昆虫对杀虫剂的抗性机制概述

1、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

2、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

3、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、毗虫啉、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

4、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

5、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

6、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，GABA受体被阻断神经递质就无法正常 传递，因此它也是杀虫剂

7、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

8、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CrylAb毒素的结合位点却未发 生变化。抗性的产生只与Cr

9、y 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Heckel等研究发现，对Bt棉产 生抗性的Y

10、HD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 因13。在一些对Bt产生抗性的印度谷螟品系中，中肠中毒素的水解及活化 比敏感品系和其它的抗性品系低，这种差异主要是由于在这些抗性品系中缺少 一种主要的肠道类胰蛋白酶，这种酶的缺少导致B

11、T毒素在中肠中毒性的降低 8。但在抗性印度谷螟中肠中也发现，类糜蛋白酶的酶活性比敏感品系约低 3倍，而类糜蛋白酶的基因结构和表达在敏感和抗性品系间是相同的，中肠类 糜蛋白酶可能与抗性的产生没有直接的关系。毒素与特异性结合受体间的改变而 产生抗性，是一种较为完善的机理。这其中包含了特异性结合受体APN活力的变 化和酶上结合位点在位置、数目上的变化。毒蛋白晶体在中肠水解过程的改变与 抗性产生的关系，还需要进一步证实。3昆虫对阿维菌素(Avermect in)的抗性机制阿维菌素是一类新型的高效广谱的抗生素类农药，在防治害虫的同时也使 害虫产生了抗药性。近年来对阿维菌素抗性机理的研究主要集中在代谢抗性

12、方面, 对表皮穿透性降低和其它抗性机理也有一定研究，而对靶标抗性的研究较少。昆 虫对阿维菌素抗药性主要与多功能氧化酶和非专一性酯酶活性增强有关。大量研 究表面：多功能氧化酶、酯酶、细胞色素P450以及单加氧酶等都与昆虫代谢抗 性的产生有关。而Scot t等研究表明，多功能氧化酶、水解酯酶和谷胱甘肽转 移酶均不能迅速降解阿维菌素，代谢抗性不是小菜蛾AVER品系的主导抗性机 制。对于穿透作用降低的机理，药剂穿过表皮后在虫体内的吸收过程和重新分 布之间的关系等许多问题有待进一步研究。而从阿维菌素选育的幼虫对其内寄生 蜂具明显的保护作用，说明抗性机制可能与表皮穿透作用降低有相当关系。小菜 蛾对阿维菌素

13、的抗性可能涉及到多种代谢机制。随着分子生物学技术广泛应用于 昆虫学研究，杀虫剂作用机理研究中靶标酶、解毒酶、受体、钠离子通道的结构 与功能逐渐得以阐明。无论代谢抗性或靶标抗性都是解毒酶或靶标酶质或量的改 变或敏感降低而形成，这些改变都与基因调控或突变有关。在代谢抗性中，酯酶 主要与其结构基因的扩增有关，细胞色素P450单加氧酶主要与调节基因有关， GST主要是过量表达。靶标抗性中，无论是靶标酶AChE还是钠离子通道和GABA 受体，一般都与结构基因的点突变有关。因此，从分子遗传方面研究抗性的本质, 将对抗性治理提供重要依据。参考文献 ：:1李士根，刘永春，甄天民.蚊虫抗药性机制研究进展J.中国

14、媒介生物学及控制杂志，2001, 12 ( 1) :76 78.:2冯国蕾.害虫抗药性的生化机理J.生物学通报,1995, 30( 3) : 6 8, 11.:3亢春雨，赵春青，吴刚.昆虫抗药性分子机制研究的新进展J.华东昆虫学报，2007, 16( 2) : 136 140.:4林建国，张传溪，唐振华.与昆虫抗药性相关的乙酰胆碱酯酶基因突变研究进展J.农药学学报，2005,7( 1) : 1 6.WILLIAMSON M S, MARTINEZ- TORRES D,H ICK C A, et al. Ident ificatio n of mutatio n in thehousefly par a- type so dium channel g ene associatedw ith knockdown resistance to pyrethr oid insecticides J . Mo l. Gen. Genet, 1996, 252: 51 60.FFRENCH - CONSTANT RH , ROCH ELEAUTA, ST EICH EN JC, et al. A point mutati