农业有害生物抗药性及综合治理

第八章农业有害生物抗药性及综合治理第一节害虫抗药性一、害虫抗药性的概念（一）害虫抗药性发展概况自从1908年发现害虫抗药性以来，随着农药的大量使用，害虫的抗药性越来越严重，抗性种类越来越多，抗性程度也越来越高。害虫抗药性已成为农药研究、生产、供应、使用等方面的重要问题。据有关部门统计，抗性害虫和螨类的种类数量,到1989年抗性害虫以达到504种，其中农业害虫283种，卫生害虫（包括家畜）198种，有益昆虫及螨类23种。•表8－1抗性害虫及螨类的种类•※Cycl：林丹/环戊二烯Op：有机磷杀虫剂Carb：氨基甲酸酯类杀虫剂Pyr：拟除虫菊酯类杀虫剂•另一统计数字，1960年137种，1980年414种，1981年589种，1994年700多种。年份抗药性虫种数DDTCyclOpCarbPyrDDT/CyclDDT/Cycl/OpDDT/Cycl/Op/CarbDDT/Cycl/Op/Carb/Pyr19381946194819561970197619801984198971114692243644284475041369820322923326324140225269276291175414720021226033651648536223248184270105119323445354422252571417•害虫抗药性的主要特点：•1.害虫几乎对所有化学合成农药都会产生抗药性；•2.害虫抗药性是全球现象，既有区域性（取决于该地用药历史和水平），又趋于一致（随着用药的广泛和昆虫扩散）；•3.对新农药产生抗性的速度有加快趋势（交互抗性和多抗性）；•4.害虫的抗药性可以定向培养；•5.昆虫中以双翅目、鳞翅目产生抗性的种类数量最多。农业害虫产生抗性的种类数量超过卫生害虫，重要的农业害虫如蚜虫、棉铃虫、小菜蛾、甜菜夜蛾、菜青虫、马铃薯甲虫及螨类的抗药性尤为严重。•（二）害虫抗药性的概念及类型•1.概念一种昆虫对某种农药显著地具有忍受杀死其正常种群大多数个体的药量的能力，并发展成一个品系（小种），就可以说这种昆虫对该种农药产生了抗药性。昆虫抗药性是指种群的特性，是群体改变的结果，而不是个体改变的结果。•在生产中，怎样判断害虫产生了抗药性？药效的降低是否就认为害虫产生了抗药性呢？•药效降低的原因是多方面的，不仅要考虑害虫的抗性问题，而且还应考虑农药的质量问题，使用的技术问题，施药的环境条件，防治对象的发育阶段和生理状态等。•2.害虫抗药性的表示：•一般用抗性品系的LD50/敏感品系的LD50比值来确定。比值（对农业害虫来说）在5以上或者抗性个体百分率在10%～20%以上，一般来说害虫产生了抗药性，比值越高或百分率越大越表明抗性程度就越高。•也可以用区分剂量（即敏感品系的LD99值）方法来测定昆虫种群中抗性个体的百分率。•3.抗性类型•（1）自然抗药性•①耐药性：在自然界中，害虫存在着对杀虫剂的天然抵抗力（不同发育阶段、不同生理状态、不同环境条件存在不同抗性），这种特性称为害虫的自然抗药性，也叫做耐药性。•②选择性：是指不同昆虫对药剂敏感性的差异。•（2）获得抗性在一地区，长期连续使用一种药剂防治害虫，从而引起该害虫对这种农药抵抗力的提高，这种现象称为害虫的获得抗性。其表现分三种类型：•①交互抗性：一种害虫对某种农药产生抗性后，对曾未使用过的另一些农药也表现有抗药性，即称为交互抗性（产生交互抗性的农药之间作用机理相同或抗性机理相同或者是化学结构类似所至）。如1605与水胺硫磷、1605与杀灭菊酯、杀灭菊酯与溴氰菊酯。•②负交互抗性：一种害虫对某种农药产生抗性后，反而对曾未使用过的另一些农药表现的更为敏感的现象，称为负交互抗性。如在棉蚜上，菊酯类和灭多威、菊酯类和氧化乐果。•③多抗性（复合抗性）：一种害虫同时能对多种不同类型的杀虫剂产生抗性，称为多抗性。如棉铃虫、棉蚜、小菜蛾、甜菜夜蛾等害虫，对目前的许多种类型农药产生了抗药性。•二、害虫抗药性的形成与机理•（一）害虫抗药性的形成•目前有四种学说：•1.选择学说认为生物群体内就存在少数具有抗性基因的个体，从敏感品系到抗性品系，只是药剂选择作用的结果。•2.诱导学说认为生物群体内不存在具有抗性基因的个体，而是在药剂的诱导下，最后发生突变，形成抗性品系。是诱发突变产生了抗药性。•3.基因重复学说这是一种新学说（基因复增学说），他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，但他认为某些因子（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。近年来已发现的抗性桃蚜及库蚊的酯酶基因扩增，前者主要发生在酯酶E4或FE4基因的扩增。•4.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，这也是近几年提出的新学说。•影响害虫抗性形成的三种因子：•1.遗传学因子：抗性等位基因频率、数目、显示程度，外显率、表现度及抗性等位基因相互作用，过去曾用过的其他药剂的选择作用，抗性基因组与适合度因子的整合范围。•2.生物学因子：生物学方面包括每年世代、每代繁殖子数、单配性/多配性、孤雌生殖。行为方面包括隔离、活动性及迁飞、单食性/多食性、偶然生存及庇护地。•一般来说，生活史短，每年世代数多，群体大，接触药剂的机会就多，产生抗性可能性就大。如蚜虫、螨类、家蝇、蚊虫都属于这种情况。抗性的形成与昆虫的迁飞及扩散习性有关。无迁飞习性的昆虫，因有自然生殖隔离，抗性群体易形成。抗性形成与种类也有关。经对粮仓甲虫对磷化氢的抗性试验调查，发现米象对磷化氢的抗性增加最快，在27个品系中有17个产生抗性；赤拟谷盗的抗性增加很慢，在28个品系中只有三个品系有抗性苗头；玉米象则多是敏感的，还没有发现抗性品系。•3.操作因子：•①药剂方面化学性质，曾用过的药剂种类，药剂的持效性，剂型等。•②应用方面用药阈值，选择阈值，用药时期(生育期)，用药方式，交替用药等。•③栽培制度栽培制度、害虫寄生条件的改变等，都会影响农作物害虫抗药性的形成与消失。例如棉田轮作制度与棉红蜘蛛抗内吸磷种群的形成及发展有关。营养条件改变时对棉红蜘蛛抗药性消长有影响，抗内吸磷的棉红蜘蛛转移到棉田杂草上，他的抗药性就显著下降。•一般讲，在一地区，大面积、长期、连续、单一、大量、多次使用农药，害虫抗性产生就快。停止用药，抗性可能会逐渐消失，但消失的速度因种类而不同。害虫对不同类型的农药产生抗性的速度也有差异。如菊酯类杀虫剂产生抗性的速度就快，溴氰菊酯在聊城棉蚜上表现，从1980年10000倍药液接近100%的效果，到1986年1000倍药液的防治效果为的-36%。另外，害虫抗药性的形成与用药时的昆虫虫态、药剂的使用方法等也有一定的关系。•以上三个方面，前两个方面是昆虫种群的内在特性所决定，是人们无法控制的，但它是评估昆虫种群抗性风险的基础。操作因子是人们可以控制的因子，可以通过操作因子的改变来延缓或阻止抗性的发展。•害虫抗药性的形成可以分成两个阶段。•第一阶段：选择作用，有抗性基因的个体保留，没有抗性基因的个体被淘汰。•第二阶段：提高，通过农药的诱导作用，提高昆虫体内解毒酶的活性和数量。•（二）昆虫抗药性机理•害虫抗药性的机理可分为三个方面：•1.行为抗性•抗性的产生是由于昆虫行为习性改变的结果。如家蝇及蚊子会飞离药剂喷洒区或室内作滞留喷雾的墙壁，使昆虫在未接触足够药量前或避免了接触药剂就飞离用药区而存活。•2.物理保护抗性•①害虫表皮通透性的降低是昆虫产生抗性的机理之一。如菊酯类杀虫剂对抗性棉铃虫的表皮穿透率明显低于敏感棉铃虫。其原因目前还不完全清楚。（有人称为表皮抗性）•②脂肪组织对药剂贮存（吸附性）能力的增加。•③害虫对药剂的排泄作用增强。•3.生理解毒抗性•杀虫剂进入昆虫体内以后，通过昆虫体内特殊生理作用而解毒，因此又称为体内抗药性。目前发现的生理解毒主要包括以下两个方面：•（1）标靶性质的改变（作用点敏感性的降低）•不同类型的药剂进入昆虫体内以后，攻击的部位是不同的。标靶是指受药剂作用（攻击）的部位（酶、点）。•①如有机磷和氨基甲酸酯类杀虫剂，主要作用部位是乙酰胆碱酯酶，其质和量的改变均可导致这两类药剂的抗药性。乙酰胆碱酯酶的变构，是引起交互抗性的主要原因，是比较普遍的。但也可引起负交互抗性的产生。•②又如DDT和拟除虫菊指类杀虫剂，其主要作用部位是神经的钠通道，由于钠通道的改变，引起对杀虫剂敏感性下降，结果产生击倒抗性。通常有击到抗性的昆虫会有明显的交互抗性，如棉蚜对菊指类杀虫剂几乎都产生了交互抗性。•③γ-氨基丁酸（GABA）受体是环戊二烯类杀虫剂和新型杀虫剂锐劲特、阿维菌素等杀虫剂的作用标靶部位，环戊二烯类杀虫剂与该受体结合部位敏感性下降导致了抗性的产生。•（2）代谢作用增强（解毒酶的解毒作用增强）•许多实验证明，抗性昆虫体内的解毒作用大大强于敏感昆虫，主要是昆虫体内解毒酶系的质和量的改变，使杀虫剂进入昆虫体内迅速被解毒。这是昆虫产生抗性的最主要原因。目前发现的解毒酶主要有以下几种：•①微粒体多功能氧化酶•微粒体多功能氧化酶是存在于微粒体上的多种酶的复合体，一般认为由细胞色素P-450、NADPH-黄素蛋白还原酶、NADH-细胞色素b5还原酶、6-磷酸葡萄糖酶、细胞色素b5、酯酶及核苷二磷酸酯酶等组成。各个酶的作用还没有完全研究清楚，但大部分已经了解。详见教材P242（图8-1）。•微粒体多功能氧化酶系的亲酯性非常突出，主要代谢非极性的外来化合物。亲酯性的化合物被代谢为极性的羟基化合物或离子化合物。•微粒体多功能氧化酶对杀虫剂的代谢，主要是氧化作用，其反应类型有：•A）O-、S-、N-、脱烷基作用：在杀虫剂中，与氧、硫、氮原子连接的烷基易被攻击。PCH3OCH3OOCH3OCHNOHCH3•B）烷基、芳基羟基化作用：氨基甲酸酯的苯环上烷基和拟除虫菊酯的三碳环上烷基羟基化作用。•C）环氧化作用：以双键变成为环氧化合物•D）增毒氧化代谢作用：CH3ONHCH3COCHOCHPSPO•②水解酶系（酯酶）•a.磷酸三酯水解酶。•B.羧酸酯水解酶。•C.酰胺水解酶。•③谷胱甘肽-S-转移酶系•主要包括，烷基转移酶、芳基转移酶、环氧化转移酶、烯链转移酶等。许多有机磷化合物能被该酶系分解解毒。在昆虫抗性中起重要作用。该类酶对二甲基取代的有机磷杀虫剂如甲基对硫磷、甲基谷硫磷等为去甲基反应。•④硝基还原酶及脱氯化氢酶•硝基还原酶能把-NO2还原成-NH2，•脱氯化氢酶能脱掉化合物中的-HCl，多数害虫如家蝇、蚊、小菜粉蝶等对DDT的抗性是由于脱氯化氢酶活性的增高。S(RO)2PONO2(RO)2SPONH2•三、害虫抗药性遗传•1.害虫抗药性可以遗传害虫抗药性是生物进化的适应性，是生物属性，是由基因控制的，因此是可以遗传的。•2.抗性基因起始频率抗性等位基因的频率在自然种群中是很低的，大约在10-2～10-4，这称为抗性基因起始频率。从种群遗传学看害虫抗药性，起始频率对药剂处理后的抗性群体大小影响很大。当起始频率极低时，存活的个体及其群体增加的潜力大大的受到限制，抗性形成比较慢。研究早期抗性的基因频率对实施“预防性”抗性治理非常重要。研究抗性基因频率的阈限（是指抗性等位基因频率提高到何等程度时，用杀虫剂防治不再有效），对制定抗性治理对策及方案是重要依据。•3.抗性基因的表现型•有完全显性、不完全显性、中间类型、不完全隐性、完全隐性。在药剂选择条件下，抗性基因的显、隐性程度会影响抗性增长的速度。选择是对表现型的性状进行的。当抗性基因是隐性时，抗性增长速度慢，反之显性时则抗性增长快。两者达到高抗性基因频率所需的时间差异很大。•4.控制抗性的基因类型有单一（等位）基因、复合基因。由单一（等位）基因控制的抗性，为单基因抗性，一般抗性的水平可能相当高。AchE（乙酰胆碱酯酶）变构引起的抗性是单基因控制的，可能是由于结构基因改变引起的。有三种或三种以上（等位）基因控制的抗性，为多基因抗性。棉铃虫对氰戊菊酯的抗性，至少有多功能氧化酶、表皮穿透及Kdr（抗击倒）三个基因控制。•从抗性分子遗传学来看，近年来研究表明