昆虫对杀虫剂的抗性机制概述

昆虫对杀虫剂的抗性机制概述

摘要: 昆虫抗性机制的研究对于抗性监测、治理等具有重要意义, 综述了昆虫对几种杀虫剂的抗性机制。

关键词: 杀虫剂; 抗药性; 苏云金杆菌; 阿维菌素

随着杀虫剂长期、大量、广泛地使用, 昆虫对杀虫剂产生的抗性也越来越引起人们的关注。尽管在杀虫剂的更新、混合、交替使用方面做了大量工作, 延缓了杀虫剂抗性的产生, 但昆虫对杀虫剂的抗药性上升趋势仍不可遏制。综述了昆虫对化学农药、苏云金杆菌、阿维菌素的抗性机制。

1 昆虫对化学农药的抗性机制

1. 1 表皮穿透性的降低

昆虫表皮对药剂穿透性降低, 可延缓杀虫剂到达靶标部位的时间, 使昆虫有更多的机会来降解杀虫剂。虽然表皮穿透下降只表现低水平抗性, 但作为其它抗性因子的修饰者则很重要, 如与解毒作用相结合, 就可大大影响死亡率而增加抗性。表皮穿透性降低机制在家蝇、埃及伊蚊、致倦库蚊、淡色库蚊等均有发现[ 1] 。不同的杀虫剂或不同的昆虫表现出的穿透性降低在程度上存在差别, 但穿透性降低是所有昆虫抗性普遍存在的一个因素, 杀虫剂穿透性的降低是受Pen 基因所控制的[ 2] 。

1. 2 解毒酶活力的增强

与杀虫剂代谢相关的解毒酶的解毒作用增强是抗性产生的主要原因之一。这些解毒酶主要包括细胞色素P450 介导的多功能氧化酶、谷胱甘肽转移( GST ) 、水解酯酶等。多功能氧化酶是昆虫体内参与各类杀虫剂以及其它外源和内源化合物代谢的主要解毒酶系,可使杀虫剂降低或失去杀虫活性, 从而使昆虫产生抗药性。P450 酶系的解毒代谢能力增强是因为抗性昆虫体内P450 过表达。与抗性相关的P450 基因主要有6 个: CYP6A1、CYP6A2、CYP6A8、CYP6A9、CYP6B2 和CYP6D1[ 3] 。多功能氧化酶是多种昆虫对拟除虫菊酯、辛硫磷、吡虫啉、有机磷、氨基甲酸酯类以及生长调节剂定虫隆等多种杀虫剂产生抗性的主导因素。杀虫剂中许多有机磷化合物是被虫体的GST 所解毒。一些抗有机氯和有机磷的昆虫体内GST 含量很高。GST 解毒能力增强也是由于基因在体内的过表达。多种害虫

对有机磷杀虫剂、拟除虫菊酯类杀虫剂产生抗性也与酯酶和水解酯酶有关。酯酶和羧酸酯酶活力增加也能导致棉蚜对有机磷杀虫剂产生抗性。以酯酶为基础的昆虫抗药性机制在分子水平上是因为酯酶基因扩增的结果。另外在昆虫体内还存在DDT - 脱氯化氢酶, 它能把DDT分解为无毒的DDE, 从而使昆虫对DDT 产生抗性。

1. 3 神经系统敏感性的下降

靶标不敏感性是昆虫对杀虫剂产生抗药性的一个极为重要的生化机制, 已在多种昆虫对多种杀虫剂的抗性中发现。涉及变构乙酰胆碱酯酶( AchE) 对有机磷和氨基甲酸酯类杀虫剂的抗性、不敏感的钠通道对DDT 和拟除虫菊酯的击倒抗性和不敏感的 - 氨基丁酸( GABA ) 受体对环戊二烯类杀虫剂的抗性。乙酰胆碱酯酶是有机磷和氨基甲酸酯类杀虫剂的作用靶标。许多昆虫的乙酰胆碱酯酶基因发生突变与昆虫的抗药性有着密切的关系[ 3] 。基因发生突变后, 其编码的AchE 对杀虫剂敏感度降低, 这是造成昆虫对杀虫剂产生抗性的一个重要原因。现已在很多昆虫中发现不敏感的AChE,不敏感的AChE 既可能是抗性昆虫AChE 酶量过高所致, 也可能是AChE 发生了性质改变。通常情况下抗性是由AChE 变构引起的, 不同昆虫的AChE 变构的部位不同。至今在AChE 中已发现有四个位置可发生变。另一方面, 乙酰胆碱酯酶基因突变对AChE 结构与功能的影响。害虫可以通过其AChE 活性中心氨基酸序列的改变, 影响杀虫剂与酶的结合过程, 从而对杀虫剂产生不同程度的抗药性[ 4] 。神经系统敏感性降低常表现为击倒抗性。由于钠通道变得不敏感而对DDT 和拟除虫菊酯的快速击倒和致死作用产生击倒抗性,最早是在家蝇成虫中观察到的, 此后发现德国蜚蠊、埃及伊蚊、致倦库蚊等昆虫也有击倒抗性。研究发现电压敏感性钠通道是DDT 和拟除虫菊酯类杀虫剂的主要靶标[ 5] 。通过跳蚤对拟除虫菊酯类的击倒抗性的研究表明, 昆虫对拟除虫菊酯类杀虫剂产生抗性是由于拟除虫菊酯靶标位点( Par a) 的点突变造成的[ 3] 。对果蝇和家蝇的Para 基因相对应DNA 片段分析发现, 击倒抗性与电压敏感钠通道基因片段变化有密切联系, 钠通道基因的改变是抗性的基础。GABA 是昆虫体内重要的抑制性神经传递物质, GA BA 受体被阻断神经递质就无法正常传递, 因此它也是杀虫剂重要靶标之一。果蝇对环戊二烯类的抗性是由位于第2 染色体上的单个主要基因( Rdl) 控制的。Ff rench- Constant 在抗狄氏剂的抗性果蝇体内克隆出GABA 受体基因Rdl, 深入研究表明, 狄氏剂抗性是Rdl 基因

发生突变, 导致敏感性下降[ 6] 。对按蚊狄氏剂抗性品系的研究也证实, 抗性品系的Rd基因也存在突变。这一基因突变在蜚蠊、家蝇、赤拟谷盗、埃及伊蚊、咖啡果小蠹等昆虫对环戊二烯的抗性中具有保守性。

2 昆虫对苏云金杆菌( B. t ) 的抗性机制

苏云金杆菌能产生具有强烈杀虫作用的杀虫晶体蛋白( ICP) , 主要用于鳞翅目、双翅目以及部分鞘翅目昆虫的生物防治。随着Bt 杀虫剂的推广使用, 尤其是二十世纪八十年代中期以来, 已发现埃及伊蚊、烟芽夜蛾、五带淡色库蚁等多种昆虫对ICP 产生明显抗性[ 7] 。昆虫的抗性机制比较复杂, 根据ICP 毒素的作用机理, 主要有两种。

2. 1 BT 毒素与中肠细胞膜上受体结合的变化

昆虫抗性的产生和Bt 毒素与中肠刷状缘细胞膜泡( BBMV ) 的结合有关。在BBMV 中含有与毒素结合的特异受体, 毒素与受体间的结合能力、特异结合位点的数目及改变都与抗性的产生有关[ 8 ] 。在对Bt 毒素产生抗性的印度谷螟和小菜蛾中, Bt 毒素与中肠BBMV 的结合力下降是产生抗性的主要机理。虽然抗性个体中毒素的结合位点数显著多于敏感个体, 但CryIAb 毒素的结合位点却未发生变化。抗性的产生只与Cry IAb 结合位点的改变有关, 与数量无关。Masson 等发现在小菜蛾抗性系中, 虽然抗性更多地与受体同Cry IAa 的结合力降低有关,但CryIAc 毒素可竞争性地与CtyIAa 毒素的结合位点结合而减少毒素在细胞膜上形成孔道的机会, 从而导致抗性的降低。烟芽夜蛾抗性幼虫中, 毒素与受体的亲和力较敏感个体稍增加, 结合位点的浓度却降低, 有可能导致抗性的产生。Lee 等发现烟芽夜蛾的抗性和毒素与膜受体间的结合力降低有关, 在细胞上有多个毒素的结合位点, 推测Cr yIAa、CryIAb、CryIAc3 种毒素在细胞膜上共享的结合受体的改变是产生抗性的主要原因。H eckel 等研究发现, 对Bt 棉产生抗性的YHD 系烟芽夜蛾中, 对CryIAc 的80% 抗性水平与中肠受体BtR- 4 的位点有关。Gill 等成功地构建了烟芽夜蛾的cDNA 文库, 并从YHD 烟芽夜蛾中克隆了含有APN 与Bt 毒素特异结合的BT BP1 蛋白。标记结合实验显示, 细胞膜上的BTBP1 蛋白或N- 氨肽酶活力的降低导致了对Bt 毒素的抗性。

2. 2 BT 晶体毒素蛋白在中肠中的水解作用变化

Johnson 等早期的研究认为, 昆虫中肠蛋白酶的活性下降是抗性产生的原