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1、有害生物抗药性治理 人 类 与 昆 虫 的 战 争 美国著名昆虫学家 Stephen A. Forbes (1915) Stephen A. Forbes对抗性问题最有意义对抗性问题最有意义 的评论是：的评论是：“The struggle between man and his insect enemies began long before the dawn of civilization, has continued without cessation to the present time, and will continue no doubt as long as the human
2、race endures” 抗药性的百年历史抗药性的百年历史 (1908-2009) 年年 B 抗抗 性性 害害 虫虫 种种 数数 C 有有 效效 成成 分分 数数 A 抗抗 性性 案案 例例 数数 害虫抗药性百年发展害虫抗药性百年发展 (M.E. Whalon, 2008) FAO,2001年700种病虫，80%是昆虫、螨类 抗药性现象可以追索到1911年以前 用HCN对柑橘树进行熏蒸，控制柑橘介 壳虫。 该药剂对柑橘介壳虫选育出了抗性的 品系 “Can insects become resistance to sprays?” Melander 1914年第一次正式报道了 昆虫的抗药性问题
3、，即美国梨园介壳 虫对石灰硫磺合剂的抗性。其中最著 名 的格 言是： “Can insects become resistance to sprays?” Prior to World War II 在第二次世界大战以前，只有极少 数昆虫对使用的杀虫药剂产生了抗 性 After World War II 随着第二次世界大战后DDT的使用，合 成的有机杀虫剂大量增加，对杀虫药 剂有抗性的昆虫数量明显增加。 1905年，1种 1940s初，14种 1986年底，490种 现在已超过600种 害 虫 抗 药 性 的 发 展 各 种 生 物 抗 药 性 的 情 况 具有多种抗性的害虫种数 我国杀虫药剂
4、抗性现状我国杀虫药剂抗性现状 Increasing Increasing Insecticide Resistance Increasing: From North to South From West to East Cotton Bollworm and Cotton Aphid 棉铃虫和棉蚜棉铃虫和棉蚜 Sorthern cotton area Yangtse river Cotton area Yellow river cotton area West northern cotton area Northern cotton area Five big cotton areas of
5、China Cotton Bollworm Pyrethroids Ops Carb. Trans-Bt-Gene? Aphis gossypii on Cotton 棉蚜抗性现状棉蚜抗性现状 OPs Carb. Pys imidacloprid East north 500 100 1000 100 100 500 1000 10 Wheat Aphids 麦麦 蚜蚜 Wheat Aphids Pyrethroids Ops Imidacloprid? Pests on Rice Paddy 水稻害虫水稻害虫 Pests on Rice Paddy Lepidoptera: rice ste
6、m borer paddy stem borer rice leaf roller Homoptera: green rice leafhopper brown rice planthopper (Nilaparvata lugens) Nilaparvata lugens Brown rice planthopper Nilaparvata lugens: Imidacloprid Pests on Vegetable 蔬菜害虫蔬菜害虫 Aphis gossypii on Cucurbitaceous Vegetables Pests on Vegetables 3 Species Aphi
7、ds on Cruciferae: Myzus persicae Lipaphis erysimi Brevicorvne brassicae DBM: Increasing Increasing Pys Ops,Carb. Other? Bemisia tabaci Pyrethroids Ops Imidacloprid? Buprofezin Pests on Fruit Tree 果树害虫果树害虫 Fruit Spiders Panonychus ulmi Tetranychus viennensis Panonychus citri 抗药性导致农产品严重损失抗药性导致农产品严重损失
8、IRAC,2001年由于抗性美国杀虫剂投入增加 $40000000; 美国仅一个马铃薯甲虫，1991年损失 $16000000; 美国棉铃虫由于菊酯类药剂的抗性，替代 50%后，防治费用增加一倍，产量仍然降 低11%（Riley，1990） 我国杀虫剂抗性损失巨大我国杀虫剂抗性损失巨大 1960s-1970s 棉蚜 1990s 棉铃虫 2000s 水稻褐飞虱、烟粉虱 抗药性导致农药风险增加抗药性导致农药风险增加 杀虫药剂使用导致的三R问题 Residue 残留 Resurgence 再猖獗 Resistance 抗性 抗药性导致了多方面的风险增加抗药性导致了多方面的风险增加 安全间隔期失去意义
9、安全间隔期失去意义 非靶标生物生物非靶标生物生物 作物药害作物药害 敏感度变异对农药安全间隔期的影响敏感度变异对农药安全间隔期的影响 药效下降导致最低药效下降导致最低 施药剂量提高施药剂量提高 施药剂量施药剂量 最低有效剂量最低有效剂量 最大允许残留量最大允许残留量 安全间隔期安全间隔期 导致安全间隔期延长导致安全间隔期延长 与抗药性有关的几个名词 1 1 抗药性抗药性(insect resistance to insecticides) 2 2 天 然 抗 药 性天 然 抗 药 性 (natural resistance to insecticides)，耐药性耐药性( (tolerance
10、 to insecticides) ) 3 3 交互抗性交互抗性(cross resistance to insecticides) 4 4 多种抗性多种抗性(multiple resistance to insecticides) 5 5 负交互抗性负交互抗性(negative cross resistance to insecticides) 6 6 营养耐性营养耐性，健壮抗性健壮抗性(vigor tolerance to insecticides) 昆虫抗药性是如何形成的呢? 害虫抗药性的形成的3个学说 害虫抗药性的形成目前至少有3个学说： 选择学说 突变学说 基因扩增学说 敏感 耐性
11、抗性 抗性是如何产生的呢抗性是如何产生的呢? 害 虫 抗 药 性 的 形 成 害虫抗药性的形成选择学说 选择学说认为在用药之前种群中就存 在对该药剂的抗性基因，由于用药的选 择作用淘汰了敏感基因型的个体，使具 有抗性基因型个体的比例增加，最后形 成抗性种群。一般认为在用药前，抗性 基因的频率在1/100001/100000之间， 也就是说用药前抗性基因的频率是非常 低的。 害虫抗药性的形成 基因突变学说 基因突变学说认为是由于药剂使 用以后引起了基因突变造成的。 害虫抗药性的形成 基因突变学说 对药剂敏感 杀虫药剂 对药剂不敏感 害虫抗药性的形成 基因扩增学说 基因扩增学说认为，在用药前有 抗
12、性基因存在，由于药剂的使用使 抗性基因呈几何基数增加。绝大多 数学者认同选择学说和基因扩增学 说。 害虫抗药性的形成 基因扩增学说 对药剂敏感 杀虫药剂 对药剂敏感度降低 对药剂产生抗药性 杀虫药剂 如何判断害虫是否产生了 抗药性呢? 害虫抗药性的检测与监测 生物测定 生物化学测定 害虫抗药性的检测与监测 生物测定 LD50变化 LD-P线斜率变化 LD-P线平行向右位移 剂 量 死 亡 机 值 回 归 线 剂量 机 率 值 5 50 LD50 剂量反应回归方程 Y=a+bx 剂 量 死 亡 机 值 回 归 线 剂量 机 率 值 5 50 1 2 3 LD50 LD50 LD50 害虫抗药性的
13、检测与监测 50% 90% LD50 LD90 害虫抗药性的检测与监测 区分剂量 诊断剂量 剂 量 死 亡 机 值 回 归 线 剂量 机 率 值 5 50 LD50 LD99 99 害虫抗药性的检测与监测 生物化学测定 与抗药性有关的各种生理生化指 标的检测 基因诊断 DNA探针 昆虫为什么会产生抗药性呢? 害虫抗药性的机制 害虫抗药性机制靶标变构 乙酰胆碱酯酶 变构 有机磷 氨基甲酸酯 例如:DDVP,敌 百虫,马拉硫磷, 残杀威等 害虫抗药性机制靶标变构 神经敏感度降 低,即击倒抗 性(kdr基因) DDT 菊酯类药剂 例如:胺菊酯, 氯氰菊酯 害虫抗药性机制代谢抗性 DDT脱氯化氢 酶活
14、性提高 DDT 害虫抗药性机制代谢抗性 多功能氧化酶 有机磷 氨基甲酸酯 菊酯类 其它 害虫抗药性机制代谢抗性 酯酶 有机磷 菊酯类 氨基甲酸酯 例如,马拉硫磷, 氯氰菊酯等 害虫抗药性机制代谢抗性 谷胱甘肽转移 酶 有机磷 氨基甲酸酯 例如:辛硫磷, 残杀威等 害虫抗药性机制表皮变化 药剂对昆虫表皮的穿透性降低 主要类型抗药性机制权重主要类型抗药性机制权重 50% 45% 5% 代谢增加代谢增加 靶标变构靶标变构 穿透率降低穿透率降低 P450GSTsEst？65 15 15 5 靶标变够机制靶标变够机制 可以用不同作用可以用不同作用 机制的药剂替代机制的药剂替代 代谢类型机制代谢类型机制
15、可以用增效剂可以用增效剂 什么因子会影响害虫 抗药性的形成呢? 影响害虫抗药性形成的因子 遗传方面因子 生物学因子 操作因子 影响害虫抗药性形成的因子 遗传方面因子 抗性基因频率 抗性基因数量 抗性基因的显性或隐性 抗性基因的外显率、表达和互作 过去药剂的选择情况 抗性基因和环境适应性基因的整合程度 抗药性基因数量 单基因 多基因 如果单基因，抗药性基因频率是： 0.001=1/1000 如果是双基因，抗药性基因频率是： 0.0010.001=1/1000000 抗性基因型 纯合抗性基因型, RR 纯合敏感基因型, SS 杂合子, RS 抗性基因显性 抗性基因隐性 抗性基因半显性或半隐性 影响害虫抗药性形成的因子 生物学因子 世代周转数 每代的后代数 生殖方式 隔离、迁移、迁飞 食性，单食、寡食、多食 机会存活和避护区 昆虫的生活史 家蝇 影响害虫抗药性形成的因子 操作因子 化学因子：农药的性质、前后所用 药剂间的关系、残效和剂型 应用因子：施药阈限、选择阈
