棉蚜对吡虫啉抗性及其机理的初步研究

【摘要】： 棉蚜Aphis gossypii Glover是重要的棉花害虫，其生物学特性使得该害虫极易对频繁使用的杀虫剂产生抗药性。报道资料显示棉蚜已对多种传统杀虫剂产生了严重的抗药性。吡虫啉自上世纪90年代初开始推广使用以来，已经成为田间防治棉蚜的主打药剂，但至今尚无田间棉蚜对此药剂产生抗性的报道。为了研究棉蚜对吡虫啉的抗性风险，及其抗性机制，本文对棉蚜进行了吡虫啉抗性的室内筛选、田间抗性的调查、抗性生化机制的研究，以及吡虫啉作用靶标基因的分子克隆。 1．棉蚜对吡虫啉抗性的室内筛选 以田间采集的棉蚜为原始种群，在室内进行吡虫啉药剂的抗性选育，经过25次的抗性筛选，棉蚜对吡虫啉的抗性上升了20.03倍，达中等抗性水平。在筛选过程中发现，选育初期棉蚜的抗性呈稳定增长趋势，但从第19次筛选以后，棉蚜对吡虫啉的抗性水平便稳定在20倍左右。该研究结果表明棉蚜对吡虫啉药剂的抗性发展比较缓慢，但仍具有对该药剂产生中等抗性的潜力和风险。 2．不同地区棉蚜对吡虫啉等药剂的抗性调查 对南京、安阳、北京和泰安四个地区的棉蚜种群进行了吡虫啉、高效氯氟氰菊酯和毒死蜱等3种药剂的抗性调查。结果发现，南京地区棉蚜对三种药剂都属于相对最敏感的种群。相比于南京种群，安阳、北京、泰安三地的棉蚜对吡虫啉的相对抗性倍数分别为2.21、9.53和7.63倍。与国内报道的有机磷类和菊酯类药剂的敏感基线相比，发现不同地区的棉蚜对这两种药剂都具有高水平或极高水平的抗性，仅南京种群对有机磷类为中等水平抗性。本次调查结果表明，吡虫啉仍然是对棉蚜效果最好的药剂之一，但在一些地区棉蚜确实已对吡虫啉产生了一定程度的抗性。该结果证实了抗性室内筛选得到的关于棉蚜具有对吡虫啉产生抗药性风险的结论。 3．棉蚜对吡虫啉抗性的生化机理分析 以室内筛选的吡虫啉抗性品系和野生敏感种群棉蚜为基础(抗性相差42.3倍)，分别测定了三种解毒酶抑制剂对吡虫啉的增效作用，并且比较了两个品系棉蚜的解毒酶活性。增效剂试验表明，TPP和PBO在两个品系中均有明显的增效作用，并且在抗性品系中的增效作用显著大于敏感品系，但DEM在两品系中均没有明显的增效作用。对两个品系解毒酶活力测定结果显示，抗性品系酯酶(EST)活性显著高于敏感品系(1.71倍)，而谷胱甘肽S-转移酶(GST)的活力变化不大(1.12倍)。测定吡虫啉处理对棉蚜群体EST活力分布的影响，结果发现吡虫啉处理后群体EST分布有明显升高趋势。由此认为，棉蚜对吡虫啉的中等水平抗性主要是由于酯酶和P450单加氧酶活力升高所致，在生产上可以利用酯酶和P450单加氧酶的抑制剂来提高吡虫啉对棉蚜的防效，并延缓其抗药性发展。 4．棉蚜烟碱型乙酰胆碱受体基因克隆及序列分析 采用简并引物和RACE技术，成功在棉蚜中克隆出2个未报道的烟碱型乙酰胆碱受体(nAChR)α亚基基因全长和1个片段，分别命名为Aga3、Aga4和Aga5。其中Aga3基因为2314bp，开放阅读框为1776bp，编码592个氨基酸；Aga4(包括Aga4-1和Aga4-2)基因为1767bp，开放阅读框为1602bp，编码534个氨基酸；克隆得到的Aga5基因片段为840bp，编码280个氨基酸。经过同源性分析发现，棉蚜的α亚基与GenBank中登陆的其他昆虫的nAChR亚基具有很高的相似性，尤其与桃蚜Myzus persicae和麦长管蚜Sitobion avenae的各相对应亚基相似性最高，均达到90％以上。该研究结果将为进一步研究棉蚜的nAChR，以及可能出现的棉蚜对吡虫啉药剂靶标抗性的分子机制，奠定了基础。 综上所述，本研究通过室内筛选确定了棉蚜对吡虫啉的抗性风险，并通过田间调查确定了部分地区棉蚜已经对吡虫啉产生了一定程度的抗性，通过抗性机理分析确定了酯酶和P450单加氧酶活力升高是棉蚜对吡虫啉抗性的主要机理，提出了在生产上利用酯酶和P450单加氧酶的抑制剂来提高吡虫啉对棉蚜的防效，并延缓其抗药性发展的合理建议。显然该研究成果对制定合理的抗性治理策略、延缓田间棉蚜抗性发展具有重要指导意义。此外本研究还克隆了棉蚜nAChR亚基新基因，为进一步研究棉蚜nAChR以及吡虫啉靶标抗性机制奠定了基础。