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田間麥蚜和實(shí)驗(yàn)室麥蚜抗藥性毒力測(cè)定和生化測(cè)定的研究

2016-09-06 09:07:34李宏德
甘肅農(nóng)業(yè) 2016年2期
關(guān)鍵詞:麥蚜酯酶吡蟲啉

李宏德

(甘肅省定西市安定區(qū)種子管理站,甘肅 定西 743000)

田間麥蚜和實(shí)驗(yàn)室麥蚜抗藥性毒力測(cè)定和生化測(cè)定的研究

李宏德

(甘肅省定西市安定區(qū)種子管理站,甘肅定西743000)

麥蚜是危害小麥的主要害蟲,主要通過取食和病毒傳播來?yè)p害農(nóng)作物。麥蚜的防治一直以化學(xué)防治為主,但由于其繁殖快,遺傳背景復(fù)雜等,致使其抗性發(fā)展速度快、程度高,對(duì)多種常用農(nóng)藥已產(chǎn)生了顯著抗性。筆者對(duì)從田間帶回的麥蚜進(jìn)行室內(nèi)培養(yǎng),并從其生測(cè),生物化學(xué)角度對(duì)其抗性機(jī)理進(jìn)行了研究,其結(jié)果如下:㈠分別用四大類別7種農(nóng)藥對(duì)田間麥蚜和室內(nèi)麥蚜進(jìn)行了毒力測(cè)定,在所有的藥劑中,氧化樂果對(duì)室內(nèi)品系的致死中濃度最低,毒死蜱對(duì)室內(nèi)品系的致死中濃度最高。相對(duì)于室內(nèi)品系,田間麥蚜對(duì)氧化樂果產(chǎn)生了40倍的抗性,對(duì)菊酯類的敵殺死產(chǎn)生了11倍的抗性,對(duì)滅多威產(chǎn)生了3倍的抗性,對(duì)于辛硫磷,吡蟲啉,速滅殺丁,毒死蜱等抗性不明顯。㈡測(cè)定了田間麥蚜和室內(nèi)品系的乙酰膽堿酯酶和羧酸酯酶的酶活性和動(dòng)力學(xué)常數(shù)。田間麥蚜的乙酰膽堿酯酶的活性及Vmax均小于敏感品系,而Km值大于敏感品系。對(duì)于其羧酸酯酶的水解活性,當(dāng)以α-NA為底物時(shí),田間麥蚜的羧酸酯酶水解活性明顯低于室內(nèi)品系的,而動(dòng)力學(xué)常數(shù)Km值與Vmax均大于室內(nèi)品系;當(dāng)以β-NA為底物時(shí),田間麥蚜的羧酸酯酶水解活性,動(dòng)力學(xué)常數(shù)Km,Vmax與室內(nèi)麥蚜無明顯區(qū)別。

麥蚜;羧酸酯酶;乙酰膽堿酯酶;抗性機(jī)制;玻璃管藥膜法

一、概述

麥蚜是危害小麥的主要害蟲,麥蚜俗稱小麥膩蟲,麥蚜是甘肅省麥田發(fā)生的主要蟲害之一,主要發(fā)生種類有麥二叉蚜(SchizaphisgraminumRonbani)、麥長(zhǎng)管蚜 (Macrosiphumavenae Fabricius)二種,其次還有麥無網(wǎng)長(zhǎng)管蚜和禾縊管蚜等發(fā)生危害較輕的種類。麥蚜1年可發(fā)生10~20余代。麥蚜在適宜的環(huán)境條件下,都以無翅型孤雌胎生若蚜生活。在營(yíng)養(yǎng)不足、環(huán)境惡化或蟲群密度大時(shí),則產(chǎn)生有翅型遷飛擴(kuò)散,但仍行孤雌胎生,只是在寒冷地區(qū)秋季才產(chǎn)生有性雌雄蚜交尾產(chǎn)卵。卵來春孵化為干母,繼續(xù)產(chǎn)生無翅型或有翅型蚜蟲。卵長(zhǎng)卵形,長(zhǎng)為寬的1倍,約1 mm,剛產(chǎn)出的卵淡黃色,逐漸加深,5d左右即呈黑色。干母、無翅雌蚜和有翅胎生蚜外部形態(tài)亦相似,除具性器外,一般個(gè)體稍小。麥蚜在寄主莖、葉及嫩穗上刺吸為害,吸取汁液使葉片出現(xiàn)黃斑或全部枯黃,生長(zhǎng)停滯,分蘗減少,籽粒饑瘦或不能結(jié)實(shí),對(duì)產(chǎn)量影響較大。麥二叉蚜還可傳播小麥病毒病。有些地方麥蚜發(fā)生高峰從2次增加到3次,防治次數(shù)多,用藥量加大。目前對(duì)麥蚜的防治仍以化學(xué)防治為主,化學(xué)農(nóng)藥無節(jié)制的濫用,造成該蟲的抗藥性迅速增加。所以對(duì)麥蚜抗藥性的研究就變的尤為重要。

(一)麥蚜的抗藥性現(xiàn)狀

魏岑等在1983~1987采用6個(gè)省市共8個(gè)地區(qū)麥蚜種群對(duì)6種農(nóng)藥進(jìn)行了點(diǎn)滴法毒力測(cè)定,探明了甘肅張掖、高臺(tái)麥長(zhǎng)管蚜對(duì)氧化樂果產(chǎn)生了10~15倍的抗性,隨后其他省區(qū)也陸續(xù)報(bào)道了麥蚜對(duì)氧化樂果的抗性,且產(chǎn)生抗性的種類也不斷增多,包括常用的有機(jī)磷和氨基甲酸酯類藥劑,其中特別對(duì)氰戊菊酯和溴氰菊酯的抗性最為突出。

蘇建昆等1986~1989年采用點(diǎn)滴法測(cè)定了揚(yáng)州市郊區(qū)麥蚜對(duì)常用殺蟲劑的敏感度水平,禾谷縊管蚜對(duì)各種殺蟲劑的敏感程度依次為溴氰菊酯>久效磷>樂果>氧化樂果>對(duì)硫磷>馬拉硫磷>氰戊菊酯>敵百蟲。麥長(zhǎng)管蚜對(duì)各種殺蟲劑的敏感程度依次為久效磷>馬拉硫磷>氧化樂果>對(duì)硫磷>氰戊菊酯>敵百蟲。2種麥蚜對(duì)各種殺蟲劑的敏感度有一定的同步關(guān)系。但禾谷縊管蚜對(duì)久效磷和氧化樂果的敏感度分別下降10和7倍。

劉慧平等1991~1995年采用點(diǎn)滴法測(cè)定了山西主要麥區(qū)晉中、臨汾、運(yùn)城麥長(zhǎng)管蚜對(duì)擬除蟲菊酯殺蟲劑溴氰菊酯、氰戊菊酯、氯氰菊酯,甲氰菊酯和有機(jī)磷殺蟲劑氧化樂果、樂果、馬拉硫磷、辛硫磷、敵敵畏的敏感性。測(cè)定結(jié)果表明:晉中麥長(zhǎng)管蚜已對(duì)氰戊菊酯和氯氰菊酯產(chǎn)生了一定水平的抗性,抗性指數(shù)分別為8.4和9.4倍。而對(duì)有機(jī)磷殺蟲劑除臨汾、晉中地區(qū)對(duì)氧化樂果和樂果產(chǎn)生了低水平抗藥性,抗性指數(shù)為5~7倍。

潘文亮等于2000年進(jìn)行了吡蟲啉對(duì)麥長(zhǎng)管蚜的抗藥性研究,結(jié)果發(fā)現(xiàn),所測(cè)不同地區(qū)的麥長(zhǎng)管蚜對(duì)吡蟲啉的敏感性差異不大,主要原因是由于各地尚未大量使用吡蟲啉防治這兩種害蟲。

洪波等于2001~2002年采用點(diǎn)滴法測(cè)定了寧夏地區(qū)麥長(zhǎng)管蚜、禾谷縊管蚜、麥二叉蚜對(duì)幾種殺蟲劑的敏感性。結(jié)果表明,3種麥蚜對(duì)滅多威、吡蟲啉、丁硫克百威敏感性高,而對(duì)敵敵畏、氯氰菊酯、氧化樂果和煙堿敏感性較低。比較不同地區(qū)麥蚜種群對(duì)殺蟲劑的敏感性,各地區(qū)麥長(zhǎng)管蚜種群對(duì)丁硫克百威、滅多威的敏感度差異較大,對(duì)其它供試藥劑的敏感度差異相對(duì)較小。

王曉軍等2004年采用麥穗浸漬法在室內(nèi)測(cè)定了麥長(zhǎng)管蚜和禾谷縊管蚜對(duì)吡蟲啉可濕性粉劑和乳油的敏感度。結(jié)果表明,禾谷縊管蚜對(duì)吡蟲啉的敏感度是麥長(zhǎng)管蚜的3~4倍(基于LC50的比較)。在北京、河南、江蘇、湖北、四川等地同濃度的吡蟲啉對(duì)禾谷縊管蚜的防治效果要好于麥長(zhǎng)管蚜,特別是在低濃度時(shí)尤為明顯[1-5]。

(二)抗藥性機(jī)理的研究

害蟲抗藥性是殺蟲劑選擇的結(jié)果,抗性機(jī)理可分為行為抗性、生理抗性和生化抗性(代謝抗性)3種,行為抗主要有2類:依賴刺激的行為回避和非依賴刺激的行為回避,生理、生化特性機(jī)理主要有以下幾個(gè)方面:表皮穿透速率敏感度降低,靶標(biāo)部位敏感度降低或改變,代謝酶活性升高。關(guān)于麥蚜的抗性機(jī)理問題,一般認(rèn)為,藥物在滲入表皮后達(dá)到作用部位靶體(如神經(jīng)系統(tǒng))之前,藥物的新陳代謝增加變成無毒的結(jié)果。這種新陳代謝包含了一系列的酶,其中水解酶是主要的一種。有機(jī)磷農(nóng)藥是磷酸酯類化合物,具有酯基,可能被水解酶斷裂而失去毒力,水解酶的含量和活性越高,分解斷裂有機(jī)磷的能力越強(qiáng),農(nóng)藥毒力越低。吡蟲啉是內(nèi)吸性殺蟲劑,同時(shí)具有胃毒和觸殺作用,該藥對(duì)飛虱、粉虱、蚜蟲等刺吸式口器害蟲及其抗藥性種群,具有優(yōu)異的防治效果,害蟲抗吡蟲啉的機(jī)理目前尚未明確。從現(xiàn)有結(jié)果來看,抗性的形成可能與害蟲解毒能力提高和靶標(biāo)部位對(duì)毒素敏感性降低有關(guān),或可能伴隨著表皮穿透率降低。Choi等研究了桃蚜對(duì)吡蟲啉的抗性機(jī)理,利用14C-吡蟲啉研究了抗性和敏感品系體內(nèi)的殘留動(dòng)態(tài),與敏感品系相比,抗性品系體內(nèi)的吡蟲啉殘留量較少,對(duì)吡蟲啉的排泄量有所增加。抗吡蟲啉桃蚜品系的乙酰膽堿酯酶活性是敏感種群的1.4倍,但吡蟲啉對(duì)2個(gè)品系都沒有抑制作用PBO和異稻瘟凈增效試驗(yàn)表明,吡蟲啉和PBO按1∶1和1∶5混合處理抗性個(gè)體,增效比值分別是69.4和250。吡蟲啉和IBP按 1∶1和1∶5混合處理抗性個(gè)體,增效比值分別是227和80.6,而對(duì)敏感品系的增效比值都在0.6~1之間。以α-NA和β-NA為底物測(cè)定了酯酶活性,抗性品系分別是敏感品系的1.4和2.4倍。以上研究表明,P450單加氧化酶和酯酶解毒能力的提高與抗性形成有關(guān)。

(三)羧酸酯酶與有機(jī)磷抗藥性分子機(jī)制

1.羧酸酯酶概述。羧酸酯酶(Carboxlesterase,CaEs,EC3.1.1.1)屬于α/β折疊水解酶家族,在水存在的條件下能夠水解代謝帶羧基的酯。α/β折疊水解酶包括磷酸三酯酶(如對(duì)氧磷酶)、膽堿酯酶、脂肪酶以及許多酶。這些酶的命名是基于它們8對(duì)幾乎平行的α/β結(jié)構(gòu)及其具有典型的可塑性的特性。蛋白質(zhì)的這種折疊屬性使其結(jié)構(gòu)域大小的變化范圍很大。羧酸酯酶存在于許多組織中,包括肝,腎,小腸,心臟,肌肉,肺,腦,睪丸,鼻和呼吸組織,脂肪組織,血細(xì)胞和血液。然而,羧酸酯酶的表達(dá)和活性依賴于組織,不同組織表達(dá)水平和活性有很大的變化。[6-10]

昆蟲中羧酸酯酶在細(xì)胞中可能主要以可溶性蛋白分子形式存在,羧酸酯酶分布的研究較少,在黑尾葉蟬、棉蚜、白背飛虱和褐飛虱中羧酸酯酶活性主要分布于上清液中(姚洪渭等,2001)。在銅綠蠅敏感品系和馬拉硫磷抗性品系中,羧酸酯酶活力均主要集中于上清液和線粒體中(Whyardetal,1994)。李騰武等(1999)對(duì)采自不同地區(qū)的小菜蛾種群幼蟲不同亞細(xì)胞層羧酸酯酶的活性分布結(jié)果表明,羧酸酯酶活性亞細(xì)胞分布沒有明顯差異,羧酸酯酶活性以線粒體層分布最高,占34%~52%。

CaEs可催化水解眾多藥物和內(nèi)源化合物,如鹽酸腎上腺素異戊酯、碳酸鹽、可卡因、水楊酸、辣椒素、棕櫚酸酰、氟哌啶醇、咪唑普利、吡咯烷生物堿、類固醇等。近年來研究發(fā)現(xiàn)CaEs還能水解老鼠胰腺和腎中類固醇中的脂肪酸酯[11-16]。此外,CaEs又被確定為代謝活化前藥過程中的一個(gè)關(guān)鍵性酶,可起到抑制藥物和活化前藥的作用[5]。

有關(guān)羧酸酯酶多態(tài)性已被報(bào)道了,其中值得一提的是鑒別了單個(gè)羧酸酯酶(CaE2或CES2)中15個(gè)單核苷酸多態(tài)性(SNPs)。隨著眾多酯酶被鑒定,酯酶家族一直不斷的壯大。Aldridge(1953)根據(jù)酯酶與有機(jī)磷的相互作用把酯酶分為三類:一是A-酯酶,這類酶能耐受有機(jī)磷,并把它們作為底物進(jìn)行水解;二是B-酯酶,這類酶對(duì)對(duì)氧磷等有機(jī)磷很敏感,能被這些有機(jī)磷抑制;三是C-酯酶,既不被有機(jī)磷抑制,又不能水解這些有機(jī)磷。許多A酯酶能通過活性位點(diǎn)上乙?;陌腚装彼崴庥袡C(jī)磷,這些酶被稱為磷酸三酯水解酶(Reiner,1993;Walker,1993)。羧酸酯酶主要指B-酯酶,這些酶具有一個(gè)絲氨酸活性位點(diǎn),因此B酯酶和絲氨酸水解酶是同義的。

2.羧酸酯酶與有機(jī)磷抗藥性。Matsumura和Brown在1961年首次報(bào)道了抗馬拉硫磷蹌斑庫(kù)蚊(Calextarsalls)的羧酸酯酶活性高于敏感品系。世界各地報(bào)道的許多昆蟲對(duì)有機(jī)磷的抗性往往與高活性酯酶有關(guān)??剐院兔舾袀€(gè)體酯酶活性的極大差異可以是量的差異,也可以是質(zhì)(酯酶發(fā)生變構(gòu))的差異,或兩者兼有。關(guān)于酯酶在有機(jī)磷抗性棉蚜中的作用機(jī)理,Owusu(1994)認(rèn)為CarE很可能永久地與殺蟲劑結(jié)合,使殺蟲劑失效進(jìn)而保護(hù)殺蟲劑作用的活性位點(diǎn)。Suzuki(1993)認(rèn)為CarE對(duì)殺蟲劑的解毒作用主要是酶與殺蟲劑的結(jié)合作用,CarE的所有同工酶都與有機(jī)磷抗性有關(guān),其總酶活力與抗性程度有關(guān)。Satio(2000)通過殺螟硫磷對(duì)CarE活力的完全抑制這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果印證了Suzuki的觀點(diǎn)。

(四)乙酰膽堿酯酶與有機(jī)磷抗藥性分子機(jī)制

1.乙酰膽堿酯酶概述。膽堿酯酶(cholinesterase,ChE)是一類絲氨酸水解酶,同其他絲氨酸水解酶相比,在活性中心絲氨酸周圍有一個(gè)共同的五肽序列,并在膽堿酯酶和甲狀腺球蛋白的羧基端區(qū)之間具有明顯的序列同源性。依其底物特異性可分為乙酰膽堿酯酶和丁酰膽堿酯酶(BuChE)兩種。在脊椎動(dòng)物體內(nèi),膽堿有兩種:AChE和BuChE,兩者的基因結(jié)構(gòu)、氨基酸序列及空間三維構(gòu)型均顯示了很高的同源性,兩者的主要差異在于對(duì)乙酰膽堿(ACh)、丁酰膽堿(BuCh)兩種底物有明顯不同的選擇性。昆蟲體內(nèi),膽堿酯酶僅有一種,該酶對(duì)底物的選擇性位于AChE和BuChE之間。但對(duì)ACh的選擇性仍強(qiáng)于BuCh,所以昆蟲體內(nèi)的膽堿酯酶仍習(xí)慣性地稱為AChE。AChE主要分布于動(dòng)物的神經(jīng)系統(tǒng)和脊椎動(dòng)物的紅血球以及肌肉中。AChE的體軀分布因昆蟲種類而異。Booth等(1987)分析了八種昆蟲包括嶂螂、蟋蟀、蜜蜂、家蠅、蚊子、皮蠢、刺蠟和納的AChE的組織分布,發(fā)現(xiàn)其遍布于中樞神經(jīng)系統(tǒng),包括突觸和非突觸結(jié)構(gòu)。在鞘翅目的棉鈴象甲(Anthonomusgrandis)、棉鈴蟲(Helicoverpa armigera)、二化螟(Chilosuppressalis)、黑腹果蠅(Drosophila melanogast)、騷擾角(Haematohia irritans)中,AChE主要分布在頭胸部,以腹部最少(Bulland Lundquist,1968;Melanson等,1985;Xu and Bull,1994;高希武等,1998;彭宇,2000)。對(duì)于蜚鐮目的美洲大鐮和白背飛虱(Sogatella furcifera)其頭部、胸部、腹部身體的各部分AChE活性相差不大(唐振華,1993;姚洪渭等,2001)。另外,在一些昆蟲的血淋巴(Arpagaus and Toutant,1985)中也發(fā)現(xiàn)了AChE的存在??梢姡珹ChE不僅存在于昆蟲的中樞神經(jīng)系統(tǒng),也存在于其它的組織器官。

2.乙酰膽堿酯酶靶標(biāo)不敏感與有機(jī)磷抗藥性。乙酰膽堿酯酶(acetylcholinesterase,AChE)是生物神經(jīng)傳導(dǎo)中的一種關(guān)鍵性的酶。在膽堿能突觸間,該酶能降解乙酰膽堿,終止神經(jīng)遞質(zhì)對(duì)后膜的刺激作用,保證神經(jīng)沖動(dòng)在突觸間正常傳導(dǎo)。AChE是有機(jī)磷和氨基甲酸酯類殺蟲劑的作用靶標(biāo)。有機(jī)磷和氨基甲酸酯類殺蟲劑首先和AChE形成一個(gè)復(fù)合體,然后發(fā)生酶的磷?;虬被柞;@也就造成了酶的被抑制。AChE被抑制后,使ACh在突觸處積累,過量的ACh造成去極化阻斷,從而抑制了正常的神經(jīng)傳導(dǎo),神經(jīng)傳導(dǎo)的阻斷必然會(huì)影響整個(gè)生理生化過程的失調(diào)與破壞,最終造成昆蟲的死亡。

在抗性昆蟲,AChE活性往往增強(qiáng),而更多是由于AchE變構(gòu)所致。也有研究認(rèn)為抗性與AchE蛋白多態(tài)性的丟失相關(guān)[17-23]。

乙酰膽堿酯酶靶標(biāo)不敏感性是害蟲對(duì)有機(jī)磷和氨基甲酸酯類殺蟲劑產(chǎn)生抗藥性的主要原因(Feyereisen1995)。自從首次在黑腹果蠅(Drosophila melanogaster)乙酰膽堿酯酶基因中發(fā)現(xiàn)與抗藥性有關(guān)的突變位點(diǎn)(F115S,I199V,G303A,F(xiàn)368Y)后(Muteroet al.,1994),隨后又在馬鈴薯葉甲(Leptinotarsa decemlineata)(Zhu et al.,1996;Kim et al.,2006),家蠅(Musca domestica)(Walsh et al.,2001),桔小實(shí)蠅(Bactrocera dorsalis)(Hsu et al.,2006),棉蚜 (Aphis gossypii)(Li and Han 2004;Andrews et al.,2004;Toda et al.,2004;Benting and Nauen 2004),麥長(zhǎng)管蚜(Sitobion avenae)(Chen et al.,2007),桃蚜(Myzus persicae)(Nabeshima et al.,2003),淡色庫(kù)蚊(Culexpipiens)(Weill et al.,2003;Haoues et al.,2007),瘧蚊(Anopheles gambiae)(Weill et al.,2003),三帶喙庫(kù)蚊(Culextritaeniorhynchus)(Oh et al.,2006),二斑葉螨(Tetranychus urticae)(Anazawa et al.,2003),棉鈴蟲(Helicoverpa armigera)(Ren et al.,2002),蘋果蠹蛾(Cydia pomonella)(Stefano et al.,2006),Bractocera oleae(Vontas et al.,2002),小菜蛾(Jietal.,2005;Lee etal.,2007)的Ⅰ型或Ⅱ型乙酰膽堿酯酶中發(fā)現(xiàn)一些與抗藥性相關(guān)的突變位點(diǎn)。

(五)研究意義

目前國(guó)內(nèi)外科學(xué)家對(duì)麥蚜的生物學(xué)、生態(tài)學(xué)、防治等方面報(bào)道較多,而對(duì)抗藥性的研究?jī)H限于表層的研究,如對(duì)農(nóng)藥的敏感性,致死中濃度的研究較多。而對(duì)抗藥性機(jī)理,分子蛋白等方面的報(bào)道相對(duì)來說較少。所以本實(shí)驗(yàn)通過對(duì)兩種種群麥蚜的毒力測(cè)定及羧酸酯酶和乙酰膽堿酯酶活性及動(dòng)力學(xué)參數(shù)進(jìn)行測(cè)定對(duì)比,明確了羧酸之酶和乙酰膽堿酯酶在麥蚜產(chǎn)生抗性過程中所起的作用。為田間麥蚜的抗性診斷及治理提供可靠的理論依據(jù)和切實(shí)可行的方法。

二、麥蚜的毒力測(cè)定

(一)材料與方法

1.供試藥劑。75%氧樂果原藥(原中國(guó)人民解放軍第九七一五工廠),40%辛硫磷乳油 (江蘇寶靈化工股份有限公司),40%毒死蜱乳油(江蘇寶靈化工股份有限公司),20%滅多威可濕性粉劑(英國(guó)LK作物科學(xué)有限公司),20%速滅殺丁,25%敵殺死,20%滅多威,95%吡蟲啉。

2.田間麥蚜與敏感麥蚜的選育

(1)供試蟲源。田間麥蚜是從田間麥田隨機(jī)采集帶有麥蚜葉片,帶回室內(nèi),并在不接觸藥劑的情況下進(jìn)行室內(nèi)飼養(yǎng)。室內(nèi)麥蚜為實(shí)驗(yàn)室在不接觸藥劑下長(zhǎng)期飼養(yǎng)蟲源.

(2)麥蚜的飼養(yǎng)。在上方為玻璃、四周為100目尼龍紗圍住的養(yǎng)蟲籠中單獨(dú)飼養(yǎng)田間麥蚜和敏感麥蚜,養(yǎng)蟲籠基本可以避免外界昆蟲的進(jìn)入,麥苗正常飼養(yǎng),所用培養(yǎng)土為營(yíng)養(yǎng)土。每盆土中種20~30粒小麥種子,于正常室溫光照下飼養(yǎng),待麥苗長(zhǎng)到一定高度,將麥蚜均勻的接到麥苗上,繼續(xù)培養(yǎng),每天澆水一次,當(dāng)麥蚜長(zhǎng)成無翅成蚜?xí)r即可選用。

(3)毒力測(cè)定方法。毒力測(cè)定采用Shotkoski等(1990)和高希武等[16]的玻璃管藥膜法,略有改進(jìn)。先將殺蟲藥劑用丙酮配置成1 000 mg/L的母液,使用時(shí)用丙酮稀釋,按等比或等差稀釋成需要的濃度[16]。從稀釋好的藥液中吸取200 μL加入到直徑2 cm,高5.2 cm的玻璃管(內(nèi)表面積36 cm2)中,將玻璃管放于桌上均勻滾動(dòng),待丙酮揮發(fā)后用于毒力測(cè)定。對(duì)照單獨(dú)用丙酮處理。挑取健康一致的無翅成蚜進(jìn)行試驗(yàn),每個(gè)制備好的藥膜管放置20頭蚜蟲,將試管口用棉花堵住,防止蚜蟲跑出。蚜蟲挑選時(shí),應(yīng)在所有麥苗上均勻選取,不應(yīng)只在一盆麥苗上挑選,這樣不能代表整個(gè)種群,實(shí)驗(yàn)結(jié)果勢(shì)必不會(huì)準(zhǔn)確。麥蚜盡量選擇個(gè)頭較大,大小較一致的無翅成蚜。在室內(nèi)正常飼養(yǎng)條件下(溫度18~25℃,相對(duì)濕度大約為50%~70%,光照為17L∶7D)[16],3 h后檢查死亡率,其中只有一條腿動(dòng)或者完全不動(dòng)者記為死,記錄死亡數(shù),用polo軟件計(jì)算出LC50,斜率等。每個(gè)藥劑六七個(gè)濃度,每個(gè)濃度3次重復(fù)。

本實(shí)驗(yàn)中先對(duì)7種農(nóng)藥進(jìn)行預(yù)實(shí)驗(yàn),分別記錄每種農(nóng)藥對(duì)田間麥蚜和敏感麥蚜致死的大概中心濃度.以此濃度為中間值,上下共設(shè)六組濃度梯度,彼此間為2倍的關(guān)系,稀釋時(shí)所用溶劑為丙醇,每組設(shè)3次重復(fù)。

(二)結(jié)果與分析

實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下表所示,田間麥蚜和室內(nèi)麥蚜對(duì)新煙堿類藥劑吡蟲啉的LC50值分別為0.4548和1.63417 mg/L;對(duì)氨基甲酸酯類藥劑滅多威LC50值為2.19450和0.73026 mg/L;對(duì)有機(jī)磷類藥劑氧樂果,辛硫磷、毒死蜱的LC50值0.586~18.336 mg/L和0.045~9.45 mg/L。田間麥蚜對(duì)7種農(nóng)藥的敏感度由高到低依次為吡蟲啉,毒死蜱,辛硫磷,滅多威,速滅殺丁,氧化樂果,敵殺死。室內(nèi)麥蚜對(duì)7種農(nóng)藥的敏感度由高到低為氧化樂果,滅多威,吡蟲啉,敵殺死,辛硫磷,速滅殺丁,毒死蜱

田間麥蚜對(duì)三種藥劑的抗性相對(duì)室內(nèi)麥蚜來說非常明顯,其中,對(duì)于氧化樂果,敵殺死,滅多威三種農(nóng)藥的LC50,田間麥蚜的LC50分別為室內(nèi)麥蚜的40倍,11倍,3倍。由表1可看出,田間麥蚜對(duì)于有機(jī)磷類的氧化樂果的抗性最高。

表1 田間麥蚜與敏感麥蚜的毒力測(cè)定結(jié)果

(三)討論

關(guān)于蚜蟲的生物測(cè)定方法有浸蟲法、浸葉片法、點(diǎn)滴法、噴霧法等多種,本實(shí)驗(yàn)為了便于操作、節(jié)省時(shí)間,選擇了玻璃管藥膜法。處理后檢查死亡率的時(shí)間是影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的一個(gè)重要因子,通過觀察不同時(shí)間的死亡率,最后確定了處理后3 h作為標(biāo)準(zhǔn)。玻璃管藥膜法在國(guó)外也是一種常用的藥劑敏感度測(cè)定方法。

點(diǎn)滴法是一種比較精確的方法,但是其致命的缺點(diǎn)是要求測(cè)定人員技術(shù)熟練,特別是對(duì)蚜蟲類的測(cè)定,在國(guó)外很少采用;葉片藥膜法由于小麥葉片比較狹窄不適于用于葉片藥膜法;浸蟲法的程序也是比較復(fù)雜的。相比之下玻璃管藥膜法易用性要明顯優(yōu)于其他方法[16]。

對(duì)兩類麥蚜毒力測(cè)定結(jié)果可看出,田間麥蚜相對(duì)于室內(nèi)品系來說對(duì)有機(jī)磷類農(nóng)藥的氧化樂果抗性最高,而對(duì)同是有機(jī)磷類的毒死蜱和辛硫磷致死中濃度很低,非常敏感。對(duì)于氨基甲酸酯類的滅多威有一定的抗性。對(duì)于菊酯類的敵殺死抗性很高,而對(duì)于同是菊酯類的速滅殺丁來說敏感度較高。由此可見,田間麥蚜對(duì)于某些殺蟲劑有明顯抗性,而對(duì)于一些殺蟲劑來說其敏感度較高。

三、羧酸酯酶和乙酰膽堿酯酶與田間麥蚜抗藥性關(guān)系研究

羧酸酯酶(CarE)是昆蟲體內(nèi)重要的水解酶之一,一般認(rèn)為它在有機(jī)磷及擬除蟲菊酯殺蟲劑抗性中起著重要的作用。乙酰膽堿酯酶(AChE)作為有機(jī)磷和氨基甲酸酯類藥劑的作用靶標(biāo),在害蟲抗藥性形成過程中具有重要作用。了解羧酸酯酶和乙酰膽堿酯酶特性的變化對(duì)研究麥蚜的抗性機(jī)制有著重要的作用。

(一)材料與方法

1.藥劑。75%氧樂果原藥(原中國(guó)人民解放軍第九七一五工廠);α-乙酸萘酯(α-NA)、β-乙酸萘酯(β-NA)、固藍(lán)B鹽、毒扁豆堿和牛血清白蛋白(BSA)均購(gòu)自 SIGMA-ALDRICH,考馬斯亮藍(lán)G-250。

2.試蟲來源。同上。

(二)乙酰膽堿酯酶比活力測(cè)定

1.試劑配制。配置0.1 mg/mL的牛血清蛋白液;磷酸緩沖液(pH7.0,0.04M)。

考馬斯亮藍(lán)G-250試液的配置:考馬斯亮藍(lán)G-250 100 mg+95%乙醇50 ml+85%H3PO4100 mL,蒸餾水定容至1 L,過濾。

配置ATCH(硫代乙酰膽堿)10 mm/l;DTNB(5,5-二硫雙-2-硝基苯甲酸)0.0125 mm/l。

2.乙酰膽堿酯酶酶液的制備。取田間麥蚜和敏感麥蚜各300頭,在冰水浴中預(yù)冷20 min,于4℃,10 000 g冷凍離心20 min,取上清,離心后,若有脂肪體可抽取過濾,抽濾瓶應(yīng)預(yù)先冷凍。將上清液分裝于預(yù)冷好的離心管中,備用。

3.蛋白質(zhì)(pr)標(biāo)準(zhǔn)曲線制作。參照Bradford[22]考馬斯亮藍(lán)G-250法將試管分成8組,每組設(shè)3個(gè)重復(fù),按照表2加入試劑。

Buffer為不含Triton x-100(聚乙二醇辛基苯基醚)的PH7.5磷酸緩沖液。大量的去污劑如Triton X-100等會(huì)干擾測(cè)定?;靹?,室溫放置10~20 min,分光光度計(jì)595 nm處測(cè)定吸光值,重復(fù)三次取平均值。以標(biāo)準(zhǔn)蛋白濃度(mL)為橫坐標(biāo),OD值為縱坐標(biāo),做出蛋白質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)曲線。

表2 蛋白質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)曲線應(yīng)加試劑

4.樣本測(cè)定。挑取田間麥蚜和敏感品系無翅健壯成蚜各300頭,加入1 mLpH 7.0,0.04 M磷酸緩沖液勻漿,4℃,10 800 rpm離心15 min,取上清液0.05 mL,加入磷酸緩沖液0.95 mL,加入染色液5 mL,混合均勻后在2 min至1 h內(nèi)測(cè)OD595值,由標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算得到麥蚜蛋白質(zhì)含量。

5.乙酰膽堿酯酶活力測(cè)定。采用Gorun(1978)改進(jìn)的Ellman方法,取四支試管,分別加入0.1 mL碘化硫代乙酰膽堿(ATCh)(10 mmol/L)作底物,前三支試管再分別加入0.1 mL AChE反應(yīng)生成硫代膽堿和乙酸,在30℃水浴中反應(yīng)15 min,振蕩3次。然后加入0.9 mL顯色劑(DTNB)顯色并中止反應(yīng),第四支試管為空白管,在加入顯色劑后補(bǔ)加0.1 mL酶液,將試劑振蕩均勻,在412 nm下測(cè)定光密度(OD)值[17]。按照如下公式即可算出乙酰膽堿酯酶的比活力。

AChE的比活力比活力(mol/mg.Pr.min)=(ODV總)/(TPr. VE)

6.乙酰膽堿酯酶Km和Vmax的測(cè)定。Km是酶的特征性常數(shù),該值的大小表明酶和底物之間親和力的高低[21]。將麥蚜乙酰膽堿酯酶液稀釋成所需倍數(shù)用于測(cè)定羧酸酯酶的Km及Vmax,將試管分成7組,每組設(shè)三個(gè)重復(fù)和一個(gè)對(duì)照,按照表3加入試劑[1]。

室溫放置15 min,600 nm(或550 nm)下比色測(cè)定OD值。

根據(jù)蛋白含量的測(cè)定,計(jì)算出不同底物濃度下羧酸酯酶的比活力,然后根據(jù)Enzif軟件計(jì)算出Km和Vmax值。

表3 乙酰膽堿酯酶Km和Vmax應(yīng)加試劑

(三)羧酸酯酶活力測(cè)定

1.試劑配制。配制0.1 mg/mL的牛血清蛋白液及考馬斯亮蘭顯色劑,0.03 Mα-NA,β-NA,α-NPr含0.03 M毒扁豆堿,磷酸緩沖液PBS(pH7.0,0.04 M);顯色劑:1%固蘭B鹽+5%SDS(2:5)。

2.酶液制備。挑取田間麥蚜和敏感品系無翅健壯成蚜各300頭,加入1 mLpH 7.0,0.04 M磷酸緩沖液勻漿,4℃,10 800 rpm離心15 min,上清液為酶液母液,將其分裝置于-20℃,根據(jù)不同品系的抗性程度稀釋20~30倍用于實(shí)驗(yàn)。

3.蛋白質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)曲線制作。將試管分成7組,每組設(shè)3個(gè)重復(fù),按照表4加入試劑。

表4 羧酸酯酶活力測(cè)定應(yīng)加試劑

混勻,室溫放置10~20 min,分光光度計(jì)595 nm處測(cè)定吸光值,重復(fù)三次取平均值。以標(biāo)準(zhǔn)蛋白濃度(mL)為橫坐標(biāo),OD值為縱坐標(biāo),做出蛋白質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)曲線。

4.麥蚜羧酸酯酶活力的測(cè)定。羧酸酯酶比活力測(cè)定方法參照高希武[22]的方法并稍加修改。取七支試管分別加入PH 7.0,0.04 mol/L磷酸緩沖液0.9 mL,3×10-4 M底物(含毒扁毒堿,1:1)1.8 mL,前六支試管中再分別加入適當(dāng)稀釋的酶液100 μL,30℃水浴中反應(yīng)15 min后,加入0.9 mL顯色劑(1%固藍(lán)B鹽:5%SDS2:5)終止反應(yīng)。第七支試管為空白管,在加入顯色劑后補(bǔ)加100 uL酶液。靜置15 min后,在分光光度計(jì)中于600 nm(α-NA)或550 nm(β-NA)波長(zhǎng)測(cè)定光吸收值。根據(jù)得到的OD值和酶液蛋白含量,按照如下公式即可算出羧酸酯酶的比活力。比活力(mol/mg.Pr.min)=(ODV總)/(TPr.VE)

其中:V總為反應(yīng)總體系(mL);T為反應(yīng)時(shí)間(min);Pr.為蛋白含量(mg/mL);VE為反應(yīng)酶液體積(mL)。

5.麥蚜羧酸酯酶Km及Vmax測(cè)定。將麥蚜羧酸酯酶酶液稀釋成所需倍數(shù)用于測(cè)定羧酸酯酶的Km及Vmax,將試管分成7組,每組設(shè)三個(gè)重復(fù)和一個(gè)對(duì)照,按照表5加入試劑。

室溫放置15 min,600 nm(或550 nm)下比色測(cè)定OD值。

根據(jù)蛋白含量的測(cè)定,計(jì)算出不同底物濃度下羧酸酯酶的比活力,然后根據(jù)Enzif軟件計(jì)算出Km和Vmax值。

(四)結(jié)果與分析

1.ACHE比活力測(cè)定。ACHE活力測(cè)定結(jié)果如表6,田間麥蚜AchE的比活力1.59±0.016 mol/mg.pr.min,室內(nèi)麥蚜AchE的比活力為3.26±0.104 mol/mg.pr.min,室內(nèi)麥蚜的AchE比活力是田間麥蚜的2倍。

表5 麥蚜羧酸酯酶Km及Vmax測(cè)定應(yīng)加試劑

表6 田間麥蚜和室內(nèi)品系乙酰膽堿酯酶比活力測(cè)定結(jié)果

2.ACHE的km值與Vmax。田間麥蚜的km值為25.76 mol/L大于室內(nèi)麥蚜的20.4 mol/L,而最大反應(yīng)速度為1.867 mol/mg.pr.min小于室內(nèi)麥蚜的2.850mol/mg.pr.min。

表7 田間麥蚜和室內(nèi)品系乙酰膽堿酯酶的Km與Vmax

3.羧酸酯酶比活力。當(dāng)?shù)孜餅棣?NA時(shí),田間麥蚜的比活力為48.65 mol/mg.Pr.min,小于室內(nèi)麥蚜的121.11 mol/mg. Pr.min。而當(dāng)?shù)孜餅棣?NA時(shí),田間麥蚜的比活力為497.46± 8.50 mol/mg.Pr.min,大于室內(nèi)麥蚜的348.11±1.29 mol/mg.Pr. min。

表8 田間麥蚜和室內(nèi)品系羧酸酯酶的比活力

4.羧酸酯酶km值與Vmax。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,田間品系羧酸酯酶Km值均大于敏感品系(1.05~1.22倍);抗性品系羧酸酯酶最大反應(yīng)速度Vmax也均大于敏感品系1.15倍左右。

表9 室內(nèi)麥蚜及田間麥蚜羧酸酯酶的Km和Vmax值

(五)討論

害蟲的抗藥性問題是害蟲綜合治理中最重要的問題之一,明確害蟲抗藥性機(jī)制是害蟲抗藥性治理的基礎(chǔ)。長(zhǎng)期以來,人們一直關(guān)心對(duì)抗性生化機(jī)制的研究。近來,已有研究表明昆蟲對(duì)殺蟲劑的代謝能力提高是抗藥性產(chǎn)生的重要原因,主要表現(xiàn)為一系列解毒酶活性的提高[23]。

乙酰膽堿酯酶是多種藥劑的靶標(biāo)酶,在正常昆蟲中,殺蟲劑使AchE活性降低,神經(jīng)突觸間的傳遞物質(zhì)乙酰膽堿的正常釋放或接收遭到破壞,打斷神經(jīng)傳導(dǎo),使昆蟲死亡;而在抗性昆蟲中,由于藥劑的長(zhǎng)期選擇作用,突觸間的物質(zhì)傳遞活動(dòng)已對(duì)藥劑的干擾或破壞作用有了很強(qiáng)的適應(yīng)性,發(fā)生了某些改變,甚至完全可以不受藥劑的干擾而進(jìn)行正常的神經(jīng)傳導(dǎo)活動(dòng),這樣毒物藥劑就失去了效用,昆蟲不能因神經(jīng)傳導(dǎo)中斷而死亡,害蟲表現(xiàn)為抗藥性。Torre,etal.(2002)曾指出,AChE是反映有機(jī)磷和氨基甲酸酯類農(nóng)藥污染最有效的生物標(biāo)記酶.因此研究昆蟲AChE的特性及有機(jī)磷和氨基甲酸酯類殺蟲劑對(duì)其抑制作用,是研究這些殺蟲劑的作用機(jī)理和抗性機(jī)理的基礎(chǔ)。

本實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示田間麥蚜的乙酰膽堿酯酶的活性與Vmax均小于室內(nèi)品系,而田間麥蚜的Km值大于室內(nèi)品系,Km是酶的特征性常數(shù),該值的大小表明酶和底物之間親和力的高低。可見田間麥蚜的AchE與底物的結(jié)合力較低,田間麥蚜的AChE對(duì)殺蟲劑的敏感性下降,可能是田間麥蚜AChE的量過高所致,也可能是AChE性質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變,這還有待進(jìn)一步研究證明。

羧酸酯酶是昆蟲體內(nèi)重要的解毒酶系,它不僅具有廣泛的底物特異性,可以水解羧酸酯鍵、酰胺鍵和硫酯鍵,在對(duì)含酯鍵殺蟲劑的水解方面起著重要作用,而且還可以作為結(jié)合蛋白與殺蟲劑分子不可逆結(jié)合,使其不能到達(dá)靶標(biāo),從而起到對(duì)殺蟲劑的隔離作用。昆蟲體內(nèi)該酶活性的高低會(huì)直接影響其對(duì)殺蟲藥劑的抵抗能力。

本實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,當(dāng)以α-NA為底物時(shí),田間麥蚜的羧酸酯酶水解活性明顯低于室內(nèi)品系的,而動(dòng)力學(xué)常數(shù)Km值與Vmax均大于室內(nèi)品系;當(dāng)以β-NA為底物時(shí),田間麥蚜的羧酸酯酶水解活性,動(dòng)力學(xué)常數(shù)Km,Vmax均與室內(nèi)麥蚜無明顯區(qū)別。

由上述結(jié)果可推斷,田間麥蚜對(duì)于不同種類的農(nóng)藥產(chǎn)生高低不同的抗性與其體內(nèi)的乙酰膽堿酯酶有顯著關(guān)系而與羧酸酯酶關(guān)系不大。

四、結(jié)論

文章對(duì)田間麥蚜和實(shí)驗(yàn)室麥蚜進(jìn)行了毒力測(cè)定以及生化測(cè)定。毒力測(cè)定使用了四大類別7種農(nóng)藥,結(jié)果顯示,田間麥蚜相對(duì)于室內(nèi)麥蚜來說,對(duì)于對(duì)于有機(jī)磷類的氧化樂果,菊酯類的敵殺死,氨基甲酸酯類的滅多威三種農(nóng)藥的LC50,田間麥蚜的LC50分別為敏感麥蚜的40倍、11倍、3倍??剐悦黠@。對(duì)于辛硫磷,毒死蜱,速滅殺丁和吡蟲啉,田間麥蚜的敏感性較高,沒有表現(xiàn)出抗性。由此可見,田間麥蚜對(duì)于某些農(nóng)藥

表現(xiàn)出明顯抗性,該類農(nóng)藥應(yīng)是經(jīng)常用于麥蚜治理。

田間麥蚜對(duì)于生化測(cè)定來說,田間麥蚜的乙酰膽堿酯酶的活性及Vmax均小于室內(nèi)品系,而Km值大于室內(nèi)品系。對(duì)于其羧酸酯酶的水解活性,當(dāng)以α-NA為底物時(shí),田間麥蚜

的羧酸酯酶水解活性明顯低于室內(nèi)品系的,而動(dòng)力學(xué)常數(shù)Km值與Vmax均大于室內(nèi)品系;當(dāng)以β-NA為底物時(shí),田間麥蚜的羧酸酯酶水解活性,動(dòng)力學(xué)常數(shù)Km,Vmax均與室內(nèi)麥蚜無明顯區(qū)別。這可能是由于本實(shí)驗(yàn)所用麥蚜均采自田間田間,對(duì)其用藥背景不了解,其抗性背景較復(fù)雜.由上述結(jié)果可推斷,田間麥蚜對(duì)于不同種類的農(nóng)藥產(chǎn)生高低不同的抗性與其體內(nèi)的乙酰膽堿酯酶有顯著關(guān)系而與羧酸酯酶關(guān)系不大。

本試驗(yàn)的結(jié)果只是初步研究了田間麥蚜的抗藥性及抗性機(jī)制產(chǎn)生的原因.若要進(jìn)一步了解乙酰膽堿酯酶是如何參與其抗性過程還需進(jìn)一步做分子生物學(xué)的實(shí)驗(yàn).

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(編輯:張瓊瓊)

S481.4

B

1673-9019(2016)02-00-0

2016-01-06

李宏德(1990-),男,甘肅定西人,主要從事馬鈴薯良種生產(chǎn)工作。

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基于Allee效應(yīng)的麥蚜種群捕食-食餌模型的分析與控制
2017年巴西進(jìn)口近8000t吡蟲啉價(jià)格上漲感受明顯
蜈蚣草化學(xué)成分及抑制乙酰膽堿酯酶生物活性研究
新的藥根堿三唑的合成與抗菌以及乙酰膽酯酶抑制活性評(píng)價(jià)
“真巧+好拌”拌種防治麥蚜效果及對(duì)小麥生長(zhǎng)發(fā)育的影響
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