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原標(biāo)題：多殺菌素類殺蟲劑的應(yīng)用及其抗性研究進(jìn)展

       多殺菌素類殺蟲劑——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劑，既對靶標(biāo)害蟲具有快速高效殺蟲活性，又對非靶標(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、儲糧害蟲、衛(wèi)生害蟲以及動物寄生蟲等方面發(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，通過刺激害蟲的神經(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，最終致害蟲死亡。

       多殺霉素是由土壤放線菌——刺糖多孢菌（Saccharopolyspora spinosa）經(jīng)有氧發(fā)酵產(chǎn)生的大環(huán)內(nèi)酯類殺蟲劑，具有高效殺蟲活性，1999年獲得美國“總統(tǒng)綠色化學(xué)品挑戰(zhàn)獎”。陶氏益農(nóng)公司在我國登記的多殺霉素產(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，最終通過半合成修飾獲得了第2代多殺菌素類殺蟲劑——乙基多殺菌素，并于2008年再次獲獎。此外，國家糧食和物資儲備局科學(xué)研究院從國內(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，并對菌株的生長代謝特性進(jìn)行了相關(guān)研究。

1  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農(nóng)業(yè)害蟲的防治

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

表1  多殺菌素類殺蟲劑殺蟲譜

       注：“+”表示有殺蟲活性；“–”表示無殺蟲活性；“/”表示未見文獻(xiàn)報道。

       乙基多殺菌素對某些農(nóng)業(yè)害蟲具有高活性，環(huán)境溫度對其防效也有影響，Yee發(fā)現(xiàn)乙基多殺菌素對美國西部櫻桃果蠅雌蠅的防效強(qiáng)于多殺霉素，兩者對3～4 d果蠅的產(chǎn)卵率影響較大，且低溫下對果蠅的致死率較低。董麗娜等采用葉管藥膜法測定發(fā)現(xiàn)，乙基多殺菌素處理后3～14 d對煙薊馬的田間防治效果在90.0%以上，對黃曲條跳甲的防效為68.6%～78.1%，對猿葉甲的防效為100.0%。乙基多殺菌素1,000和2,000倍稀釋液喇叭口點施，處理后7 d防效均在90.0%以上，能維持穩(wěn)定高效的殺蟲活性。

1.2  多殺霉素和乙基多殺菌素對儲糧害蟲的防治

       儲糧害蟲種類繁多，我國儲糧害蟲種類有200余種，造成糧食在儲藏、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，故生物源殺蟲劑備受青睞。多殺菌素類殺蟲劑的降解方式不會對環(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)推廣價值。目前，美國登記的此類殺蟲劑可在大麥、玉米、稻谷、小麥等糧食作物上使用，在中國，多殺霉素也應(yīng)用于倉儲害蟲的防治。在避光缺氧環(huán)境下，此類殺蟲劑在1年的倉儲期內(nèi)幾乎不分解，殺蟲活性可維持1～2年。大量研究結(jié)果顯示，1.0 mg/kg多殺霉素能有效防治常見儲糧害蟲，如銹赤扁谷盜谷蠹、鋸谷盜、米象、玉米象等。試驗倉中多殺霉素及其復(fù)配劑組中，玉米象、赤擬谷盜等主要儲糧害蟲的發(fā)現(xiàn)時間均晚于未作任何處理的對照倉，對照倉中蟲口密度是試驗倉的1.4倍。還有學(xué)者發(fā)現(xiàn)，多殺霉素能提升儲糧害蟲對溫度的敏感性，降低其耐受能力從而起到殺蟲作用。為了滿足應(yīng)用需要，此類殺蟲劑被開發(fā)成多種劑型，如粉劑、水乳劑、微乳劑等。

       在倉儲害蟲的防治中，乙基多殺菌素也取得了很好的效果，楊國浩等測得乙基多殺菌素對煙草粉螟幼蟲的觸殺活性高于高效氯氰菊酯，可大幅降低煙草粉螟的蟲口密度。乙基多殺菌素能維持高的子代種群抑制率，4.0 mg/kg劑量條件下對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衛(wèi)生害蟲的防治

       衛(wèi)生害蟲是傳染病傳播的重要媒介，對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)藥的長期防治，使得蚊、蠅抗性問題越來越嚴(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)生害蟲上都得到了驗證。在野外模擬水稻田小區(qū)施用多殺霉素顆粒劑和片劑來防治三帶喙庫蚊幼蟲，顆粒劑處理后大齡幼蟲減退率高于片劑，2種劑型對三帶喙庫蚊的持效期長。Sheele用多殺霉素防治一種以血為食的人體外寄生蟲溫帶臭蟲，以施用后的血藥濃度峰值為測定藥物劑量，多殺霉素1,000 ng/mL及以上劑量致死能力達(dá)75.0%。

       與多殺霉素相比，乙基多殺菌素對某些害蟲具有更好的防治效果，研究顯示，乙基多殺菌素對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動物寄生蟲的防治

       多殺霉素對家畜、寵物寄生蟲也具有優(yōu)異的防治效果，且低毒易降解，對家畜和寵物本身的傷害小。多項研究結(jié)果顯示，多殺霉素能有效防治寵物寄生蟲。Packianathan等在0、30、60 d給狗服用多殺霉素，藥后第14 d跳蚤數(shù)相對于0 d減少94.6%，第60 d其對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)?，以塞拉霉素為對照組，用藥60 d后試驗組跳蚤數(shù)平均減少96.0%，防治效果優(yōu)于對照組，接受治療的動物均無不良反應(yīng)。

       雖然乙基多殺菌素在防治動物寄生蟲方面的報道不多，但療效顯著。Paarlberg等對比不同藥物對貓?zhí)榈姆乐涡Ч?，結(jié)果顯示，乙基多殺菌素處理后0～37 d對貓?zhí)榈挠行蚀笥?6.0%，殺蟲效果強(qiáng)于氟蟲腈，且無不良反應(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?/p>

2  對多殺霉素和乙基多殺菌素的抗性及抗性機(jī)制研究

2.1  害蟲對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，近年來多種害蟲對其產(chǎn)生了不同程度的抗性。如伊蚊是幾種蟲媒病毒的主要傳播媒介，埃及伊蚊對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的主要?dú)⑾x劑之一，處理世代第7代時，抗性在18萬倍以上。多殺霉素和以及多殺菌素對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)使多殺菌素類殺蟲劑有相似的殺蟲機(jī)制，其作用機(jī)制不同于其他類殺蟲劑（表2），故與其他殺蟲劑間不存在交互抗性。

表2  生物農(nóng)藥的殺蟲特點

2.2  害蟲對多殺霉素和乙基多殺菌素的抗性機(jī)制

       昆蟲的抗性嚴(yán)重影響殺蟲劑防治效果，使殺蟲劑用量增大。昆蟲抗性機(jī)制來自多個方面，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，最終使昆蟲產(chǎn)生抗性。此外，一些昆蟲對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)展是害蟲治理面臨的重大挑戰(zhàn)，代謝抗性表現(xiàn)為害蟲的解毒酶代謝能力增強(qiáng)。從分子水平研究P450s是否參與了昆蟲對多殺菌素類殺蟲劑產(chǎn)生抗性是有效的方法。此外，多項研究表明，CarE和GSTs等活性升高也是導(dǎo)致昆蟲產(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。但也有人對田間桔小實蠅抗性種群采用殺蟲增效劑-羧酸酯酶抑制劑（DEF）和CYP450s酶抑制劑（PBO）進(jìn)行增效生物測定，發(fā)現(xiàn)其對多殺霉素毒力的協(xié)同作用不顯著，對多殺霉素抗性在18萬倍以上的番茄螟蟲CarE和CYP450s酶活性降低，表明CarE和CYP450s沒有參與這些昆蟲對多殺霉素的抗性。還有試驗發(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可能與雌性家蠅對多殺霉素產(chǎn)生高抗性有關(guān)。

       不同害蟲及同種害蟲不同種群產(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結(jié)果顯示，代謝抗性不是其對乙基多殺菌素產(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

       盡管多項研究表明，昆蟲的CYP450s介導(dǎo)增強(qiáng)是導(dǎo)致抗性的機(jī)制，但在番茄螟蟲、桔小實蠅等昆蟲中發(fā)現(xiàn)與代謝抗性無關(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)基因突變及其相對表達(dá)量改變可能導(dǎo)致昆蟲產(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個隱性突變等位基因。Wang等證實了小菜蛾對多殺霉素高抗性水平的產(chǎn)生與nAChRα6亞基中的3個氨基酸缺失有關(guān)。

       在中國，瓜薊馬和棕櫚薊馬對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90%的品系，其LC₅₀范圍是未突變品系的60～276倍。

3  結(jié)語

       多殺菌素類殺蟲劑為廣譜高效的綠色生物農(nóng)藥，在害蟲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)大此類殺蟲劑殺蟲譜，提高殺蟲活力和延緩害蟲抗性發(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譜，能殺滅多殺霉素和乙基多殺菌素防治效果不佳的蘋果蠹蛾和煙青蟲等，在延緩害蟲抗性方面極具潛力。目前，丁烯基多殺菌素的發(fā)酵產(chǎn)量較低，在市場上未見相關(guān)產(chǎn)品登記的報道，如何提高其發(fā)酵產(chǎn)量是亟待解決的一大難題。通過基因工程改造、理化誘變篩選丁烯基多殺菌素高產(chǎn)菌株和培養(yǎng)基優(yōu)化提高發(fā)酵產(chǎn)量已成為近年研究的熱點。此外，不同害蟲種群對多殺菌素類殺蟲劑顯示出代謝抗性和靶標(biāo)抗性兩種抗性機(jī)制，對此類殺蟲劑代謝抗性機(jī)制研究僅在抗性害蟲的代謝解毒酶活性和CYP450s基因表達(dá)量的變化等方面，還需對代謝抗性的調(diào)控機(jī)制進(jìn)一步研究。我國越來越重視低毒低殘留和對生態(tài)環(huán)境無污染的新型農(nóng)藥開發(fā)，發(fā)展生物農(nóng)藥是增強(qiáng)農(nóng)產(chǎn)品國際競爭力和發(fā)展綠色產(chǎn)業(yè)的主要路徑。因此，要加大對生物農(nóng)藥的分析和研究，以理性、客觀的方式看待生物防治和化學(xué)防治的優(yōu)缺點。