棉铃虫抗药性研究进展

棉铃虫抗药性研究进展

摘要：昆虫抗药性问题日趋严重，本文综述了棉铃虫对常用的有机合成农药产生抗药性的现状、植物次生物质对抗药性的影响、抗药性的机理、棉铃虫对各类杀虫剂抗性水平下降的原因等方面国内外研究的进展。

关键词：棉铃虫，抗药性现状，抗药性机理

抗药性是指昆虫忍耐杀死正常种群大部分个体的药量的能力并在种群中发展起来的现象[1]。昆虫抗药性是相对与种群概念而言的，而不是单独的昆虫个体，昆虫的抗性由基因控制，可遗传[2]。从生物学的角度来看,昆虫对杀虫剂产生抗药性是一种胁迫进化现象,它是伴随着杀虫剂对昆虫的选择作用而出现的[3]。长期使用化学农药防治,不可避免的会导致害虫抗药性的产生。

至2011年，昆虫和螨类至少有570多种产生了抗药性，其中以鳞翅目、双翅目的昆虫产生抗药性的为最[4]。棉铃虫Helicoverpa armigera (Hübner)属鳞翅目夜蛾科，是棉花上最主要的害虫之一。

一、棉铃虫抗药性现状

长期以来防治棉铃虫主要依赖有机磷、氨基甲酸酯、拟除虫菊酯三大类杀虫剂，导致棉铃虫对这些药剂产生了不同程度的抗性。像化学农药一样,抗虫棉的应用同样受到棉铃虫抗性的威胁。随着转基因棉种植面积的增加,棉铃虫将逐渐产生抗性。

据报道，20世纪90年代已有棉铃虫对Bt生物杀虫剂产生早期抗性，抗性个体百分率为5～10%[5]。Akhurst等用CrylAc原毒素筛选棉铃虫，从第1代到第16 代都没有检测到对CryIAc 原毒素的抗性，在第17 代第一次检测到对CryIAc 的抗性为76 倍，进一步筛选抗性可达300多倍[6]。

二、转入Bt基因致棉花抗害天然防御系统损害

十年前，转基因Bt棉花的种植面积占棉花总种植面积的12% ，2011年转基因棉花的普及率更是高达82%[7]。转基因Bt棉被转入一个苏云金杆菌的基因，使其产生Bt蛋白毒素，毒杀棉铃虫及鳞翅目的一些其它害虫。然而，某些其他种类次要害虫与昆虫，如棉盲蝽、蚜虫泛滥成灾，迫使棉农不得不大量喷洒化学农药对付它们。

瑞士农业研究科学家Romeis等发现棉花有一个复杂的抗虫天然防御系统。害虫开始啃咬棉花作物时，棉花的天然防御系统产生一种萜类化合物，这不仅破坏了棉铃虫等害虫的

食欲，还破坏了其他一些昆虫啃咬它们的食欲。转基因Bt棉杀死了棉花主害虫棉铃虫，使它们未能啃咬棉花达到足以触发棉花自己天然防御系统的程度，造成蚜虫大量繁殖，对转基因棉造成严重的伤害。该研究首次揭示转基因Bt棉的间接作用：棉铃虫被杀死同时影响了啃食棉花作物的其他昆虫，因为转基因Bt棉的抗虫天然防御系统未能被主害虫启动。

三、植物次生物质对棉铃虫抗性的影响

大量研究表明，植物次生物质可诱导激活或抑制害虫体内相关解毒酶系而影响其对药剂的敏感性，植物次生物质诱导的解毒酶和杀虫剂的代谢酶系统是相同的[8]，解毒酶系的诱导激活在害虫抗药性形成早期被认为有利于提高隐性抗性基因频率，从而可促进害虫抗药性的发展[9]。植食性昆虫在取食寄主植物及其所含的次生性代谢物的同时,也可以激发解毒酶系的活性,这种诱导变化使昆虫减轻或免受食料中次生物质的影响,同时也增强了对其他外来化合物的解毒作用[10]。

棉铃虫取食含次生物质的寄主植物后对杀虫剂的敏感度应该提高。并且随着世代的增加棉铃虫对杀虫剂的敏感度会不断提高[11]。由于棉铃虫经植物次生物质诱导后, 体内解毒酶的活性大幅度升高，增强了解毒作用，最终棉铃虫对杀虫剂的反应是由解毒酶和靶标酶综合作用的结果,即棉铃虫对杀虫剂的耐药性增强, 使防治变得困难。

单宁类化合物是棉花中重要的抗生性物质，现已被证明具有多抗性。陈凤菊等的研究结果表明单宁酸抑制了棉铃虫的取食，幼虫的生长发育缓慢，体重下降，高浓度的单宁酸甚至导致棉铃虫的死亡。单宁酸对棉铃虫解毒酶GST的活性有一定程度的抑制作用。解毒酶活性的降低可能影响了棉铃虫对单宁酸的解毒代谢, 因此增加了单宁酸对棉铃虫的毒害作用。此外，还发现单宁酸处理后棉铃虫幼虫GST的活性增加, 棉铃虫对溴氰菊酯的敏感性也增加[12]。

四、抗药性机理

昆虫对杀虫剂抗药性的产生, 是杀虫剂选择作用的结果, 其产生抗性的机制, 可分为行为机制和生理生化机制两类。目前对于棉铃虫抗药性机制, 研究比较透彻的是对拟菊酯类杀虫剂的抗性机制, 主要涉及以下几方面

4.1表皮穿透速率降低

Gunning用14C标记的氰戊菊酯和氯氰菊酯进行了棉铃虫表皮穿透和分布的研究，经4h后氯氰菊酯在抗性个体表皮内残留量是敏感个体的2倍多，这表明抗性个体表皮对药剂有较强的阻碍作用[13]。

研究结果均表明，抗性棉铃虫的表皮对药剂进入起到了一定的阻碍作用，但表皮穿透性降低实际上仅是杀虫剂穿过表皮速率的降低，而不是穿过表皮的杀虫剂量的减少，不会导致最终进入体内的杀虫剂总量的降低。尽管表皮穿透下降一般只能引起低水平抗性，但其与解毒作用结合时，就可能导致抗药性的成倍增长[14]。

4.2杀虫剂作用靶标敏感性下降

靶标敏感性下降又称靶标抗性，是指由于杀虫剂作用靶标敏感度降低而产生的抗性。杀虫剂作用的靶标主要有；乙酰胆碱酯酶、神经轴突钠离子通道、γ-氨基丁酸受体、氯离子通道及保幼激素受体等。

Gunning首次报道了棉铃虫对拉维因产生抗性，并且通过生化研究表明AChE的不敏感性是其产生抗性的原因[15]。昆虫对拟除虫菊酯产生抗性的重要机理之一就是神经靶标敏感性下降，即击倒抗性。其作用位点主要是神经膜上的Na+通道，通过干扰Na+通道的门控过程，使Na+通道关闭延迟，开放时间延长，引起重复后放和突触传递的阻断。最近的研究则发现，尽管拟除虫菊酯类杀虫剂引起的Na+通道的重复后放与其击倒作用具有很好的相关性，但与其毒杀作用的相关性却不大[14]。

γ-氨基丁酸受体氯离子通道。GABA是普遍存在于生物体内的一类小分子物质，其功能十分广泛，是哺乳动物中枢神经的首要神经传递抑制素，起着调节神经元兴奋度的作用，昆虫体内的GABA可以作用于神经兴奋信号受体，起到抑制神经传递的作用[16]。GABA受体氯离子通道是环戊二烯类、抗生素类、二环苯甲酸酯类、吡唑类杀虫剂的重要作用靶标，受到抑制会影响氯离子转运，从而阻断神经递质的正常传递[17]。

4.3代谢作用增强

昆虫抗药性的重要机制之一是解毒酶的活性显著增高，对杀虫剂的解毒能力增强，即代谢抗性[18]，涉及的解毒酶主要有多功能氧化酶、谷胱甘肽-S-转移酶和酯酶。

酯酶(exterase,Est)

酯酶是昆虫体内一种重要的代谢酶，属于水解酶，具有广泛的底物专一性。酯酶对杀虫剂的作用具有双向性：一方面杀虫剂对酯酶活性有抑制作用，另一方面酯酶可对杀虫剂进行代谢。关于酯酶解毒代谢在棉铃虫对拟除虫菊酯抗性中的作用，国内外均存在争议。多功能氧化酶系(mixed-functionoxidases,MFOs)

棉铃虫对拟除虫菊酯杀虫剂的抗药性与多功能氧化酶系(MFOs)有关。大体表现在以下两个方面：首先MFOs的专性抑制剂胡椒基丁醚(PBO)对抗性具有显著的抑制作用，被应用于抗性治理中。其次MFOs的重要组分(细胞色素P450、细胞色素b5、细胞色素C还原