烟粉虱抗药性及综合防治

科技创新与绿色植保 烟粉虱抗药性及综合防治 陈利纳， ，2 张永军 2 李瑞军 ，林克剑 2郭予 元 2 ( 中国农业科学院植物保护研究所、植物病虫害生物学国家重点实验室，北京1 (X)0 9 4; 2 河北农业大学植物保护学院， 保定0 71000) 摘要: 近年来烟粉虱在世界各地相继暴发危害， 这与烟粉虱的杭药性水平越来越高密切 相关。以前的报道证实 抗性品系 烟粉虱的相关代谢酶活性不 敏感。随着分子生物学的发展， 人 们相继克隆了 代谢酶的基因序列， 初步证实了 烟粉虱抗性品系 杭性分子机制。本文从代谢酶学 和分子生物学两个方面综述了烟粉虱的抗药性机理。针对我国国情重点阐述生物防治为主的综 合治理策略。 关键词: 烟粉虱; 杭药性; 代谢酶;综合治理 烟粉虱 ( B e m is i a ta 6 a c i G e n n i d i u s )属同翅目 ( H o p o p t e ra)粉虱科 ( A l e y ro d i d a e ) 。烟 粉虱首 先报道于1 8 8 9 年， 在希腊的烟草上被发现，由 此命名为烟粉虱 ( t ab ato w hiten y ， A I咖0 翻ta ba ci) ， 很 长 一 段 时 间 未 被 列 人 农 业 主 要 经 济 害 虫 。 但 是20世 纪70年 代 以 后 随着B 型烟粉虱的出现， 烟粉虱对大田作物、 蔬菜和花卉等的危害日 益严重， 尤其近几 年 来， 烟 粉 虱 相 继大 暴 发 于 世 界 各 地 ， 逐渐 引 起了 人 们 的 重 视 。 加世纪80年代初期， Di tti ch首次报道了 苏丹棉田 的 烟粉虱 产生抗 药性川。自 此以 后， 不断有烟粉虱产生抗药性的报道。KR . K ra nt hi等2 0 02年报道，田间 采集的 所有品系 对毒 死 蟀 和 硫 丹 等杀虫 剂 都有 高 抗性4j。 在北 京， 烟 粉 虱 从90年 代以 来 对黄 瓜、 番茄、 茄子、 甜 瓜和 西 葫芦的 危害 迅速加重， 严重时 可达70 %以 上 侧。目 前， 烟粉虱 对有机 磷、 有机氯、 氨基甲酸醋、拟除虫菊醋类、昆虫生长抑制剂和烟碱类等农药的抗性都有报 道。由于烟粉虱个体小， 种群数量大， 寄主范围广， 世代重叠严重，易扩散等特点， 虫体 内农药的靶标位点基因 很容易产生突变并得到积累， 能够迅速遗传延续下去。 现在防治烟粉虱主要还是靠化学防治， 这在不同程度上提高了对烟粉虱的选择压力， 加剧了抗性水平的迅速提升， 最终导致其间歇式猖撅暴发。 1 烟粉虱代谢酶学水平方面的的抗药性 酶是生物体内一种特殊的蛋白 质， 参与生物体内物质代谢和能量代谢， 对生物的生命 活动具有很重要的作用。研究人员发现抗性和敏感品系烟粉虱的各种代谢酶活性有明显差 异， 如抗性品系乙酞胆碱醋酶 ( A chE )的敏感性降低，而氧化酶类的多功能氧化酶 ( M F O ) 活 性 会 升 高 。 关于 抗 性品 系 烟 粉 虱 体内 酶的 变 化有 很 多 报道， 主 要集中 于乙 酞 胆碱醋酶、梭酸酪酶、谷胧甘肤一 5 一 转移酶、多功能氧化酶等代谢酶方面。 . 基金项目: 作者简介: * * 通讯作者: 国家重点基础研究发展规划项目 ( 2 002 C Bll l 4 0 2) 陈利纳 张永军 男， 硕士研究生 T e l : 6一 0 1 0一 6 2 8 1 5 9 2 9 ，E 一 m ai l : yj z h a n g l p pe c n 研究沦文 1 . 1 烟粉虱代谢酶水平与抗有机磷类和氨基甲 酸醋农药 F ra n k J . B y m e 比 较了苏丹、 危地马拉、土耳其、尼加拉瓜、以色列等不同地域烟粉 虱的 代谢酶水平。结果发现， 对有机磷不敏感的烟粉虱种群A chE活性比敏感烟粉虱品系 明 显 高10倍 1 ， 其中 对有机 磷 产 生 抗 性的 苏 丹种 群的 酝 酶活 性要比 敏 感种 群高50倍。 而 V ol ke r Ditt ri ch对苏丹田问烟粉虱乙酞胆碱醋酶活性测定发现， 苏丹品系乙酞胆碱酷酶活 性高 于 以 色 列、 危地马 拉等 地 品 系 0 ， 这个结 果与Di tt rich etal . 报道的 这一地区长 期使 用 有 机 磷 农药 乐 果 相 吻 合 川 。 F ra nkJ . B y m 。 还 发 现B 型 烟 粉虱 越 来 越多的 携 带 着 与有机 磷和氦 基甲 酸 醋 抗性有 关的不敏 感乙 酞胆碱酚酶01。由 此可见有烟粉虱对机磷农药抗性 与乙酞胆碱醋酶和酷酶有密切 关系。 ， . 2 烟粉虱代谢酶水平与抗拟除虫菊醋类农药 Volk erDi ttrich在L C 5o 测定中 发现， 土耳其田 间棉花上的烟粉虱显示出了高水平抗性， 但该抗性与烟粉虱体内醋酶活 性无关， 他认为这种现象是很不常见的， 也许与土耳其过去 连 续 使 用了5 年 拟除 虫 菊 醋 有 关 “ 。 后经 研 究 发现， 抗性烟粉 虱 种 群 体内 多 功 能氧 化酶 表现异常高活性。不断的对这烟粉虱抗性些品系继续施加拟除虫菊醋压力， 会使这些品系 的抗性水平很快上升到一个很高的层次。多次检测发现， 烟粉虱抗性品系体内多功能氧化 酶 活 性 和乙 酞 胆 碱 酷 酶 活 性大 幅 度升 高， 但 醋 酶活 性 却 无明 显 变 化 ， 。 初步 说明 烟 粉虱 对拟除虫菊酷抗性与多功能氧化酶和乙酞胆碱醋酶有关， 而与醋酶关系不密切。 1 . 3 烟粉虱代谢酶水平与抗烟碱类农药 N a t a s c h a R a u c h 等 9 用2 ， 4 一 二硝基氯苯 ( c D N B ) 、 荧光染料m o n o c h lo ro b im a n e ( M C B )两种底物测定烟粉虱体内 谷胧甘肤转移酶 ( G S T) 的活性发现，以C D N B为底物 时田 间已 经产生抗性的烟粉虱品系没有比敏感烟粉虱品系表现出更强的活性， 反而有一种 抗性品系的烟粉虱 ( 以以色列玫瑰为寄主)活性明显降低。但是以M C B 为底物发现， 抗 性品系的烟粉虱活性普遍高于以C D N B 为底物测定的敏感烟粉虱品系体内 水平， 并且， 对 烟碱类农药N eo ni co ti noid产生交叉抗性的烟粉虱品系 ( 以德国木模为寄主)明显高于敏 感品 系 烟 粉 虱2 倍。 但 是R a u c h 。 n d N a u e n 20 发 现 烟 粉虱 对N e o n ic o tin o i d 抗 性与 细 胞色 素 P450有关而与G S T 无关。经测定酶动力学参数如V m ax、 K m等发现， G ST与M C B 能够高 度结合。于是他得出 一个假设， 对Neoni co t i no记产生交叉抗性的烟粉虱品系 ( 以德国 木模 为寄主)体内的G ST过量表达 一种蛋白， 这种蛋白与M C B 结合而不与C D N B 结合，这种 蛋白 的过量表达可能是由于外界农药长期压力选择的结果。国内肖 利锋对经烟碱类农药鹰 虫嗦汰选后的烟粉虱品系进行醋酶活性测定发现， 抗性品系醋酶活性明显增强， 进行醋酶 同 工酶电泳发现，图谱酶带迁移距离变化不明显，证明了抗性品系醋酶结构没发生 变 化 2 。 1 . 4 烟粉虱不同生物型之间 抗性水平差异 Costa等 发现具有纯合子的B 型烟粉虱种群对菊酷类农药的抗性水平要高于杂合子的 A型烟粉虱种群，而对有机磷杀虫剂的抗性二者无明显差异。由此推断， 在A 、B 生物型 种 群 间 可能 存在不同 的 抗性 机 制， 如 作用位点和 代谢解毒酶等 23)。 Naue n 在胡椒基丁醚 ( PBO) 增效研究中 发现， Q型烟粉虱对烟碱类杀虫剂的抗药性可能和微粒体细胞色素 稗 5 0 多功能 氧 化酶有 关， 而 与 乙 酞 胆碱 醋酶活 性变化 不明 显 4 。肖 利峰研 究发现， B 型 烟粉虱对新烟碱类杀虫剂阿克泰的抗性与A chE 、梭酸酚酶、多功能氧化酶有关， 但认为 科技创新与绿色植保 多 功 能 氧 化 酶 起 主 导 作 用 ” 。 然而2 00 3 年， B y m 。 利 用14 c 标 记 烟碱 类 农药毗 虫 琳， 研 究对毗虫琳产生126 倍抗性水平B型烟粉虱种群后认为B型烟粉虱对毗虫琳抗药性的产 生和M F o 关系 不密 切 ” 。 这 可 能 是因 为 毗 虫琳和 阿 克 泰 虽然都 属于烟 碱 类农 药， 但它们 对B 型烟粉虱的作用机理不尽相同。 1 . 5 烟粉虱对不同类型杀虫 剂的交互抗性 昆虫一旦对某种特定的杀虫剂产生抗性， 也容易对分子结构及作用机制相似的其他杀 虫 剂 产 生 抗 性。 Prab h a k e r 等 ， 对1 9 9 4 、 1 9 9 6 、 1 9 9 5 年 从西班牙 的A lm e d 。 地区 收 集的 烟 粉虱进行了抗性测定， 发现烟粉虱对毗虫琳的敏感性逐年下降， 并且在毗虫琳与唾虫嗓、 陡虫眯之间存在高水平的交互抗性。C ahill等对田间采集到的烟粉虱品系测定发现有机磷 药 剂间 存 在明 显 的 交 互 抗性 ， 。 D en ne h y 等 报道烟 粉 虱 对灭扫 利和甲 胺磷复 配 农药的 抗性会导致对菊酷类药剂的交互抗性， 但对有机磷、 氨基甲酸醋和菊醋类农药产生抗性的 烟粉虱种群对烟碱类药剂无交互抗性。 另 外， Di ttric h 川等 发 现 来自 统 一 地 区 的 烟 粉虱， 具 有 相同 的 乙 酞胆 碱 酷酶 结 构 变异， 但是抗性水平也有很大的差异， 烟粉虱的抗性不仅仅与乙酞胆碱醋酶有关， 可能 是和其他 酶 共同 作 用的 结 果， 如 醋 酶 和 氧 化酶 共同 作 用产 生抗 性 。 c ah ill6 等对以 色 列 抗 性 种群和 荷兰抗性种群研究发现， 这两种抗性种群具有相同的乙酞胆碱醋酶变异， 但是以色列抗性 种群对有机磷抗性明显高于荷兰抗性种群。 2 烟粉虱抗药性的分子基础 室内 抗性汰选通常产生多基因抗性， 这是因为抗性选育过程中，每次处理后均保留 少 数 存活 个 体， 每 个 微 效 基因 的 逐 代积累 最 终形 成 多基因 遗 传的 抗 性 川。目 前对 烟 粉虱 代 谢酶的分子生物学研究着重于抗性与敏感之间在D N A水平及氨基酸水平的 差异。 N a t a s c h a R a u c h 等研究发现了N e o n i c o t i n o i d 的抗性烟粉虱品系G S T 活性改变， 于是克 隆得到了G S T 的全长c D N A ， 并且得到了202 个氨基酸的23. skD的蛋白 全序列， 至于突 变区域情况并未做报道。王利华等利用R T 一 P C R 技术克隆了B 型烟粉虱的钠离子通道结 构域n S4一 6 c D N A片段， 证实与拟除虫菊醋抗性相关的 是位于 第925 位亮氨酸突变为异 亮 氨 酸 ( L9 2 5 1 ) ， 并 建 立了L9 5 21突 变 的PAs A 检 测 技 术 9 。 Mi ch alA1 0 n 等川 发 现 地中 海盆地有B 、 Q 型两种生物型烟粉虱共同存在， 发现B 型烟粉虱对拟除虫菊醋有较高抗 性， 并且也证实了与拟除虫菊醋抗性有关的基因突变是钠离子通道192 5 1 ，另外Michal Alon检测到Q型烟粉虱除L92 51位发生突变外， 也在第9 2 9 位 ( 钓29V )发生了突变， 即苏氨酸变成了 撷氨酸。为了 弄清这两个突变的来源， 从世界各地收集了13个品系发现， 在不同抗性烟粉虱品系中， 氨基酸突变在同 一生物型内 部的差异性很小， 而在不同 生物型 之间差异很显著;同样在不同敏感品系中也是发现不同生物型差异性很显著。这说明不同 生物型之间的钠离子通道基因流的改变几率是很低的， 即遗传的隔离性。 并且以 前的研究 也证明 了 不同 生物 型的 烟粉 虱 在生 殖上也是隔离的 23 一 川。 所以Gi n 提出了 把B 型 烟粉虱 单 独 归 为 与 其他 生 物 型 烟 粉 虱 并列的 一 个种 ” ， M oy 。 。 t a l. 根 据 他的 研 究 结果 证 实了Q 型 烟 粉 虱 的 突 变 几 率 更 大， 并 得出B 型 烟 粉 虱 是由Q 型 烟 粉 虱演 化 而 来的 结 论 川 。 笔者所在研究组在对抗阿克泰烟粉虱品系、抗辛硫磷烟粉虱品系、敏感 B型和浙江 非B型烟粉虱品系进行了乙酞胆碱醋酶基因的克隆，初步发现阿克泰抗性烟粉虱品系和 研究论文 辛硫磷抗性烟粉虱品系与B型敏感烟粉虱品系之间氨基酸突变位点有共同之处， 表明烟 粉虱抗阿克泰和抗辛硫磷的作用机制有可能具有相似性。目 前， 有关烟粉虱抗性的分子基 础是国际上该领域的一个研究热点。 3 烟粉虱的综合防治 3 . 1 农业防治 用一些传统的农业防治方法防治烟粉虱可收到令人满意的效果。例如培育壮苗、 无虫 苗， 清除杂草， 间作轮作， 保持田间环境来降低虫源基数， 都可以起到防治烟粉虱的效 果。在我国北方的保护 地秋冬季 种植烟粉虱不嗜好的芹菜、 青菜、 韭菜等， 从越冬环节上 切断烟粉虱的自 然生活史， 也可以防止来年烟粉虱的暴发。实际上， 如果在田 边种植烟粉 虱喜食的西葫芦、番茄等诱集作物， 效果不会很理想， 因为烟粉虱种群庞大，田间分布面 积广泛， 世代重叠严重，易扩散等特点， 诱集田很可能成为其他田间的虫源地。 值得注意的是， 徐冉等对 抗烟粉虱大豆种质资源研究中发现， 大豆品种对烟粉虱2 - 4 龄若虫的抗性与茸毛类型有关。 无茸毛大豆品种对烟粉虱的抗性最强， 其次为茸毛紧贴 型品种; 茸毛斜立型品种的抗性最弱; 茸毛直立型品种的抗性介于茸毛紧贴型和茸毛斜立 型品种之间。另外大豆受烟粉虱危害与籽粒蛋白 质和脂肪含量有密切关系， 一般认为大豆 籽粒中 脂肪含量与蛋白 质含量呈负相关， 脂肪含量越高， 蛋白 质含量就越低。蛋白 质含量 越 低 ， 受 烟 粉 虱 的 危 害 就 越 轻 川 。 3 . 2 生物防洽 一些学者认为由于天敌之间 存在竞争， 如天敌的重寄生、 多寄生现象， 或者捕食性天 敌对寄生性天敌的影响等， 会降低天敌对害虫的控制作用。例如， 王慧等研究发现，当丽 蚜小 蜂 和En. h 帅流 一 起释放时， 会影响它们寄 生烟粉虱的能力z9 。 而另 外一些学者认 为天敌之间的相互作用影响是次要的， 远远小于天敌之间优势互补的作用， 提倡同时释放 几种天敌。例如， H ei nz等同时释放蚜小蜂百 刀 a rs ialu te o la和瓢虫Delp hast usp 哪 韶 之 出防治 一品 红上烟粉虱时发现， 虽然 存在瓢虫取食一部分蚜小蜂幼虫的 现象， 但总的看来烟粉虱 种 群 得 到 了 很 好 的 控 制 3O 。 He inz等 发 现 联 合 释 放De 勿 h as tusp us ill us 、 E n . Pe 咭 a nd iol l。 比 单独 释 放 其中 一 种天敌 要 好得多 川。 笔者认为， 利用多种天敌防治烟粉虱， 与这几种天敌的生态学、生物学等特性相关， 也与烟 粉虱的寄主植物有关， 至于联合释放的效果如何， 应该综合这些因素研究才能下 结论。 3 . 2 . 1 瓢虫类天敌 烟 粉 虱的 捕 食 性天 敌已 发 现9 目31科， 约1 14种 52， 但 实际 应用的 很 少， 原因 是这 些天敌大都是多食性， 且受其种群繁衍所限。 我 国 福建已 成功应 用 小黑 瓢 虫 ( De如 h a st us。 at alin ae)防治了 烟粉虱的 暴发 33。当 烟 粉 虱 密 度 较 大 时 其温 室 作 物推 荐 释 放量 为1 头 成 虫 /l . 39一 9 . 29 m ， 34 。 但 是u u 等 发现 小 毛瓢虫 ( 刃 中 h 哪is oc ul at us )对 烟 粉虱的 搜索力明显强于小黑瓢虫， 所以当粉虱密度较低 时 可 释 放 该瓢 虫 ” 。 荆 英 研 究 了 刀 角 瓢虫 对 烟粉 虱的 捕 食 作 用， 发现刀 角 瓢 虫多 在烟粉 虱卵密度大的地方取食， 可以推测刀角瓢虫有喜食卵的习性， 可以把烟粉虱消灭在引起危 害前的 虫态， 但是刀角瓢虫雌成虫之间的相互干扰会降低其捕食作用率， 所以在室内饲养 科技创新与绿色植保 及田 间 释 放时， 应避免 密 度过高 划。 其他还有利 用陡 胸 瓢虫、 淡色斧 瓢虫等防 治烟粉虱 的报道。 3 . 2 . 2 捕食峪类 我国 北方主要捕食蜷有东亚小花蜷， 并且已 成功地进行大量繁殖与 应用。首先准备好 越冬虫源， 临用前取出在27、 R H7O %、 24h 光照下饲养， 3 一 4 d即可打破休眠， 产卵 繁殖后代。同时为了得到充足食料， 在温室苗床上应预 先种上高粱、萝卜 或白 菜等易于培 养的植株， 待植株长到一定程度时， 接入蚜虫，由于蚜虫繁殖速度较快， 一周后， 植株上 即可布满蚜虫， 从而可为繁殖小花蜷提供大量饲料。 我国 南方捕食蜷有中华微刺盲蜷。主要用于防治鳞翅目 害虫， 是否用于对温室小型害 虫的防治则刚刚起步。余金咏发现中华微刺盲蜻对茄子上的烟粉虱有重要的控制作用。 但 同时也发现即使茄子叶片上有烟粉虱， 仍然有90%以上的中华微刺盲蜷以茄子叶片为 食 刘， 这 就要 求田 间 释 放中 华微 刺盲 蜷 种 群 有 一 个最 优 密 度。 捕食蜻、草岭、粉岭、 蝗螂等都能够在一定程度上取食烟粉虱， 但其防治效果还没有 达到理想目 标， 也未见有成功事例的报道。实际上， 这些捕食性动物都是多食性的， 对田 间其他害虫也有捕食性， 可以综合考虑田间2 种或2 种以上的害虫防治， 应该提倡应用这 些天敌来防治烟粉虱。 3 . 2 . 3 寄生蜂类天敌 我国 南 方的 天敌 资 源 丰富， 烟 粉 虱 的 寄 生 蜂已 经 发 现19种 。 利 用 丽 蚜 小 蜂防 治 温 室粉虱科学家已经作了比 较透彻的研究。 从丽蚜小蜂的 形态学、 生物学、 生态学以 及商品 化生产都作了深人地研究， 并且收到了 满意效果。罗晨等推荐使用丽蚜小蜂防治保护地内 的 番 茄 或 黄 瓜烟 粉 虱 9 ，40。 科 研 工 作 者 成 功 利 用浆角 蚜 小蜂来 来防 治 美国 一品 红、 西 班 牙的番茄和辣椒上的烟粉虱。我国也已生产商品化， 已经摸索出了一条工厂化天敌生产 线4l 。 邱 宝 利 等 评 价了 浆角 蚜 小 蜂 该蜂的防 治 效 果， 发 现温室 内 黄瓜的 防 治 可 以 按每 株 3 头雌蜂，放蜂2 次， 对烟粉虱有较好的防治效果， 如果释放蚜小蜂和喷施粉虱座壳抱对 烟粉 虱 种 群的 进 行 联 合 控 制， 两者的 联 合 对烟 粉虱 种 群 的 控制 作 用可以 大大 增 强 侧。 另 外， A m it us属和棒小蜂属 ( 5 蜘勿 hora )的很多种用来防治烟粉虱也收到了一些效果， 但 应用还不是很广泛。 蚜小蜂科的东方蚜小蜂被发现对B 型烟粉虱有很强的抑制力。 3 . 2 。 4 昆虫病原真菌 烟粉虱感染某致病真菌， 可造成该种群的真菌流行，以此来控制烟粉虱的种群数量。 但是， 不能完全依赖外界环境造成真菌在烟粉虱中的大流行， 真菌病害的流行需要一定的 温、 湿度、 光照、 气流等适宜条件。目 前，已报道成功实例的 有蜡蚁轮枝菌 ( Ve rt ici U iu m le ca ni i ) ， 玫烟色拟青霉 ( 尸 。 配 110州 岁 c es户nzoso rose us) ， 球抱白僵菌 ( Beau* ria 占 assia na) ， 扁座 壳抱 菌 ( 击 ch e rs on iap la ce nt 。 ) ， 这 些真 菌 对防 治 烟 粉 虱均 有 较 好的 效 果。 3 . 2 . 5 释放天敌种群数量 由于人们易于注重防治的短期效果， 所以人们总是认为释放天敌数量越多越好， 其实 这是一个误区。有时天敌昆虫的 食性很杂，