害蟲抗藥性原理課件

第四章抗藥性原理迄今至少有500多種昆蟲及螨、150多種植物病原菌、180多種雜草生物型產(chǎn)生了抗藥性。了解有害生物抗藥性形成的機(jī)理及抗藥性治理的策略，對于正確合理地使用農(nóng)藥及研制新農(nóng)藥都有重要意義。.第四章抗藥性原理迄今至少有500多種昆1害蟲抗藥性病原菌抗藥性雜草抗藥性第四章抗藥性原理.害蟲抗藥性第四章抗藥性原理.2一、害蟲抗藥性的概念和定義二、害蟲抗藥性的發(fā)展概況三、我國農(nóng)業(yè)害蟲抗藥性現(xiàn)狀四、害蟲抗藥性的形成五、影響抗性發(fā)展的因子六、害蟲抗藥性治理.一、害蟲抗藥性的概念和定義.3一、害蟲抗藥性的概念和定義1.定義世界衛(wèi)生組織（WHO）：昆蟲具有耐受殺死正常種群大部分個體的藥量的能力在其種群中發(fā)展起來的現(xiàn)象。Sawicki：抗藥性是指害蟲能夠降低田間防效的一種反應(yīng)，這是對毒物選擇作出的一種遺傳上的改變。

其特點是：（1）抗藥性是對有害生物群體而言的（種群性）；（2）是針對某種特定的藥劑而作出的反應(yīng)（特定性）；（3）是藥劑選擇的結(jié)果（選擇性）；（4）是可以在群體中遺傳的（可遺傳性）；（5）是相對于敏感種群或正常種群而言的（相對性）。此外，應(yīng)注意不要將“抗藥性”和“自然耐藥性”相混淆。.一、害蟲抗藥性的概念和定義1.定義.42.幾個基本概念自然耐藥性(naturalresistance)：指一種昆蟲在不同發(fā)育階段、不同生理狀態(tài)及所處的環(huán)境條件的變化對藥劑產(chǎn)生不同的耐藥力。也叫自然抗性。交互抗性（crossresistance）：昆蟲的一個品系由于相同抗性機(jī)理或相似作用機(jī)理或類似化學(xué)結(jié)構(gòu)，對于選擇藥劑以外的其他從未使用過的一種藥劑或一類藥劑也產(chǎn)生抗藥性的現(xiàn)象。負(fù)交互抗性(negativeresistance)：指昆蟲對一種殺蟲劑產(chǎn)生抗性后，反而對另一種藥劑變的更為敏感的現(xiàn)象。一、害蟲抗藥性的概念和定義.2.幾個基本概念一、害蟲抗藥性的概念和定義.5..6多抗性(multipleresistance)：昆蟲的一個品系由于存在多種不同的抗性基因或等位基因，能對幾種或幾類藥劑都產(chǎn)生抗性。選擇性：指不同昆蟲對藥劑敏感性的差異?？剐员稊?shù)（R/S）：R的LD50（LC50）/S的LD50（LC50），如果＞5，輕度抗性；＞10，明顯抗藥性。一、害蟲抗藥性的概念和定義.多抗性(multipleresistanc7二、害蟲抗藥性的發(fā)展概況.二、害蟲抗藥性的發(fā)展概況.8二、害蟲抗藥性的發(fā)展概況447種抗性節(jié)肢動物中，59%是重要的農(nóng)業(yè)害蟲(264種)，38%是重要的衛(wèi)生害蟲(171種)，3%是寄生性或捕食性天敵(12種)。

.二、害蟲抗藥性的發(fā)展概況447種抗性節(jié)肢動物中，59%9..10二、害蟲抗藥性的發(fā)展概況.二、害蟲抗藥性的發(fā)展概況.11三、我國農(nóng)業(yè)害蟲抗藥性現(xiàn)狀抗性已遍及糧、棉、茶、菜、果。我國蔬菜上抗性水平較高的害蟲主要有：小菜蛾、甜菜夜蛾、菜青蟲、斜紋夜蛾、菜蚜、棉鈴蟲、煙青蟲、盲蝽蟓、溫室白粉虱等。

小菜蛾：有機(jī)氯、有機(jī)磷、擬除菊酯類。1995年，速滅殺丁1646.8倍；亞胺硫磷512.2倍1992年，BT35倍；抑太保70.9倍；阿維菌素30.3倍溫室白粉虱：1988年，敵殺死6289.1；速滅殺丁1941.7；馬拉硫磷66.2倍；斜紋夜蛾：有機(jī)氯、有機(jī)磷、擬除菊酯類、BT等1998年，菊酯類100－2700倍對BT的抗性比家蠶高2500倍.三、我國農(nóng)業(yè)害蟲抗藥性現(xiàn)狀抗性已遍及糧、棉、茶、菜、果。.12四、害蟲抗藥性的形成1.抗藥性的形成昆蟲對殺蟲劑產(chǎn)生抗性的問題，實質(zhì)上是一個種群遺傳學(xué)的問題。

選擇學(xué)說認(rèn)為抗藥性是一種前適應(yīng)現(xiàn)象（preadaptivephenomenon），完全取決于殺蟲劑的選擇作用。誘導(dǎo)變異學(xué)說認(rèn)為昆蟲種群中原來不存在抗性基因。而是由于殺蟲劑的直接作用，使昆蟲種群內(nèi)某些個體發(fā)生突變，產(chǎn)生了抗性基因。藥劑不是選擇者而是誘導(dǎo)者。后適應(yīng)現(xiàn)象。

.四、害蟲抗藥性的形成1.抗藥性的形成.13基因重復(fù)學(xué)說：即基因復(fù)增學(xué)說geneduplicationtheory。它與一般的選擇學(xué)說不同，雖然它承認(rèn)本來就有抗性基因的存在，但它認(rèn)為某些因子（如殺蟲劑等）引起了基因重復(fù)，即一個抗性基因拷貝為多個抗性基因，這是抗性進(jìn)化中的一種普遍現(xiàn)象。

染色體重組學(xué)說：因染色體易位和倒位產(chǎn)生改變的酶或蛋白質(zhì)，引起抗性的進(jìn)化。

抗性的形成實際上是一種進(jìn)化現(xiàn)象，至少包括3個因素：（1）變異。（2）遺傳。（3）選擇。選擇起了定向的作用，即使基因頻率向一個方向發(fā)展，逐代累加。四、害蟲抗藥性的形成1.抗藥性的形成.基因重復(fù)學(xué)說：即基因復(fù)增學(xué)說genedup14抗性是殺蟲劑選擇的結(jié)果。產(chǎn)生抗性的原因有多種，按其由遺傳引起的種群特征的變化，或形態(tài)、生理生化特性的變化，可分為行為抗性和生理生化抗性。四、害蟲抗藥性的形成2.抗藥性形成的機(jī)制.抗性是殺蟲劑選擇的結(jié)果。產(chǎn)生抗性的原因有多種152.1生理生化抗性

生理抗性：包括表皮和神經(jīng)膜穿透作用降低，脂肪體等惰性部位貯存殺蟲劑的能力增強(qiáng)、排泄作用增強(qiáng)，圍食膜特別發(fā)達(dá)，或能引起嘔吐、或分泌大量水分而引起水瀉，加速將藥劑排出體外等。

生化抗性：主要是指由解毒作用增強(qiáng)、代謝加速而引起的，故又稱為代謝抗性。四、害蟲抗藥性的形成2.抗藥性形成的機(jī)制.2.1生理生化抗性四、害蟲抗藥性的形成2.抗藥性形成的機(jī)16簡單地說，昆蟲對各類殺蟲劑涉及的主要生理生化抗性機(jī)理有以下幾個方面：（1）穿透速率降低。包括兩種類型：一是殺蟲劑穿透昆蟲表皮的速率降低，二是殺蟲劑對神經(jīng)系統(tǒng)穿透作用降低；（2）代謝抗性：涉及到的酶有，細(xì)胞色素P450酶系、水解酶（主要是酯酶）、谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶、DDT-脫氯化氫酶等；（3）靶標(biāo)部位敏感度降低等。四、害蟲抗藥性的形成2.抗藥性形成的機(jī)制2.1生理生化抗性.簡單地說，昆蟲對各類殺蟲劑涉及的主要生理生化17Forgash等（1962）首先提出，一個多抗性的家蠅品系對二嗪農(nóng)的穿透率降低。狄氏劑和DDT在抗性家蠅中的穿透作用降低。并命名為ORGANOTIN-r，其突變基因命名為tin(或pen)。

表皮穿透降低實際上是穿透常數(shù)降低，即殺蟲劑穿透昆蟲表皮的速率降低，而延緩殺蟲劑到達(dá)靶標(biāo)部位的時間。在這一時期內(nèi)使抗性昆蟲有更多的機(jī)會來降解這這些化合物。表皮穿透降低對殺蟲劑無專一性，已報道的殺蟲劑有DDT、狄氏劑、對硫磷、西維因、二嗪農(nóng)、馬拉硫鱗、敵百蟲、氯硫磷和其它殺蟲劑。

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.Forgash等（1962）首先提出，一個多抗性的家182.1.1穿透作用降低

（2）神經(jīng)系統(tǒng)穿透作用降低2.1生理生化抗性.2.1.1穿透作用降低2.1生理生化抗性.19

tin基因，是一個修飾基因，也就是說單獨起作用時，對抗性影響不大，但與其它因子，特別是各種代謝基因一起作用時，抗性就會顯著加強(qiáng)，所以又稱pen基因為強(qiáng)化基因或增效基因。

穿透作用降低，作為一個抗性因子單獨起作用時對抗性影響較小。但若與其他抗性因子，比如解毒代謝因子互做時，抗性就會大大加強(qiáng)。例如，在抗DDT的家蠅中發(fā)現(xiàn)，由于MFO活性增高，產(chǎn)生50倍的抗性，表皮穿透作用降低，產(chǎn)生2倍的抗性，那么這2個因子共同起作用時，其抗性水平可達(dá)900倍。2.1.1穿透作用降低

2.1生理生化抗性.tin基因，是一個修飾基因，也就是說單獨起20有機(jī)磷和氨基甲酸酯類殺蟲劑的靶標(biāo)乙酰膽堿酯酶DDT和擬除蟲菊酯類殺蟲劑的主要靶標(biāo)鈉通道環(huán)戊二烯類殺蟲劑的靶標(biāo)GABA受體。2.1.2作用靶標(biāo)部位敏感性降低

2.1生理生化抗性四、害蟲抗藥性的形成2.抗藥性形成的機(jī)制.有機(jī)磷和氨基甲酸酯類殺蟲劑的靶標(biāo)乙酰膽堿酯酶21AChE

AChE的不敏感性主要由AchE變構(gòu)引起，而AchE的變構(gòu)則是結(jié)構(gòu)基因的點突變造成的。例如，果蠅中的AChE是由一個獨特的位點Ace編碼的。Ace中的一個T突變?yōu)锳將導(dǎo)致AChE的苯丙氨酸（368）突變?yōu)槔野彼岷蟾淖兞薃ChE的催化特性，結(jié)果降低了對殺蟲劑的敏感性。

點突變可以發(fā)生在不同的部位，從而導(dǎo)致不同的抗性型。從果蠅的田間品系中發(fā)現(xiàn)了4種突變型：苯丙氨酸（115）變?yōu)榻z氨酸；異亮氨酸（199）變?yōu)槔i氨酸或蘇氨酸；甘氨酸（303）變?yōu)楸彼帷?/p>

一個突變型的AChE中幾個點突變的組合不但會導(dǎo)致產(chǎn)生不同的抗性型，而且對抗性有明顯的增強(qiáng)作用，即高抗性有可能來自幾個低抗性點突變的組合。AChE敏感性下降，除了AChE質(zhì)的改變，即上述變構(gòu)AChE外，AChE量的增加即AChE基因表達(dá)調(diào)控也可能對抗性產(chǎn)生影響。.AChE.22鈉通道鈉通道的改變，引起對殺蟲劑敏感度下降，結(jié)果產(chǎn)生擊倒抗性（Knockdownresistance，簡稱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點：（1）Kdr基因是隱性基因，即只有在純合子狀態(tài)下才表現(xiàn)抗性，雜合子狀態(tài)并不表現(xiàn)抗性；（2）Kdr基因?qū)DT和擬除蟲菊酯殺蟲劑引起神經(jīng)敏感度降低；（3）對所有擬除蟲菊酯和DDT都有交互抗性；（4）對擬除蟲菊酯產(chǎn)生很高的抗性，特別是在有超Kdr基因存在時，可產(chǎn)生數(shù)千倍的抗性。.鈉通道.23Kdr型的分子機(jī)理：神經(jīng)膜磷脂雙分子層的變異；鈉通道數(shù)量的改變；鈉通道質(zhì)的改變。

膜上的脂對膜蛋白和酶的結(jié)構(gòu)與功能起重要作用，如果神經(jīng)膜脂蛋白或脂類組成發(fā)生變化，或由于脂誘導(dǎo)而造酶的構(gòu)型發(fā)生變化，最后都會導(dǎo)致神經(jīng)敏感性下降。昆蟲對擬除蟲菊酯的毒性反應(yīng)有很大差異的原因可能是由于不同昆蟲的神經(jīng)膜中的脂質(zhì)比例不同而引起的。鈉通道數(shù)量的改變與產(chǎn)生擊倒抗性有或無關(guān)；

鈉通道.Kdr型的分子機(jī)理：鈉通道.24Kdr的本質(zhì)是鈉通道的變異。通過對敏感和抗性品系中位于第二染色體上的果蠅鈉通道Sch等位基因克隆化和測序，發(fā)現(xiàn)位于同源結(jié)構(gòu)閾Ⅲ的S5和S6連接片段的一個位點發(fā)生了突變，導(dǎo)致敏感品系Sch序列中1172位的天冬氨酸殘基在抗性品系中被天冬酰胺取代，使連接片段失去一個負(fù)電荷，此負(fù)電荷的喪失是產(chǎn)生Kdr機(jī)制的原因。在擬除蟲菊酯抗性煙草夜蛾體內(nèi)是單個堿基發(fā)生了突變（T到A），而該突變基因能將亮氨酸改變?yōu)榻M氨酸，從而引起鈉通道蛋白改變造成擊倒抗性。Kdr型的分子機(jī)理：.Kdr的本質(zhì)是鈉通道的變異。通過對敏感和抗性25γ-氨基丁酸（GABA）受體果蠅對環(huán)戊二烯類的抗性是由位于第Ⅱ染色體臂的單個主要基因（Rdl）控制的。在家蠅中Rdl基因位于第Ⅳ染色體。環(huán)戊二烯抗藥性是由GABAA受體-氯離子通道復(fù)合體上環(huán)戊二烯和木防己苦毒寧（PTX）結(jié)合部位敏感度下降所致。Ffrench-Constant等首先從野生型對環(huán)戊二烯類殺蟲劑有高抗性的果蠅品系中克隆了環(huán)戊二烯抗性基因Rdl。在Rdl基因中，僅發(fā)現(xiàn)在302位的丙氨酸變?yōu)榻z氨酸，正是這一突變與環(huán)戊二烯/PTX結(jié)合部位的不敏感度有關(guān)。.γ-氨基丁酸（GABA）受體.26

昆蟲在殺蟲劑的選擇壓力下，通過增強(qiáng)體內(nèi)解毒酶的活力和提高酶蛋白與殺蟲劑分子的親和性以及加強(qiáng)各種形式的酶促結(jié)合等方式，加速對進(jìn)入昆蟲體內(nèi)的殺蟲劑的解毒代謝作用而使昆蟲表現(xiàn)出的抗藥性，就是代謝抗性，簡單地說就是解毒能力增強(qiáng)。參與代謝作用并與抗性有關(guān)的酶系主要有細(xì)胞色素P450酶系、谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶和水解酶（主要是脂族酯酶、DDT-脫氯化氫酶等）等。2.1.3代謝作用增強(qiáng)2.1生理生化抗性四、害蟲抗藥性的形成2.抗藥性形成的機(jī)制.昆蟲在殺蟲劑的選擇壓力下，通過增強(qiáng)體內(nèi)解毒酶的27細(xì)胞色素P450酶系與抗藥性P450酶系也叫多功能氧化酶、細(xì)胞色素P450酶系、加單氧酶系、芳香烴羥化酶和藥物代謝酶等。

細(xì)胞色素P450的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)，它不是一種蛋白而是分子質(zhì)量在46-60Kda（黃俊勇和冷欣夫，1991）的結(jié)構(gòu)類似而又不盡相同，性質(zhì)類似而又有差異的一族蛋白質(zhì)（唐振華，1990a）。主要包括兩類細(xì)胞色素：細(xì)胞色素P450和細(xì)胞色素b5；二種黃素蛋白，即NADPH-細(xì)胞P450還原酶和NADH-細(xì)胞色素b5還原酶；還含有磷脂等。

P450蛋白種類的多樣性及其底物的重疊性使P450酶系可以催化多種類型的反應(yīng)，不僅對許多外來物質(zhì)如殺蟲劑及其它環(huán)境有毒化合物具有代謝作用，還參與一些重要的生理功能內(nèi)源性物質(zhì)如激素、脂肪酸的代謝，在生物體中起十分重要的作用。

.細(xì)胞色素P450酶系與抗藥性P450酶系也叫多功能氧28細(xì)胞色素P450酶系與抗藥性

P450酶系對殺蟲劑代謝作用的增強(qiáng)是大多數(shù)重要害蟲對殺蟲劑產(chǎn)生高水平抗性和交互抗性的主要原因（Scott,1996）。其直接證據(jù)來自MFO的離體測定，主要是通過：a殺蟲劑氧化代謝的直接測定；b模型底物氧化代謝的測定；c對MFO酶系中P450水平的測定；dP450光譜特征的變化。研究結(jié)果表明，抗性的發(fā)展普遍與微粒體氧化作用增強(qiáng)有關(guān)。.細(xì)胞色素P450酶系與抗藥性.29其間接證據(jù)是通過研究一些增效劑的作用發(fā)現(xiàn)的。增效醚（pbo）是MFO的專一性抑制劑，并對抗性品系的增效作用大于敏感品系。利用pbo的增效作用來判斷MFO是否參與害蟲抗藥性形成，是研究抗藥性性生理生化機(jī)制的常用工具之一。昆蟲抗藥性除與MFO中的細(xì)胞色素P450水平有關(guān)外，還和其他組分，特別是P450還原酶和細(xì)胞色素b5水平有關(guān)。

MFO解毒能力增強(qiáng)：P450量的增加，P450質(zhì)的改變。另外，MFO活性增強(qiáng)可能也是造成交互抗性的原因之一。細(xì)胞色素P450酶系與抗藥性.其間接證據(jù)是通過研究一些增效劑的作用發(fā)現(xiàn)的。30酯酶與昆蟲抗藥性酯酶是能夠水解酯鍵的一類水解代謝酶。昆蟲中的酯酶主要是B類酯酶，包括膽堿酯酶、磷酸酯酶和羧酸酯酶。與抗性有關(guān)的主要是羧酸酯酶。羧酸酯酶實際上是由許多同功酶組成的。例如棉鈴蟲幼蟲體內(nèi)有10個羧酸酯酶同功酶。羧酸酯酶解毒能力的增強(qiáng)在某些昆蟲對有機(jī)磷殺蟲劑的抗性中起重要作用，對擬除蟲菊酯類殺蟲劑的抗性中起一定的作用，而對氨基甲酸酯類殺蟲劑的抗性主要是MFO的作用，羧酸酯酶的作用很小。

.酯酶與昆蟲抗藥性.31酯酶活力增強(qiáng)主要有兩個方面的原因：一是質(zhì)的改變，即某一個或某一些同功酶發(fā)生了變構(gòu)；二是量的改變，即酶量的增加。酯酶量的增加又有三種途徑：一是基因擴(kuò)增；二是基因表達(dá)調(diào)控的改變；三是這兩個途徑兼而有之。酯酶在昆蟲對殺蟲劑的抗藥性機(jī)制中起兩方面的作用：一方面是催化殺蟲劑酯鍵斷裂，代謝解毒；另一方面是作為結(jié)合蛋白和進(jìn)入體內(nèi)的殺蟲劑結(jié)合，從而減少到達(dá)作用靶標(biāo)的量。酯酶與昆蟲抗藥性.酯酶活力增強(qiáng)主要有兩個方面的原因：一是質(zhì)的改32谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶（GSTs）與昆蟲抗藥性催化親電子物質(zhì)與內(nèi)源的還原性谷胱甘肽（GSH）反應(yīng)（主要是將底物中的某個基團(tuán)轉(zhuǎn)移到GSH的硫原子上）的一類酶稱為谷胱甘肽S轉(zhuǎn)移酶，簡稱GSTs。依所轉(zhuǎn)移的基團(tuán)種類將GSTs分為5類：烷基轉(zhuǎn)移酶、芳基轉(zhuǎn)移酶、芳烷基轉(zhuǎn)移酶、鏈烯轉(zhuǎn)移酶和環(huán)氧化物轉(zhuǎn)移酶。

在昆蟲抗性機(jī)制中主要涉及到烷基轉(zhuǎn)移酶和芳基轉(zhuǎn)移酶。研究表明，GSTs代謝能力增強(qiáng)是家蠅對有機(jī)磷的抗性機(jī)制之一。如抗二嗪農(nóng)的家蠅品系較敏感酶系的GSTs代謝強(qiáng)度高5.2倍。此外，谷胱甘肽（GSH）是GSTs催化結(jié)合反應(yīng)的輔助因子，GSH的含量對GSTs的催化有很大影響。已有實驗證明某些昆蟲的抗性與GSH含量增加有關(guān)。

GSTs結(jié)合殺蟲劑后，增強(qiáng)了殺蟲劑分子的水溶性，因此有利于被害蟲排出體外，從而使殺蟲劑解毒。.谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶（GSTs）與昆蟲抗藥性.33DDT-脫氯化氫酶及硝基還原酶

昆蟲體內(nèi)的DDT在DDT-脫氯化氫酶的作用下，將DDT轉(zhuǎn)化為無毒的DDE。DDT-脫氯化氫酶有稱為DDT酶，存在于各種組織，包括化感器，保護(hù)神經(jīng)系統(tǒng)免受積累過多的DDT。大量的研究表明昆蟲對DDT的抗性程度由于DDT酶活性存在正相關(guān)性。

有機(jī)磷殺蟲劑中有硝基結(jié)構(gòu)的化合物如對硫磷、殺螟硫磷及苯硫磷等，可以被硝基還原酶代謝為無毒化合物。

總之，代謝抗性的化學(xué)本質(zhì)是殺蟲劑代謝活性的增強(qiáng)，歸因于相關(guān)酶在數(shù)量或質(zhì)量上的改變，可能涉及的機(jī)制包括基因擴(kuò)增、酶基因突變以及基因轉(zhuǎn)錄的增強(qiáng)等。.DDT-脫氯化氫酶及硝基還原酶.342.2行為抗性行為抗性就是指在藥劑的選擇壓力下，那些有利于昆蟲生存的行為得以保存和發(fā)展，從而使昆蟲種群中具有這