多殺霉素、乙基多殺菌素的應(yīng)用及抗性研究進(jìn)展

多殺菌素類殺蟲(chóng)劑——多殺霉素（又名多殺菌素，spinosad）和乙基多殺菌素（spinetoram），作為一類高效安全的生物殺蟲(chóng)劑，既對(duì)靶標(biāo)害蟲(chóng)具有快速高效殺蟲(chóng)活性，又對(duì)非靶標(biāo)生物安全，主要降解方式是光解和微生物降解，最終分解為碳、氮、氧等，在防治農(nóng)業(yè)害蟲(chóng)、儲(chǔ)糧害蟲(chóng)、衛(wèi)生害蟲(chóng)以及動(dòng)物寄生蟲(chóng)等方面發(fā)揮著重要作用。其主要作用于煙堿型乙酰膽堿受體和γ-氨基丁酸受體，通過(guò)刺激害蟲(chóng)的神經(jīng)系統(tǒng)從而引起興奮，導(dǎo)致非功能性的肌肉收縮、顫抖、衰竭和麻痹等，最終致害蟲(chóng)死亡。多殺霉素是由土壤放線菌——刺糖多孢菌（Saccharopolysporaspinosa）經(jīng)有氧發(fā)酵產(chǎn)生的大環(huán)內(nèi)酯類殺蟲(chóng)劑，具有高效殺蟲(chóng)活性，1999年獲得美國(guó)“總統(tǒng)綠色化學(xué)品挑戰(zhàn)獎(jiǎng)”。陶氏益農(nóng)公司在我國(guó)登記的多殺霉素產(chǎn)品為菜喜SC（Success?）和催殺SC（Conserves?）。研究者通過(guò)明確多殺霉素生物合成的中間體及合成路徑后，篩選出能合成多種新的多殺菌素類物質(zhì)的菌株，應(yīng)用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)多殺菌素類新物質(zhì)及其活性進(jìn)行定量-構(gòu)效關(guān)系分析，最終通過(guò)半合成修飾獲得了第2代多殺菌素類殺蟲(chóng)劑——乙基多殺菌素，并于2008年再次獲獎(jiǎng)。此外，國(guó)家糧食和物資儲(chǔ)備局科學(xué)研究院從國(guó)內(nèi)采集的土樣中篩選獲得了多殺霉素結(jié)構(gòu)類似物——丁烯基多殺菌素（butenyl-spinosyns）的須糖多孢菌，并對(duì)菌株的生長(zhǎng)代謝特性進(jìn)行了相關(guān)研究。01、多殺霉素和乙基多殺菌素的應(yīng)用1.1

多殺霉素和乙基多殺菌素對(duì)農(nóng)業(yè)害蟲(chóng)的防治多殺菌素類殺蟲(chóng)劑是新型微生物源殺蟲(chóng)劑，可用于果蔬、水稻、花卉等作物的害蟲(chóng)防治，能有效防治鱗翅目、雙翅目、纓翅目等多種害蟲(chóng)。雖目前市場(chǎng)上沒(méi)有丁烯基多殺菌素產(chǎn)品，但其對(duì)蘋(píng)果蠹蛾和重要農(nóng)業(yè)害蟲(chóng)煙青蟲(chóng)具有良好的殺蟲(chóng)活性（表1）。多項(xiàng)研究顯示，多殺霉素和乙基多殺菌素對(duì)不同日齡、性別害蟲(chóng)的毒殺活性不同，且不同處理方式也對(duì)致死率有影響，如Moretti等發(fā)現(xiàn)，經(jīng)多殺霉素喂食處理的洋蔥蛆，1周后幼蟲(chóng)的死亡率是2周后幼蟲(chóng)的2倍，但觸殺處理對(duì)1周和2周幼蟲(chóng)的毒力相當(dāng)。金濤等測(cè)得低濃度多殺霉素對(duì)云南重大農(nóng)業(yè)害蟲(chóng)草地貪夜蛾幼蟲(chóng)的致死率達(dá)100.0%。來(lái)有鵬發(fā)現(xiàn)多殺霉素對(duì)茴香薄翅野螟幼蟲(chóng)的活性較大，處理后24h的LC50為5.3mg/L，48h后的LC50為1.4mg/L。表1

多殺菌素類殺蟲(chóng)劑殺蟲(chóng)譜注：“+”表示有殺蟲(chóng)活性；“–”表示無(wú)殺蟲(chóng)活性；“/”表示未見(jiàn)文獻(xiàn)報(bào)道。乙基多殺菌素對(duì)某些農(nóng)業(yè)害蟲(chóng)具有高活性，環(huán)境溫度對(duì)其防效也有影響，Yee發(fā)現(xiàn)乙基多殺菌素對(duì)美國(guó)西部櫻桃果蠅雌蠅的防效強(qiáng)于多殺霉素，兩者對(duì)3～4d果蠅的產(chǎn)卵率影響較大，且低溫下對(duì)果蠅的致死率較低。董麗娜等采用葉管藥膜法測(cè)定發(fā)現(xiàn)，乙基多殺菌素處理后3～14d對(duì)煙薊馬的田間防治效果在90.0%以上，對(duì)黃曲條跳甲的防效為68.6%～78.1%，對(duì)猿葉甲的防效為100.0%。乙基多殺菌素1,000和2,000倍稀釋液喇叭口點(diǎn)施，處理后7d防效均在90.0%以上，能維持穩(wěn)定高效的殺蟲(chóng)活性。1.2

多殺霉素和乙基多殺菌素對(duì)儲(chǔ)糧害蟲(chóng)的防治儲(chǔ)糧害蟲(chóng)種類繁多，我國(guó)儲(chǔ)糧害蟲(chóng)種類有200余種，造成糧食在儲(chǔ)藏、運(yùn)輸、流通環(huán)節(jié)的大量損失。大量濫用化學(xué)農(nóng)藥使糧食品質(zhì)受到影響，故生物源殺蟲(chóng)劑備受青睞。多殺菌素類殺蟲(chóng)劑的降解方式不會(huì)對(duì)環(huán)境造成負(fù)擔(dān)，在植物中也可快速分解代謝，膳食殘留量較低，具有較高的商業(yè)推廣價(jià)值。目前，美國(guó)登記的此類殺蟲(chóng)劑可在大麥、玉米、稻谷、小麥等糧食作物上使用，在中國(guó)，多殺霉素也應(yīng)用于倉(cāng)儲(chǔ)害蟲(chóng)的防治。在避光缺氧環(huán)境下，此類殺蟲(chóng)劑在1年的倉(cāng)儲(chǔ)期內(nèi)幾乎不分解，殺蟲(chóng)活性可維持1～2年。大量研究結(jié)果顯示，1.0mg/kg多殺霉素能有效防治常見(jiàn)儲(chǔ)糧害蟲(chóng)，如銹赤扁谷盜谷蠹、鋸谷盜、米象、玉米象等。試驗(yàn)倉(cāng)中多殺霉素及其復(fù)配劑組中，玉米象、赤擬谷盜等主要儲(chǔ)糧害蟲(chóng)的發(fā)現(xiàn)時(shí)間均晚于未作任何處理的對(duì)照倉(cāng)，對(duì)照倉(cāng)中蟲(chóng)口密度是試驗(yàn)倉(cāng)的1.4倍。還有學(xué)者發(fā)現(xiàn)，多殺霉素能提升儲(chǔ)糧害蟲(chóng)對(duì)溫度的敏感性，降低其耐受能力從而起到殺蟲(chóng)作用。為了滿足應(yīng)用需要，此類殺蟲(chóng)劑被開(kāi)發(fā)成多種劑型，如粉劑、水乳劑、微乳劑等。在倉(cāng)儲(chǔ)害蟲(chóng)的防治中，乙基多殺菌素也取得了很好的效果，楊國(guó)浩等測(cè)得乙基多殺菌素對(duì)煙草粉螟幼蟲(chóng)的觸殺活性高于高效氯氰菊酯，可大幅降低煙草粉螟的蟲(chóng)口密度。乙基多殺菌素能維持高的子代種群抑制率，4.0mg/kg劑量條件下對(duì)麥蛾子代種群的抑制率為100.0%。1.3

多殺霉素和乙基多殺菌素對(duì)衛(wèi)生害蟲(chóng)的防治衛(wèi)生害蟲(chóng)是傳染病傳播的重要媒介，對(duì)人類的生活和身體健康有嚴(yán)重的影響，高劑量有機(jī)氯類、有機(jī)磷類、氨基甲酸酯類等化學(xué)農(nóng)藥的長(zhǎng)期防治，使得蚊、蠅抗性問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重，從源頭控制和消除病媒生物是保護(hù)居民身體健康，促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的根本。多殺霉素和乙基多殺菌素的殺滅效果在伊蚊、按蚊和家蠅等衛(wèi)生害蟲(chóng)上都得到了驗(yàn)證。在野外模擬水稻田小區(qū)施用多殺霉素顆粒劑和片劑來(lái)防治三帶喙庫(kù)蚊幼蟲(chóng)，顆粒劑處理后大齡幼蟲(chóng)減退率高于片劑，2種劑型對(duì)三帶喙庫(kù)蚊的持效期長(zhǎng)。Sheele用多殺霉素防治一種以血為食的人體外寄生蟲(chóng)溫帶臭蟲(chóng)，以施用后的血藥濃度峰值為測(cè)定藥物劑量，多殺霉素1,000ng/mL及以上劑量致死能力達(dá)75.0%。與多殺霉素相比，乙基多殺菌素對(duì)某些害蟲(chóng)具有更好的防治效果，研究顯示，乙基多殺菌素對(duì)家蠅的毒力大約是多殺霉素的2倍。1.4

多殺霉素和乙基多殺菌素對(duì)動(dòng)物寄生蟲(chóng)的防治多殺霉素對(duì)家畜、寵物寄生蟲(chóng)也具有優(yōu)異的防治效果，且低毒易降解，對(duì)家畜和寵物本身的傷害小。多項(xiàng)研究結(jié)果顯示，多殺霉素能有效防治寵物寄生蟲(chóng)。Packianathan等在0、30、60d給狗服用多殺霉素，藥后第14d跳蚤數(shù)相對(duì)于0d減少94.6%，第60d其對(duì)跳蚤的平均有效率大于98.8%。Franc等使用多殺霉素治療和控制貓?zhí)椋匀顾貫閷?duì)照組，用藥60d后試驗(yàn)組跳蚤數(shù)平均減少96.0%，防治效果優(yōu)于對(duì)照組，接受治療的動(dòng)物均無(wú)不良反應(yīng)。雖然乙基多殺菌素在防治動(dòng)物寄生蟲(chóng)方面的報(bào)道不多，但療效顯著。Paarlberg等對(duì)比不同藥物對(duì)貓?zhí)榈姆乐涡Ч?，結(jié)果顯示，乙基多殺菌素處理后0～37d對(duì)貓?zhí)榈挠行蚀笥?6.0%，殺蟲(chóng)效果強(qiáng)于氟蟲(chóng)腈，且無(wú)不良反應(yīng)發(fā)生。這些研究表明，多殺霉素和乙基多殺菌素能安全有效地預(yù)防和治療貓?zhí)楦腥尽?2、對(duì)多殺霉素和乙基多殺菌素的抗性及機(jī)制研究2.1

害蟲(chóng)對(duì)多殺霉素和乙基多殺菌素的抗性隨著多殺霉素和乙基多殺菌素的廣泛應(yīng)用，近年來(lái)多種害蟲(chóng)對(duì)其產(chǎn)生了不同程度的抗性。如伊蚊是幾種蟲(chóng)媒病毒的主要傳播媒介，埃及伊蚊對(duì)多殺霉素和乙基多殺菌素均有中等抗性。從西澳大利亞核果中采集的西花薊馬對(duì)乙基多殺菌素產(chǎn)生抗性，其LC50和LC99分別為敏感品系的19倍和77倍。多殺霉素是目前巴西用于防治番茄螟蟲(chóng)的主要?dú)⑾x(chóng)劑之一，處理世代第7代時(shí)，抗性在18萬(wàn)倍以上。多殺霉素和以及多殺菌素對(duì)小菜蛾有很高的防治效果，但也產(chǎn)生了不同程度的抗性，且兩者之間產(chǎn)生了交互抗性。相似的結(jié)構(gòu)使多殺菌素類殺蟲(chóng)劑有相似的殺蟲(chóng)機(jī)制，其作用機(jī)制不同于其他類殺蟲(chóng)劑（表2），故與其他殺蟲(chóng)劑間不存在交互抗性。表2

生物農(nóng)藥的殺蟲(chóng)特點(diǎn)2.2

害蟲(chóng)對(duì)多殺霉素和乙基多殺菌素的抗性機(jī)制昆蟲(chóng)的抗性嚴(yán)重影響殺蟲(chóng)劑防治效果，使殺蟲(chóng)劑用量增大。昆蟲(chóng)抗性機(jī)制來(lái)自多個(gè)方面，如代謝作用增強(qiáng)、靶標(biāo)敏感性降低、穿透率降低、行為抗性等。目前研究最深入的2個(gè)方面是靶標(biāo)抗性機(jī)制和代謝增強(qiáng)機(jī)制。研究表明，靶標(biāo)突變使得自身結(jié)構(gòu)功能特性發(fā)生改變而導(dǎo)致多殺霉素與煙堿乙酰膽堿受體（nAChR）或γ-氨基丁酸受體的結(jié)合能力下降或靶標(biāo)表達(dá)量改變導(dǎo)致靶標(biāo)敏感性降低，最終使昆蟲(chóng)產(chǎn)生抗性。此外，一些昆蟲(chóng)對(duì)多殺霉素的抗性與細(xì)胞色素P450s（CYP450s）、羧酸酯酶（CarE）、谷胱甘肽-S-轉(zhuǎn)移酶（GSTs）介導(dǎo)代謝增強(qiáng)有關(guān)。2.2.1

代謝抗性抗性的發(fā)展是害蟲(chóng)治理面臨的重大挑戰(zhàn)，代謝抗性表現(xiàn)為害蟲(chóng)的解毒酶代謝能力增強(qiáng)。從分子水平研究P450s是否參與了昆蟲(chóng)對(duì)多殺菌素類殺蟲(chóng)劑產(chǎn)生抗性是有效的方法。此外，多項(xiàng)研究表明，CarE和GSTs等活性升高也是導(dǎo)致昆蟲(chóng)產(chǎn)生抗性的機(jī)制。例如，利用轉(zhuǎn)錄組分析，研究人員從低、中和高抗性煙草薊馬中發(fā)現(xiàn)多個(gè)可能參與多殺霉素抗性的不同表達(dá)基因，并且CYP450s表達(dá)量隨著抗性程度增加而增加。但也有人對(duì)田間桔小實(shí)蠅抗性種群采用殺蟲(chóng)增效劑-羧酸酯酶抑制劑（DEF）和CYP450s酶抑制劑（PBO）進(jìn)行增效生物測(cè)定，發(fā)現(xiàn)其對(duì)多殺霉素毒力的協(xié)同作用不顯著，對(duì)多殺霉素抗性在18萬(wàn)倍以上的番茄螟蟲(chóng)CarE和CYP450s酶活性降低，表明CarE和CYP450s沒(méi)有參與這些昆蟲(chóng)對(duì)多殺霉素的抗性。還有試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，家蠅抗性的產(chǎn)生與性別有關(guān)，抗性家蠅品系791spin中，外源生物代謝相關(guān)的基因CYP4d9和CYP6G4表達(dá)高于敏感品系，CYP4G2基因在雌性家蠅中高表達(dá)，表明CYP4G2可能與雌性家蠅對(duì)多殺霉素產(chǎn)生高抗性有關(guān)。不同害蟲(chóng)及同種害蟲(chóng)不同種群產(chǎn)生抗性的機(jī)制不同，乙基多殺菌素為薊馬、小菜蛾等提供了有效的防治方案，從西花薊馬中發(fā)現(xiàn)代謝增強(qiáng)是其對(duì)乙基多殺菌素產(chǎn)生抗性的機(jī)制，其羧酸酯酶CarE、谷胱甘肽-S-轉(zhuǎn)移酶GSTs、微粒體多功能氧化酶MFOs、細(xì)胞色素單加氧酶P450活性顯著增強(qiáng)。但黃胸薊馬抗性品系增效試驗(yàn)結(jié)果顯示，代謝抗性不是其對(duì)乙基多殺菌素產(chǎn)生抗性的機(jī)制。小菜蛾的乙基多殺菌素抗性品系中，顯示有3個(gè)上調(diào)蛋白GSTs、CarE、AchE，2種品系在mRNA水平上差異顯著。2.2.2

靶標(biāo)抗性盡管多項(xiàng)研究表明，昆蟲(chóng)的CYP450s介導(dǎo)增強(qiáng)是導(dǎo)致抗性的機(jī)制，但在番茄螟蟲(chóng)、桔小實(shí)蠅等昆蟲(chóng)中發(fā)現(xiàn)與代謝抗性無(wú)關(guān)。nAChRα6亞基是多殺菌素的作用靶標(biāo)，其中氨基酸替換是果蠅和薊馬種群對(duì)多殺霉素產(chǎn)生抗性的原因。例如，在抗多殺菌素的果蠅和花薊馬品系中分別發(fā)現(xiàn)了nAChRα6亞基的氨基酸替換G275E和G275V，將該突變引入到果蠅的nAChRα6亞基，其對(duì)多殺霉素的敏感性降低66倍。此外，還有靶標(biāo)基因突變及其相對(duì)表達(dá)量改變可能導(dǎo)致昆蟲(chóng)產(chǎn)生高抗性，在多殺菌素高抗性的地中海果蠅中，在nAChRα6亞基中鑒定出了3個(gè)隱性突變等位基因。Wang等證實(shí)了小菜蛾對(duì)多殺霉素高抗性水平的產(chǎn)生與nAChRα6亞基中的3個(gè)氨基酸缺失有關(guān)。在中國(guó)，瓜薊馬和棕櫚薊馬對(duì)乙基多殺菌素的抗性主要是由nAChRα6亞基的氨基酸替換G275E和F314V引起，突變頻率超過(guò)90%的品系，其LC50范圍是未突變品系的60～276倍。03、結(jié)語(yǔ)多殺菌素類殺蟲(chóng)劑為廣譜高效的綠色生物農(nóng)藥，在害蟲(chóng)綜合防治中具有很好的應(yīng)用前景，但多殺霉素和乙基多殺菌素現(xiàn)已出現(xiàn)交互抗性，在抗性治理中需避免二者輪用，延緩抗性發(fā)展。通過(guò)化學(xué)修飾和生物合成改造，得到其結(jié)構(gòu)類似物是擴(kuò)大此類殺蟲(chóng)劑殺蟲(chóng)譜，提高殺蟲(chóng)活力和延緩害蟲(chóng)抗性發(fā)展的有效途徑。丁烯基多殺菌素為天然合成產(chǎn)物，比多殺霉素具有更廣泛的殺蟲(chóng)譜，能殺滅多殺霉素和乙基多殺菌素防治效果不佳的蘋(píng)果蠹蛾和煙青蟲(chóng)等，在延緩害蟲(chóng)抗性方面極具潛力。目前，丁烯基多殺菌素的發(fā)酵產(chǎn)量較低，在市場(chǎng)上未見(jiàn)相關(guān)產(chǎn)品登記的報(bào)道，如何提高其發(fā)酵產(chǎn)量是亟待解決的一大難題。通過(guò)基因工程改造、理化