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草地貪夜蛾對殺蟲劑的抗性發展分析總結

時間:2020-01-14   編輯:中國農藥網  瀏覽次數:

 地貪夜蛾Spodoptera frugiperda(J.E.Smith)屬鱗翅目夜蛾科灰翅夜蛾屬,又名秋黏蟲,起源于美洲地區,是玉米生產上的主要害蟲之一,也是巴西歷史上最具破壞性的玉米作物害蟲之一。草地貪夜蛾存在與寄主相關的兩種生態分型:玉米型草地貪夜蛾更喜歡取食玉米和高粱,而水稻型更喜食水稻。這種差異性不僅限于其對寄主的偏好,還延伸到它們的生理、交配行為,以及對殺蟲劑的敏感性等方面。

    自1996年以來,世界各地陸續開始推廣種植能表達蘇云金芽孢桿菌(Bacillus thuringiensis,Bt)殺蟲蛋白的轉基因作物,用于防治鱗翅目害蟲,其中草地貪夜蛾是主要的防治對象之一。然而,草地貪夜蛾對Bt蛋白的田間抗藥性發展已威脅到轉Bt作物的可持續利用。自2010—2018年間,已先后有多篇論文報道了草地貪夜蛾對轉Cry1F、Cry1Ab、Cry2A和Vip3A基因作物的田間抗性,表明單一依賴轉Bt作物并不足以防治該害蟲。

    草地貪夜蛾作為外來入侵物種,于2019年1月進入中國云南省,后相繼在廣西、貴州、廣東及湖南等地發生、為害,目前已擴散至中國的糧食主產省安徽。由于經歷過多個國家化學農藥生物農藥的防治,有關這些入侵中國的草地貪夜蛾的具體抗藥性狀況目前尚不明確?;诖?,迫切需要針對草地貪夜蛾開展一系列科學有效的抗藥性監測和抗性機理研究。本文擬主要綜述有關草地貪夜蛾抗藥性監測發展歷史以及抗性機理研究的進展,以期為當前中國草地貪夜蛾的田間防治及盡早開展其抗藥性監測和研究提供參考。

    1、草地貪夜蛾對殺蟲劑的抗性發展

    從1975—2016的統計數據分析看,有關草地貪夜蛾抗藥性的報道呈現逐年上升的趨勢(圖1)。綜合來看,不同地區對殺蟲劑的依賴程度和使用頻率導致了各地草地貪夜蛾抗性程度的不同。在轉Bt玉米推廣種植之前,化學防治一直是草地貪夜蛾主要分布國家和地區(如美國和巴西等)必需的防治手段。常用藥劑主要是傳統的有機磷類、氨基甲酸酯類和擬除蟲菊酯類殺蟲劑,而有關其對殺蟲劑的抗性報道也主要集中在上述3類藥劑上,且抗性發生區域大多集中在美國佛羅里達州、波多黎各及墨西哥、巴西等地。此外,也有少量關于草地貪夜蛾對酰胺類殺蟲劑(如氯蟲苯甲酰胺和氟苯蟲酰胺)抗性的報道。

草地貪夜蛾對殺蟲劑的抗性發展分析總結

    1.1  草地貪夜蛾對有機磷類殺蟲劑的抗性

    20世紀70年代,有機磷類農藥作為DDT的替代品開始用于田間害蟲的防治。

    1981年,Wood等報道了美國哈蒙德地區草地貪夜蛾對甲基對硫磷(113倍)和敵百蟲(31倍)的抗性。

    1991年,Yu等報道,與實驗室敏感種群相比,美國佛羅里達州北部玉米田的草地貪夜蛾對常用有機磷類殺蟲劑產生了不同程度的抗性。其中,對毒死蜱、甲基對硫磷、二嗪磷、甲丙硫磷、敵敵畏及馬拉硫磷的田間抗性在12~271倍之間,處于中到高等抗性水平;2003年,他們發現采自佛羅里達州斯特拉地區的草地貪夜蛾對甲基對硫磷的抗性倍數高達354;而到2007年,他們在佛羅里達州北部城市蓋恩斯維爾和斯特拉采集的草地貪夜蛾對甲基對硫磷的抗性水平卻有所降低,分別為30倍和39倍。

    Gutiérrez-Moreno等2019年的研究表明,墨西哥索諾拉省的草地貪夜蛾對毒死蜱產生了20倍的抗性,而波多黎各種群的抗性倍數為47,抗性水平高于墨西哥種群。

    以上有關草地貪夜蛾對有機磷類殺蟲劑抗性的發展動態可以甲基對硫磷為例,在草地貪夜蛾已對甲基對硫磷產生高抗性(354倍)的美國佛羅里達州斯特拉地區,使用其他藥劑進行防治。3年后其對甲基對硫磷的抗性顯著降低(39倍)。同時,根據抗性監測報道,草地貪夜蛾對毒死蜱一直維持在中等抗性水平(20~25倍)。因此,在用藥策略上需注意防范草地貪夜蛾對毒死蜱和甲基對硫磷產生高抗性風險,應采取科學停用及輪換用藥等措施。

    1.2  草地貪夜蛾對氨基甲酸酯類殺蟲劑的抗性

    自Young等1979年首次報道美國喬治亞州草地貪夜蛾對甲萘威產生了中等水平抗性以來,有關草地貪夜蛾對氨基甲酸酯類殺蟲劑的抗性不斷被報道。

    Wood等1981年報道,美國哈蒙德地區草地貪夜蛾對甲萘威產生了41倍的抗性。

    1991年,Carpenter等監測到美國佛羅里達州吉爾縣玉米上草地貪夜蛾對滅多威產生了4.25倍的低水平抗性。

    1997年,Adamczyk等對美國路易斯安那州草地貪夜蛾的抗藥性監測發現,采自牧草和玉米上的草地貪夜蛾對滅多威仍較為敏感,抗性倍數介于0.01~1.97之間。

    1991年,Yu等對佛羅里達州蓋恩斯維爾地區的草地貪夜蛾種群進行了監測,發現其對氨基甲酸酯類殺蟲劑的抗性倍數在14~192之間,其中對硫雙威和滅多威的抗性分別為26.1和14.4倍,對甲萘威的抗性倍數則大于192。

    2003年,Yu等對佛羅里達州西特拉地區玉米上的草地貪夜蛾進行了抗藥性監測,發現其對甲萘威的抗性已高達562倍。

    2007年他們對采自佛羅里達州北部(蓋恩斯維爾和西特拉地區)的兩個草地貪夜蛾種群進行了監測,發現其對甲萘威的抗性分別達到了1 159倍和626倍。

    比較上述報道發現:1991—2007年間,美國佛羅里達州蓋恩維斯地區草地貪夜蛾對甲萘威的抗性上升了6.04倍,平均每年上升0.38倍;2003—2007年間,美國西特拉地區草地貪夜蛾對甲萘威的抗性也上升了1.11倍,平均每年上升0.28倍;2019年的最新監測數據表明,美國波多黎各地區草地貪夜蛾對滅多威和硫雙威的抗性倍數分別為223和124,均已達到高抗性水平。

    從上述有關草地貪夜蛾對氨基甲酸酯類殺蟲劑抗性的監測報道看,美國佛羅里達州北部地區草地貪夜蛾對甲萘威的抗性發展最為突出。自1979年首次報道草地貪夜蛾對甲萘威產生了中等水平抗性之后,持續到2007年,美國草地貪夜蛾對甲萘威的田間抗性已發展到高峰,如其蓋恩維斯地區草地貪夜蛾田間抗性高達1 159倍。

    此外,監測結果顯示,草地貪夜蛾對傳統的氨基甲酸酯類殺蟲劑滅多威和硫雙威能夠產生高水平抗性。因此,在使用此類殺蟲劑防治草地貪夜蛾時,應明確其有效防治劑量,避免造成作物質量及產量損失。同時由氨基甲酸酯類殺蟲劑在美國的抗性發展情況可知,不同地區的田間抗性發展快慢存在明顯差異,可能主要與當地的用藥背景有關。

    1.3  草地貪夜蛾對擬除蟲菊酯類殺蟲劑的抗性

    擬除蟲菊酯類農藥出現于20世紀80年代初,憑借其殺蟲譜廣、防效高及毒性低等特點而迅速成為防治農業害蟲的首選藥劑,并在草地貪夜蛾的防治中發揮了重要的作用。然而,隨著擬除蟲菊酯類殺蟲劑在田間的推廣應用,其抗性問題也日漸突出。

    自Wood等1981年首次報道美國哈蒙德地區草地貪夜蛾對氯菊酯產生了17倍的抗性以來,1991年,Yu等報道了佛羅里達州北部玉米田間草地貪夜蛾對8種常用擬除除蟲菊酯類殺蟲劑的抗性監測結果,主要包括氯菊酯(13.9倍)、氯氰菊酯(5.6倍)、氟氯氰菊酯(12.5倍)、氰戊菊酯(1.7倍)、四溴菊酯(41.2倍)、聯苯菊酯(29.4倍)、胺菊酯(4.6倍)和氟胺氰菊酯(216倍)。該結果顯示,草地貪夜蛾對擬除蟲菊酯類殺蟲劑的抗性水平分別在2~216倍之間,其中對氟胺氰菊酯的抗性最高,對氰戊菊酯則仍保持敏感。

    1997年,Adamczyk等比較了分別采自牧草和玉米上的田間草地貪夜蛾種群對高效氯氰菊酯的敏感性差異,發現其抗性倍數介于0.40~3.07之間,且玉米田草地貪夜蛾比牧草上的抗藥性高。

    據報道,2013年抗性比例最高的墨西哥草地貪夜蛾種群對氯菊酯的抗性倍數為19倍,而2015年在相同地點采集的墨西哥種群草地貪夜蛾對氯菊酯的抗性卻較低(3倍)。

    綜上可知,同一國家和地區以不同寄主為食的草地貪夜蛾種群,其對藥劑的敏感性也不同。因此應及時監測不同寄主上草地貪夜蛾的抗藥性動態,為選擇高效、低成本的殺蟲劑進行田間防治提供科學依據。

    1.4  草地貪夜蛾對其他類型殺蟲劑的抗性現狀

    截至2017年,美洲地區的草地貪夜蛾已對至少29種殺蟲劑產生了抗性,其中主要包括已知作用機制的化學殺蟲劑氨基甲酸酯類(1A亞組)、有機磷類(1B亞組)、擬除蟲菊酯類(3組)以及蘇云金芽孢桿菌Cry1F蛋白等。

    Huang等的文章指出,在北美地區采用高劑量與庇護所相結合的抗性管理策略下,使用Bt轉基因作物防治鱗翅目害蟲15年后,部分地區已監測到一些靶標害蟲存在田間對Bt的抗性問題。如美國波多黎各的草地貪夜蛾、南非地區的非洲莖螟Busseola fusca及印度的棉紅鈴蟲Pectinophora gossypiella等。對于已出現Bt抗性草地貪夜蛾的地區,需結合使用不同作用機制的殺蟲劑進行防治。因此,草地貪夜蛾對Bt抗性與其對其他殺蟲劑之間的交互抗性問題值得關注,據Zhu等于2015年報道,抗Bt的草地貪夜蛾對乙酰甲胺磷產生了19倍的交互抗性。

    Belay等2012年的報道顯示,在美國波多黎各圣伊莎貝爾地區,使用氯蟲苯甲酰胺、氟苯蟲酰胺、多殺菌素、乙基多殺菌素、茚蟲威及甲氧蟲酰肼等藥劑均可有效控制草地貪夜蛾。

    然而僅經過6年的時間,Gutiérrez-Moreno等2018年發現美國波多黎各田間草地貪夜蛾種群已對多種新型作用機制殺蟲劑產生了高水平抗性,如氟苯蟲酰胺(500倍)和氯蟲苯甲酰胺(160倍),對乙基多殺菌素(14倍)也顯示出了中等水平抗性,此外對多殺菌素(8倍)、甲氨基阿維菌素苯甲酸鹽(簡稱甲維鹽,7倍)和阿維菌素(7倍)均處于低水平抗性階段。

    氯蟲苯甲酰胺是美國杜邦公司研發的新一代雙酰胺類殺蟲劑,通過激活昆蟲魚尼丁受體,過度釋放細胞內儲存的鈣離子,導致昆蟲肌肉收縮,喪失行動能力,進而死亡。2019年的最新研究結果表明,在美國波多黎各部分地區已監測到草地貪夜蛾對氯蟲苯甲酰胺(160倍)和氟苯蟲酰胺(500倍)的高水平抗性。

    同年,Bolzan等發現室內篩選所得抗氯蟲苯甲酰胺草地貪夜蛾種群(237倍)與其他酰胺類殺蟲劑之間存在不同程度的交互抗性,其中與溴氰蟲酰胺存在低水平交互抗性(27倍),而與氟苯蟲酰胺則存在高達42 000倍的交互抗性,因此應高度注意防范草地貪夜蛾對雙酰胺類殺蟲劑的田間抗性。

    2018年世界糧農組織正式通報了草地貪夜蛾對整個非洲大陸的入侵情況。據非洲最新的敏感性研究報道,采用不同商品化制劑以田間推薦劑量處理,氯蟲苯甲酰胺、乙基多殺菌素和多殺菌素均可有效防治草地貪夜蛾,但85%甲萘威可濕性粉劑(2 kg/hm2)和50%馬拉硫磷乳油(2 L/hm2)的48 h致死率卻很低,分別僅為13.9%和32.8%,這與前述關于草地貪夜蛾已對甲萘威和有機磷類殺蟲劑產生高水平抗性的報道一致。

    以上報道表明,草地貪夜蛾對一些新型作用機制的殺蟲劑也產生了中到高水平抗性,且其敏感性基線非常低。以對氯蟲苯甲酰胺和氟苯雙酰胺的敏感性基線為例,其LD50值分別為0.001和0.003 μg/頭。因此,隨著草地貪夜蛾入侵的深入,應加快研究建立其對常用殺蟲劑的敏感性基線,及早監測草地貪夜蛾在中國的抗藥性演化動態,為其科學有效防治提供數據支持。

    2、草地貪夜蛾的抗藥性機理

    害蟲抗藥性的產生往往與持續的田間藥劑選擇壓及害蟲本身的生物學特性有關。自1979年首次報道草地貪夜蛾對甲萘威的抗性以來,針對草地貪夜蛾抗藥性機理的研究逐年增多。目前普遍認為,草地貪夜蛾對殺蟲劑的抗性機制主要包括以下3個方面:表皮穿透性降低、解毒作用增強和靶標敏感性下降,其中代謝解毒作用增強和靶標敏感性下降是導致草地貪夜蛾對殺蟲劑產生抗性的主要機制。

    Mccord等早在1987年就研究了草地貪夜蛾對甲萘威的抗性生理機制,發現增效醚(piperonyl butoxide,PBO)能使草地貪夜蛾對甲萘威的抗性水平從90倍下降至6倍,增效作用顯著,表明細胞色素P450多功能氧化酶(P450s)可能在抗性的產生中起了主要作用。

    同時,離體代謝研究表明,抗性種群中腸粗酶液氧化代謝甲萘威的活性是敏感種群的5倍。此外,采用14C標記的甲萘威進行的表皮穿透研究顯示,點滴處理24 h后,甲萘威對抗性種群幼蟲表皮的穿透率僅為45%,而對敏感種群穿透率可達68%。揭示了草地貪夜蛾對甲萘威的高抗性主要由其表皮穿透性降低和氧化代謝作用增強(通過羥基化和環氧化)這兩部分機理形成。

    Dumas等1990年通過桿狀病毒介導法研究發現,離體表達的磷酸三酯酶蛋白能夠顯著提高草地貪夜蛾對對氧磷的水解代謝能力,使其抗性提高280倍,說明酯酶水解代謝能力增強是草地貪夜蛾對對氧磷產生抗性的主要機制。

    Yu等1996年研究發現,草地貪夜蛾田間種群的解毒酶活性顯著升高,外源化合物對田間種群的多功能氧化酶系和谷胱甘肽-S-轉移酶活性的誘導作用均顯著降低,且敵敵畏對敏感種群乙酰膽堿酯酶的抑制作用顯著高于對田間種群的抑制作用,據此推測草地貪夜蛾田間種群對殺蟲劑的廣譜抗性可能由多種機制共同引起,包括微粒體多功能氧化酶系、谷胱甘肽-S-轉移酶和酯酶對殺蟲劑解毒作用的增強以及靶標部位敏感性下降(比如不敏感的乙酰膽堿酯酶)。

    目前,交互抗性機制研究已越來成為抗性研究的熱點?;诟呖笴ry1F轉基因玉米的草地貪夜蛾種群對乙酰甲胺磷具有中等水平的交互抗性,Zhu等進一步研究發現,該抗性種群堿性磷酸酶、氨肽酶、乙醛酸酯酶和萘磺酸酯酶、胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶活性均顯著降低,而其PNPA-特異性酯酶和谷胱甘肽-S-轉移酶活性顯著升高,后者被認為是導致草地貪夜蛾對乙酰甲胺磷產生抗性的代謝抗性機制。

    Bolzan等研究發現,氟苯蟲酰胺和氯蟲苯甲酰胺存在高水平交互抗性風險,經放射配體與蛋白結合試驗表明,盡管兩者具有不同的化學結構,卻均能與昆蟲魚尼丁受體結合,且具有共同的結合位點。而有研究發現,昆蟲魚尼丁受體I4734M及G4946E基因突變是導致鱗翅目害蟲對氯蟲苯甲酰胺產生抗性的主要因素。

    Boaventura等2019年關于草地貪夜蛾對氯蟲苯甲酰胺抗性機制的最新研究表明,使用不同增效劑抑制草地貪夜蛾解毒代謝酶的活性,并未顯著提高抗性篩選種群對氯蟲苯甲酰胺的敏感性,表明解毒代謝抗性并非草地貪夜蛾對氯蟲苯甲酰胺產生抗性的主要因素,而通過對魚尼丁受體基因的測序表明,靶標受體點突變才是導致其抗性的主要因素。此外,基于聚合酶鏈式反應(PCR)的等位基因鑒定方法也已經建立,可用于快速監測草地貪夜蛾對氯蟲苯甲酰胺等雙酰胺類殺蟲劑的抗性基因頻率。

    綜上所述,草地貪夜蛾對殺蟲劑抗性的形成與其解毒酶活性增強和靶標敏感性降低有關,同時靶標受體突變往往會導致高水平的抗性。國外有關草地貪夜蛾抗藥性機理的研究,對中國草地貪夜蛾的防治及抗藥性治理提供了理論基礎,而及早開展草地貪夜蛾對新型藥劑的抗性風險評估和機理研究具有深遠的意義。

    3、討論與展望

    不同地區的用藥歷史與害蟲對殺蟲劑的抗性密切相關,草地貪夜蛾入侵中國之后,由于不斷受到各種作用方式殺蟲劑的選擇作用,勢必導致其對殺蟲劑抗性的進一步發展。

    趙勝園等2019年的研究表明,多數傳統殺蟲劑對新近入侵中國云南省的草地貪夜蛾2齡幼蟲的防治效果均不理想。相對而言,甲維鹽、氯蟲苯甲酰胺及乙基多殺菌素均有非常強的殺蟲活性。

    2007年,Yu等研究發現,已對氨基甲酸酯類和有機磷類產生抗性的草地貪夜蛾田間種群對茚蟲威不存在交互抗性,且茚蟲威對田間草地貪夜蛾具有較強的殺蟲活性。因此,與傳統農藥不存在交互抗性的甲維鹽、氯蟲苯甲酰胺和茚蟲威等可以考慮作為防治草地貪夜蛾種群的優選藥劑使用,以克服田間草地貪夜蛾對傳統殺蟲劑的抗性。

    不同國家、地區的草地貪夜蛾對殺蟲劑表現出不同程度的抗性,反映了不同國家及區域之間害蟲防治策略的差異。

    張磊等2019年的最新研究表明,入侵中國云南省的草地貪夜蛾大部分為玉米型。

    Adamczyk等及Ingber等報道,不同生態分型草地貪夜蛾對藥劑的敏感性不同,其中玉米型抗藥性更高。隨著害蟲對傳統殺蟲劑抗性的發展,一些新型藥劑陸續被推廣應用,如茚蟲威是第一個商品化的二嗪類殺蟲劑,主要通過觸殺和胃毒方式進入昆蟲體內,對鱗翅目害蟲具有卓越的殺蟲活性,對非靶標生物安全,是替代有機磷類和擬除蟲菊酯類殺蟲劑防治鱗翅目害蟲的理想藥劑;氯蟲苯甲酰胺是新一代雙酰胺類殺蟲劑,其高效、廣譜,對鱗翅目害蟲有很好的防治效果,同時還能控制多種非鱗翅目害蟲;而甲維鹽是一種半合成的高效、低毒生物源殺蟲劑,已被用于蔬菜、果樹及棉花等作物害蟲的防治。倘若短期內在田間大量盲目使用此類高效、低毒的殺蟲劑,勢必會加大藥劑對靶標害蟲的選擇壓力,帶來很大的抗藥性風險,因此應及時監測不同地區草地貪夜蛾的抗藥性動態,盡快制定合理的殺蟲劑輪換和復配用藥策略,指導科學用藥,以延長殺蟲劑的田間使用壽命。

    針對當前中國草地貪夜蛾爆發所面臨的化學防治需求,有必要借鑒國外已有的登記藥劑和防治經驗,同時結合國內草地貪夜蛾對藥劑敏感性基線的研究建立工作,合理開展草地貪夜蛾的田間化學防治,并及時進行其抗性風險及抗性機理研究。來源:農藥學學報

 

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