农业有害生物抗药性及其综合治理

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1、1第三章第三章 农业有害生物抗药性及其综合治理农业有害生物抗药性及其综合治理（一）目的与要求 通过学习害虫抗药性、植物病原物抗性和杂草抗药性的发展及现状，要求学生掌握相 关的基本概念，及农药轮换、交替等使用，并有效应用综合防治措施以减少抗性的产生及 延缓农药的使用寿命，同时了解抗性产生的原理及发展趋势。 （二）教学内容第一节第一节 害虫抗药性害虫抗药性1 主要内容：害虫抗药性概念、害虫抗药性的形成与机理、害虫抗药性的遗传及抗药性治 理。 2 基本概念和知识点：昆虫抗药性、交互抗性、多抗性、耐药性、负交互抗性等基本概念， 重点是害虫抗性形成的理论、影响因子及昆虫抗药性在生理生化方面的机理，以及害

2、虫抗 性治理的措施。 3 问题与应用（能力要求）：要求学生掌握害虫抗药性的基本概念、害虫抗性形成的生理 生化机理及影响因子，并能根据农业生产状况制定有效的抗性治理措施。 一、害虫抗药性概况一、害虫抗药性概况 （一）几个基本概念（一）几个基本概念 1 昆虫抗药性：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。 在理解抗药性定义时，应当注意以下几点： （1）抗药性是针对昆虫群体而言，并不是指某一个体； （2）抗药性是相对于正常敏感种群而言，通常通过比较同种昆虫的不同种群在相同发育 阶段、相同生理状态和相同环境条件下对药剂耐受力与正常敏感种群的差异来确定。 （3）抗药性有

3、地区性，即抗性的形成与该地区的用药历史、药剂的选择压力等有关； （4）抗药性是由基因控制的，是可遗传的，杀虫剂起了选择压力的作用。 2 耐药性： 1）自然抗性：有些昆虫对某些药剂有一种天然的抗药性，即敏感度低，它是可 以遗传的，这是由于生物的不同，或同是一个种而在不同的发展阶段、不同的 生理状态，或具有特殊的行为而对药剂产生了不同的耐力，这称为自然抗性。 例如用 DDT 防治蚜虫效果很差，而用来防治蚊蝇则效果很好。 2）健壮抗性：由于害虫的营养条件好，环境条件适宜，昆虫的生命活动、生理 代谢增强，对药剂的耐受力增强，产生的抗药性称为健壮抗性，它是不稳定的，不能遗传 的。 3 交互抗性：昆虫的一

4、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他从未使用过的一种药剂或一类药剂也产生抗药性的现象。 4 负交互抗性：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。 5 多抗性：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。2（二）害虫抗药性发展概况（二）害虫抗药性发展概况 1908 年 Melander 首次发现美国加利福尼亚州梨圆蚧对石硫合剂产生抗性， 1989 年抗性害虫已达 504 种。 历年累计抗性节肢动物种数 年份 累计抗性虫种数 年份 累计抗性虫种数 1914 1 1963 1

5、57 1928 5 1965 185 1936 7 1967 224 1938 7 1975 364 1946 11 1977 392 1948 14 1978 414 1954 25 1980 432 1957 76 1984 447 1960 137 1989 504产生抗药性害虫数发展趋势（1914-1988） 0100200300400500600191419281936193819461948195419571960196319651967197519771978198019841988份 份份份份份份份份3害虫抗药性的特点： 1 害虫几乎对所有合成化学农药都会产生抗药性； 2 害虫

6、抗药性是全球现象，抗性形成有区域性； 3 随交互抗性和多抗性现象日趋严重，害虫对新的取代药剂的抗性有加快的趋势； 4 双翅目鳞翅目昆虫产生抗药性虫种数最多，农业害虫多于卫生害虫，重要农 业害虫抗药性尤为严重。 二、害虫抗药性的形成与机理二、害虫抗药性的形成与机理 （一）害虫抗药性的形成 1.四种学说：选择学说、诱导学说、基因重复学说、染色体重组学说4选择学说：选择学说：生物体内存在着抗性基因，从敏感品系到抗性品系，只是药剂 选择作用的结果。 诱导学说：诱导学说：生物体内不存在抗性基因，而是在药剂的诱导之下逐渐提高了 对药剂的抵抗性，发生突变，而形成抗性品系。 基因复增学说：基因复增学说：承认本

7、来有抗性基因存在，同时认为某些因子（如杀虫剂） 引起了基因的复增，抗性基因增加。 染色体重组学说染色体重组学说：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，这也是近年来提出的新学说。 2.抗性形成的影响因子 遗传学因子： 抗性基因的频率 抗性基因的显隐性 抗性等位基因的数量 抗性基因型的适合度 生物学因子 害虫的群体大小 每年发生的世代数 每代的虫数 生殖方式 害虫的扩散性 害虫的食性 操作因子 用药的种类、性质 药剂的剂型和残效期 施药的方式、浓度和次数 施药的虫期和范围 用药的历史 （二）昆虫抗药性机理 代谢作用的增强 靶标敏感性降低 穿透速率的降低 行为抗性 1 代谢酶活性

8、的增强 （1）氧化酶系：MFO 微粒体氧化酶系对杀虫剂的氧化作用主要可概括为以下 4 类反应： 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 （2）水解酶系：磷酸酯酶、羧酸酯酶、酰胺酶。 （3）谷胱甘肽转移酶 （4）硝基还原酶及脱氯化氢酶等 2 靶标酶敏感性降低 （1）乙酰胆碱酯酶5（2）神经钠通道 （3）-氨基丁酸（GABA） （4）乙酰胆碱受体 3 昆虫的物理保护机制： （1）表皮通透性的降低 （2）贮存在脂肪中的能力加强 （3）排泄作用增强 4 行为抗性 抗性的产生是由于改变昆虫行为习性的结果。如家蝇和蚊子会飞离药剂喷洒区或室内 作滞留

9、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。 三、害虫抗药性遗传三、害虫抗药性遗传 1 抗性等位基因频率 在自然种群中很低，大约在 10-210-4，称为抗性基因起始频率，起始频率 高，抗性形成快，反之则慢。 2 抗性基因的表现型显隐性 抗性品系和敏感品系杂交F1 （1）完全隐性 （2）完全显性 （3）中间性 （4）不完全显性 （5）不完全隐性 3 性连锁（伴性遗传） 从正反交试验中，还可确定抗性基因是否受细胞质影响，是常染色体遗传 还是性连锁遗传。正反交后代的染色体组成相同，但细胞质的来源是不同的。 如果来自抗性亲本雌的 F1 代比来自敏感亲本雌的 F1 代的抗性

10、水平高，就说明 抗性受到细胞质遗传因素的影响（或母性影响） 。如果正反交的 F1 代的雌雄性 别之间的抗性水平没有差异，说明抗性基因位于常染色体上（常染色体遗传） ； 反之，如果正反交的 F1 代的雌雄性别之间的抗性水平具有明显差异，则说明抗 性基因存在于性染色体上（即性联锁遗传） 。 4 单因子、多因子 杂交或回交试验来确定 杂交试验：F1 显性：IRRSSRSSSRS SS 50% 50%四、害虫抗药性的监测四、害虫抗药性的监测 1 抗药性监测：指通过生物测定、解毒酶活性分析、靶标敏感性测定或分子生 物学等技术，确证昆虫种群是否产生抗性，如果产生抗性，监测抗性水平和变化动态。62 抗性监测

11、的目的和意义 证实抗药性； 检测和区分抗性基因型； 提供抗性的早期预警； 明确抗性的分布及程度； 推荐抗性水平低的农药品种； 测定在田间条件下不同基因型的生物学特性； 检验抗性治理措施的效果。 3 抗性监测的技术 生物测定技术；生化检测技术；神经电生理检测技术；分子生物学检测技 术 （1）生物测定技术：活体 a.抗性倍数法（LD50） 让害虫在室内条件下接触到不同剂量（浓度）梯度的杀虫剂得到剂量反应 关系（LD-P 线） ，计算出 LD50（LC50）和 LD-P 线的斜率 b，然后与敏感品系相比 较计算出抗性倍数，以确定抗性的有无和程度。5050 LDLD 敏感种群抗性种群抗性倍数 160，

12、极高水平抗性 已知早期抗性，可以早日采取预防性治理策略。 具体方法：点滴法、浸渍法、饲喂法、药膜法、熏蒸法 b.区分剂量（discriminating dose）法 使用 1 至 2 个能够区分害虫种群中抗性个体、杂合子和敏感个体的剂量进 行测定，从而确定抗性个体频率。 该方法使用成功与否的关键是得到合适的区分剂量，通常做法是根据敏感 品系的 LD99或 LD99.9来确定，但最好通过抗性遗传分析得到区分剂量。 LD99：用来杀死一种昆虫群体中几乎所有敏感个体，而几乎不杀死该群体中表现型抗 性个体（包括抗性杂合子和抗性纯合子个体）的某一杀虫剂的剂量。在抗性遗传特征为完 全显性或不完全显性的情况

13、下，由于杂交 F1（RS或SR）的毒力回归线靠近抗 性亲本的毒力回归线，而与敏感亲本的毒力回归线往往不易重叠，通常就可以用敏感毒力 回归线的 LD99作为区分剂量，用该区分剂量处理某个种群，就可以得到该种群中抗性个体 百分率。 要得到一个准确的 LD99的理论值，用抗性遗传分析方法标定区分剂量。 c.单雌系 F1代遗传监测（检测）法Gould 等（1997）将区分剂量和单对杂交结合在一起提出单对 F1法（单对杂交法） 。 用室内筛选出的抗性品系与田间采集的个体进行单对杂交，其杂交后代（F1 代）幼虫在区 分剂量下受试，而确定早期抗性基因频率情况。其适用条件：隐性基因控制的抗性； 必须是单对基因

14、控制的抗性；实验室内要有纯度较高的抗性品系。与常规检测技术相比， 灵敏度很高达到 P10-3，能够监测出田间早期抗性基因频率。 d.F2代浓缩遗传法：检测敏感度比区分剂量法提高 10 倍 Andow 等（1998）提出 F2代遗传检测法从田间采集成虫进行单对交配，每个单对作为 一个单雌系，其后代进行同胞自交，自交后初孵幼虫（F2代幼虫）用区分剂量（或高表达7Bt 作物）进行抗性个体的筛选。理论上，如果 F2代的原始亲本中最初携带了一个抗性基因， 在 F2代幼虫中，约有 1/16 的个体为抗性纯合子（rr 基因型） 。初步检测到抗性个体的单雌 系进行单独饲养进行 F4 代核实验证，根据携带抗性基

15、因的单雌系数目进行评估大田害虫 种群的抗性等位基因频率。此法浓缩了抗性基因，尤其适用于检测田间稀有隐性抗性基因 的频率。 （2）生化检测法：离体 a.解毒酶活性检测技术 通常采用酶标板法检测昆虫个体的酯酶、多功能氧化酶和谷胱甘肽 S-转移 酶等对各自模式底物的活性。 b.靶标敏感性检测技术 检测乙酰胆碱对有机磷和氨基甲酸酯类杀虫剂的不敏感性，用神经电生理 方法检测昆虫神经对杀虫剂的不敏感性。 （3）分子生物学检测技术 目前，常用限制性酶切片段长度多态性（RFLP）和聚合酶链式反应（PCR）两种技术。 五、杀虫剂抗性治理五、杀虫剂抗性治理 1.杀虫剂抗性治理(Insecticide Resistance Management IRM)： 乔吉奥(Georghiou)(1977)提出，通过在时间和空