第五章 植物病原菌的抗药性发展及机制

• 连年监测结果表明田间抗药性病原群体数量经过缓 慢增长后开始急剧上升，多菌灵等防治效果显著下 降。
• 赤霉病菌对多菌灵的抗药水平达1000倍以上，且对 其他苯并咪唑类杀菌剂表现交互抗性，又无其他防 治措施，故赤霉病菌抗药性已成为人们面临的严峻 问题。
小麦白粉病：
• 中国小麦白粉病每年发病面积超过1500万公顷。 • 三唑类杀菌剂时目前国内外来用来防治小麦白粉病
• 产生抗药性的杀真菌剂有苯并咪唑类，硫逐磷酸 脂类，苯酰胺类，羧酰替苯胺类，羟基嘧啶类， 肿丁胺和麦角甾醇生物合成抑制剂类等内吸性杀 菌剂，和多果定，取代苯类，二甲酰亚胺类等保 护性杀菌剂，以及春日霉素，灭瘟素Ｓ，抗霉素 Ａ，多氧霉素类，匹马菌素，放线菌酮等抗生素 类化合物。
• 实际上人们常说的杀菌剂抗性主要就是指杀真菌 剂抗药性。
– 药剂驯化条件下， 产生对恶霜灵抗性的突变马铃薯晚 疫病菌和葡萄霜霉病菌株适合度好于原菌株， 竞争力 较强， 稳定性较好。
第四节 病原物抗药性发生原理
• 通过遗传变异而获得抗药性，是病原物在自然界 能够赖以延续的一种快速生物进化的形式。
• 病原物抗药性是由病原物本身遗传基础决定的。 就是说病原物群体中，通过随机突变而出现抗药 性个体，这些抗药性个体在农药应用之前就存在 于群体之中。
• 适合度是指病菌抗药性突变体与敏感群体在自然 环境条件的生存竞争能力。即是在生长、繁殖速 率、致病性等方面。
• 除少数杀菌剂外， 病菌对多数药剂产生抗性后均 表现不同程度的适合度下降。
– 稻瘟病菌抗烯肟菌酯的抗药性菌株的生长速率、产孢 能力等显著低于敏感性菌株；
– 活体试验表明，稻瘟病菌抗药性突变体的致病力较差， 与敏感性菌株相比差异显著。
第五章 病原菌抗药性及其机 制
主要内容：
第一节 病原物抗性发展历史 第二节 我国植物病原菌抗药性概况 第三节 抗药性植物病原菌生物学特性 第四节 病原物抗药性发生原理 第五节 病原物抗药性发生机制
概念：是指本来对农药敏感的野生型植物病原 物个体或群体，由于遗传变异而对药剂出现敏感性 下降的现象。
主效基因控制的抗药性
• 田间病原群体或敏感性不同的菌株杂交后代对药 剂的敏感性都呈明显的不连续性分布。
① 某一主效基因对其他主效基因具有 上位显性作用
灰葡萄孢霉对苯并咪唑类药剂的抗药性
② 主效基因间会发生互作
尖孢镰刀菌对苯菌灵的高水平抗药性就是 由2个主效基因的互作引起的
1）苯并咪唑类杀菌剂：
• 通州市和如东市的抗性频率也已达65.83%和 65.28%，抗药水平1000倍以上；
• 多菌灵在苏沪地区已基本失效。湖北省洪湖市也发 现了抗性菌株的存在。
果蔬灰霉病：
• 该病原菌极易产生抗药性变异； • 自1985年起，对上海和江苏地区的蔬菜和草莓灰霉
病菌抗药性检测，结果表明，在使用苯并咪唑类杀 菌剂2~5年后灰霉病抗药菌株比例可达40%~100%， 多菌灵等杀菌剂防止失效。 • 抗药性菌株适合度和抗性水平高，在保护地很易造 成抗药性病害流行。
吗啉类和哌啶类药剂使用至没有因抗 性导致田间防效下降的报道。
4）羟基嘧啶类
• 主要用于种子处理防治禾谷类作物的白粉病, 但很 快就出现了抗药性问题。
• 药剂防治后存活下来的病菌群体对药剂的敏感性 有轻微的下降, 且敏感性的分布呈连续性分布。
• 乙菌啶。
抗药性遗传研究的意义
• 病原菌抗药性遗传的研究是新药剂抗性风险评估 的一项重要研究内容。
• 为预测抗药病原群体发展动态、新药剂在田间的 使用寿命以及制定抗性治理策略提供依据。
• 为抗药性分子机制的研究提供参考。 • 可丰富该病原菌遗传学研究的内容并为研究其它
性状的遗传与变异提供遗传标记。
（二）生化机制
1）降低亲和性
• 一些杀菌剂是干扰真菌生物合成过程（如核酸， 蛋白质，麦角甾醇，几丁质等的合成），呼吸作 用，生物膜结构和细胞核功能的专化作用位点化 合物。真菌只要发生单基因或少数寡基因突变就 可以导致靶点结构的改变，而降低对专化性药剂 的亲和性。
核基因控制的抗药性
主效基因(major -gene) 抗药性 微效多基因(poly-gene)抗药性
胞质基因控制的抗药性：
• 真菌对少数药剂和细菌对大多数药剂的抗药基因属于 胞质基因控制的抗药性， 这些抗药基因主要位于真 菌的线粒体和细菌的质粒中。
• 酵母对三烷基锡类药剂( 干扰病菌的氧化磷酸化) 的抗 药性是由线粒体DNA 分子控制的；
• 这可能是由于真菌和细菌对铜制剂的抗性生化机 制不同的原因。
2）链霉素抗性：
• 链霉素主要用于防治细菌病害, 但对部分卵菌病害 也有效；
• 在苹果疱斑病菌和辣椒疮痂病菌中, 链霉素抗性基 因主要存在于质粒中。
• 寄生疫霉链霉素抗药性也是由胞质遗传因子决定 的, 属母性遗传。
3）QoIs 类药剂：
第二节 我国植物病原菌抗药性概况
小麦赤霉病：
• 长期以来多菌灵等苯并咪唑类杀菌剂一直是国内外 用来防治麦类赤霉病唯一有效的药剂
• 这类杀菌剂极易导致病菌产生抗药性,但是在1992 年以前国内外均未发现赤霉病菌对多菌灵的抗药性。
• 经过近20 年用药以后，1992年首先发现浙江地区 出现0.25%频率的抗药菌株。
• 稻瘟病菌已产生抗药性是南方稻区病害防效下降的 主要原因。
水稻白叶枯病：
• 水稻白叶枯病是中国南方稻区的重要病害。多年来 一直依靠中国自行研制的噻枯唑进行化学防治。
• 水稻白叶枯病原细菌对噻枯唑抗药性菌株在病源群 体中已占40%以上，抗药水平中等。
• 治理白叶枯病菌对噻枯唑的抗药性已刻不容缓。
水稻恶苗病：
• 主要包括苯菌灵、多菌灵等, 是一类非常重要的内 吸性杀菌剂。
• 大多数病菌对这类药剂的抗性是由单个染色体基 因的突变引起；
• β-微管蛋白上氨基酸的改变与抗药性的产生有关。
2）芳烃类药剂
• 括地茂散、五氯硝基苯、甲基立枯磷、二甲酰亚 胺类以及吡咯苯类杀菌剂等；
• 这些药剂具有交互抗性, 且都对病菌的有丝分裂有 不同程度的影响；
抗
病原物遗传物质发生变化，抗药
药 性
性状可以稳定遗传
包
含
的
函
抗药突变体对环境有一定的适合度，
义
即与敏感野生群体具有生存竞争力
第一节 病原物抗性发展历史
20世纪40年代，美国James G. Horsfall提出病原 菌对杀菌剂敏感性下降的问题
60年代末，高效、选择性强的苯并咪唑类内吸性杀菌 剂被开发和广泛用于植物病害防治（多菌灵）
抗药性真正成为病害防治的突出问题是 20世纪60年代中后期大量使用内吸杀菌剂 以后，最典型的实例是苯并咪唑类内吸杀 菌剂。
1967年大量生产并广泛使用苯来特， 1969年就有报道用于防治黄瓜白粉病时出现 抗性菌，随后出现的抗性菌有十几种。
1956年，Horsfall(J.G)--《杀菌剂作 用原理》提出警告：
wenku.baidu.com
• 降低亲和性是病菌产生抗药性最重要的生化机制。 如常用的苯并咪唑类，苯酰胺类，羧酰替苯胺类 杀菌剂及春雷霉素等抗菌素的抗性，就分别因它 们相应的作用靶点β－微管蛋白，mRNA聚合酶， 琥珀酸－辅酶Q还原酶复合体和核糖体组成发生 改变，降低了药剂与这些靶点的亲和性而表现抗
甜菜褐斑病：
• 抗药性菌株在田间病原群体中平均占60%以上，个 别田块高达90%；
• 抗药水平较高，多菌灵、甲基托布津等的防治效果 基本完全丧失。
第三节 抗药性植物病原菌生物学特性
• 抗药性菌株的生物学特性即抗性菌株的越冬、越 夏、生长、繁殖和致病力等方面的特性；
• 研究上主要以适合度来评价抗药性菌株的生物学 性状改变情况；
药剂化学防治完全失效
抗药性病害流行，药 剂化学防治完全失效
用户加大用药剂量 和用药频率
导致抗药性病害流行
提高抗药病原物在 群体中的比例，
药剂防治效果下降
第五节 病原物抗药性发生机制 （一）遗传机制 （二）生化机制
（一）遗传机制
植物病原菌的抗药性
核基因控制的抗药性（病原真菌） 胞质基因控制的抗药性（病原细菌）
– 紫外线诱导、药剂驯化条件下诱导产生的两株抗烯肟 菌胺黄瓜白粉病菌株致病力低于敏感菌株的致病力。
• 也有一些菌株适合度较高， 与野生敏感菌没有差 异甚至高于敏感菌株。
– 禾谷镰孢菌对多菌灵抗药性菌株的生长、繁殖和致病 力等性状与野生菌株几乎没有变化， 说明抗药性病原 群体与敏感性病原群体有较高的生存竞争能力或适合 度。
• 在赤球丛赤壳菌中首次研究了对多果定的抗药性 遗传, 已发现有4 个位点与抗性有关, 且在重组体 中具有积加效应, 因此抗性是由微效多基因控制的；
• 田间群体对药剂的敏感性呈连续性分布。
2）甾醇C-14α脱甲基抑制剂
• 主要作用于病原菌甾醇生物合成过程中的 C-14 脱甲基酶；
• 三唑醇
3）吗啉类和哌啶类
植物病原细菌容易产生抗药 性:
繁殖速度快 数量大， 容易发生变异
少数线虫产生抗药性
化学防治水平很低 线虫繁殖速率一般较慢 传播方式的局限性
• 链霉素和土霉素使用不久，梨火疫病菌就产生了 抗药性。在用噻枯唑水平较高的安徽和县，也发 现水稻白叶枯病菌在田间已存在抗药性。
• 如使用呋喃丹４-５年之后，玉米地的一种线虫 （Daratylenchus seribnexi）种群降低了对呋喃丹 杀线虫剂的敏感性。
• 病原真菌对作用于菌体细胞色素bc1 复合物的QoIs 类 药剂的抗药性也是由线粒体基因控制的。
1）铜制剂抗药性：
• 染色体基因发生突变的抗药突变体但田间抗药菌 株大多是由质粒DNA 分子控制的；
• 虽然铜制剂也被广泛用于防治马铃薯晚疫病和葡 萄霜霉病等真菌病害, 但没有因抗性问题导致田间 防治失效的报道；
70年代初，开展了对植物病原物抗药性的系统研究，
80年代初成立了杀菌剂抗性行动委员会（FRAC）， 开辟了植物病理学和植物化学保护学新的研究领域。
在20世纪40年代就有微生物对化学 药剂的抗药性报道。
1940年，一年后就出现了抗药性的 青霉菌和色孢霉菌---杀菌剂历史上首 例病原菌产生的抗药性。
20世纪60年代初期，五氯硝基苯和多 果定的抗性菌系的陆续出现。
• 几乎都是由主效基因控制的。
3）羧基酰胺类：
• 有萎锈灵、氧化萎锈灵、邻酰胺等。 • 主要抑制病原菌的琥珀酸脱氢酶活性。
4）苯酰胺类化合物
• 如甲霜灵、呋霜灵等。 • 主要对卵菌病害有效；
5）春日霉素：
• 广泛用于稻瘟病菌的防治； • 主要影响病菌的蛋白质合成。
微效多基因控制的抗药性
1）多果定
• 一类作用于病原菌线粒体中电子传递链上cyt-bc1 酶复合物Qo 中心的一类药剂；
• 包括甲氧丙烯酸酯类（嘧菌酯）和吡唑烷酮类药 剂等。
• 分子遗传学研究表明, 病菌对这类药剂的抗性主要 是在cyt b 基因的127147 和275296 两个区段的某 一碱基发生点突变引起的。
核基因控制的抗药性：
的主要杀菌剂。 • 小麦白粉病对三唑类杀菌剂抗药水平已提高10倍以
上。
水稻稻瘟病：
• 一直采用以稻瘟净、异稻瘟净和克瘟散为主的有机 磷类杀菌剂进行化学防治。
• 南方双季稻区稻瘟病菌抗药亚群体比例较高，部分 地区抗药菌株出现频率超过90%。
• 抗药菌株对稻瘟净、克瘟散等都表现交互抗性，部 分菌株对富士一号也表现交互抗性。
“不要等待抗药性在田间的出现!”
抗药性发生类群：
目前已发现的有植物病原真菌、 细菌和线虫；其他病原物如当前类菌 原体、类立克次体、病毒和寄生性种子植物等，都没有抗药 性问题。
已知植物病原真菌产生抗药性的有鞭毛菌亚门、子囊菌 亚门和半知菌亚门等数百种真菌。
中国小麦，瓜类白粉病
三唑酮
稻瘟病
异稻瘟净和富士一号
• 农药则是抗药突变体的强烈选择剂，而不是抗药 性发生的诱变剂，过去认为农药可以诱导病原物 产生抗药性的观点是不正确的。
对病原物特 殊生化位点
发生作用
农药对病原物的毒理
病
原
生化
物
位点
抗
由单
药
基因
性 发
调节
病原物群 体中存在 抗药个体 或抗药
基因
生
原 理
表现抗药性
抗性个体少， 继续生长繁
殖、侵染寄主
• 多菌灵曾经是防治恶苗病的有效药剂。 • 江苏、安徽、辽宁等地区的水稻恶苗病菌株样本抗
药性频率高达95%以上，抗药水平20~100倍；江苏 地区的病原菌抗药性频率为54.5%，且多为高抗菌 株。
油菜菌核病：
• 江苏主要油菜产区的菌核病菌多数已对多菌灵产生 了抗药性，其中江苏南通市崇川区的抗性频率已达 100%；