害虫抗药性及其治理 Insect Resistance & Managment

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1 害虫抗药性及其治理 Insect Resistance & Managment

2 主要内容 害虫抗药性的概念 害虫抗药性的形成与机理 害虫抗药性治理

3 一、害虫抗药性的概念 1害虫抗药性发展概况 亚州梨圆蚧对石硫合剂产生抗性 1946年: 11种害虫及螨产生抗药性 1989年:
1908年: 亚州梨圆蚧对石硫合剂产生抗性 1946年: 11种害虫及螨产生抗药性 1989年: 抗性害虫已达504种，其中农业害虫283种，卫生害虫（包括家畜）198种，有益昆虫及螨23种

4 昆虫抗药性发展与抗性虫种数 年 份 DDT cycl OP carb pyr DDT/ 1946 11 1948 14 1 1956 69
抗药性虫种数 DDT cycl OP carb pyr DDT/ cycl/OP cyclOP Cycl/OP/ carb/pyr 1946 11 1948 14 1 1956 69 36 24 17 18 3 1970 224 98 140 54 42 23 4 1976 364 203 225 147 6 70 44 22 7 1980 428 229 269 200 51 105 53 25 1984 447 233 276 212 64 32 119 1989 504 263 291 260 85 48

5 中国害虫抗性发展概况 1963年发现棉蚜、棉红蜘蛛对内吸磷产生抗药性. 三十多年来已发现有30多种农、林害虫及螨产生抗药性.
60年代4种，70年代7种，80~90年代19种，这些害虫主要分布在鳞翅目、双翅目、鞘翅目及蜱螨目。 对两类以上杀虫剂产生抗性的害虫及螨有棉铃虫、棉蚜、小菜蛾、菜青虫、柑桔全爪螨、棉叶螨等19种。

6 小菜蛾 江苏小菜蛾对溴氰菊酯、氯氰菊酯、氰戊菊酯的抗药性为78-324倍。 深圳小菜蛾灭多威抗性为246倍。江苏小菜蛾对灭多威抗药性为25倍
上海和广州溴氰菊酯的抗性平均大于江西种群的10414倍，氰戊菊酯为2102倍和大于3569倍，氯菊酯245倍和1533倍； 江苏小菜蛾对溴氰菊酯、氯氰菊酯、氰戊菊酯的抗药性为78-324倍。 深圳小菜蛾灭多威抗性为246倍。江苏小菜蛾对灭多威抗药性为25倍

7 蚜虫 1991年 河南棉区棉蚜对氰戊菊酯抗性为 倍。 辽宁棉蚜对氰戊菊酯抗性倍数在 倍，最高达 倍。 1995年 陕西棉花伏蚜对溴氰菊酯、氰戊菊酯及三氟氯氰菊酯的抗性分别为 倍、 倍和 倍。

8 蚊虫

9 城区蚊虫抗性

10 2 害虫抗药性的概念 昆虫的抗药性（resistance）:
世界卫生组织（WHO）1957年对昆虫的抗药性下的定义是：“昆虫具有忍受杀死正常种群大多数个体的药量的能力在其种群中发展起来的现象”

11 抗性特性 1 抗药性是指种群的特性; 2 抗性有地区性 ; 3 抗性最初呈镶嵌式（Mosaic）分布，随着用药的广泛和
昆虫扩散，抗性逐趋一致; 4 抗性具有交互抗性和多抗性现象，并对新的取代药剂的 抗性有加快的趋势； 5 抗性是由基因控制的，是可遗传的，杀虫剂起了选择压 力的作用。 6 双翅目、鳞翅目昆虫产生抗药性虫种数最多，农业害虫 抗药性虫种数超过卫生害虫，重要农业害虫如蚜虫、棉铃 虫、小菜蛾、菜青虫、马铃薯甲虫及螨类的抗药性尤为严 重。

12 自然耐药性（tolerance）和选择性
自然耐药性: 昆虫在不同发育阶段、不同生理状态及所处的环境条件的变化对药剂产生不同的耐药力

13 自然耐药性（tolerance） 卵 1、2、3、 4龄幼虫 LC50 不同 耐药性 不同 毒死蜱 蛹 成虫

14 选择性： LC50 小 小菜蛾 幼虫 选择性 阿维菌素 斜纹夜蛾 幼虫 LC50 大

15 农药的 质量问题 ？ 施药技术 田间 药效 出现 抗药性 环境条件 害虫虫态、 龄期、生理

16 抗性的确定 抗性倍数>5 出现 抗药性 抗性倍数>5~10 抗性个体百分率>10~20% 卫生害虫
一般通过比较抗性品系和敏感品系的致死中量（或致死中浓度）的倍数来确定，也可以用区分剂量（即敏感品系的LD99值）方法来测定昆虫种群中抗性个体百分率 抗性倍数>5 农业害虫 出现 抗药性 抗性倍数>5~10 卫生害虫 抗性个体百分率>10~20%

17 交互抗性（cross resistance）
昆虫的一个品系由于相同抗性机理、或相似作用机理、或类似化学结构，对于选择药剂以外的其它从未使用过的一种药剂或一类药剂也产生抗药性的现象，称为交互抗性。

18 溴氰菊酯 先用 氯氰菊酯 未用 棉蚜 交互抗性 百树菊酯 未用 功夫菊酯 未用 具有交互抗性的药剂间不能轮换交替、取代及作为混剂使用。

19 负交互抗性（negative cross resistance）
负交互抗性是指昆虫的一个品系对一种杀虫剂产生抗性后，反而对另一种未用过的药剂变得更为敏感的现象。

20 对N-甲基氨基甲酸酯产生抗性的黑尾叶蝉，对N-丙基氨基甲酸酯化合物变得更敏感。
菊酯 抗性：300~800倍 棉蚜 氧乐果 抗性：11~13倍 对N-甲基氨基甲酸酯产生抗性的黑尾叶蝉，对N-丙基氨基甲酸酯化合物变得更敏感。 轮换取代和作为混剂使用具有负交互抗性的药剂，是对付害虫抗性的有效办法。

21 多抗性（multiple resistance）
昆虫的一个品系由于存在多种不同的抗性基因或等位基因，能对几种或几类药剂都产生抗性。 例如有些地区的小菜蛾、马铃薯甲虫等几乎对现有各类药剂的许多品种都产生抗药性，这必然会严重影响这些害虫的防治和新药的研制和开发。

22 菊酯 抗性 氨基甲酸酯 抗性 小菜蛾 有机磷 抗性

23 烟粉虱的抗药性 有机氯：硫丹 有机磷：倍硫磷、马拉硫磷、对硫磷 、久效磷、乐果、甲胺磷、甲基对硫磷、甲丙硫磷、毒死蜱、丙溴磷；
氨基甲酸酯：涕灭威、丁硫克百威；　 菊酯类：氯氰菊酯、氟氯氰菊酯、溴氰菊酯、甲氰菊酯、联苯菊酯、功夫菊酯，交互抗性严重； 新烟碱类：吡虫啉、噻虫嗪、啶虫脒等，吡虫啉与噻虫嗪、啶虫脒之间存在高水平的交互抗性。 几丁质抑制剂：噻嗪酮 保幼激素类：吡丙醚 抗生素：阿维菌素

24 二、害虫抗药性的形成与机理 （一）害虫抗药性的形成 （二）昆虫抗药性机理

25 （一）害虫抗药性的形成 四种学说： 1 选择学说 生物群体内就存在少数具有抗性基因的个体，从敏感品系到抗性品系，只是药剂选择作用的结果
2 诱导学说 药剂诱发突变产生了抗药性 3 基因重复学说（gene duplication theory） 某些因子（如杀虫剂等）引起了基因重复 4 染色体重组学说 因染色体易位和倒位产生改变的酶或蛋白质，引起抗性的进化

26 遗传变异是抗性进化的基础 基因突变、基因重组与染色体畸变

27

28 影响抗性的发展的三个因子 （1）遗传学因子： 抗性等位基因频率、数目、显性程度，外显率、表现度及抗性等位基因相互作用，过去曾用过的其它药剂的选择作用，抗性基因组与适合度因子的整合范围.

29 （2）生物学因子： 生物学方面包括每年世代、每代繁殖子数、单配性/多配性、孤雌生殖。如：行为方面包括隔离、活动性及迁飞、单食性/多食性、偶然生存及庇护地（refugia）。 抗性的形成与昆虫的迁飞及扩散习性有关。 无迁飞性的昆虫，因有自然生殖隔离，抗性的群体易于形成。

30 （3）操作因子 化学方面包括农药的化学性质，与以前曾用过药剂的关系，持效的持久性及剂型；
应用方面包括用药阈值、选择阈值、用药所选的生命阶段、用药方式，限制空间的选择用药及交替用药等。 一般来说，药剂的使用量越大，使用次数越频繁，使用面积越大，接触的害虫群体越大，抗性出现就快。停止用药，抗性可能逐步消失，但有些害虫消失快，另一些则消失很慢。

31 （二）昆虫抗药性机理 1 生理生化代谢的改变 2 靶标部位对杀虫剂敏感性降低 3 穿透速率的降低 4 行为抗性

32 1、代谢抗性（代谢酶的解毒作用） （一）生理生化代谢的改变 微粒体多功能氧化酶（mixed function oxidases,MFO）、
酯酶（esterase）、 谷胱甘肽转移酶（glutathione-transferases）、 脱氯化氢酶（dehydrochlorinase） 能把脂溶性强的杀虫剂分解成毒性较低、水溶性较强的代谢物（有些可能为增毒的代谢物），以便排出体外。昆虫对杀虫剂产生的代谢抗性，实际上是这些酶系代谢活性增加的结果。

33 （1）昆虫体内的微粒体多功能氧化酶系及其代谢
微粒体氧化酶系是多酶复合体，一般认为由细胞色素P-450、NADPH-黄素蛋白还原酶、NADH-细胞色素b5还原酶、6-磷酸葡萄糖酶、细胞色素b5、酯酶及核苷二磷酸酯酶等成分组成。 细胞色素P-450 是生物体内微粒体氧化酶系的重要组成部分。

34 细胞色素P-450的作用机制是将一个分子氧中的一个氧原子还原成水，另一个氧原子与底物（AH2）结合，反应过程中由NADPH-黄素蛋白还原酶供给电子，其反应式如下：
MFO NADPH+H++AH2+O2 → NADP++AHOH+H2O

35 虽然细胞色素P-450及其它微粒体多功能氧化酶的作用还没有全部研究清楚，但是大部分反应过程已经了解

36 微粒体氧化酶系的亲酯性非常突出，因此其主要代谢那些非极性的外来化合物。亲酯性的化合物被代谢为极性的羟基化合物或离子化合物。

37 微粒体氧化酶系对杀虫剂的代谢作用 A. O-、S-及N-脱烷基作用 B．烷基、芳基羟基化作用 C. 环氧化作用 D. 增毒氧化代谢作用

38 氧、硫、氮原子与烷基相联接时是微粒体氧化酶攻击的靶子，由于O及S的负电性较强，反应的结果是脱烷基作用。
O-、S-及N-脱烷基作用 氧、硫、氮原子与烷基相联接时是微粒体氧化酶攻击的靶子，由于O及S的负电性较强，反应的结果是脱烷基作用。 如久效磷和涕灭威 涕灭威 久效磷

39 氨基甲酸酯和拟除虫菊酯苯环及其它杂环上羟基化均属于这类反应。
烷基、芳基羟基化作用 氨基甲酸酯苯环上烷基和拟除虫菊酯三碳环上烷基的羟基化。 氨基甲酸酯和拟除虫菊酯苯环及其它杂环上羟基化均属于这类反应。 速灭威 克百威 氯菊酯

40 以 c= c 双键变成为环氧化合物 c c ，如艾氏剂环氧化变成狄氏剂 .
环氧化作用 以 c= c 双键变成为环氧化合物 c c ，如艾氏剂环氧化变成狄氏剂 . 艾氏剂 环氧化作用 狄氏剂

41 增毒氧化代谢作用 这类氧化作用为增毒代谢，其产物可进一步代谢为无毒化合物. （a）硫代磷酸酯类化合物（P=S）氧化为磷酸酯（P=O）；
（b）硫醚及氮的氧化作用。有机磷杀虫剂及其它杀虫剂中硫醚（-S-）被微粒体氧化酶系代谢后产生亚砜及砜的化合物； (c) 烟碱中氮的氧化代谢后生成烟碱–1–氧化物。 亚砜及砜化合物 烟 碱

42 （2）昆虫体内的水解酶系及其代谢 ① 磷酸三酯水解酶 有机磷酸酯类杀虫剂可以被多种水解酶降解，如芳基酯水解酶、O-烷基水解酶、磷酸酯酶、磷酸二酯水解酶等，这些酶总称为磷酸三酯水解酶，其对有机磷杀虫剂分子有两个作用部位。 一个反应产物为二烷基磷酸和HX；第二个反应产物为去烷基衍生物和醇。

43 羧酸酯酶是催化水解马拉硫磷的羧酸酯部位，酯键断裂为水溶性的马拉硫磷—羧酸，对除虫菊酯及类似物也有类似催化解毒作用。
② 羧酸酯水解酶 羧酸酯酶是催化水解马拉硫磷的羧酸酯部位，酯键断裂为水溶性的马拉硫磷—羧酸，对除虫菊酯及类似物也有类似催化解毒作用。

44 酰胺酶能催化水解乐果的酰胺基部位，产生对昆虫无毒的乐果酸。
③ 酰胺水解酶 酰胺酶能催化水解乐果的酰胺基部位，产生对昆虫无毒的乐果酸。

45 (3）昆虫体内谷胱甘肽-S-转移酶系及其代谢
该酶系可分为：谷胱甘肽-S-烷基转移酶、谷胱甘肽-S-芳基转移酶、谷胱甘肽-S-环氧化转移酶及谷胱甘肽-S-烯链转移酶等。 该类酶对甲基对硫磷、甲基谷硫磷、速灭磷及杀螟松等有去甲基作用。

46 有机磷杀虫剂中有硝基结构的化合物如对硫磷、杀螟硫磷及苯硫磷等，可以被硝基还原酶代谢为无毒化合物。
（4）硝基还原酶及脱氯化氢酶 有机磷杀虫剂中有硝基结构的化合物如对硫磷、杀螟硫磷及苯硫磷等，可以被硝基还原酶代谢为无毒化合物。 脱氯化氢酶能把DDT分解为无毒的DDE（2,2-双（4-氯苯基）-1，1-二氯乙烯）。

47 解毒酶类型及作用位点 ①磷酸酯酶 ②羧酸酯酶 ③GSH-S-转移酶 ④多功能氧化酶

48 2、昆虫靶标部位对杀虫剂敏感性降低 杀虫剂靶标: 乙酰胆碱酯酶 钠离子通道 γ-氨基丁酸（GABA）受体 中肠上皮细胞纹缘膜

49 （1）乙酰胆碱酯酶 乙酰胆碱酯酶(AChE)是有机磷,氯基甲酯类杀虫剂的靶标酶。 据Smissaert(1964)首次观察到棉红蜘蛛AChE对有机磷敏感度降低. Schuntner等(1968)最早报道兰绿蝇的抗性是其AChE变构引起的。

50 钠离子通道 神经钠通道是DDT和拟除虫菊酯类杀虫剂的主要靶标部位，由于钠通道的改变，引起对杀虫剂敏感度下降，结果产生击倒抗性（Kdr）。
通常具有击倒抗性的昆虫会具有明显的交互抗性，如棉蚜对溴氰菊酯及氰戊菊酯产生抗性后，对几乎所有的拟除虫菊酯都产生交互抗性。

51 γ-氨基丁酸（GABA）受体 γ-氨基丁酸（GABA）受体是环戊二烯类杀虫剂和新型杀虫剂锐劲特（Regent）及阿维菌素（Avermectins）等杀虫剂的作用靶标部位。

52 中肠上皮细胞纹缘膜上受体 昆虫中肠上皮细胞纹缘膜上受体是生物农药苏云金杆菌（Bt）的作用靶标部位。 Bt杀虫毒素蛋白与中肠上皮细胞纹缘膜上受体位点亲和力下降导致了印度谷螟和小菜蛾的抗性。

53 3、穿透速率的降低 杀虫剂穿透昆虫表皮速率的降低是昆虫产生抗性的机制之一.
如氰戊菊酯对抗性棉铃虫幼虫体壁的穿透速率明显较敏感棉铃虫慢，内吸磷对抗性棉蚜体壁的穿透和敌百虫对抗性淡色库蚊的穿透都有类似的结果。

54 Saito（1979）认为抗三氯杀螨醇的螨对该药穿透速率较慢是由于几丁质较厚引起的.
Vinson（1971）则认为抗DDT的烟芽夜蛾幼虫，对DDT穿透较慢是由于几丁质内蛋白与酯类物质较多而骨化程度较高而引起的。

55 4、行为抗性 抗性的产生是由于改变昆虫行为习性的结果。如家蝇及蚊子会飞离药剂喷洒区或室内作滞留喷雾的墙壁，使昆虫在未接触足够药量前或避免了接触药剂就飞离用药区而存活。

56 靶标敏感性下降 靶标敏感性下降 体壁增厚 脂肪体增多 联合作用 抗性 如当体壁穿透力的降低为唯一的抗性机制时，其抗性倍数一般较低；但当与代谢酶活性的增加及靶标部位敏感性降低等结合存在时，如棉红蜘蛛的高抗品系，其抗性倍数可高达几千倍。 解毒酶活性增强 其它

57 杀虫剂处理 昆虫 汰选 生理抗性 行为抗性 代谢抗性 穿透作用 靶标部位 惰性部位 加速代谢 降低 敏感度降低 贮存 活化 水解 AchE等酶 神经敏感度 敏感度降低 降低 加速排泄

58 三、 害虫抗药性治理 害虫抗药性治理的基本原则和策略 抗性监测在抗性治理中的作用 害虫抗性治理中的化学防治技术

59 1、害虫抗药性治理的基本原则 （1）尽可能将目标害虫种群的抗性基因频率控制在最低水平。 （2）选择最佳的药剂配套使用方案 （3）选择每种药剂的最佳使用时间和方法 （4）实行综合防治 （5）尽可能减少对非目标生物的影响

60 2、害虫抗药性治理的策略 适度治理（Moderation management） 饱和治理（Saturation management）
多种攻击的治理（Multiple attack management）

61 上述三个基本策略中，应用最普遍的是适度治理和多种攻击治理两个策略，而采用饱和治理即高剂量（高杀死）策略要特别慎重，因为通常使用高剂量就是增加药剂的选择压力，选择压力愈大，害虫愈容易产生抗药性。因此如采用饱和治理策略，必须同时具备两个条件，一是抗性基因为隐性，二是确保有敏感种能迁入饱和治理区，

62 通过监测可及时、正确测出抗性水平及其分布，尤其是早期抗性监测，对及时实施抗性治理可争得时间上主动。
(二）抗性监测在抗性治理中的作用 1、设计抗性治理方案的依据 通过监测可及时、正确测出抗性水平及其分布，尤其是早期抗性监测，对及时实施抗性治理可争得时间上主动。 如澳大利亚在首次监测到棉铃虫对菊酯类农药的抗性后，仅用9个月时间就完成抗性治理方案的拟订、讨论、审批至实施等一系列工作。

63 2、评估抗性治理的实际效果 通过监测害虫抗性水平的变化，对整个治理方案或不同阶段抗性治理的效果提供评估，也为抗性治理方案的修订补充提供依据。

64 （三） 害虫抗性治理中的化学防治技术 抗性治理必须在害虫综合治理原则的指导下，加强农业防治（如耕作、栽培等措施）、生物防治（如用生物农药及应用和保护天敌）、物理防治（如灯光、性引诱剂）及遗传防治等非化学防治方法与化学防治等方法有机地结合起来，化学农药使用应科学合理，尽可能减少其使用次数和使用量，以降低药剂对害虫的选择压力，延缓抗性，减少环境污染及破坏生态平衡 .

65 1、农药交替转换使用 化学农药交替轮用: 选择最佳的药剂配套使用方案，包括药剂的种类和使用时间、次数等，这是害虫抗性治理中经常采用的方式。要避免长期连续单一使用某种药剂。交替轮用必须遵循的原则是不同抗性机理的药剂间交替使用，这样才能避免有交互抗性的药剂间交替使用。

66 应用例子 防治稻褐飞虱，用马拉硫磷和西维因交换使用三个世代后，再用马拉硫磷处理12个世代，抗性只有20倍；如果单一的连续使用马拉硫磷15个世代，则对马拉硫磷的抗性可高达202倍。

67 2、农药的限制使用 针对害虫容易产生抗性的一种或一类药剂或具有潜在抗性风险的品种，根据其抗性水平、防治利弊的综合评价，采取限制其使用时间和次数，甚至采取暂时停止使用的措施，这是害虫抗性治理中经常采用的办法。 棉铃虫抗性治理方案中对拟除虫菊酯的限制使用。

68 3、农药混用 害虫抗性治理同样可采用的一种措施。 两种不同的看法: ①认为不同作用机制的农药混用，是抗性治理的一个好办法
②混用将给害虫产生交互抗性和多抗性创造有利条件，会给害虫的防治和新药剂的研制带来更大的困难。 因此农药混剂研制中必须考虑和解决如何避免产生交互抗性和多抗性的问题。只有科学合理研制和使用混剂，才能充分发挥其在抗性治理中的作用。

69 常用混剂有三种类型 ①生物农药与化学农药混用 生物农药与极少量化学农药混用，取长补短，可明显提高防治效果，也有利于延缓抗性的产生 ②杀卵剂与杀幼虫剂混用 ③杀幼虫剂与杀幼虫剂混用

70 4、增效剂的使用 现在已注册登记为商品使用的增效剂主要有5种，即增效磷、增效醚、丙基增效剂、亚砜化合物、增效菊

71 增效剂的作用机理 (1)MDP（甲撑二氧苯基化合物）除作为竟争性抑制剂外，还可以与细胞色素P-450形成复合物，这种化合物稳定而且不可逆，它抑制了多功能氧化酶，将抑制被MDP所复合的细胞色素P-450， (2)抑制代谢杀虫剂的酶的活性，如滴滴涕类似物DMC和FDMC都是脱氯化氢酶的抑制剂 。

72 参考文献 [1]冷欣夫,唐振华,王荫长主编.杀虫药剂分子毒理学及昆虫抗药性.中国农业出版社,1996
[2]徐汉虹主编.植物化学保护.中国农业出版社,2007 [3]高希武,韩召军,邱星辉,刘泽文.昆虫知识,2010,47(3): [4]Thomas M. Brown. Molecular genetics and evolultion of pesticide resistance. ACS Symposium Series [5]David. J. Aidley and Peter R. Stanfield. Ion Channels Molecules in action. Cambridge University Press. 1996 [6]Chiu S F. Principles of insect toxicology. Guangdong Science & Technology Press,1993 [7]David WO. Insect resistance management: biology economics and prediction .Acadenic Press 2007

73 思考题 1概述昆虫抗药性与自然耐药性的差异。 2害虫抗药性的形成有哪几种学说？ 3昆虫抗药性机理主要包括哪几类？ 4害虫抗性基因的表现型有哪几类？它与抗性发有 何关系？ 5概述害虫抗药性治理的基本原则和策略。 6从害虫抗性治理的角度阐述科学合理的化学防治 技术。

74 谢谢