尤春梅,王曉軍,高希武*
(1.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)昆蟲學(xué)系,北京100193;2.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)藥檢定所,北京100125)
衛(wèi)生害蟲主要包括蚊類、蠅類、蟻類、蜚蠊、蚤、臭蟲、蜱等,嚴(yán)重威脅人畜健康?;瘜W(xué)防治,如氨基甲酸酯類、有機磷類、擬除蟲菊酯類藥劑的應(yīng)用,是防治衛(wèi)生害蟲的重要手段,但長期使用這些藥劑會導(dǎo)致衛(wèi)生害蟲對這些藥劑產(chǎn)生不同程度的抗性[1-4]。在十七世紀(jì)初,人類使用天然煙堿防治農(nóng)業(yè)害蟲。自二十世紀(jì)八十年代末開始,人類開發(fā)合成新煙堿類殺蟲劑。
新煙堿類藥劑具有觸殺、胃毒、滲透和內(nèi)吸等作用方式。作為一類神經(jīng)活性的殺蟲劑,其作用于神經(jīng)突觸后膜的煙堿型乙酰膽堿受體。該類殺蟲劑持續(xù)刺激昆蟲乙酰膽堿受體,破壞其中樞神經(jīng)系統(tǒng)的正常傳導(dǎo)。中毒癥狀與傳統(tǒng)的神經(jīng)毒劑類似,具有興奮、痙攣、麻痹、死亡4個階段[5-6]。近年有研究結(jié)果表示GABA受體亞基Rdl也可能是新煙堿類殺蟲劑潛在的次級靶標(biāo)[7]。筆者綜述新煙堿類殺蟲劑在國內(nèi)外衛(wèi)生領(lǐng)域的研究、應(yīng)用、抗性現(xiàn)狀、抗性機制與交互抗性,并提出新煙堿殺蟲劑在衛(wèi)生領(lǐng)域合理使用策略。
目前新煙堿類藥劑主要包括第一代含氯代吡啶基型(吡蟲啉、烯啶蟲胺、啶蟲脒、噻蟲啉)、第二代含氯代噻唑基型(噻蟲胺、噻蟲嗪)以及第三代含四氫呋喃基型(呋蟲胺)。近些年,諸多農(nóng)藥公司和科研機構(gòu)成功研發(fā)出新型煙堿型乙酰膽堿受體殺蟲劑(氟啶蟲胺腈、氟吡呋喃酮、氯噻啉、哌蟲啶、環(huán)氧蟲啶、環(huán)氧蟲啉、三氟苯嘧啶)(表1)。
表1 作用煙堿型乙酰膽堿受體的殺蟲劑
(續(xù)表1)
吡蟲啉是第一個新煙堿類殺蟲劑。吡蟲啉對埃及伊蚊幼蟲和成蟲都有活性[8]。使用25 ng/mL吡蟲啉藥劑浸液法處理淡色庫蚊幼蟲,持效期在14~21 d[9]。吡蟲啉不僅能阻礙埃及伊蚊中腸的胚胎后發(fā)育,而且會影響其產(chǎn)卵能力[10-11]。吡蟲啉處理淡色庫蚊幼蟲,顯著降低幼蟲乙酰膽堿酯酶(AChE)和腺苷三磷酸酶(ATPase)的活性[12]。斯氏按蚊經(jīng)吡蟲啉和噻蟲嗪處理后,會使其體內(nèi)核糖體轉(zhuǎn)錄區(qū)域中內(nèi)轉(zhuǎn)錄間隔區(qū)2(ITS2)出現(xiàn)突變,從而造成遺傳損傷[13]。吡蟲啉亦能有效控制家蠅及蟑螂種群增長[14-15]。家蠅經(jīng)吡蟲啉處理24 h后逐漸出現(xiàn)中毒癥狀,但德國小蠊經(jīng)吡蟲啉處理2~4 h后即顯示出毒性效應(yīng)[14]。吡蟲啉膠餌對蟑螂具有非常好的殺滅效果[16-19]。此外,低濃度吡蟲啉對白蟻有很好的防效[20-21]。
烯啶蟲胺對埃及伊蚊毒性高[22]。相比于吡蟲啉,烯啶蟲胺對致倦庫蚊的防效更好[23]。烯啶蟲胺對德國小蠊也具有活性[19]。此外,烯啶蟲胺可作為一種理想的誘殺藥劑,有效防治黑翅土白蟻[24]。
莫建初等[25]研究發(fā)現(xiàn),淡色庫蚊幼蟲經(jīng)啶蟲脒處理3 d后出現(xiàn)死亡高峰,并導(dǎo)致其發(fā)育期延長,蛹重下降,可用于防治蚊幼蟲。2%啶蟲脒餌劑對德國小蠊作用遲緩,殺滅效果不理想[26]。啶蟲脒能有效防治小散白蟻[27]。湯方等[28]研究發(fā)現(xiàn)啶蟲脒能夠抑制白蟻體內(nèi)谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶的活性。
噻蟲啉對搖蚊幼蟲殺蟲活性高[29],但對德國小蠊活性較低[19]。暫且沒有其他噻蟲啉防治衛(wèi)生害蟲的研究報道。
噻蟲胺和溴氰菊酯混合后使用,可長期有效控制除蟲菊酯抗性蚊蟲[30-32]。含噻蟲胺的餌劑對德國小蠊殺滅效果較好[33]。此外,噻蟲胺也可作餌劑防治臭蟲,導(dǎo)致一齡若蟲和成蟲迅速死亡,并且飼喂效果比觸殺效果好[34]。低濃度噻蟲胺對臺灣乳白蟻具有較好的滅殺效果,可用作白蟻防治藥劑[35]。
噻蟲嗪與昆蟲乙酰膽堿受體上的吡蟲啉結(jié)合位點具有低親和力,噻蟲嗪可能是噻蟲胺的新煙堿前體[36]。將吡蟲啉和噻蟲嗪2種殺蟲劑混合使用,能夠有效殺滅蚊蠅[37]。噻蟲嗪為慢性滅殺白蟻藥物,對白蟻的毒力不是很高,但與蟲螨腈復(fù)配后有顯著的增效作用[38]。噻蟲嗪和吡蟲啉對臭蟲防效高于傳統(tǒng)殺蟲劑(有機磷類、擬除蟲菊酯類、氨基甲酸酯類、有機氯類殺蟲劑),因此可優(yōu)先選用煙堿類殺蟲劑防治臭蟲[39]。
在含糖餌料中加入呋蟲胺,可有效控制致倦庫蚊和埃及伊蚊[40]。呋蟲胺對蚊蟲的毒力低于大多數(shù)常用殺蟲劑(如溴氰菊酯、丁硫克百威、雙硫磷),但是與傳統(tǒng)殺蟲劑(除蟲菊酯類、氨基甲酸酯類、有機磷類)暫無交互抗性,可用于病媒防治[41]。將溴氰菊酯、呋蟲胺和胡椒基丁醚(PBO)聯(lián)合使用,有明顯的增效作用,并且能夠完全恢復(fù)溴氰菊酯對于抗除蟲菊酯按蚊的殺蟲效果[42]。呋蟲胺和順式氯氰菊酯混配后對抗性家蠅有較好的擊倒和致死效果,一定程度上能夠緩解家蠅抗性問題[43]。李慶鳳等[19]在2014年通過生物測定評價6種新煙堿類殺蟲劑(呋蟲胺、噻蟲啉、烯啶蟲胺、啶蟲脒、噻蟲嗪、吡蟲啉)對德國小蠊的活性,結(jié)果表明除噻蟲啉外,其余5種殺蟲劑均對德國小蠊具有良好的殺蟲活性,活性最高的是呋蟲胺。通過研究呋蟲胺與蟑螂神經(jīng)束膜的結(jié)合能力,發(fā)現(xiàn)呋蟲胺與吡蟲啉結(jié)合位點[3H]-IMI binding site具有低親和力,而在腹神經(jīng)束有高親和力,表明呋蟲胺的作用部位可能不同于其他新煙堿類藥劑[44]。呋蟲胺是第一個手性新煙堿類殺蟲劑,在不同生物間具有選擇差異。S-呋蟲胺對家蠅、蜚蠊等靶標(biāo)生物的活性高于R-呋蟲胺[45-46]。
此外,一些新型殺蟲劑雖然在結(jié)構(gòu)上不屬于新煙堿類殺蟲劑,但同樣作用于昆蟲的乙酰膽堿受體。氟啶蟲胺腈屬于砜亞胺類藥劑,能夠有效控制岡比亞按蚊[47]。10%氯噻啉可濕性粉劑對臺灣乳白蟻具有很好的觸殺作用[48]。用環(huán)氧蟲啶處理美洲大蠊,見效慢且中毒癥狀不明顯,但試蟲腹部有劇烈膨脹現(xiàn)象[49]。暫無報道哌蟲啶、環(huán)氧蟲啶、環(huán)氧蟲啉、氟吡呋喃酮、三氟苯嘧啶等其他新型殺蟲劑防治衛(wèi)生害蟲。
目前,世衛(wèi)組織(WHO)推薦吡蟲啉防治蒼蠅、蜚蠊、寵物跳蚤,噻蟲嗪餌劑防治蒼蠅。截至2021年5月,從中國農(nóng)藥信息網(wǎng)查詢可知,我國目前登記用于衛(wèi)生害蟲防治的新煙堿類殺蟲劑包括吡蟲啉、啶蟲脒、噻蟲嗪、噻蟲胺、呋蟲胺,而烯啶蟲胺、噻蟲啉以及其他新型新煙堿類藥劑,尚未登記用于防治衛(wèi)生害蟲(表1)。
害蟲對藥劑的抗性是一種不可避免的“微進(jìn)化”現(xiàn)象。目前國內(nèi)衛(wèi)生害蟲對新煙堿類藥劑抗藥性水平的報道較少(表2)。在2015年,蔡榮等[50-51]研究報道江蘇淮安地區(qū)白紋伊蚊和三帶喙庫蚊對吡蟲啉尚處于敏感水平。在2016年,張曉等[52]對2015年采集的山東濟(jì)南市區(qū)白紋伊蚊和淡色庫蚊抗藥性調(diào)查,發(fā)現(xiàn)這2種蚊子尚未對噻蟲胺產(chǎn)生抗性。但2015年在江蘇南京地區(qū),德國小蠊已經(jīng)對吡蟲啉產(chǎn)生20倍左右的中等水平抗性[53]。結(jié)合目前的報道文獻(xiàn)來看,我國野外蚊蠅種群尚未對新煙堿類殺蟲劑產(chǎn)生抗性,但值得注意的是,已有個別地區(qū)蟑螂可能對煙堿藥劑已經(jīng)產(chǎn)生抗性[53]。
近年來美國、歐洲、巴基斯坦等地陸續(xù)有研究報道衛(wèi)生害蟲野外種群對新煙堿殺蟲劑產(chǎn)生抗性(表2)。Liu等[54]報道1998年和2000年采集的美國亨茨維爾、莫比爾、維洛海灘三地致倦庫蚊對吡蟲啉產(chǎn)生5~10倍的低等抗性。相比于非農(nóng)業(yè)地區(qū),科特迪瓦農(nóng)業(yè)地區(qū)的蚊蟲對啶蟲脒均敏感,而對吡蟲啉都已產(chǎn)生大于5倍的低等抗性[55]。2017—2018年采集的俄羅斯新西伯利亞米賽按蚊幼蟲對吡蟲啉幾乎沒有抗性[56]。結(jié)合目前報道的文獻(xiàn)分析,全球多地蚊蟲對新煙堿藥劑仍處于敏感及低水平抗性。
表2 衛(wèi)生害蟲對新煙堿類殺蟲劑抗性情況
美國于2004年將吡蟲啉登記用于家蠅防治,使用該藥劑1至2年后,野外家蠅種群對吡蟲啉產(chǎn)生低等至中等的抗性[57-58]。在2009年,Gerry等[59]報道美國加利福尼亞州奶牛場,垃圾場,城市地區(qū)對吡蟲啉有3~8倍的低等抗性。2005—2006年采集的丹麥野外家蠅種群對吡蟲啉和噻蟲嗪都已經(jīng)產(chǎn)生中高等抗性[60-61]。巴基斯坦地區(qū)的家蠅已對吡蟲啉產(chǎn)生大于10倍的抗性[62]。2013—2014年期間采集的印度尼西亞家蠅種群對吡蟲啉有0.4~6.1的不抗或極低抗性[63]。結(jié)合文獻(xiàn)分析,全球大多地區(qū)家蠅種群對新煙堿藥劑吡蟲啉產(chǎn)生低等到中等水平的抗性。
調(diào)查發(fā)現(xiàn),2005年新加坡多個地區(qū)的德國小蠊對吡蟲啉仍處于敏感水平[64]。2011—2012年,美國富蘭克林地區(qū)德國小蠊對吡蟲啉仍處于敏感水平[65]。2008年,美國新澤西地地區(qū)臭蟲對吡蟲啉和噻蟲嗪敏感,對啶蟲脒和噻蟲胺產(chǎn)生中等抗性,而2012年密歇根和辛辛那提兩地臭蟲對吡蟲啉、啶蟲脒、噻蟲嗪均產(chǎn)生高等水平抗性[66]。結(jié)合文獻(xiàn)分析,相比于蚊蠅,蟑螂對新煙堿藥劑仍處于敏感水平,而臭蟲卻對多種煙堿藥劑產(chǎn)生中高等水平抗性。
害蟲抗藥性的機制分為代謝抗性和非代謝抗性[67]。
代謝抗性主要包括解毒酶基因(細(xì)胞色素P450、羧酸酯酶、谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶)的過量表達(dá)或突變導(dǎo)致酶對藥劑代謝能力增強。細(xì)胞色素P450不僅能夠參與生物體內(nèi)物質(zhì)的代謝,而且能夠代謝外源物質(zhì),如藥劑、植物次生物質(zhì)等。研究表明,P450通過羥基化和氧化咪唑環(huán)來代謝吡蟲啉,得到5-羥基吡蟲啉和烯烴衍生物[68]。PBO能夠增強吡蟲啉對庫蚊[69]、伊蚊[70-72]、家蠅[73]、德國小蠊[14]等衛(wèi)生害蟲的殺蟲毒性,推測P450酶可能參與害蟲對吡蟲啉的解毒代謝(表3)。在埃及伊蚊吡蟲啉抗性品系中,多 個P450基 因(CYP6BB2、CYP9M9、CYP6N12、CYP6M11)上調(diào)表達(dá),可能參與代謝吡蟲啉[70-72]。CYP6BB2基因啟動子區(qū)存在2個突變位點,可能與該基因轉(zhuǎn)錄水平過表達(dá)相關(guān)[72]。此外,解毒酶基因CYP6AG1的內(nèi)含子多態(tài)性可能介導(dǎo)米賽按蚊對吡蟲啉的抗性[56]。家蠅對吡蟲啉的抗性表現(xiàn)為常染色體、不完全隱性和多基因遺傳[62]。李靜[74]通過構(gòu)建吡蟲啉近等位基因系,并通過酶活和增效劑實驗初步推測細(xì)胞色素P450可能在家蠅吡蟲啉抗性中有十分重要的作用。馬卓[75]通過基因篩選和功能驗證表明CYP6D3和CYP6A24介導(dǎo)家蠅吡蟲啉代謝抗性。在室外家蠅吡蟲啉抗性種群中,CYP4G2和CYP6G4的表達(dá)量顯著高于敏感品系[76]。Markussen等[61]發(fā)現(xiàn)家蠅吡蟲啉抗性品系中CYP6A1、CYP6D1、CYP6D3基因表達(dá)量上調(diào)。
表3 衛(wèi)生害蟲對吡蟲啉的抗性機制
以上研究結(jié)果表明,P450酶可能是衛(wèi)生害蟲對吡蟲啉產(chǎn)生抗性的重要機制。此外,家蠅3號染色體上谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶Mdgst和4號染色體上一個未知的反調(diào)控基因Mdgt1的過表達(dá)導(dǎo)致半乳糖基轉(zhuǎn)移酶基因的過表達(dá),形成對吡蟲啉抗性[77]。在多種新煙堿殺蟲劑抗性的臭蟲野外種群中,羧酸酯酶和谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶活性顯著高于敏感品系[66]。綜合以上結(jié)果,羧酸酯酶和GST也可參與衛(wèi)生害蟲新煙堿藥劑的抗性。
靶標(biāo)抗性是昆蟲抗藥性的重要機制,主要是指各種藥劑分子靶標(biāo)的突變以及表達(dá)量變化,導(dǎo)致藥劑與分子靶標(biāo)的有效結(jié)合率降低。乙酰膽堿受體α6亞基突變介導(dǎo)果蠅[78]、薊馬[79]等多種害蟲對新煙堿藥劑產(chǎn)生抗性。Markussen等[61]發(fā)現(xiàn)家蠅吡蟲啉抗性品系煙堿型乙酰膽堿受體Mdα2基因表達(dá)量顯著低于敏感品系。目前,衛(wèi)生害蟲對新煙堿藥劑的靶標(biāo)抗性報道較少。
此外,不容忽視的是,衛(wèi)生害蟲對新煙堿藥劑存在行為抗性(表3)。吡蟲啉抗性品系家蠅會更傾向于無藥食物,而不是吡蟲啉含藥餌劑[80-81]。吡蟲啉抗性臭蟲經(jīng)藥劑處理之后,出現(xiàn)主動減少取食或減少移動等行為變化,從而減少藥劑對自身的影響[82]。行為抗性主要包括依賴刺激的行為回避和非依賴刺激的行為回避。家蠅與臭蟲對吡蟲啉的行為抗性屬于前者,即昆蟲需要接觸到藥劑給予的瞬間刺激從而表現(xiàn)出對藥劑的回避[83]。最新研究表明家蠅對吡蟲啉的行為抗性相關(guān)連鎖基因位于常染色體1和4上,這2個因素能夠各自獨立影響家蠅對吡蟲啉的趨避作用[84]。
害蟲在不同殺蟲劑之間存在交互抗性,這些問題在害蟲抗藥性問題治理中具有十分重要的作用。Riaz等[70]對埃及伊蚊吡蟲啉敏感品系連續(xù)8代藥劑篩選后,得到5.4倍抗性的吡蟲啉抗性品系。該品系對啶蟲脒和噻蟲嗪分別產(chǎn)生3.55倍和4.40倍的交互抗性,對DDT也產(chǎn)生1.81倍的低等交互抗性,對氯菊酯、殘殺威、雙硫磷沒有交互抗性。李靜等[74]構(gòu)建了一個抗性倍數(shù)為202倍的家蠅近等位抗吡蟲啉品系。該抗性品系對毒死蜱和甲基吡 磷沒有交互抗性,對蟲螨腈有較低的交互抗性,而對高效氯氰菊酯和啶蟲脒分別產(chǎn)生了18.26倍和20.33倍的中等交互抗性。家蠅吡蟲啉抗性品系對氯氰菊酯敏感,而對烯啶蟲胺和毒死蜱產(chǎn)生20~30倍左右的中等抗性[85]。
目前,新煙堿類殺蟲劑是全球殺蟲劑市場的重要組成部分,但要想廣泛應(yīng)用在衛(wèi)生領(lǐng)域,仍有較大的發(fā)展空間。此外,縱觀全球新煙堿藥劑的抗性現(xiàn)狀,蚊、蠅、蜚蠊、臭蟲均已經(jīng)顯露出對新煙堿殺蟲劑低水平的抗性,故應(yīng)采取多種措施來阻止或延緩衛(wèi)生害蟲對新煙堿類藥劑抗性的發(fā)生和發(fā)展。
由于新煙堿類殺蟲劑會影響蜜蜂正常繁殖生長,對其產(chǎn)生諸多負(fù)面影響,歐盟已經(jīng)全面禁止新煙堿類殺蟲劑(吡蟲啉、噻蟲嗪、噻蟲胺),但是可以將新煙堿藥劑做成餌劑,置于室內(nèi)防治蜚蠊、蠅、螞蟻等,或?qū)⑵浞蹌┯糜谖孟x孽生地防治蚊幼蟲。這些處理方式既能夠防治衛(wèi)生害蟲,也能夠避免與非靶標(biāo)生物直接接觸。此外,并不是所有的新煙堿類藥劑均對蜜蜂高毒,如噻蟲啉、啶蟲脒、氟吡呋喃酮等都對蜜蜂毒性較低。但目前除吡蟲啉、啶蟲脒、噻蟲嗪、噻蟲胺、呋蟲胺5種新煙堿殺蟲劑外,其他新煙堿藥劑尚未在我國衛(wèi)生領(lǐng)域登記使用。
抗性監(jiān)測在害蟲抗性治理中具有十分重要的參考意義。近幾年僅有衛(wèi)生害蟲對有機磷、氨基甲酸酯、擬除蟲菊酯類藥劑的抗性監(jiān)測,而缺乏衛(wèi)生害蟲對新煙堿類藥劑的抗性監(jiān)測。
新煙堿殺蟲劑與傳統(tǒng)殺蟲劑有著完全不同的作用機制,因此與其他殺蟲劑混用是防治衛(wèi)生害蟲的有效手段。有文獻(xiàn)報道,溴氰菊酯與新煙堿(噻蟲嗪、烯啶蟲胺、噻蟲啉)的混合藥劑具有顯著的協(xié)同效應(yīng),對蚊蟲抗藥性管理具有重要意義[86]。臭蟲對菊酯類藥劑已經(jīng)產(chǎn)生較高的抗性,可以將菊酯藥劑與新煙堿藥劑混用防治臭蟲[87-88]。增效劑為昆蟲體內(nèi)相應(yīng)解毒酶的抑制劑,將增效劑與農(nóng)藥混用能夠提高藥劑的作用效率。將吡蟲啉與PBO混合后處理蚊幼蟲,有顯著增效作用[89];將烯啶蟲胺與增效劑PBO混用,能夠顯著提高烯啶蟲胺對埃及伊蚊的滅殺效果[22,90]。依據(jù)我國的衛(wèi)生害蟲及其登記藥劑的現(xiàn)狀,不建議盲目將菊酯類藥劑與新煙堿做成混配制劑。盡管菊酯類藥劑對幼蟲或若蟲有效,新煙堿在公共衛(wèi)生領(lǐng)域主要還是針對幼蟲或若蟲。PBO是菊酯類藥劑防治公共衛(wèi)生害蟲成蟲經(jīng)常使用的增效劑,但是用于新煙堿防治幼蟲或作為若蟲的增效劑,還需要做進(jìn)一步的試驗。
新煙堿類藥劑作為一類內(nèi)吸殺蟲劑,防治公共衛(wèi)生害蟲效果顯著。用吡蟲啉、啶蟲脒、噻蟲胺、噻蟲嗪、呋蟲胺防治室內(nèi)蚊蠅,用量為10~50 mg/m2;防治蜚蠊臭蟲跳蚤,用量為80~160 mg/m2。目前,新煙堿類藥劑在我國衛(wèi)生領(lǐng)域的使用并不多,尚未發(fā)生嚴(yán)重的野外抗藥性問題。綜合分析公共衛(wèi)生害蟲對新煙堿類殺蟲劑抗性現(xiàn)狀,發(fā)現(xiàn)盡管篩選出一些可能與吡蟲啉代謝抗性相關(guān)的解毒酶基因,但是缺乏真正的關(guān)于體外代謝能力的研究。雖然文獻(xiàn)顯示乙酰膽堿受體突變介導(dǎo)了農(nóng)業(yè)害蟲對新煙堿類藥劑的抗藥性,但是衛(wèi)生害蟲對新煙堿藥劑的靶標(biāo)抗性報道較少,是否存在分子靶標(biāo)突變參與公共衛(wèi)生害蟲對新煙堿類藥劑的抗藥性,還需要進(jìn)一步的研究。
在充分合理利用傳統(tǒng)新煙堿類殺蟲劑的同時,也應(yīng)當(dāng)重視傳統(tǒng)新煙堿類藥劑所暴露的風(fēng)險問題。積極開發(fā)新型新煙堿類產(chǎn)品及其協(xié)同增效產(chǎn)品,讓新煙堿類殺蟲劑得以在公共衛(wèi)生領(lǐng)域做到科學(xué)合理的利用。