棉蚜抗藥性現(xiàn)狀及治理策略

石丹丹, 張 帥, 梁 沛*

(1. 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)昆蟲(chóng)學(xué)系，北京 100193；2. 全國(guó)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心，北京 100125)

棉蚜 (瓜蚜)AphisgossypiiGlover (半翅目:蚜科)是一種世界性的農(nóng)業(yè)昆蟲(chóng)[1-2],可通過(guò)直接取食或傳播植物病毒為害多種寄主植物,是錦葵科 (棉花、木槿等)、葫蘆科 (西瓜、黃瓜等)和茄科 (茄子、辣椒等)等多種農(nóng)作物及一些觀賞植物的重要害蟲(chóng)[3-5]?；瘜W(xué)殺蟲(chóng)劑是棉蚜綜合防治中不可或缺的主要防治措施,但是棉蚜較強(qiáng)的繁殖能力和適應(yīng)能力以及殺蟲(chóng)劑的不合理使用,致使棉蚜對(duì)多種殺蟲(chóng)劑產(chǎn)生了抗藥性,嚴(yán)重威脅農(nóng)作物安全生產(chǎn),造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失[6-7]。梁彥等[6]于2013年總結(jié)了1964年至2012年國(guó)內(nèi)外棉蚜對(duì)殺蟲(chóng)劑的抗性演化歷史,本文主要對(duì)近10年來(lái)棉蚜的抗藥性現(xiàn)狀、抗性機(jī)制和抗性治理策略進(jìn)行綜述,意在為棉蚜的可持續(xù)治理和科學(xué)施策提供借鑒。

1 棉蚜對(duì)殺蟲(chóng)劑抗性的發(fā)展和現(xiàn)狀

有機(jī)磷類(lèi)、氨基甲酸酯類(lèi)殺蟲(chóng)劑具有廣泛的殺蟲(chóng)活性,是棉蚜早期化學(xué)防控中首選的殺蟲(chóng)劑[8]。隨后擬除蟲(chóng)菊酯類(lèi)殺蟲(chóng)劑因其高效、低毒等特點(diǎn)得到了廣泛應(yīng)用,這也導(dǎo)致了棉蚜對(duì)這三大類(lèi)殺蟲(chóng)劑抗性的快速發(fā)展[6]。20世紀(jì)90年代吡蟲(chóng)啉出現(xiàn)后,新煙堿類(lèi)殺蟲(chóng)劑迅速成為防治蚜蟲(chóng)最有效的替代品[9]。但很快棉蚜對(duì)新煙堿類(lèi)殺蟲(chóng)劑也產(chǎn)生了抗性[7]。近年來(lái),新型殺蟲(chóng)劑如磺酰亞胺類(lèi)的氟啶蟲(chóng)胺腈、吡啶酰胺類(lèi)的氟啶蟲(chóng)酰胺以及生物源殺蟲(chóng)劑雙丙環(huán)蟲(chóng)酯等也陸續(xù)應(yīng)用于棉蚜的田間防治。雖然這些藥劑剛開(kāi)始都具有非常好的防治效果,但由于不合理使用,棉蚜同樣對(duì)其產(chǎn)生了抗性 (表1)。

表1 棉蚜近10年的抗藥性概況Table 1 Overview of insecticide resistance in Aphis gossypii in the past ten years

1.1 棉蚜對(duì)有機(jī)磷和氨基甲酸酯類(lèi)殺蟲(chóng)劑的抗性

2013年-2014年,張帥等[10]發(fā)現(xiàn)山東濱州、河南西華兩地棉蚜種群對(duì)有機(jī)磷類(lèi)殺蟲(chóng)劑 (氧樂(lè)果)具有高水平抗性;河北邱縣、山東濱州、河南西華三個(gè)地區(qū)棉蚜種群對(duì)滅多威處于中等水平抗性 (抗性倍數(shù)在18.3～90.2倍之間)。自2014起連續(xù)7年對(duì)河北保定、滄州和邯鄲3個(gè)地區(qū)進(jìn)行監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn),棉蚜對(duì)氧樂(lè)果具有中等至高水平抗性,對(duì)丁硫克百威為高水平抗性,最高達(dá)10 000多倍[11-12]。2016年-2019年,Nam等[13]發(fā)現(xiàn)韓國(guó)溫室辣椒上的棉蚜種群對(duì)乙酰甲胺磷處于敏感水平。2018年,新疆哈密等6個(gè)地區(qū)棉蚜對(duì)氧樂(lè)果抗性達(dá)到2 137～9 501倍,對(duì)滅多威和丁硫克百威的抗性分別處于中等至高水平抗性和低至高水平抗性[14]。2020年-2021年,河南、湖北和湖南3個(gè)省份棉蚜 (瓜蚜)對(duì)毒死蜱處于敏感至低水平抗性;對(duì)抗蚜威處于低至中等水平抗性[15]。2020年,崔麗等[16]發(fā)現(xiàn)山東、河北和河南7個(gè)棉蚜種群對(duì)毒死蜱處于敏感至低水平抗性。總體來(lái)看,除了新疆棉區(qū)外,其他地區(qū)棉蚜對(duì)有機(jī)磷類(lèi)殺蟲(chóng)劑抗性呈現(xiàn)下降趨勢(shì),處于敏感至低水平抗性,對(duì)氨基甲酸酯類(lèi)殺蟲(chóng)劑產(chǎn)生了不同水平的抗性,不同棉區(qū)之間抗性水平差異性較大,部分棉區(qū)棉蚜對(duì)丁硫克百威維持在高水平抗性。

1.2 棉蚜對(duì)擬除蟲(chóng)菊酯類(lèi)殺蟲(chóng)劑的抗性

2010年-2015年,我國(guó)新疆、湖北、安徽、山西、河南、江蘇、山東7個(gè)省份11個(gè)棉蚜種群對(duì)高效氯氰菊酯和溴氰菊酯均表現(xiàn)出極高的抗性,抗性倍數(shù)達(dá)1 500～40 000倍[17]。2013年-2014年,張帥等[10]發(fā)現(xiàn)河北邱縣、山東濱州、河南西華3個(gè)地區(qū)棉蚜種群對(duì)高效氯氰菊酯的抗性均已達(dá)10 000倍以上。2014年-2020年,河北保定、滄州和邯鄲3個(gè)地區(qū)棉蚜對(duì)高效氯氰菊酯同樣處于高水平抗性[11-12]。2016年-2019年,Nam等[13]發(fā)現(xiàn)韓國(guó)溫室辣椒上的棉蚜對(duì)高效氰戊菊酯處于中等至高等水平抗性 (19.7～142.8倍)。2017年,河北保定、滄州和邯鄲3個(gè)地區(qū)棉蚜對(duì)氰戊菊酯處于低至中等水平抗性[11]。2018年,新疆哈密等6個(gè)地區(qū)棉蚜對(duì)溴氰菊酯和高效氯氰菊酯分別達(dá)到了728～2 494倍和353～4 942倍的高水平抗性[14]。2020年-2021年檢測(cè)結(jié)果表明,河南、湖北和湖南3個(gè)省份棉蚜(瓜蚜)對(duì)高效氯氟氰菊酯低至中等水平抗性[15]。2020年,崔麗等[16]的檢測(cè)發(fā)現(xiàn),山東和河南地區(qū)棉蚜對(duì)高效氯氟氰菊酯處于低至中等水平抗性?？傮w來(lái)看,棉蚜對(duì)高效氯氰菊酯、溴氰菊酯等擬除蟲(chóng)菊酯類(lèi)殺蟲(chóng)劑均處于高水平抗性,對(duì)于高效氯氟氰菊酯抗性水平處于上升階段。

1.3 棉蚜對(duì)新煙堿類(lèi)殺蟲(chóng)劑的抗性

馬康生等[7]對(duì)2004年至2019年間棉蚜對(duì)新煙堿類(lèi)殺蟲(chóng)劑的抗性相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行了較為全面的梳理,發(fā)現(xiàn)國(guó)內(nèi)外棉蚜種群對(duì)該類(lèi)藥劑均已產(chǎn)生了不同水平的抗性,本文不再贅述。最新檢測(cè)表明,貴州省4個(gè)地區(qū)辣椒上的棉蚜對(duì)啶蟲(chóng)脒處于敏感至低水平抗性,對(duì)吡蟲(chóng)啉處于敏感至中等水平抗性[18]。2020年,李仁等[19]對(duì)河北、山東、山西和新疆共16個(gè)地區(qū)的棉蚜種群的檢測(cè)結(jié)果表明,這些棉蚜種群對(duì)吡蟲(chóng)啉均處于高水平抗性。2020年-2021年的檢測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)河南、湖北和湖南3個(gè)省份棉蚜 (瓜蚜)對(duì)吡蟲(chóng)啉和噻蟲(chóng)嗪處于敏感至高等水平抗性,最高分別達(dá)到2 353倍和2 195倍[15]。2020年,崔麗等[16]發(fā)現(xiàn)山東、河北和河南棉花上采集的6個(gè)棉蚜田間種群均對(duì)吡蟲(chóng)啉和噻蟲(chóng)嗪處于中等至高水平抗性;1個(gè)采自花椒上的棉蚜種群對(duì)吡蟲(chóng)啉敏感,對(duì)噻蟲(chóng)嗪具有9.9倍的低水平抗性。2021年,對(duì)新疆、河北、河南、山西及山東5省共19個(gè)棉蚜田間種群的檢測(cè)結(jié)果表明,除河南南陽(yáng)市和新疆圖木舒克市兩個(gè)種群仍然保持敏感外,其他17個(gè)種群均對(duì)吡蟲(chóng)啉產(chǎn)生了抗性 (16.6～3 195倍)[20-21]?？傮w來(lái)看,棉蚜對(duì)新煙堿類(lèi)殺蟲(chóng)劑抗性水平差異較大,大部分棉區(qū)的棉蚜對(duì)吡蟲(chóng)啉仍處于高水平抗性。

1.4 棉蚜對(duì)磺酰亞胺類(lèi)殺蟲(chóng)劑的抗性

該類(lèi)殺蟲(chóng)劑主要是氟啶蟲(chóng)胺腈。2008年-2011年,美國(guó)中南部 (密西西比州、路易斯安那州、阿肯色州、田納西州和德克薩斯州)的棉蚜對(duì)氟啶蟲(chóng)胺腈仍然保持敏感性 (1.0～5.9倍)[22],但韓國(guó)扶余、驪州和清州3個(gè)地區(qū)的棉蚜已對(duì)其產(chǎn)生了中等至高水平抗性,最高達(dá)464倍[23]。氟啶蟲(chóng)胺腈在我國(guó)最早于2013年登記用于棉蚜防治,但2014-2020年,河北棉區(qū)棉蚜對(duì)氟啶蟲(chóng)胺腈的抗性不斷上升,從4.5倍上升至205倍[12, 24-25]。李仁等[19]2020年的檢測(cè)結(jié)果表明,河北、山東、山西和新疆4省(區(qū))16個(gè)棉蚜種群對(duì)氟啶蟲(chóng)胺腈維持在低至中等水平抗性。崔麗等[16]2020年的最新研究表明,山東、河北和河南棉區(qū)棉蚜對(duì)氟啶蟲(chóng)胺腈處于中等至高水平抗性,其中山東泰安種群抗性水平最高,抗性倍數(shù)達(dá)132.9倍。總體來(lái)看,氟啶蟲(chóng)胺腈對(duì)棉蚜的防治效果下降,部分棉區(qū)表現(xiàn)為高水平抗性。

1.5 棉蚜對(duì)其他殺蟲(chóng)劑的抗性

除上述幾大類(lèi)外,目前用于棉蚜防治的殺蟲(chóng)劑還有阿維菌素、吡蚜酮、雙丙環(huán)蟲(chóng)酯和溴蟲(chóng)氟苯雙酰胺等。2017年安靜杰等[12]的結(jié)果表明,河北保定、邯鄲和滄州棉區(qū)棉蚜種群對(duì)阿維菌素產(chǎn)生了中等至高水平抗性 (7.5～108.7倍)。2018年,新疆哈密等6個(gè)地區(qū)棉蚜種群對(duì)阿維菌素和甲維鹽的抗性同樣處于中等至高水平抗性,最高達(dá)220倍[14]。

雖然雙丙環(huán)蟲(chóng)酯2019年才在我國(guó)登記用于棉蚜的防治,但本實(shí)驗(yàn)室2019年-2021年連續(xù)3年的監(jiān)測(cè)結(jié)果表明,河北、山東、山西和新疆等重點(diǎn)棉區(qū)棉蚜種群對(duì)雙丙環(huán)蟲(chóng)酯的抗性已經(jīng)呈現(xiàn)明顯上升趨勢(shì)[26]。

2019年-2020年,韋治艷等[18]對(duì)采自貴州省4個(gè)地區(qū)辣椒上的棉蚜檢測(cè)發(fā)現(xiàn),其對(duì)吡蚜酮處于敏感至中等水平抗性。本實(shí)驗(yàn)室最近的檢測(cè)結(jié)果表明,新疆、河北、河南、山西及山東5省(區(qū))共19個(gè)棉蚜田間種群對(duì)新型殺蟲(chóng)劑環(huán)丙氟蟲(chóng)胺和溴蟲(chóng)氟苯雙酰胺均保持敏感[20-21]。

2 棉蚜對(duì)殺蟲(chóng)劑抗性的分子機(jī)制

目前,關(guān)于棉蚜對(duì)殺蟲(chóng)劑抗性機(jī)制的報(bào)道主要涉及代謝抗性、靶標(biāo)抗性和腸道共生菌參與的抗性3個(gè)方面。

2.1 代謝抗性

代謝抗性是指由于解毒代謝能力增強(qiáng)導(dǎo)致的抗藥性,是害蟲(chóng)對(duì)殺蟲(chóng)劑產(chǎn)生抗性的重要機(jī)制之一。殺蟲(chóng)劑有效成分到達(dá)靶標(biāo)的量只占進(jìn)入體內(nèi)總藥量的很少部分,大部分都被解毒酶,如細(xì)胞色素P450多功能氧化酶、羧酸酯酶、ABC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白等降解或結(jié)合后貯存于脂肪體中或排出體外。這些酶的代謝能力增強(qiáng)能夠使到達(dá)靶標(biāo)的殺蟲(chóng)劑大幅度減少,從而提高害蟲(chóng)對(duì)殺蟲(chóng)劑的耐受能力,產(chǎn)生抗藥性[27-28]。

昆蟲(chóng)細(xì)胞色素P450多功能氧化酶 (cytochrome P450 monooxygenases,P450s)是昆蟲(chóng)體內(nèi)主要的解毒代謝酶,具有多種重要的生理功能,包括催化和代謝多種不同結(jié)構(gòu)的內(nèi)源和外源底物,在棉蚜對(duì)殺蟲(chóng)劑的抗性中發(fā)揮著關(guān)鍵作用[29]。有研究表明,P450基因表達(dá)量升高導(dǎo)致的酶活性增強(qiáng)是棉蚜對(duì)吡蟲(chóng)啉、噻蟲(chóng)嗪等新煙堿類(lèi)殺蟲(chóng)劑產(chǎn)生抗性的主要原因[7]。此外,Peng等[30]和Pan等[31]研究表明P450基因CYP6A2和CYP380C6的過(guò)表達(dá)與棉蚜對(duì)螺蟲(chóng)乙酯的抗性密切相關(guān)。Ma等[32]在抗氟啶蟲(chóng)胺腈棉蚜品系中鑒定到多個(gè)過(guò)表達(dá)的P450基因,進(jìn)一步利用RNA干擾技術(shù)證明CYP6CY13和CYP6CY19介導(dǎo)了棉蚜對(duì)氟啶蟲(chóng)胺腈的抗性。Zeng等[33]通過(guò)構(gòu)建轉(zhuǎn)基因果蠅品系證明了CYP380C6、CYP4CJ1和CYP6CY21的過(guò)表達(dá)參與了棉蚜對(duì)溴氰蟲(chóng)酰胺的抗性;CYP380C6、CYP6CY7和CYP6CY21的過(guò)表達(dá)還導(dǎo)致溴氰蟲(chóng)酰胺棉蚜抗性品系對(duì)順式氯氰菊酯產(chǎn)生了交互抗性。

羧酸酯酶 (carboxylesterases,CarEs)是參與殺蟲(chóng)劑代謝的重要水解酶,很多研究表明其活性增強(qiáng)與棉蚜對(duì)有機(jī)磷類(lèi)、氨基甲酸酯類(lèi)和擬除蟲(chóng)菊酯類(lèi)等傳統(tǒng)殺蟲(chóng)劑的抗性密切相關(guān),例如羧酸酯酶基因的過(guò)表達(dá)介導(dǎo)了棉蚜對(duì)馬拉硫磷、氧樂(lè)果和溴氰菊酯的抗性[34-36]。但是羧酸酯酶在棉蚜對(duì)新煙堿類(lèi)殺蟲(chóng)劑抗性中的作用尚不明確[7]。崔麗等[37]發(fā)現(xiàn)羧酸酯酶活力的增強(qiáng)與棉蚜對(duì)吡蟲(chóng)啉的抗性相關(guān),但缺乏進(jìn)一步的功能驗(yàn)證。

谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶 (glutathioneS-transferases,GSTs)在昆蟲(chóng)對(duì)化合物的初級(jí)代謝和次級(jí)代謝中均發(fā)揮著重要作用[38],但有關(guān)GSTs與棉蚜抗藥性的報(bào)道較少,有限的研究表明GSTs活力的升高與棉蚜對(duì)吡蟲(chóng)啉的抗性相關(guān)[37],但有待進(jìn)一步驗(yàn)證。

UDP-葡糖基轉(zhuǎn)移酶 (UDP-glycosyltransferase,UGT)是重要的Ⅱ相解毒酶。有研究表明UGT基因的過(guò)表達(dá)參與了棉蚜對(duì)吡蟲(chóng)啉和噻蟲(chóng)嗪的抗性[39-41]。Zeng等[33]通過(guò)構(gòu)建轉(zhuǎn)基因果蠅品系證明了UGT341A4、UGT344B4、UGT344M2的上調(diào)表達(dá)參與了棉蚜對(duì)溴氰蟲(chóng)酰胺的抗性,其中UGT341A4和UGT344M2 的過(guò)表達(dá)參與溴氰蟲(chóng)酰胺和順式氯氰菊酯的交互抗性[33]。Ma等[42]利用RNA干擾技術(shù)證明UGT344B4、UGT344C5和UGT344A11的過(guò)表達(dá)調(diào)控棉蚜對(duì)氟啶蟲(chóng)胺腈的抗性。Pan等[43]發(fā)現(xiàn)UGT介導(dǎo)的糖氧化作用與棉蚜對(duì)螺蟲(chóng)乙酯的抗性有關(guān),尤其是UGT344M2的過(guò)表達(dá)有助于棉蚜對(duì)螺蟲(chóng)乙酯的解毒代謝。

ABC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白 (ATP-binding cassette transporters,ABCs)在殺蟲(chóng)劑抗藥性中的主要功能是參與殺蟲(chóng)劑及其代謝產(chǎn)物的跨膜運(yùn)輸,從而將其從細(xì)胞中轉(zhuǎn)運(yùn)出去[44]。有研究結(jié)果表明ABC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白除了在棉蚜對(duì)吡蟲(chóng)啉和噻蟲(chóng)嗪的抗性中發(fā)揮作用之外,包括ABCB4、ABCB5、ABCF2、MRP11和MRP12在內(nèi)的多種ABC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因的過(guò)表達(dá)與棉蚜對(duì)螺蟲(chóng)乙酯的抗性有關(guān)[45-46],而ABCB5、ABCG4、ABCG7、ABCG16、ABCG17、ABCG26和MRP12的過(guò)表達(dá)則參與了棉蚜對(duì)溴氰蟲(chóng)酰胺的抗性[47]。

此外,有研究表明化學(xué)感覺(jué)蛋白 (chemosensory proteins,CSPs)也參與了棉蚜對(duì)殺蟲(chóng)劑的抗性。CSPs也是節(jié)肢動(dòng)物中的一類(lèi)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白,在昆蟲(chóng)感受外界化學(xué)信號(hào)等多個(gè)生理功能發(fā)揮著重要作用[48]。Li等[49]首次證實(shí)在黑腹果蠅中過(guò)表達(dá)棉蚜AgosCSP5基因可顯著增強(qiáng)果蠅對(duì)氧樂(lè)果、吡蟲(chóng)啉和氯氰菊酯的抗性。Xu等[50]發(fā)現(xiàn)AgoCSP1、AgoCSP4和AgoCSP5在棉蚜抗溴氰蟲(chóng)酰胺品系中組成性過(guò)表達(dá),分別抑制這3個(gè)CSP基因的表達(dá)可顯著提高抗性棉蚜對(duì)溴氰蟲(chóng)酰胺的敏感性,證明其參與了棉蚜對(duì)溴氰蟲(chóng)酰胺的抗性。Xu等[51]的研究表明,化學(xué)感覺(jué)蛋白基因CSP1和CSP4的過(guò)表達(dá)參與了棉蚜對(duì)螺蟲(chóng)乙酯的抗性。上述研究只是證明這些CSP基因參與了棉蚜對(duì)不同殺蟲(chóng)劑的抗性,但對(duì)其參與抗性的分子機(jī)制均缺乏了解,有待進(jìn)一步研究。

2.2 靶標(biāo)抗性

靶標(biāo)抗性是指由于殺蟲(chóng)劑分子靶標(biāo)的結(jié)構(gòu)或表達(dá)水平變化導(dǎo)致的抗藥性。氨基甲酸酯類(lèi)和有機(jī)磷類(lèi)殺蟲(chóng)劑的作用靶標(biāo)是昆蟲(chóng)乙酰膽堿酯酶 (acetylcholionesterase,AChE),董雙林等[52]綜述了棉蚜AChE對(duì)殺蟲(chóng)劑不敏感的分子機(jī)制,表明AChE基因的兩個(gè)突變 (S431F和A302S)是棉蚜對(duì)多種氨基甲酸酯類(lèi)和有機(jī)磷類(lèi)殺蟲(chóng)劑不敏感的主要原因。馬康生等[7]綜述了棉蚜抗新煙堿類(lèi)殺蟲(chóng)劑抗性分子機(jī)制的研究進(jìn)展,認(rèn)為煙堿型乙酰膽堿受體β1 亞基 (nicotinic acetylcholine receptorβ1 subunit,nAChRβ1)的氨基酸突變以及受體基因表達(dá)量下調(diào)是導(dǎo)致棉蚜產(chǎn)生抗性的重要原因。比如,已證實(shí)煙堿型乙酰膽堿受體β1 亞基的L80S、R81T、V62I 和K264E突變與棉蚜對(duì)吡蟲(chóng)啉的抗性有關(guān)[21, 23]。

電壓門(mén)控鈉離子通道 (voltage-gated sodium channels,VGSC)的基因突變是昆蟲(chóng)對(duì)擬除蟲(chóng)菊酯類(lèi)殺蟲(chóng)劑產(chǎn)生抗性的主要原因,特別是其跨膜結(jié)構(gòu)域ⅡS4-S6上L1014F導(dǎo)致?lián)舻箍剐?(knockdown resistance,kdr)及其與M918L突變共同導(dǎo)致的超級(jí)擊倒抗性 (super-kdr) 在家蠅Muscadomestica等多種昆蟲(chóng)中都已經(jīng)被證實(shí)[53]。棉蚜VGSC的這兩個(gè)突變同樣導(dǎo)致其對(duì)擬除蟲(chóng)菊酯類(lèi)殺蟲(chóng)劑的抗性。 Williamson等[54]和Chen等[17]分別發(fā)現(xiàn)棉蚜鈉離子通道L1014F和 M918L突變使得棉蚜田間種群對(duì)高效氯氰菊酯和溴氰菊酯具有高水平抗性。此外,Munkhbayar等[55]發(fā)現(xiàn)新疆棉蚜種群除了M918L突變外,還發(fā)現(xiàn)了一個(gè)新的氨基酸取代 (M918V)。

值得注意的是,棉蚜田間抗性種群的不同靶標(biāo)蛋白上往往同時(shí)存在多個(gè)抗性相關(guān)的氨基酸突變,如新疆棉蚜種群中同時(shí)存在VGSC上的 M918L/V和nAChR上的 R81T兩個(gè)位點(diǎn)的突變[55],山東棉蚜種群中同時(shí)存在nAChR上的R81T、K264E和VGSC上的L1014F突變[56],我國(guó)中部地區(qū)棉蚜種群同時(shí)存在nAChR的V62I和R81T、AChE的A302S和S431F及VGSC的M918L等5個(gè)突變,從而導(dǎo)致同一棉蚜種群多對(duì)種類(lèi)型的殺蟲(chóng)劑產(chǎn)生了抗性[15]。 韓國(guó)溫室中為害辣椒的棉蚜種群中同樣同時(shí)存在nAChR (R81T)、VGSC (M918L)和AChE (S431F)3個(gè)靶標(biāo)基因的突變[13]。

此外,靶標(biāo)受體基因表達(dá)量的改變也可能在抗性發(fā)展中發(fā)揮作用。乙酰輔酶A羧化酶 (acetyl-CoA carboxylase,ACC)是一種生物素依賴(lài)酶,主要催化脂肪酸的生物合成[57]。季酮酸類(lèi)殺蟲(chóng)劑螺蟲(chóng)乙酯作為ACC的抑制劑,通過(guò)抑制ACC進(jìn)而干擾總脂質(zhì)的生物合成從而殺死害蟲(chóng)[58]。有研究表明,ACC的過(guò)量表達(dá)導(dǎo)致棉蚜對(duì)螺蟲(chóng)乙酯的敏感性降低[59]。

2.3 腸道共生細(xì)菌介導(dǎo)的抗性

昆蟲(chóng)腸道共生菌可以促進(jìn)宿主對(duì)植物毒素和殺蟲(chóng)劑的抵抗力[60]。張?jiān)乞懙萚61]綜述了昆蟲(chóng)腸道共生菌與宿主營(yíng)養(yǎng)和解毒代謝的關(guān)系,昆蟲(chóng)共生菌可以直接代謝有毒物質(zhì)或者間接調(diào)控宿主的解毒代謝。Zhang 等[62]發(fā)現(xiàn)敏感和螺蟲(chóng)乙酯抗性品系棉蚜腸道共生菌菌群的種類(lèi)和豐度均存在顯著差異,且用抗生素 (氨芐青霉素和四環(huán)素)處理可增強(qiáng)螺蟲(chóng)乙酯對(duì)抗性棉蚜的毒力,說(shuō)明某些腸道共生菌可能參與了棉蚜對(duì)螺蟲(chóng)乙酯的抗性。Guo等[63]發(fā)現(xiàn)取食葫蘆科植物的兩種不同體色 (綠色和黃色)的棉蚜 (瓜蚜)對(duì)殺蟲(chóng)劑抗性的差異與Buchnera屬共生菌的豐度增加有關(guān)。本實(shí)驗(yàn)室最新研究表明,腸道中鞘氨醇單胞菌Sphingomonas的豐度增加顯著增強(qiáng)了棉蚜對(duì)吡蟲(chóng)啉的抗性;進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)鞘氨醇單胞菌可通過(guò)羥基化和硝基還原直接代謝吡蟲(chóng)啉 (代謝效率高達(dá) 56%),從而介導(dǎo)了棉蚜對(duì)吡蟲(chóng)啉的抗性[64]。

3 棉蚜抗性治理策略

隨著棉蚜對(duì)殺蟲(chóng)劑抗性的不斷發(fā)展,對(duì)其抗性進(jìn)行有效治理仍然面臨巨大挑戰(zhàn)。要有效治理棉蚜的抗藥性,至少應(yīng)該做到以下幾個(gè)方面。

3.1 強(qiáng)化綜合防治策略

對(duì)包括棉蚜在內(nèi)的幾乎所有害蟲(chóng)可持續(xù)控制的首選策略應(yīng)該是害蟲(chóng)綜合治理 (integrated pest management,IPM)。而在IPM中,首先應(yīng)該考慮的是如何充分利用農(nóng)業(yè)防治、生物防治和物理防治等非化學(xué)防治措施?；瘜W(xué)防治雖然也是IPM策略的主要內(nèi)容之一,但它是IPM的“壓艙石”,只有其他措施無(wú)法有效壓低害蟲(chóng)種群數(shù)量時(shí)才考慮使用化學(xué)殺蟲(chóng)劑。因?yàn)槿魏位瘜W(xué)殺蟲(chóng)劑,只要長(zhǎng)期使用就會(huì)導(dǎo)致害蟲(chóng)對(duì)其產(chǎn)生抗藥性,這幾乎是不可避免的。而且化學(xué)殺蟲(chóng)劑的大面積使用還會(huì)對(duì)田間天敵種群 (自然的或人工釋放的)造成影響,顯著降低其自然控害能力,加快棉蚜種群數(shù)量增長(zhǎng)。到目前為止,還沒(méi)有一種化學(xué)殺蟲(chóng)劑對(duì)所有天敵都安全。因此,在同樣能有效控制害蟲(chóng)種群數(shù)量的情況下,盡可能地少用或者不用化學(xué)防治,以降低害蟲(chóng)產(chǎn)生抗藥性的風(fēng)險(xiǎn)及由此帶來(lái)的一系列問(wèn)題。

3.2 加強(qiáng)棉蚜田間種群抗性監(jiān)測(cè)

明確棉蚜的抗藥性現(xiàn)狀是科學(xué)選藥和精準(zhǔn)用藥的關(guān)鍵,而加強(qiáng)對(duì)田間種群的抗藥性監(jiān)測(cè)則是了解棉蚜田間種群對(duì)殺蟲(chóng)劑抗性現(xiàn)狀的最直接、有效的方法?？顾幮员O(jiān)測(cè)的目的有二:一是了解當(dāng)年不同地區(qū)棉蚜對(duì)常用的主要?dú)⑾x(chóng)劑的抗性水平及抗性基因頻率,為下一年科學(xué)選藥、合理用藥提供依據(jù);二是了解同一地區(qū)不同年份間棉蚜抗藥性變化動(dòng)態(tài)及發(fā)展趨勢(shì),為制訂中、長(zhǎng)期抗性治理策略提供參考。對(duì)于剛剛登記使用的新型殺蟲(chóng)劑尤其要做好抗藥性監(jiān)測(cè),特別是抗性基因頻率的監(jiān)測(cè),在抗性基因頻率明顯上升但在種群水平還未表現(xiàn)出明顯抗性時(shí)及時(shí)制訂預(yù)防性抗性治理策略,避免抗性的進(jìn)一步發(fā)展。

3.3 科學(xué)合理使用殺蟲(chóng)劑

首先要根據(jù)對(duì)本地棉蚜抗藥性監(jiān)測(cè)結(jié)果合理選藥。對(duì)于棉蚜尚未產(chǎn)生明顯抗藥性或低水平抗性的殺蟲(chóng)劑可以繼續(xù)使用;對(duì)于棉蚜已經(jīng)產(chǎn)生中等水平抗性的殺蟲(chóng)劑應(yīng)該嚴(yán)格限制使用,即每個(gè)生長(zhǎng)季只使用1次,避免抗性進(jìn)一步發(fā)展;對(duì)于已經(jīng)產(chǎn)生高水平抗性、在推薦劑量下防治效果明顯下降的殺蟲(chóng)劑應(yīng)停止使用。對(duì)于可以使用的殺蟲(chóng)劑,最好選擇與作用靶標(biāo)不同且無(wú)交互抗性的殺蟲(chóng)劑混合使用 (可以購(gòu)買(mǎi)商品化的混配制劑,也可以在農(nóng)技人員指導(dǎo)下進(jìn)行桶混),以達(dá)到既有效控制棉蚜,又延緩其抗性發(fā)展的目的。對(duì)于剛上市的新型殺蟲(chóng)劑尤其要注意與現(xiàn)有殺蟲(chóng)劑的合理混用,不僅可以有效延緩棉蚜對(duì)其抗藥性的產(chǎn)生和發(fā)展,還能在顯著降低防治成本 (新藥一般都比較貴)的情況下達(dá)到理想的防治效果,可謂一舉三得。

殺蟲(chóng)劑的輪換使用是有效治理棉蚜抗藥性的另一重要措施。高希武先生指出,殺蟲(chóng)劑的輪用的主要依據(jù)是害蟲(chóng)抗藥性的產(chǎn)生是在殺蟲(chóng)劑存在條件下“瞬間進(jìn)化”的結(jié)果,當(dāng)停止使用殺蟲(chóng)劑后,種群中的抗性個(gè)體在“瞬間進(jìn)化”條件 (殺蟲(chóng)劑的選擇壓力)消失后,因其生物適應(yīng)性比敏感個(gè)體低而逐漸被淘汰,導(dǎo)致其在種群中所占比例不斷下降,敏感個(gè)體的比例不斷增加,使得整個(gè)種群對(duì)殺蟲(chóng)劑的敏感性得以恢復(fù)[65]。因此,合理輪換使用作用機(jī)制不同且無(wú)交互抗性的殺蟲(chóng)劑,也可有效延緩棉蚜抗藥性的發(fā)展。

3.4 合理使用增效劑

合理使用增效劑是延緩害蟲(chóng)抗藥性發(fā)展的又一有效措施。增效劑可通過(guò)增加藥劑對(duì)昆蟲(chóng)體壁的滲透性、抑制昆蟲(chóng)解毒酶活性及增強(qiáng)藥劑的內(nèi)吸性等多種途徑顯著提高殺蟲(chóng)劑的活性并延緩抗藥性發(fā)展。目前商品化的增效劑產(chǎn)品比較多,在棉蚜防治中,加入商品化的增效助劑可以減少噻蟲(chóng)嗪的使用量達(dá)30%[66]。需要注意的是,同一增效劑對(duì)不同殺蟲(chóng)劑的增效作用可能存在較大差異,有的甚至?xí)鸬椒醋饔?因此在使用前一定要通過(guò)田間試驗(yàn)篩選出真正有效的增效劑。

3.5 加強(qiáng)多學(xué)科合作、創(chuàng)新防控策略

加強(qiáng)多學(xué)科合作,不斷創(chuàng)新害蟲(chóng)防控策略為有效治理棉蚜抗藥性發(fā)展提供有力的技術(shù)支撐。例如,利用納米載體同時(shí)搭載低劑量的噻蟲(chóng)嗪、靶向突觸蛋白的雙鏈RNA (syn-dsRNA)可實(shí)現(xiàn)棉蚜的高致死率[67];在棉花中表達(dá)棉蚜的P450基因的雙鏈RNAdsAgCYP6CY3-P1不僅顯著延緩了棉蚜的生長(zhǎng)發(fā)育,降低了其種群密度,還增加了其對(duì)吡蟲(chóng)啉和啶蟲(chóng)脒的敏感性[68]。

4 結(jié)語(yǔ)

棉蚜的抗藥性不是一朝一夕形成的,因此對(duì)棉蚜抗藥性的治理也不可能一蹴而就。只有真正執(zhí)行IPM策略,優(yōu)先采用非化學(xué)防治措施;加強(qiáng)棉蚜抗藥性監(jiān)測(cè),并根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果及時(shí)調(diào)整防控策略;加強(qiáng)科普宣傳,指導(dǎo)種植戶科學(xué)選藥、合理用藥,并不斷研發(fā)和應(yīng)用新的靶向基因的綠色防控新技術(shù),才可能實(shí)現(xiàn)棉蚜的可持續(xù)治理,保障農(nóng)業(yè)安全生產(chǎn)。