第十二节抗药性及其治理

第十二节昆虫抗药性及治理

迄今至少有500多种昆虫及螨、150多种植物病原菌、180多种杂草生物型产生了抗药性。了解有害生物抗药性形成的机理及抗药性治理的策略，对于正确合理地使用农药及研制新农药都有重要意义。一、害虫抗药性的概念和定义二、害虫抗药性的发展概况三、我国农业害虫抗药性现状四、害虫抗药性的形成五、影响抗性发展的因子六、害虫抗药性治理一、害虫抗药性的概念和定义1.定义

世界卫生组织（WHO）：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种群中发展起来的现象。Sawicki（萨威基

）：抗药性是指害虫能够降低田间防效的一种反应，这是对毒物选择作出的一种遗传上的改变。

抗药性特点（1）抗药性是对有害生物群体而言的（种群性）；（2）是针对某种特定的药剂而作出的反应（特定性）（3）是药剂选择的结果（选择性）；（4）是可以在群体中遗传的（可遗传性）；（5）是相对于敏感种群或正常种群而言的（相对性）。此外，应注意不要将“抗药性”和“自然耐药性”相混淆。2.几个基本概念自然耐药性(naturalresistance)：指一种昆虫在不同发育阶段、不同生理状态及所处的环境条件的变化对药剂产生不同的耐药力。也叫自然抗性。交互抗性（crossresistance）：昆虫的一个品系由于相同抗性机理或相似作用机理或类似化学结构，对于选择药剂以外的其他从未使用过的一种药剂或一类药剂也产生抗药性的现象。

负交互抗性(negativeresistance)：指昆虫对一种杀虫剂产生抗性后，反而对另一种药剂变的更为敏感的现象。一、害虫抗药性的概念和定义多抗性(multipleresistance)：昆虫的一个品系由于存在多种不同的抗性基因或等位基因，能对几种或几类药剂都产生抗性。选择性：指不同昆虫对药剂敏感性的差异。抗性倍数：R的LD50（LC50）/S的LD50（LC50）

一、害虫抗药性的概念和定义

对农业害虫来说，如果提高5倍以上，一般来说已产生了抗药性，如果是卫生害虫（蚊，蝇）其抗性倍数达5-10倍，认为产生了抗性。测定抗性必须使用相同的方法才能比较，常用的方法有点滴法，浸渍法等。抗性抗性指数级别（倍数）无抗性：＜5低抗：5-10中抗：10-40高抗：40-160极高抗：＞160二、害虫抗药性的发展概况二、害虫抗药性的发展概况二、害虫抗药性的发展概况447种抗性节肢动物中，59%是重要的农业害虫(264种)，38%是重要的卫生害虫(171种)，3%是寄生性或捕食性天敌(12种)。

二、害虫抗药性的发展概况三、害虫抗药性的形成1.抗药性的形成

昆虫对杀虫剂产生抗性的问题，实质上是一个种群遗传学的问题。选择学说认为抗药性是一种前适应现象（preadaptivephenomenon），完全取决于杀虫剂的选择作用。诱导变异学说认为昆虫种群中原来不存在抗性基因。而是由于杀虫剂的直接作用，使昆虫种群内某些个体发生突变，产生了抗性基因。药剂不是选择者而是诱导者。后适应现象。

基因重复学说：即基因复增学说geneduplicationtheory。它与一般的选择学说不同，虽然它承认本来就有抗性基因的存在，但它认为某些因子（如杀虫剂等）引起了基因重复，即一个抗性基因拷贝为多个抗性基因，这是抗性进化中的一种普遍现象。染色体重组学说：因染色体易位和倒位产生改变的酶或蛋白质，引起抗性的进化。

三、害虫抗药性的形成1.抗药性的形成抗性的形成实际上是一种进化现象，至少包括3个因素：（1）变异（2）遗传（3）选择选择起了定向的作用，即使基因频率向一个方向发展，逐代累加。

抗性是杀虫剂选择的结果。产生抗性的原因有多种，按其由遗传引起的种群特征的变化，或形态、生理生化特性的变化，可分为行为抗性和生理生化抗性。三、害虫抗药性的形成2.抗药性形成的机制2.1生理生化抗性

生理抗性：包括表皮和神经膜穿透作用降低，脂肪体等惰性部位贮存杀虫剂的能力增强、排泄作用增强，围食膜特别发达，或能引起呕吐、或分泌大量水分而引起水泻，加速将药剂排出体外等。生化抗性：主要是指由解毒作用增强、代谢加速而引起的，故又称为代谢抗性。三、害虫抗药性的形成2.抗药性形成的机制

简单地说，昆虫对各类杀虫剂涉及的主要生理生化抗性机理有以下几个方面：（1）穿透速率降低。包括两种类型：一是杀虫剂穿透昆虫表皮的速率降低，二是杀虫剂对神经系统穿透作用降低；（2）代谢抗性：涉及到的酶有，细胞色素P450酶系、水解酶（主要是酯酶）、谷胱甘肽转移酶、DDT-脱氯化氢酶等；（3）靶标部位敏感度降低等。三、害虫抗药性的形成2.抗药性形成的机制2.1生理生化抗性

Forgash等（1962）首先提出，一个多抗性的家蝇品系对二嗪农的穿透率降低。狄氏剂和DDT在抗性家蝇中的穿透作用降低。并命名为ORGANOTIN-r，其突变基因命名为tin(或pen)。

表皮穿透降低实际上是穿透常数降低，即杀虫剂穿透昆虫表皮的速率降低，而延缓杀虫剂到达靶标部位的时间。在这一时期内使抗性昆虫有更多的机会来降解这这些化合物。表皮穿透降低对杀虫剂无专一性，已报道的杀虫剂有DDT、狄氏剂、对硫磷、西维因、二嗪农、马拉硫鳞、敌百虫、氯硫磷和其它杀虫剂。

2.1.1穿透作用降低

（1）表皮穿透作用降低2.1生理生化抗性2.1.1穿透作用降低

（2）神经系统穿透作用降低2.1生理生化抗性

“pen”基因是一个修饰基因，也就是说单独起作用时，对抗性影响不大，但与其它因子，特别是各种代谢基因一起作用时，抗性就会显著加强，所以又称pen基因为强化基因或增效基因。

例如，在抗DDT的家蝇中发现，由于MFO活性增高，产生50倍的抗性，表皮穿透作用降低，产生2倍的抗性，那么这2个因子共同起作用时，其抗性水平可达900倍。实际上由于研究方法的限制可能低估了穿透抗性的作用，从渗透剂的增效作用可以推测穿透抗性在某些情况下可能扮演更为重要的角色。2.1.1穿透作用降低

2.1生理生化抗性

有机磷和氨基甲酸酯类杀虫剂的靶标乙酰胆碱酯酶DDT和拟除虫菊酯类杀虫剂的主要靶标钠通道环戊二烯类杀虫剂的靶标GABA受体。2.1.2作用靶标部位敏感性降低

2.1生理生化抗性三、害虫抗药性的形成2.抗药性形成的机制AChE

AChE的不敏感性主要由AchE变构引起，而AchE的变构则是结构基因的点突变造成的。例如，果蝇中的AChE是由一个独特的位点Ace编码的。Ace中的一个T突变为A将导致AChE的苯丙氨酸（368）突变为酪氨酸后改变了AChE的催化特性，结果降低了对杀虫剂的敏感性。点突变可以发生在不同的部位，从而导致不同的抗性型。从果蝇的田间品系中发现了4种突变型：苯丙氨酸（115）变为丝氨酸；异亮氨酸（199）变为缬氨酸或苏氨酸；甘氨酸（303）变为丙氨酸。一个突变型的AChE中几个点突变的组合不但会导致产生不同的抗性型，而且对抗性有明显的增强作用，即高抗性有可能来自几个低抗性点突变的组合。AChE敏感性下降，除了AChE质的改变，即上述变构AChE外，AChE量的增加即AChE基因表达调控也可能对抗性产生影响。钠通道

钠通道的改变，引起对杀虫剂敏感度下降，结果产生击倒抗性（Knockdownresistance，简称Kdr），包括抗性水平更高的超Kdr因子。Kdr型抗性通常具有如下的特点：（1）Kdr基因是隐性基因，即只有在纯合子状态下才表现抗性，杂合子状态并不表现抗性；（2）Kdr基因对DDT和拟除虫菊酯杀虫剂引起神经敏感度降低；（3）对所有拟除虫菊酯和DDT都有交互抗性；（4）对拟除虫菊酯产生很高的抗性，特别是在有超Kdr基因存在时，可产生数千倍的抗性。

Kdr型的分子机理：

神经膜磷脂双分子层的变异；钠通道数量的改变；钠通道质的改变。

膜上的脂对膜蛋白和酶的结构与功能起重要作用，如果神经膜脂蛋白或脂类组成发生变化，或由于脂诱导而造成酶的构型发生变化，最后都会导致神经敏感性下降。昆虫对拟除虫菊酯的毒性反应有很大差异的原因可能是由于不同昆虫的神经膜中的脂质比例不同而引起的。钠通道数量的改变与产生击倒抗性有或无关；

钠通道Kdr的本质是钠通道的变异。通过对敏感和抗性品系中位于第二染色体上的果蝇钠通道Sch等位基因克隆化和测序，发现位于同源结构阈Ⅲ的S5和S6连接片段的一个位点发生了突变，导致敏感品系Sch序列中1172位的天冬氨酸残基在抗性品系中被天冬酰胺取代，使连接片段失去一个负电荷，此负电荷的丧失是产生Kdr机制的原因。在拟除虫菊酯抗性烟草夜蛾体内是单个碱基发生了突变（T到A），而该突变基因能将亮氨酸改变为组氨酸，从而引起钠通道蛋白改变造成击倒抗性。Kdr型的分子机理：γ-氨基丁酸（GABA）受体

果蝇对环戊二烯类的抗性是由位于第Ⅱ染色体臂的单个主要基因（Rdl）控制的。在家蝇中Rdl基因位于第Ⅳ染色体。环戊二烯抗药性是由GABAA受体-氯离子通道复合体上环戊二烯和木防己苦毒宁（PTX）结合部位敏感度下降所致。Ffrench-Constant等首先从野生型对环戊二烯类杀虫剂有高抗性的果蝇品系中克隆了环戊二烯抗性基因Rdl。在Rdl基因中，仅发现在302位的丙氨酸变为丝氨酸，正是这一突变与环戊二烯/PTX结合部位的不敏感度有关。

昆虫在杀虫剂的选择压力下，通过增强体内解毒酶的活力和提高酶蛋白与杀虫剂分子的亲和性以及加强各种形式的酶促结合等方式，加速对进入昆虫体内的杀虫剂的解毒代谢作用而使昆虫表现出的抗药性，就是代谢抗性，简单地说就是解毒能力增强。参与代谢作用并与抗性有关的酶系主要有细胞色素P450酶系、谷胱甘肽转移酶和水解酶（主要是脂族酯酶、DDT-脱氯化氢酶等）等。2.1.3代谢作用增强2.1生理生化抗性三、害虫抗药性的形成2.抗药性形成的机制细胞色素P450酶系与抗药性细胞色素P450的化学本质是蛋白质，它不是一种蛋白而是分子质量在46-60Kda（黄俊勇和冷欣夫，1991）的结构类似而又不尽相同，性质类似而又有差异的一族蛋白质（唐振华，1990a）。主要包括两类细胞色素：细胞色素P450和细胞色素b5；二种黄素蛋白，即NADPH-细胞P450还原酶和NADH-细胞色素b5还原酶；还含有磷脂等。

P450蛋白种类的多样性及其底物的重叠性使P450酶系可以催化多种类型的反应，不仅对许多外来物质如杀虫剂及其它环境有毒化合物具有代谢作用，还参与一些重要的生理功能内源性物质如激素、脂肪酸的代谢，在生物体中起十分重要的作用。

细胞色素P450单加氧酶的功能

是催化底物分子羟基化RH+NADPH+H++O2ROH+NADP++H2O上述反应需要细胞色素P450(CytP450)参与。细胞色素P450单加氧酶(cytochromeP450monooxygenase)，又称混合功能氧化酶(mixed-functionoxidase)或羟化酶(hydroxylase)细胞色素P450单加氧酶作用机制细胞色素P450酶系与抗药性

P450酶系对杀虫剂代谢作用的增强是大多数重要害虫对杀虫剂产生高水平抗性和交互抗性的主要原因（Scott,1996）。其直接证据来自MFO的离体测定，主要是通过：a杀虫剂氧化代谢的直接测定；b模型底物氧化代谢的测定；c对MFO酶系中P450水平的测定；dP450光谱特征的变化。研究结果表明，抗性的发展普遍与微粒体氧化作用增强有关。其间接证据是通过研究一些增效剂的作用发现的。增效醚（pbo）是MFO的专一性抑制剂，并对抗性品系的增效作用大于敏感品系。利用pbo的增效作用来判断MFO是否参与害虫抗药性形成，是研究抗药性性生理生化机制的常用工具之一。昆虫抗药性除与MFO中的细胞色素P450水平有关外，还和其他组分，特别是P450还原酶和细胞色素b5水平有关。MFO解毒能力增强：P450量的增加，P450质的改变。另外，MFO活性增强可能也是造成交互抗性的原因之一。细胞色素P450酶系与抗药性酯酶与昆虫抗药性

酯酶是能够水解酯键的一类水解代谢酶。昆虫中的酯酶主要是B类酯酶，包括胆碱酯酶、磷酸酯酶和羧酸酯酶。与抗性有关的主要是羧酸酯酶。羧酸酯酶实际上是由许多同功酶组成的。例如棉铃虫幼虫体内有10个羧酸酯酶同功酶。羧酸酯酶解毒能力的增强在某些昆虫对有机磷杀虫剂的抗性中起重要作用，对拟除虫菊酯类杀虫剂的抗性中起一定的作用，而对氨基甲酸酯类杀虫剂的抗性主要是MFO的作用，羧酸酯酶的作用很小。

酯酶活力增强主要有两个方面的原因：一是质的改变，即某一个或某一些同功酶发生了变构；二是量的改变，即酶量的增加。酯酶量的增加又有三种途径：一是基因扩增；二是基因表达调控的改变；三是这两个途径兼而有之。酯酶在昆虫对杀虫剂的抗药性机制中起两方面的作用：一方面是催化杀虫剂酯键断裂，代谢解毒；另一方面是作为结合蛋白和进入体内的杀虫剂结合，从而减少到达作用靶标的量。酯酶与昆虫抗药性谷胱甘肽转移酶（GSTs）与昆虫抗药性

催化亲电子物质与内源的还原性谷胱甘肽（GSH）反应（主要是将底物中的某个基团转移到GSH的硫原子上）的一类酶称为谷胱甘肽S转移酶，简称GSTs。依所转移的基团种类将GSTs分为5类：烷基转移酶、芳基转移酶、芳烷基转移酶、链烯转移酶和环氧化物转移酶。在昆虫抗性机制中主要涉及到烷基转移酶和芳基转移酶。研究表明，GSTs代谢能力增强是家蝇对有机磷的抗性机制之一。如抗二嗪农的家蝇品系较敏感酶系的GSTs代谢强度高5.2倍。此外，谷胱甘肽（GSH）是GSTs催化结合反应的辅助因子，GSH的含量对GSTs的催化有很大影响。已有实验证明某些昆虫的抗性与GSH含量增加有关。GSTs结合杀虫剂后，增强了杀虫剂分子的水溶性，因此有利于被害虫排出体外，从而使杀虫剂解毒。DDT-脱氯化氢酶及硝基还原酶

昆虫体内的DDT在DDT-脱氯化氢酶的作用下，将DDT转化为无毒的DDE。DDT-脱氯化氢酶有称为DDT酶，存在于各种组织，包括化感器，保护神经系统免受积累过多的DDT。大量的研究表明昆虫对DDT的抗性程度由于DDT酶活性存在正相关性。

有机磷杀虫剂中有硝基结构的化合物如对硫磷、杀螟硫磷及苯硫磷等，可以被硝基还原酶代谢为无毒化合物。

总之，代谢抗性的化学本质是杀虫剂代谢活性的增强，归因于相关酶在数量或质量上的改变，可能涉及的机制包括基因扩增、酶基因突变以及基因转录的增强等。

2.抗药性形成的机制

感觉到不安全而飞离。例如在喷洒菊酯类药剂的地方，蚊子在未接触到足够的药量前就迅速飞离，以致不能致死。

2.2行为抗性即昆虫受到杀虫剂的刺激而改变了习性，对药剂的敏感度增加。使昆虫Na+通道敏感度降低

必须指出，某一种群对某一杀虫剂的抗性，其机制往往不是单一的，即使是酶活性提高，也不一定就是某种酶活性提高，可能是几种解毒酶活性都提高的结果。

三、害虫抗药性的形成四、影响抗性发展的因子遗传学因子生物学因子操作因子5.1遗传学因子

(1)原始抗性基因频率：决定抗性速度的主要因素(2)抗性基因是显性还是隐性：一是涉及到抗性形成的速度问题；二是涉及到抗性种群的纯度。（3）抗性基因之间的相互作用：抗性若是单基因，则难以形成高抗性。二个抗性基因结合时对抗性的影响是倍增，而不是简单的相加作用。此外，抗性基因的相对适合度、抗性基因的共适应及抗性基因在染色体上的位置等遗传学因子也对抗性的发展影响很大。

5.2生物学因子

害虫的种类，习性，世代均影响其抗性。（1）世代：卫生害虫＞农业害虫＞仓库害虫。（2）活动性活动性小＞活动性大，迁飞的害虫（3）食性：寡食性＞多食性（4）害虫的栖息场地：栖息地少＞栖息场所多变5.3操作因子

包括人为因子，药剂的性质，使用方法，次数、浓度、剂量等。（1）药剂性质：残效期短的药剂易分解，残效期长的不易分解，易造成抗药性，缓释剂残效期更长，则易产生抗药性。（2）药剂的使用量、次数：高剂量、次数多的产生抗药性，它可使敏感种群被淘汰，抗性种群得以发展。（3）使用范围：范围越大越易产生抗药性。

五、害虫抗药性治理津巴布韦杀螨剂轮用治理方案

二苯基化合物类（三氯杀螨砜等）甲脒或氨基甲酸酯类（双甲脒等）有机磷类（久效磷、三唑磷等）2年后2年后2年后（一）害虫抗药性治理的基本原则和策略

1、基本原则

（1）尽可能将目标害虫种群的抗性基因频率控制在最低水平；（2）注重选择没有交互抗性的药剂进行交替轮换使用和混用；（3）选择最佳施药时间和方法，严格控制施药次数；（4）实行综合防治；（5）尽可能减少对非目标生物的影响。2.杀虫剂抗性治理的策略

（1）适度治理(ModerationManag-ement)限制药剂的使用，降低总的选择压力，而在不用药阶段，充分利用种群中抗性个体适合度低的有利条件，促使敏感个体的繁殖快于抗性个体，以降低整个种群的抗性基因频率，阻止或延缓抗性的发展。

2.杀虫剂抗性治理的策略

（2）饱和治理(SaturationManagement)当抗性基因为隐性时，通过选择足以能杀死抗性杂合子的高剂量进行使用，并有敏感种群迁入起稀释作用，使种群中抗性基因频率保持在低的水平，以降低抗性的发展速率。

2.杀虫剂抗性治理的策略

（3）多种攻击治理(MultipleAttackManagement)当采用不同化学类型的杀虫剂交替使用或混用时，如果它们作用于一个以上作用部位，没有交互抗性，而且其中任何一个药剂的选择压力低于抗性发展所需的选择压力时，那就可以通过多种部位的攻击来达到延缓抗性的目的。（二）抗性监测在抗性治理中的作用

1、设计抗性治理方案的依据

2、评估抗性治理的实际效果监测抗性变化评估治理方案和效果为抗性治理方案的修订补充提供依据

监测害虫发生情况预测抗性水平及分布抗性的早期预警3.抗性监测方法

抗药性监测是指通过生物测定、解毒酶活性分析、靶标敏感性测定或分子生物学等技术，确证昆虫种群是否产生抗性，如果产生抗性，监测抗性水平和变化动态抗性监测的技术有生物测定技术；生化检测技术；神经电生理检测技术；分子生物学检测技术。（1）生物测定技术

早在1956年世界卫生组织(WHO)曾组织了一系列害虫抗药性测定方法的讨论会,并于1970年正式制定出标准测定方法.联合国粮食和农业组织(FAO)在1969～1974年先后发表了测定原理和15种农业害虫抗药性测定试行方案.我国根据实际情况和害虫种类,也制定了相应的害抗药性测定方案.这些方案考虑的因素主要是药剂的作用方式和昆虫的形态学。a.抗性倍数法（LD50）

让害虫在室内条件下接触到不同剂量（浓度）梯度的杀虫剂得到剂量反应关系（LD-P线），计算出LD50（LC50）和LD-P线的斜率b，然后与敏感品系相比较计算出抗性倍数，以确定抗性的有无和程度。

b.区分剂量（discriminatingdose）法使用1至2个能够区分害虫种群中抗性个体、杂合子和敏感个体的剂量进行测定，从而确定抗性个体频率。该方法使用成功与否的关键是得到合适的区分剂量，通常做法是根据敏感品系的LD99或LD99.9来确定，但最好通过抗性遗传分析得到区分剂量。LD99：用来杀死一种昆虫群体中几乎所有敏感个体，而几乎不杀死该群体中表现型抗性个体（包括抗性杂合子和抗性纯合子个体）的某一杀虫剂的剂量。在抗性遗传特征为完全显性或不完全显性的情况下，由于杂交F1（♀R×♂S或♀S×♂R）的毒力回归线靠近抗性亲本的毒力回归线，而与敏感亲本的毒力回归线往往不易重叠，通常就可以用敏感毒力回归线的LD99作为区分剂量，用该区分剂量处理某个种群，就可以得到该种群中抗性个体百分率。c.单雌系F1代遗传监测（检测）法

Gould等（1997）将区分剂量和单对杂交结合在一起提出单对F1法（单对杂交法）。用室内筛选出的抗性品系与田间采集的个体进行单对杂交，其杂交后代（F1代）幼虫在区分剂量下受试，而确定早期抗性基因频率情况。其适用条件：①隐性基因控制的抗性；②必须是单对基因控制的抗性；③实验室内要有纯度较高的抗性品系。与常规检测技术相比，灵敏度很高，能够监测出田间早期抗性基因频率。d.F2代浓缩遗传法：

Andow等（1998）提出F2代遗传