合突变(以单字母氨基酸符号表示)对AChE抗性的影响2.抗药性机理及其分子基础AChE敏感度降低的埃及伊蚊Ace基因的定向突变2.抗药性机理及其分子基础GABA受体突变(GABAreceptormutation)RDLGABA受体亚基的四个跨膜区（黑色矩形）和保守的半胱氨酸桥（C=C），将每二个跨膜区（M2）放大可见抗性突变位点S丙氨酸(Aly)丝氨酸(Ser)2.抗药性机理及其分子基础电压门控钠离子通道突变钠通道结构的模式图[(a)根据表25.6中所列文献；图(b)、(c)仿Vais等(2001)修改]a表示多种昆虫与kdr抗性相关的突点位置[图中编码是根据家蝇para序列(见GenBankX96668)；b表示离子孔周围跨膜螺旋片段的方向；c表示根据诱变和光亲和性标记试验所表明的部分麻醉剂(localanesthetics,LA)、双鞭甲藻毒素(brevetoxin,pbTx)和拟除虫菊酯(pyrethroids,Py)与S5和S6片段结合部位位置的放大示意图。2.抗药性机理及其分子基础医昆kdr型抗性涉及的突变及其在Na+通道中的部位结构域kdr突变部位虫种文献结构域ⅠS4-S5内环I253VDmLee和Soderlund(2001)N端(ⅠS6-ⅡS1接头)的ⅠS6处D58GBgLiu等(2000)近ⅠS6处E4334KBgLiu等(2000)近ⅡS1处C764RBgLiu等(2000)结构域ⅡS6L1014FMdWilliamson等(1996)S6L1014FHiGuerrero等(1997)S6L1014FAgMartinez-Torres等(1998)S6L1014FCpMartinez-Torres等(1999b)S6L1014SCpMartiney-Torres等(1999b)AgRanson等(2000)S6L1029HHvPark等(2000)S4-S5内环M918T*MdWilliamson等(1996)HiGuerrero等(1997)PcLee等(2000)S6L993FBgDong等(1997);Liu等(2000)2.抗药性机理及其分子基础结构域ⅢS6M1524IDmLee和Soderlund(2001)S6M1536IDmDoyle等(1998)S6F1550IBmPittendrigh等(1997);He等(1999)S5-S6A1494VDmPittendrigh等(1997)S5-S6V1410ADmPittendrigh等(1997)ⅢⅣ5´端结构域ⅣS65´端P1880IBgLiu等(2000)Dm：黑腹果蝇(D.melanogaster)Md：家蝇(M.domestica)Cp：尖音库蚊(C.pipiens)Ag：冈比亚按蚊(A.gambiae)Bg：德国小蠊(B.germanica)Hi：搔扰角蝇(H.irritans)Pc：头虱(P.capitis)Bm：微小牛蜱(B.microplus)*super-kdr突变结构域kdr突变部位虫种文献2.抗药性机理及其分子基础抗性早期诊断技术在通常