昆虫对Bt杀虫蛋白的抗性机制及治理策略

转Bt基因抗虫作物在害虫综合防治中发挥重要作用，是新一代植物保护产品，其抗虫性能和经济效益已得到普遍肯定。然而由于转基因抗虫植物在整个生育阶段高水平的表达Bt杀虫蛋白，有可能会导致害虫对Bt杀虫蛋白产生抗性，抗性的产生将严重影响Bt植物的应用。田间已经发现小菜蛾Plutella xylostella（Linnaeus）对Bt杀虫剂产生了抗性，实验室人工汰选条件下已经有多种害虫对Bt杀虫蛋白产生了抗性，并对抗性产生的机制进行了研究，目前主要认为害虫产生抗性与杀虫蛋白与中肠细胞上受体蛋白结合能力的改变以及Bt杀虫蛋白在中肠的水解作用的变化有关，但抗性产生的机制还与其它因素有关，估计是多方面因素造成的，因此，抗性机制的产生还不十分清楚。目前已经制订了“高剂量＋庇护所”和多基因策略等一系列有效抗性治理策略，这些策略还需要在深入研究并阐明抗性机制的基础上，进一步完善，以实现Bt抗虫植物在害虫防治中的可持续利用。     

几种常用化学杀虫剂对Bt菌株生长影响的初步研究

苏云金芽胞杆菌（Bacillus thuringiensis,Bt）可产生多种杀虫活性物质,是一种应用最广泛的微生物杀虫剂。最近研究表明Bt对化学杀虫剂抗性害虫有较好的防治效果,并且与化学杀虫剂的联合使用可以提高杀虫效果,减少化学杀虫剂的用量。为了进一步设计更好的Bt与化学杀虫剂协同控害方案,本论文研究了不同亚种的Bt菌株与常用化学杀虫剂的兼容性。泛基因组分析表明不同亚种的Bt菌株在基因组成上有较大差异,说明Bt菌株对化学杀虫剂的反应可能会有所不同。进一步化学杀虫剂对Bt增殖影响分析结果显示,溴虫腈对大部分Bt测试菌株有抑制,说明Bt与化学杀虫剂协同使用时需要测定两者兼容性。高效氯氰菊酯对所有常用的防治鳞翅目害虫的Bt杀虫剂亚种类型库斯塔克亚种（Bt kurstaki,Btk）和鲇泽亚种（Bt aizawai,Bta）菌株影响都不大,可以进行协同使用;氯虫苯甲酰胺和茚虫威对Btk菌株HD1有一定抑制作用,定虫隆对其有较好的促进作用,说明HD1与定虫隆协同使用效果更好;茚虫威对Bta菌株G03影响较小,定虫隆对其有一定的抑制作用,氯虫苯甲酰胺对G03则有一定的促进作用,说明G03及其衍生菌株可以与氯虫苯甲酰胺、茚虫威协同使用。本研究结果说明Bt菌株对不同杀虫剂的敏感性是有差异的,可以通过筛选获得兼容性好的组合,为进一步制定Bt杀虫剂与化学杀虫剂配伍方案与协同使用技术提供了理论指导与数据参考,对实现化学农药减量施用具有重要的指导意义。     

两种不同化学农药抗性背景小菜蛾对BtCry1Ac蛋白敏感度的比较

为在小菜蛾防治中合理使用化学杀虫剂和生物农药Bt,探究了小菜蛾对化学农药的抗药性与其对Bt杀虫蛋白Cry1Ac的敏感度之间的关系。采用浸叶法测定了2个抗性背景不同的小菜蛾种群对9种常用杀虫剂和Cry1Ac蛋白的敏感度,通过比较敏感度差异,初步探索了小菜蛾对化学农药的抗药性和其对Cry1Ac蛋白敏感度之间的关系。结果表明:采自广东博罗县田间的小菜蛾种群(GDBL)对除Cry1Ac之外的9种常用杀虫剂,均已产生了不同程度的抗药性;而北京室内小菜蛾种群(BJNK),虽然对高效氯氰菊酯、阿维菌素、茚虫威、多杀菌素、溴虫腈具有抗性,对Cry1Ac在内的其他5种杀虫剂仍比较敏感。可见,对多种不同类型的杀虫剂产生了不同程度抗性的两个小菜蛾种群,对Cry1Ac蛋白仍处于敏感状态。由于小菜蛾对化学杀虫剂的抗性机制与其对Cry1Ac的抗性机制不同,小菜蛾对化学杀虫剂的抗药性与其对Cry1Ac的抗药性之间不存在交互抗性。因此,在田间可以通过加强Bt杀虫剂的使用来提高对多种化学杀虫剂产生抗性的小菜蛾的防治效果。     

对半翅目害虫具有活性的Bt杀虫蛋白研究进展

半翅目害虫寄主范围广、危害时间长, 给我国农林业生产带来了严重的经济损失。应用有效的绿色防控手段替代化学杀虫剂防治半翅目害虫, 对于保障粮食安全生产、保护动物及人类生命健康、维护生态平衡具有重要意义。苏云金芽胞杆菌Bacillus thuringiensis产生的杀虫蛋白对多种害虫展现出高效特异的杀虫活性, 对非靶标生物安全, 为全球农业、林业和卫生害虫的绿色防控做出了突出贡献。本文综述了我国农林业中重要的半翅目害虫种类、危害特点及主要防治手段, 重点归纳了Bt杀虫蛋白对半翅目害虫的杀虫活性研究进展以及挖掘具有半翅目杀虫活性的Bt杀虫蛋白基础, 并针对Bt杀虫蛋白在半翅目害虫绿色防控方面的应用提出了建议。     

鳞翅目昆虫氨肽酶N与Bt毒素的结合及其与Bt抗性的关系

随着BtCry作物在我国的广泛应用和推广,靶标害虫对其抗性风险已成为BtCry作物生态安全研究的重要内容。氨肽酶N(Aminopeptidase N,APN)是位于昆虫中肠刷状缘膜囊泡(Brush Border Membrane Vesicles,BBMV)上BtCry毒素重要的受体蛋白之一,它与BtCry毒素的结合能力决定了BtCry毒素的杀虫活性及昆虫对Bt抗性的产生。本文从APN的结构特征与分类、APN与BtCry毒素的结合特异性、结合位点、结合过程中的分子互作机制及APN变异导致昆虫抗性产生几方面系统综述了鳞翅目昆虫中肠BtCry受体蛋白-氨肽酶N与BtCry毒素的结合及其与Bt抗性关系的研究进展。     

沃尔巴克氏体感染对黑腹果蝇头部转录组的影响

为明确沃尔巴克氏体Wolbachia对果蝇神经行为影响的分子机制,采取转录组测序技术对感染沃尔巴克氏体和未感染的黑腹果蝇Drosophila melanogaster头部样本进行转录组测序、组装、注释,筛选感染沃尔巴克氏体wMel和未感染黑腹果蝇头部转录组间的差异表达基因,并选择差异表达基因中差异倍数较大或与神经行为相关的基因进行qPCR验证。结果表明,感染沃尔巴克氏体wMel和未感染黑腹果蝇头部差异表达基因有679个（差异倍数≥2,P<0.05）,其中,由于感染沃尔巴克氏体wMel而上调表达的基因有566个,下调表达的基因有113个。GO功能注释分析显示,差异表达基因与代谢过程、催化和结合功能相关。KEGG通路注释分析发现,差异表达基因主要富集在蛋白消化与吸收、内分泌、神经活性配体-受体互作以及激素合成等通路中。从差异表达基因中筛选出11个基因进行qPCR验证,有9个基因的表达趋势与RNA测序结果一致。表明沃尔巴克氏体可广泛影响果蝇头部基因的表达水平,暗示可能由此影响宿主的神经行为。     

害虫对新烟碱类杀虫剂的抗药性及其治理策略

烟碱和新烟碱类杀虫剂都是作为后突触烟碱乙酰胆碱受体(nAChRs)的激动剂作用于昆虫中枢神经系统,但这两类杀虫剂存在明显不同的选择毒性:烟碱类对哺乳动物毒性较高,而杀虫活性低;新烟碱类具有高杀虫活性,而对哺乳动物低毒。由于新烟碱类杀虫剂的作用方式独特,对以前使用的如拟除虫菊酯类、氯化烃类、有机磷类和氨基甲酸酯类等杀虫剂很少或无交互抗性,该类杀虫剂为防治一些世界性重大害虫(包括对以前使用的杀虫剂具有长期抗性的害虫)作出了重要贡献。但现已发现不少害虫对新烟碱类杀虫剂产生了抗性。文章就害虫对新烟碱类杀虫剂的抗性概况、抗性机理和抗性治理策略进行了综述。     

棉铃虫Bt毒素受体蛋白—氨肽酶N与抗性的关系

随着我国转基因棉花种植面积的日益增加,主要目标害虫—棉铃虫的抗性问题越来越被大家所关注。氨肽酶N(aminopeptidase N,APN)是一类昆虫中肠内Bt毒素的受体蛋白,其结构、结合位点的改变或基因突变可能是昆虫对Bt毒素产生抗性的重要原因。本文通过分析Bt毒素的作用方式,从生化、生理、分子生物学等方面探讨了棉铃虫Bt毒素受体蛋白APN与抗性的关系。     

棉铃虫围食膜中Bt抗性相关蛋白的分离与鉴定

棉铃虫是世界性的重要农业害虫。围食膜作为昆虫抵御病原微生物入侵及有害物质的第一道天然保护性屏障,其上可能存在与Bt抗性相关的受体蛋白。本研究以Bt Cry1Ac抗性和敏感品系的棉铃虫围食膜为对象,采用NuPAGE电泳技术、配体杂交、质谱鉴定和生物信息学分析等技术,测定了围食膜蛋白含量,鉴定了蛋白质的组成及与Bt Cry1Ac毒素的结合能力。结果表明敏感品系围食膜中蛋白含量为22.19%,抗性品系围食膜中蛋白含量为26.99%。抗、感品系棉铃虫围食膜上存在与Cry1Ac毒素结合的6个差异蛋白,推测其中棉铃虫羧酸酯酶蛋白和血影蛋白是2个有意义的抗性相关蛋白,2个新蛋白可能参与Bt抗性。研究证明棉铃虫围食膜上存在Bt结合蛋白且与抗性相关,为进一步明确Bt抗性机制、制定合理的Bt抗性治理策略提供了理论依据。     

二化螟Cry1Ac汰选品系对不同Bt蛋白的敏感性

为明确靶标害虫对Bt蛋白的抗性及对不同类型Bt蛋白的交互抗性,采用生物测定法进行了二化螟Chilo suppressalis(Walker)敏感品系和Cry1Ac汰选品系在Cry1Ac毒饲料上的时间-死亡率反应、对不同Bt杀虫蛋白的敏感性及不同Bt蛋白复配组合对二化螟毒力效果的研究。结果表明,二化螟Cry1Ac汰选品系已对36.67μg/mL(LC_(50))的Cry1Ac杀虫蛋白产生了一定的适应性,但对308.69μg/mL(LC90)的Cry1Ac蛋白反应仍较敏感。Cry1Ac敏感品系和汰选品系对Cry1Ab蛋白的LC_(50)分别为1.40μg/mL和3.86μg/mL,二者差异显著,但对Cry1Ca(1.63μg/mL和1.73μg/mL)或Cry2Aa(127.48μg/mL和144.50μg/mL)的LC_(50)差异不显著,即Cry1Ac汰选品系与Cry1Ab存在明显的交互抗性,但与Cry1Ca和Cry2Aa不存在交互抗性。在不同Bt蛋白复配组合中(1∶1复配),Cry1Ab+Cry1Ca、Cry1Ab+Cry2Aa和Cry1Ca+Cry2Aa增效作用最为显著。表明抗虫基因cry1Ca和cry2Aa可作为双价转基因抗虫水稻研发的候选基因。     

Insecticide resistance patterns among colorado potato beetle,leptinotarsa decemlineata (Say) (Coleoptera: chrysomelidae), populations in north carolina

A residual bioassay was used to determine insecticide susceptibility in populations of Colarado potato beetle, Leptinotarsa decemlineata (Say), in eastern North Carolina. Mean bioassay mortalities were subjected to correlation analysis to assess patterns of resistance among tested insecticides. Within insecticide classes, cross-resistance patterns were observed between carbaryl and carbofuran (carbamates), fenvalerate and permethrin (pyrethroids), and among azinphosmethyl, methamidophos, and phosmet (organophosphates). Significant associations between insecticides from different insecticide classes were concluded to be due to multiple resistance. Knowledge of multiple and cross-resistance patterns are discussed in relation to the bioassay as a tool for monitoring insecticide resistance.     

草地贪夜蛾对农药主要抗性机制的概述

草地贪夜蛾Spodoptera frugiperda是一种迁飞性害虫,源自美洲,已入侵非洲和亚洲部分国家并暴发成灾,2019年初入侵我国,严重威胁着我国玉米、小麦等粮食作物。目前草地贪夜蛾的防治主要依赖于化学农药和种植转基因作物。因长期使用农药,草地贪夜蛾已经对氨基甲酸酯类、有机磷酸酯类和拟除虫菊酯类等多种杀虫剂产生了不同程度的抗性。草地贪夜蛾对不同种类杀虫剂表现的抗性机制不同,主要有代谢抗性和靶标抗性2种。本文主要从代谢抗性和靶标抗性2个方面分别综述了草地贪夜蛾对不同种类杀虫剂的抗性机制,分析草地贪夜蛾对不同杀虫剂的抗性作用方式,并对草地贪夜蛾抗药性管理和监测进行展望。     

杀虫剂对转Bt水稻靶标害虫二化螟和非靶标害虫稻飞虱种群数量的影响

为明确杀虫剂对转Bt水稻品种华恢1号(Huahui 1,HH1)靶标害虫二化螟Chilo suppressalis及其非靶标害虫白背飞虱Sogatella furcifera和褐飞虱Nilaparvata lugens种群数量的影响,于2014—2015年在江西省南昌市南昌县莲塘镇的广福试验基地进行田间试验,种植转Bt水稻和对照亲本水稻,分别对其进行施用杀虫剂和未施用杀虫剂处理,然后对经2种处理后转Bt水稻和对照亲本水稻田中靶标害虫二化螟幼虫数量及非靶标害虫白背飞虱、褐飞虱的若虫数量、成虫数量、总虫量(若虫数量和成虫数量之和)进行调查,并对这3种害虫田间种群数量的年份、水稻品种、杀虫剂影响因子进行方差分析。结果显示,转Bt水稻种植对二化螟幼虫数量影响显著,而施用杀虫剂处理未显著影响二化螟幼虫数量。转Bt水稻种植对白背飞虱和褐飞虱的若虫数量、成虫数量和总虫量无显著影响;而施用杀虫剂处理显著降低转Bt水稻及其对照亲本水稻稻田内白背飞虱和褐飞虱的若虫数量及总虫量,并显著降低白背飞虱成虫数量。2014年和2015年,施用杀虫剂和未施用杀虫剂转Bt水稻田内二化螟幼虫数量极低或未调查到;未施用杀虫剂转Bt水稻上二化螟幼虫数量仅在2014年显著低于未施用杀虫剂对照亲本水稻。2014年,未施用杀虫剂转Bt水稻和对照亲本水稻上白背飞虱总虫量最大值分别为1 037、1 376头/百丛,施用杀虫剂后分别降低至233、253头/百丛;未施用杀虫剂转Bt水稻上和对照亲本水稻上褐飞虱总虫量最大值分别为4 120、2 413头/百丛,施用杀虫剂后降低至367、410头/百丛;2015年白背飞虱和褐飞虱的发生规律与2014年相同。表明转Bt水稻可显著降低二化螟幼虫数量,但褐飞虱及白背飞虱数量没有降低,而施用杀虫剂可有效降低褐飞虱及白背飞虱数量。     

草地贪夜蛾对化学农药和Bt作物的抗性机制及其治理技术研究进展

草地贪夜蛾Spodoptera frugiperda(Smith)是一种重要的经济作物害虫,在美洲玉米种植区均有发生。近几年该害虫迅速蔓延至非洲和东南亚等地区,并于2018年12月下旬在中国云南省被发现,对玉米生产造成严重威胁。化学农药和Bt作物是目前防治草地贪夜蛾的最主要手段,但大量研究表明,草地贪夜蛾已经形成了具有高抗药性和Bt抗性的种群。本文介绍了草地贪夜蛾抗药性和Bt抗性现状,从抗性相关因子的表达调控和靶标位点变异2个方面论述了草地贪夜蛾抗药性和Bt抗性机制,总结了目前草地贪夜蛾抗药性和Bt抗性的治理策略,并结合中国实际情况探讨了草地贪夜蛾综合防控的发展方向,以期为该害虫的防控提供参考。     

Problems of control of insecticide-resistant Plutella xylostella

In the different regions of SE Asia, resistance problems in the diamondback moth (DBM), Plutella xylostella, are comparable, and depend on the type of insecticide used to control this pest. Resistance is especially high to insecticides metabolised by mfos (multifunctional oxidases), but since the detoxification of each such insecticide depends on different mfo(s), there is little cross-resistance between insecticides. Thus, carbaryl, carbofuran and the synthetic pyrethroids, all detoxified by mfos, show little cross-resistance. Resistance to cartap and some organophosphorus insecticides is much lower, and is often unstable. Those compounds are therefore essential in the rational control of DBM. The cross-resistance relationships within the traditional insecticides have mostly been worked out. It is thus possible to use alternate spraying schedules with insecticides conferring minimum cross-resistance potential. Alternating insecticides is better than using mixtures, because DBM can develop multiple resistance through treatment with mixtures. DBM has now developed resistance to the newly-introduced IGRs and other experimental control agents. Possible resistance to these as well as to future DBM control agents has been examined, and their resistance-inducing ability and cross-resistance characteristics examined. Experience in monitoring the spectrum together with the strength of resistance of field populations of DBM suggest that control can only be achieved by wellplanned rational chemical control programs.     

草地贪夜蛾对杀虫剂的抗性研究进展

草地贪夜蛾Spodoptera frugiperda (J. E. Smith) 是一种杂食性害虫,原产于美洲热带和亚热带地区,于2019年1月在中国云南省首次被发现后,已迅速向广西、贵州、广东及湖南等地蔓延。草地贪夜蛾寄主广泛,常用化学防治药剂为有机磷类、氨基甲酸酯类和拟除虫菊酯类,田间抗性监测数据显示,其对上述 3 类常用药剂已达中至高等抗性水平。此外,已有研究证明氯菊酯抗性草地贪夜蛾对二嗪类杀虫剂茚虫威无交互抗性;同时已有关于草地贪夜蛾对氟苯虫酰胺和氯虫苯甲酰胺田间和室内抗性的报道,表明其对上述 2 种药剂存在极高的交互抗性风险。草地贪夜蛾的抗药性机理主要涉及表皮穿透性降低、解毒作用增强和靶标敏感性下降等几方面,其中代谢解毒作用增强和靶标敏感性下降是导致草地贪夜蛾对杀虫剂产生抗性的主要机制。文章综述了草地贪夜蛾对传统杀虫剂和新型作用机制杀虫剂的抗性现状及抗性机理等方面的研究进展,以期对当前中国的草地贪夜蛾田间防治及抗性研究和防控提供参考。     

Effects of mutations in Drosophila nicotinic acetylcholine receptor subunits on sensitivity to insecticides targeting nicotinic acetylcholine receptors

Several strains of Drosophila melanogaster possess mutant alleles in nicotinic acetylcholine receptor (nAChR) subunits, Dα1 and Dβ2 that confer resistance to neonicotinoids such as imidacloprid and nitenpyram, and Dα6, that confers resistance to spinosyns. These mutant strains were bioassayed with a selected set of nAChR active insecticides including neonicotinoids, spinosad, and sulfoxaflor, a new sulfoximine insecticide. All of the neonicotinoids examined, except dinotefuran showed reduced insecticidal efficacy on larvae of the Dα1 mutant, suggesting that this subunit may be important in the action of these insecticides. All of the neonicotinoids, including dinotefuran, showed reduced insecticidal efficacy on larvae possessing the Dβ2 mutation. A similar pattern of broad neonicotinoid resistance to that of Dβ2 alone was also observed for larvae with both the mutations (Dα1 + Dβ2). The Dβ2 mutation exhibited a lower level of cross-resistance to sulfoxaflor (<3-fold) than to any of the neonicotinoids (>13-fold). In contrast, there was no cross-resistance for any of the neonicotinoids or sulfoxaflor in adult flies with the Dα6 mutation, which confers high levels of resistance to spinosad. Thus in the D. melanogaster strains studied, target site resistance observed for the neonicotinoids and the spinosyns does not translate directly to resistance towards sulfoxaflor.     

烟粉虱对螺虫乙酯的抗性监测及交互抗性测定

为明确螺虫乙酯在湖北地区的抗性水平以及与其存在潜在交互抗性风险的常用药剂类型,采用着卵叶片浸渍法,于2013年对湖北省13个烟粉虱MEAM1和MED隐种地理种群对螺虫乙酯的抗药性进行了监测,并以室内敏感品系SUD-S为参照,对经螺虫乙酯连续17代抗性筛选的WH-2种群进行了交互抗性分析。结果表明:湖北省13个烟粉虱地理种群对螺虫乙酯均表现出极低的抗性,LC50介于0.015~0.081 mg/L之间;其中MED隐种WH-2种群对螺虫乙酯的抗性最高,LC50为0.081 mg/L。在室内用螺虫乙酯对MED隐种WH-2种群连续17代抗性筛选后,其对螺虫乙酯的抗性倍数上升约7倍。经螺虫乙酯筛选的WH-2种群对吡虫啉、乙酰甲胺磷、灭多威、氟氯氰菊酯、氰戊菊酯和氟啶虫胺腈均产生了低水平的交互抗性,抗性倍数分别为8.699、7.165、5.317、6.681、2.958、5.662倍,而对毒死蜱和阿维菌素无交互抗性。表明烟粉虱在湖北省部分地区对螺虫乙酯存在低水平抗性,且螺虫乙酯与部分常用杀虫剂存在交互抗性风险。     

新疆MEAM1烟粉虱隐种对吡虫啉的抗性遗传力分析及交互抗性测定

采用Tabashnik的域性状指标分析了新疆MEAM1(Middle-East-Asia-Minor l)烟粉虱隐种对吡虫啉的抗性现实遗传力(h2)和不同致死率下的抗性发展速率,同时测定了抗性种群对不同类型杀虫剂的交互抗性。结果表明,在30%~50%较低的选择压力下,新疆MEAM1烟粉虱隐种连续汰选8代后,对吡虫啉的抗性上升28.01倍,抗性现实遗传力h2为0.429 7。假设田间种群现实遗传力为实验室筛选估算值的1/2,即h2=0.214 9,对新疆MEAM1烟粉虱隐种对吡虫啉的抗性发展速率估算结果表明:在药剂选择压力为50%~60%下,若使其对吡虫啉的抗性增长10倍,则需要生长10~8代;而在药剂选择压力为70%~90%下,若使其抗性增长10倍,则仅需要生长6~4代。表明新疆MEAM1烟粉虱隐种对吡虫啉产生抗性的风险很大。交互抗性测定结果显示:抗性种群对同类型的杀虫剂吡虫清和噻虫嗪分别产生了10.78倍和4.75倍的中等至低水平交互抗性;对多杀菌素、毒死蜱、吡丙醚和高效氯氰菊酯的敏感性有所降低;对阿维菌素、氟啶虫胺腈和乙基多杀菌素等杀虫剂则无交互抗性。