雙酰肼類殺蟲劑及對小菜蛾的防治研究進展

小菜蛾[Plutella.xylostella(L.)]，屬鱗翅目(Lepidoptera)菜蛾科(Plutellidae)，具有生命力旺盛、繁殖能力強、世代周期短、世代重疊等生物學特性，是十字花科蔬菜上的重要害蟲，危害十分廣泛。小菜蛾在我國各地均有分布，每年發(fā)生代數(shù)由北向南不斷增多，一般在4～20代不等。小菜蛾在我國的分布地區(qū)可分為3類：全年繁殖區(qū)(Year-roundbreedingregion，YBR)、冬季滯育區(qū)(Winterdiapauseregion，WDR)和夏季繁殖區(qū)(Summerbreeding

region，SBR)?，F(xiàn)階段防治小菜蛾最有效的方法仍為化學防治，每年全世界用于小菜蛾治理的費用高達40～50億美元，但由于農(nóng)藥長期不合理使用，使得小菜蛾對大多數(shù)殺蟲劑都產(chǎn)生抗藥性，對治理造成了嚴重困難。2004—2009年廣東不同地區(qū)的小菜蛾對殺蟲單等(沙蠶毒素類殺蟲劑)的抗藥性逐漸升高，最高達到了129.1倍；田間種群對辛硫磷等(有機磷類殺蟲劑)的抗藥性水平達到15.2～40.5倍，粵中地區(qū)的小菜蛾對氟啶脲等(苯甲酰脲類殺蟲劑)抗性水平達到157.3倍。陜西寶雞地區(qū)小菜蛾田間種群對高效氯氰菊酯等(擬除蟲菊酯類殺蟲劑)的抗藥性水平在2012—2013年為113.00～161.87倍。本文討論在使用和研究方面較為小眾的一類藥劑———雙酰肼類化合物(diacylhydrazines)。雙酰肼類殺蟲劑是蛻皮激素受體激動劑類殺蟲劑，根據(jù)殺蟲劑抗性工作委員會(InsecticideResistanceActionCommittee，IRAC)的分類，將其與保幼激素類似物、幾丁質(zhì)合成抑制劑、雙翅目昆蟲蛻皮干擾劑(滅蠅胺)和乙酰輔酶A羧化酶抑制劑等5類殺蟲劑劃分為昆蟲生長調(diào)節(jié)劑(Insectgrowthregulators，IGRs)。IGRs區(qū)別于其他傳統(tǒng)神經(jīng)性殺蟲劑，被認為是對環(huán)境安全且對非靶標生物低毒的綠色殺蟲劑類型。本文就雙酰肼類殺蟲劑發(fā)展歷程、主要種類、作用機理以及在防治小菜蛾方面的應用進行總結，旨在為后續(xù)研究提供參考，并為科學合理用藥提供理論依據(jù)。

01雙酰肼類殺蟲劑發(fā)展歷程及主要種類雙酰肼類殺蟲劑目前主要有4個品種，即環(huán)蟲酰肼(chromafenozide)、氯蟲酰肼(halofenozide)、蟲酰肼(tebufenozide)和甲氧蟲酰肼(methoxyfenozide)。關于蛻皮激素受體激動劑研究者最初研發(fā)了抑食肼(RH-5849)，但由于其效力低下所以沒有商業(yè)化生產(chǎn)使用。隨后在RH-5849的基礎上，又研發(fā)了3種雙酰肼類殺蟲劑，分別是蟲酰肼(RH-5992)、甲氧蟲酰肼(RH-2485)、氯蟲酰肼(RH-0345)。這3種化合物均投入商業(yè)化生產(chǎn)，其中蟲酰肼和甲氧蟲酰肼對鱗翅目害蟲有效，氯蟲酰肼對鞘翅目和部分鱗翅目害蟲有效，并且該類殺蟲劑對寄生蜂Hyposoterdidymator、島彎尾姬蜂Diadegmainsulare(Cresson)、黑刺益蝽Podisusnigrispinus等天敵毒性較低。2000年日本的學者研發(fā)出對鱗翅目害蟲有生物活性的環(huán)蟲酰肼(ANS-118)，2005年中國學者研發(fā)出呋喃蟲酰肼(JS-118)，均投入市場使用(見圖1)。目前這5種雙酰肼類殺蟲劑中蟲酰肼和甲氧蟲酰肼在國內(nèi)以及澳大利亞、加拿大、歐盟、美國和新西蘭有登記，環(huán)蟲酰肼在國內(nèi)和歐盟有登記，呋喃蟲酰肼僅在我國有登記，而氯蟲酰肼在以上提到的任何國家都沒有登記。圖1雙酰肼類殺蟲劑近年來，研究者仍在大力開發(fā)創(chuàng)制新型的雙酰肼類化合物，如Wang等發(fā)現(xiàn)含1,2,3-噻二唑的N-叔丁基-N,N′-雙酰肼類化合物對小菜蛾有很好的殺蟲活性。Liu等發(fā)現(xiàn)N-烷基-N′-2,4-二氧-3,4-二氫嘧啶-1-雙酰肼衍生物對斜紋夜蛾的LC50達到23.2mg/L。胡崇波等發(fā)現(xiàn)N-叔丁基-N′-(2,6-二氟苯甲?；?-2-氯煙酰肼對小菜蛾的生物活性是蟲酰肼的1.5倍，為后續(xù)研發(fā)出具有更高活性的雙酰肼化合物提供了先導化合物。Jiang等發(fā)現(xiàn)Ⅲ-27(N-(2-甲基苯乙基)-1-苯基-1,4,5,6,7,8-六氫環(huán)庚[c]吡唑-5-甲酰胺)具有良好的殺小菜蛾活性，通過分子對接模擬發(fā)現(xiàn)其能夠與昆蟲蛻皮激素受體(ecdysonereceptor，EcR)和幾丁質(zhì)酶相互作用，為研究新型雙靶標IGRs了提供思路。Hu等發(fā)現(xiàn)1-苯基-4-氰基-5-氨基吡唑類化合物兼具PxEcR-PxUSP結合活性以及生物活性，可以作為EcR新配體。隨著越來越多的先導化合物被發(fā)現(xiàn)，利用現(xiàn)代分子模擬對接以及構效分析等技術對這些先導化合物的結構進行不斷優(yōu)化，將為蛻皮激素受體激動劑類殺蟲劑提供后備藥物，以防該類殺蟲劑被淘汰。02雙酰肼類殺蟲劑作用機理概述在昆蟲生長發(fā)育過程中，由于其外骨骼的存在，使得蛻皮這一過程變得尤為重要。蛻皮激素為昆蟲蛻皮過程中主要的調(diào)控激素，蛻皮激素除調(diào)控昆蟲蛻皮外，還對蟲卵孵化、化蛹和羽化等過程起到一定作用。蛻皮激素，由昆蟲前胸腺分泌再轉化為20-羥基蛻皮酮(20-hydroxyecdysone，20E)，20E為昆蟲蛻皮激素的主要活性形式。20E再與昆蟲體內(nèi)蛻皮激素受體(ecdysonereceptor，EcR)和超氣門蛋白(ultraspiracle，USP)組成的EcR-USP復合體結合從而啟動蛻皮。EcR-USP是一類異源二聚核受體蛋白，EcR/USP-LBD從正面看形似蝴蝶，并且EcR-LBD在同一物種內(nèi)具有高度保守性(鱗翅目昆蟲在80%以上)。EcR單獨存在時很難與20E結合，但當USP與EcR結合時，EcR配體結合域(EcR-ligand-bindingdomains，EcR-LBD)會形成一個結合口袋，20E從而可以與EcR-USP結合進而啟動轉錄，促使昆蟲蛻皮。與20E作用相似，雙酰肼類殺蟲劑進入蟲體后，也與EcR-USP復合體中的EcR-LBD結合啟動蛻皮。但與蛻皮激素不同的是，這類殺蟲劑一旦與EcR-USP復合體結合很難分離，從而持續(xù)誘導昆蟲蛻皮，抑制多巴脫羧酶、羽化激素基因等表達，導致昆蟲不能形成結構完整的新表皮而死亡。例如有研究發(fā)現(xiàn)，利用亞致死劑量的甲氧蟲酰肼處理棉鈴蟲后，會造成棉鈴蟲表皮蛋白CP22和CP14基因顯著上調(diào)表達，3齡幼蟲表皮和真皮細胞出現(xiàn)分離解體。

03雙酰肼類殺蟲劑對小菜蛾的生物活性及其抗藥性3.1雙酰肼類殺蟲劑對小菜蛾的生物活性及抗性品系篩選通過室內(nèi)測定雙酰肼類殺蟲劑對小菜蛾敏感品系的生物活性發(fā)現(xiàn)：呋喃蟲酰肼對小菜蛾LC50為2.23(0.79～3.96)mg/L，蟲酰肼為12.6(10.2～15.8)mg/L，甲氧蟲酰肼為7.33(4.60～10.9)mg/L，抑食肼為10.6(6.58～16.6)mg/L。Sun等在利用呋喃蟲酰肼篩選小菜蛾抗性品系時發(fā)現(xiàn)，在第39代時LC50已由2.23mg/L升至675.6mg/L，抗性倍數(shù)達到302.8倍。曹廣春利用蟲酰肼隔代處理室內(nèi)敏感品系小菜蛾，進行抗性品系的選育發(fā)現(xiàn)，在第9次(17代)篩選的時候小菜蛾對蟲酰肼的抗性水平已經(jīng)達到了中抗水平(33.1倍)，第17次后(35代)小菜蛾對蟲酰肼的抗性增加了93.8倍。同時，蟲酰肼抗性品系的小菜蛾卵孵化率和單雌產(chǎn)卵量顯著下降，并且降低了小菜蛾的生物適合度。由此可見，小菜蛾對蟲酰肼易產(chǎn)生抗藥性，施藥時不可長期連續(xù)使用單一種類殺蟲劑，以保持小菜蛾對某一殺蟲劑的敏感程度?？剐员稊?shù)(resistanceratio，RR)=抗性品系LC50/相對敏感品系LC50；抗藥性水平分級標準依據(jù)NY/T2058—2014，5.0＜RR≤10.0為低水平抗性，10.0＜RR≤100.0為中等水平抗性，RR＞100.0為高水平抗性。通過了解對雙酰肼類殺蟲劑產(chǎn)生抗性的小菜蛾對其他藥劑產(chǎn)生交互抗性的情況，有利于為指導科學用藥以及后續(xù)深入探討交互抗藥性機理提供幫助。研究發(fā)現(xiàn)室內(nèi)篩選得到的小菜蛾蟲酰肼中抗品系(RR=93.8)，對阿維菌素等藥劑產(chǎn)生了不同程度的抗性(見表1)。表1小菜蛾蟲酰肼抗性品系對其他類型殺蟲劑交互抗性小菜蛾一旦對雙酰肼類殺蟲劑中的某一種產(chǎn)生一定的抗藥性，那么對其他雙酰肼類殺蟲劑以及阿維菌素類、惡二嗪類殺蟲劑的抗藥性也會逐漸升高。另外，Sun等也測試了小菜蛾的呋喃蟲酰肼抗性品系(抗性倍數(shù)=302.8)對其他藥劑的交互抗性，發(fā)現(xiàn)抗性品系對同類殺蟲劑甲氧蟲酰肼的交互抗性最高，抗性倍數(shù)達37.6；對同類殺蟲劑蟲酰肼和抑食肼等、幾丁質(zhì)合成抑制劑類殺蟲劑氟鈴脲和除蟲脲達到中等抗性；對阿維菌素、辛硫磷、滅多威(氨基甲酸酯類)、毒死蜱(有機磷酸酯類)、蟲螨腈、高效氯氰菊酯、多殺菌素未產(chǎn)生抗性。因此，在防治過程中雙酰肼類殺蟲劑可以與芳基吡咯類、擬除蟲菊酯類、多殺菌素類、雙酰胺類、苯基吡唑類、有機磷酸酯類、氨基甲酸酯類殺蟲劑進行混用或輪用，使小菜蛾對其抗性水平始終維持一個較低水平，以延緩該類殺蟲劑被淘汰。更重要的是，需要研發(fā)具有新型骨架的蛻皮激素受體激動劑類化合物來替代已產(chǎn)生抗藥性的殺蟲劑。3.2田間品系小菜蛾抗性測定隨著雙酰肼類殺蟲劑在小菜蛾田間防治中的應用，其抗藥性問題日益凸顯，針對這一情況我國已經(jīng)開始對其抗性情況進行監(jiān)測。不同地區(qū)小菜蛾對蟲酰肼抗性的監(jiān)測見表2，除深圳、增城、白云和無錫4個地點的小菜蛾對蟲酰肼處于低抗或無交互抗性水平外，其余各地的小菜蛾對蟲酰肼的抗性水平均達到了中抗水平。小菜蛾對蟲酰肼抗藥性的提升，預示著蟲酰肼甚至這一類藥劑都面臨著被淘汰的風險，應加緊研發(fā)此類殺蟲劑的進度為此做準備。表2田間小菜蛾對蟲酰肼抗性測定04小菜蛾對雙酰肼類殺蟲劑抗藥性機理研究進展昆蟲產(chǎn)生抗藥性的主要途徑一共有3類，分別是對有害物質(zhì)的代謝能力增強、降低有害物質(zhì)對昆蟲靶點刺激的敏感性、降低有害物質(zhì)對昆蟲表皮的穿透能力。其中，提升有害物質(zhì)的代謝能力是相對容易的途徑，主要是通過殺蟲劑誘導來提高昆蟲體內(nèi)解毒酶系統(tǒng)的代謝能力。細胞色素P450酶系(P450s)、酯酶(EST)和谷胱甘肽-S-轉移酶(GSTs)是昆蟲體內(nèi)的三大解毒酶系，這幾種酶活性的升高皆有可能是導致害蟲抗藥性產(chǎn)生或增加的關鍵因素。有研究發(fā)現(xiàn)，對雙酰肼類殺蟲劑具有高倍抗性(RR≥270)可使小菜蛾體內(nèi)P450s、CarE、GSTs、芳基酰胺酶(AA)酶活力升高，幾丁質(zhì)酶活力下降。而對雙酰肼類殺蟲劑產(chǎn)生抗藥性減弱(RR≈20)的小菜蛾來說，其體內(nèi)P450s、CarE、GSTs和AA酶活力下降，幾丁質(zhì)酶活力上升。昆蟲通過降低殺蟲劑對自身靶點的敏感性也能夠產(chǎn)生抗藥性。降低靶點的敏感性主要依賴于殺蟲劑對應昆蟲靶點部位核苷酸的突變，因此這種產(chǎn)生抗藥性的途徑較為有限，因為很多靶點具有功能的重要性及基因的保守性，只有少數(shù)變異才能使昆蟲既降低了靶點對有害物質(zhì)的敏感性，又不會影響正常功能。例如，對擬除蟲菊酯和氟蟲腈產(chǎn)生抗藥性的德國小蠊Blattellagermanica(L.)，通過檢測發(fā)現(xiàn)2種殺蟲劑對應的靶點均有著80%以上的突變率。目前已報道的研究中，有關雙酰肼類殺蟲劑在昆蟲抗性品系靶點上的突變研究相對較少?，F(xiàn)有報道是在對比小菜蛾蟲酰肼抗性品系與實驗室敏感品系的蛻皮激素受體基因時，發(fā)現(xiàn)EcR-LBD的11螺旋N端存在一個脯氨酸到絲氨酸(P514S)的突變，導致EcR-USP結構發(fā)生改變，使蟲酰肼與靶點結合能力降低，從而導致小菜蛾對該類藥劑敏感程度降低，抗藥性增強。還有研究發(fā)現(xiàn)小RNAMiR-189942能夠與PxEcR-B的3′-UTR結合抑制PxEcR-B的表達，從而提高小菜蛾對呋喃蟲酰肼的抗性。此外，也有研究發(fā)現(xiàn)小菜蛾雌蟲比雄蟲更耐藥，暗示蟲酰肼抗性遺傳可能會伴隨W染色體進行，但此類機制還需要進一步確定。05總結與展望5.1小菜蛾現(xiàn)階段防控技術在防治小菜蛾方面，主要有農(nóng)業(yè)防治技術、生態(tài)調(diào)控技術、生物防治技術、物理防治技術和化學防治技術。農(nóng)業(yè)防治技術主要通過輪作水稻和夏季休耕2種耕作方式來降低小菜蛾的蟲口基數(shù)，生物防治技術考慮采用釋放與保護天敵，物理防治技術主采用防蟲網(wǎng)隔絕、性誘劑誘捕和誘蟲燈誘殺等方法。另外，轉基因作物及雄蟲不育技術也被開發(fā)出來，但因種種原因未能廣泛應用。在使用雙酰肼類殺蟲劑防治小菜蛾時，要避免長期使用同一種藥劑，以防產(chǎn)生抗藥性。對于長期的具體時間并不確定，因為室內(nèi)抗性篩選研究在第17代就產(chǎn)生了高抗品系，但實際上小菜蛾在田間存在嚴重的世代重疊，所以其產(chǎn)生抗藥性的時間可能會縮短。因此，在使用化學方法防治時，要注意雙酰肼類與增效劑配合使用，以及與芳基吡咯類、擬除蟲菊酯類、多殺菌素類、雙酰胺類、苯基吡唑類、有機磷酸酯類、氨基甲酸酯類等殺蟲劑進行合理輪用與混用，以延緩小菜蛾對該類殺蟲劑的抗藥性。對于已經(jīng)對雙酰肼類殺蟲劑產(chǎn)生抗藥性的區(qū)域，要盡量避免使用該類殺蟲劑。除此之外，還要加強各生產(chǎn)區(qū)小菜蛾的抗藥性監(jiān)測工作，搶在殺蟲劑對小菜蛾失效前更換使用其他藥劑。5.2展望及建議介紹了雙酰肼類殺蟲劑常見的種類和此類殺蟲劑的作用機理，以及在我國小菜蛾對雙酰肼類殺蟲劑的相關抗藥性監(jiān)測情況以及抗藥性機制研究進展。借此對未來小菜