王珂慧，郭 超，劉艷麗，王靖楠，王 超

（1.國(guó)家糧食和物資儲(chǔ)備局科學(xué)研究院，北京 100037； 2.北京城市學(xué)院 生物醫(yī)藥學(xué)部，北京 100083）

多殺菌素類殺蟲劑——多殺菌素（又名多殺霉素，spinosad）和乙基多殺菌素（spinetoram），作為一類高效安全的生物殺蟲劑，既對(duì)靶標(biāo)害蟲具有快速高效殺蟲活性，又對(duì)非靶標(biāo)生物安全，主要降解方式是光解和微生物降解，最終分解為碳、氮、氧等[1]，在防治農(nóng)業(yè)害蟲、儲(chǔ)糧害蟲、衛(wèi)生害蟲以及動(dòng)物寄生蟲等方面發(fā)揮著重要作用。其主要作用于煙堿型乙酰膽堿受體和γ-氨基丁酸受體，通過刺激害蟲的神經(jīng)系統(tǒng)從而引起興奮，導(dǎo)致非功能性的肌肉收縮、顫抖、衰竭和麻痹等，最終致害蟲死亡。

多殺菌素是由土壤放線菌——刺糖多孢菌（Saccharopolyspora spinosa）經(jīng)有氧發(fā)酵產(chǎn)生的大環(huán)內(nèi)酯類殺蟲劑，具有高效殺蟲活性，1999年獲得美國(guó)“總統(tǒng)綠色化學(xué)品挑戰(zhàn)獎(jiǎng)”。陶氏益農(nóng)公司在我國(guó)登記的多殺霉素產(chǎn)品為菜喜SC （Success?）和催殺SC （Conserves?）。研究者通過明確多殺菌素生物合成的中間體及合成路徑后，篩選出能合成多種新的多殺菌素類物質(zhì)的菌株后，應(yīng)用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)多殺菌素類新物質(zhì)及其活性進(jìn)行定量-構(gòu)效關(guān)系分析，最終通過半合成修飾獲得了第2代多殺菌素——乙基多殺菌素[2]，并于2008年再次獲獎(jiǎng)。此外，國(guó)家糧食和物資儲(chǔ)備局科學(xué)研究院從國(guó)內(nèi)采集的土樣中篩選獲得了產(chǎn)多殺菌素結(jié)構(gòu)類似物——丁烯基多殺菌素（butenyl-spinosyns）的須糖多孢菌，并對(duì)菌株的生長(zhǎng)代謝特性進(jìn)行了相關(guān)研究。

1 多殺菌素和乙基多殺菌素的應(yīng)用

1.1 多殺菌素和乙基多殺菌素對(duì)農(nóng)業(yè)害蟲的防治

多殺菌素類殺蟲劑是新型微生物源殺蟲劑，可用于果蔬、水稻、花卉等作物的害蟲防治，能有效地防治鱗翅目、雙翅目、纓翅目等多種害蟲。雖目前市場(chǎng)上沒有丁烯基多殺菌素產(chǎn)品，但其對(duì)蘋果蠹蛾和重要農(nóng)業(yè)害蟲煙青蟲具有良好的殺蟲活性（表1）。多項(xiàng)研究顯示，多殺菌素和乙基多殺菌素對(duì)不同日齡、性別害蟲的毒殺活性不同，且不同處理方式也對(duì)致死率有影響，如Moretti等[3]發(fā)現(xiàn)經(jīng)多殺菌素喂食處理的洋蔥蛆1周幼蟲的死亡率是2周幼蟲的2倍，但觸殺處理對(duì)1周和2周幼蟲的毒性相當(dāng)。金濤等[4]測(cè)定了低濃度多殺菌素對(duì)云南重大農(nóng)業(yè)害蟲草地貪夜蛾幼蟲的致死率達(dá)100.0%。來有鵬[5]發(fā)現(xiàn)多殺菌素對(duì)茴香薄翅野螟幼蟲的毒性較大，處理24 h的LC50為5.3 mg/L，48 h的LC50為1.4 mg/L。

表1 多殺菌素類殺蟲劑殺蟲譜

乙基多殺菌素對(duì)某些農(nóng)業(yè)害蟲具有高毒性且環(huán)境溫度對(duì)其防效也有影響，Yee[6]發(fā)現(xiàn)乙基多殺菌素對(duì)美國(guó)西部櫻桃果蠅雌蠅的防效強(qiáng)于多殺菌素，2種多殺菌素對(duì)3～4 d果蠅的產(chǎn)卵率影響較大，且低溫下對(duì)果蠅的致死率較低。董麗娜等[7]采用葉管藥膜法測(cè)定發(fā)現(xiàn)乙基多殺菌素處理后3～14 d對(duì)煙薊馬的田間防治效果達(dá)90.0%以上，對(duì)黃曲條跳甲的防效為68.6%～78.1%、對(duì)猿葉甲的防效為100.0%。乙基多殺菌素1 000和2 000倍稀釋液喇叭口點(diǎn)施，處理后7 d防效均達(dá)90.0%以上，能維持穩(wěn)定高效的殺蟲活性[8]。

1.2 多殺菌素和乙基多殺菌素對(duì)儲(chǔ)糧害蟲的防治

儲(chǔ)糧害蟲種類繁多，在我國(guó)儲(chǔ)糧害蟲種類達(dá)200余種，造成糧食在儲(chǔ)藏運(yùn)輸流通環(huán)節(jié)的大量損失。大量濫用化學(xué)農(nóng)藥使糧食品質(zhì)受到影響，故生物源殺蟲劑備受青睞。多殺菌素類殺蟲劑的降解方式不會(huì)對(duì)環(huán)境造成負(fù)擔(dān)，在植物中也可快速分解代謝，膳食殘留量較低，具有較高的商業(yè)推廣價(jià)值。目前，美國(guó)登記的此類殺蟲劑可在大麥、玉米、稻谷、小麥等糧食作物上使用，在中國(guó)，多殺菌素也應(yīng)用于倉(cāng)儲(chǔ)害蟲的防治。在避光缺氧環(huán)境下，在一年的倉(cāng)儲(chǔ)期內(nèi)此類殺蟲劑幾乎不分解，殺蟲活性可維持1～2年[9]。大量研究結(jié)果顯示，1.0 mg/kg多殺菌素能有效防治常見儲(chǔ)糧害蟲如銹赤扁谷盜谷蠹、鋸谷盜、米象、玉米象等。試驗(yàn)倉(cāng)中多殺菌素及多殺菌素復(fù)配劑組中，玉米象、赤擬谷盜等主要儲(chǔ)糧害蟲發(fā)現(xiàn)時(shí)間均晚于未作任何處理的對(duì)照倉(cāng)，對(duì)照倉(cāng)中蟲口密度是試驗(yàn)倉(cāng)的1.4倍[10]。還有學(xué)者發(fā)現(xiàn)，多殺菌素能提升儲(chǔ)糧害蟲對(duì)溫度的敏感性，降低其耐受能力從而起到殺蟲作用[11]。為了滿足應(yīng)用需要，此類殺蟲劑被開發(fā)出多種劑型，如粉劑、水乳劑、復(fù)配劑、微乳劑等。

在倉(cāng)儲(chǔ)害蟲的防治中，乙基多殺菌素也取得了很好的效果，楊國(guó)浩等[12]測(cè)得乙基多殺菌素對(duì)煙草粉螟幼蟲的觸殺活性高于高效氯氰菊酯，可大幅降低煙草粉螟的蟲口密度。乙基多殺菌素能維持高的子代種群抑制率，4.0 mg/kg的劑量條件下對(duì)麥蛾子代種群的抑制率為100.0%[13]。

1.3 多殺菌素和乙基多殺菌素對(duì)衛(wèi)生害蟲的防治

衛(wèi)生害蟲是傳染病傳播的重要媒介，對(duì)人類的生活和身體健康有嚴(yán)重的影響，長(zhǎng)期高劑量有機(jī)氯類、有機(jī)磷類、氨基甲酸酯類等化學(xué)防治使蚊、蠅抗性問題越來越嚴(yán)重，從源頭控制和消除病媒生物是保護(hù)居民身體健康，促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的根本。多殺菌素和乙基多殺菌素的殺滅效果在伊蚊、按蚊和家蠅等衛(wèi)生害蟲上都得到了驗(yàn)證。利用多殺菌素顆粒劑和片劑對(duì)野外模擬水稻田小區(qū)施用防治三帶喙庫(kù)蚊幼蟲，顆粒劑處理后大齡幼蟲減退率高于片劑，2種劑型對(duì)三帶喙庫(kù)蚊控制持效期長(zhǎng)[14]。Sheele[15]用多殺菌素防治一種以血為食的人體外寄生蟲溫帶臭蟲，以施用后的血藥濃度峰值為測(cè)定藥物劑量，多殺菌素1 000 ng/mL及以上劑量致死能力達(dá)75.0%。Gimnig等[16]用多殺菌素乳化劑在處理肯尼亞西部按蚊1周后效果減弱，緩釋劑4周后效果減弱，分散片施用后效果立即降低，可見不同劑型對(duì)一些衛(wèi)生害蟲的殺滅效果也不同。

乙基多殺菌素對(duì)某些害蟲具有更好的防治效果，有研究顯示，乙基多殺菌素對(duì)家蠅的毒性大約是多殺菌素的2倍[17]。

1.4 多殺菌素和乙基多殺菌素對(duì)動(dòng)物寄生蟲的防治

多殺菌素對(duì)家畜、寵物寄生蟲也具有優(yōu)越的防治效果，且低毒易降解，對(duì)家畜和寵物本身的傷害小。多項(xiàng)研究結(jié)果顯示多殺菌素能有效防治寵物寄生蟲。Packianathan等[18]在第0、30、60 d給狗服藥，第14 d跳蚤數(shù)相對(duì)于第0 d減少94.6%，第60 d對(duì)狗的跳蚤的平均有效率大于98.8%。Franc等[19]使用多殺菌素片治療和控制貓身上的跳蚤感染，以塞拉霉素為對(duì)照組，用藥60 d后試驗(yàn)組蚤數(shù)平均減少96.0%，高于對(duì)照組，接受治療的動(dòng)物均無不良反應(yīng)出現(xiàn)。

雖然乙基多殺菌素在防治動(dòng)物寄生蟲方面的報(bào)道不多，但療效顯著。Paarlberg等[20]對(duì)比不同藥物對(duì)貓?jiān)榈闹委熜Ч?，結(jié)果為乙基多殺菌素處理后0～37 d對(duì)貓?jiān)榈挠行蚀笥?6.0%，殺蟲效果強(qiáng)于氟蟲腈，且無不良反應(yīng)出現(xiàn)。這些研究表明多殺菌素和乙基多殺菌素能安全有效地預(yù)防和治療貓?jiān)楦腥尽?/p>

2 對(duì)多殺菌素和乙基多殺菌素的抗性及抗性機(jī)制研究

2.1 害蟲對(duì)多殺菌素和乙基多殺菌素的抗性

隨著多殺菌素和乙基多殺菌素的廣泛應(yīng)用，近年來多種害蟲對(duì)其發(fā)展了不同程度的抗性。如伊蚊是幾種蟲媒病毒的主要傳播媒介，埃及伊蚊對(duì)多殺菌素和乙基多殺菌素均有中等抗性[21]。從西澳大利亞的核果中采集的西花薊馬出現(xiàn)對(duì)乙基多殺菌素的抗性，其LC50和LC99分別為敏感品系的19倍和77倍[22]。多殺菌素是目前巴西用于防治番茄螟蟲的主要?dú)⑾x劑之一，處理世代第7代時(shí)，抗性達(dá)到18萬倍以上[23]。這2種殺蟲劑對(duì)小菜蛾有很高的防治效果，但也發(fā)展了不同程度的抗性[24]，且這2種殺蟲劑之間產(chǎn)生了交互抗性，相似的結(jié)構(gòu)使多殺菌素類殺蟲劑有相似的殺蟲機(jī)制[25]，其作用機(jī)制不同于其他類殺蟲劑（表2），故與其他殺蟲劑間不存在交互抗性[26]。

表2 生物農(nóng)藥的特點(diǎn)

2.2 害蟲對(duì)多殺菌素和乙基多殺菌素的抗性機(jī)制

昆蟲的抗性嚴(yán)重影響殺蟲劑防治效果，使殺蟲劑用量增大。昆蟲抗性機(jī)制來自多個(gè)方面如代謝作用增強(qiáng)、靶標(biāo)敏感性降低、穿透率降低、行為抗性等，目前研究最深入的2個(gè)方面是靶標(biāo)抗性機(jī)制和代謝增強(qiáng)機(jī)制。研究表明，靶標(biāo)突變使得自身結(jié)構(gòu)功能特性發(fā)生改變而導(dǎo)致多殺菌素與煙堿型乙酰膽堿受體（nAChR）或γ-氨基丁酸受體的結(jié)合能力下降或靶標(biāo)表達(dá)量改變導(dǎo)致靶標(biāo)敏感性降低，最終使昆蟲產(chǎn)生抗性。此外一些昆蟲對(duì)多殺菌素的抗性與細(xì)胞色素P450s （CYP450s）、羧酸酯酶（CarE）、谷胱甘肽-S-轉(zhuǎn)移酶（GSTs）介導(dǎo)代謝增強(qiáng)有關(guān)。

2.2.1 代謝抗性

抗性的發(fā)展是害蟲治理面臨的重大挑戰(zhàn)，代謝 抗性表現(xiàn)為害蟲的解毒酶代謝能力增強(qiáng)。從分子水平研究P450s是否參與了昆蟲對(duì)多殺菌素類殺蟲劑產(chǎn)生抗性是有效的方法。此外多項(xiàng)研究表明CarE和GSTs等活性升高也是導(dǎo)致昆蟲產(chǎn)生抗性的機(jī)制。

例如，有學(xué)者利用轉(zhuǎn)錄組分析從低、中和高抗性煙草薊馬中發(fā)現(xiàn)多個(gè)可能參與多殺菌素抗性的不同表達(dá)基因，并且CYP450s表達(dá)量隨著抗性程度增加而增加[27]。但也有人對(duì)田間桔小實(shí)蠅抗性種群采用殺蟲增效劑-羧酸酯酶抑制劑（DEF）和CYP450s酶抑制劑（PBO）進(jìn)行增效生物測(cè)定，發(fā)現(xiàn)其對(duì)多殺菌素毒性的協(xié)同作用不顯著[28]，對(duì)多殺菌素抗性達(dá)到18萬倍以上的番茄螟蟲CarE和CYP450s酶活性降低，表明CarE和CYP450s沒有參與這些昆蟲對(duì)多殺菌素的抗性[5]。還有試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在家蠅中抗性的產(chǎn)生與性別有關(guān)，抗性家蠅品系791spin中，外源生物代謝相關(guān)的基因CYP4d9和CYP6G4表達(dá)高于敏感品系，CYP4G2基因在雌性家蠅中高表達(dá)，表明CYP4G2可能與雌性家蠅對(duì)多殺菌素產(chǎn)生高抗性有關(guān)[29,30]。

不同害蟲及同種害蟲不同種群產(chǎn)生抗性的機(jī)制不同，乙基多殺菌素為薊馬、小菜蛾等提供了有效的防治方案，從西花薊馬中發(fā)現(xiàn)代謝增強(qiáng)是其對(duì)乙基多殺菌素產(chǎn)生抗性的機(jī)制，其羧酸酯酶CarE、谷胱甘肽-S-轉(zhuǎn)移酶GSTs、微粒體多功能氧化酶MFOs、細(xì)胞色素單加氧酶P450活性顯著增強(qiáng)[31]。但黃胸薊馬抗性品系增效試驗(yàn)結(jié)果顯示，代謝抗性不是其對(duì)乙基多殺菌素產(chǎn)生抗性的機(jī)制[32]。小菜蛾的乙基多殺菌素抗性品系中，顯示有3個(gè)上調(diào)蛋白GSTs、CarE、AchE，2種品系在mRNA水平上差異顯著[33]。

2.2.2 靶標(biāo)抗性

盡管多項(xiàng)研究表明昆蟲的CYP450s介導(dǎo)增強(qiáng)是導(dǎo)致抗性的機(jī)制，但在番茄螟蟲、桔小實(shí)蠅等昆蟲中發(fā)現(xiàn)與代謝抗性無關(guān)。nAChRα6 亞基是多殺菌素的作用靶標(biāo)，其中氨基酸替換是果蠅和薊馬種群對(duì)多殺菌素產(chǎn)生抗性的原因。例如，在抗多殺菌素的果蠅和花薊馬品系中分別發(fā)現(xiàn)了nAChRα6亞基的氨基酸替換G275E和G275V，將該突變引入到果蠅的nAChRα6亞基，其對(duì)多殺菌素的敏感性降低66倍[34,35]。此外，還有靶標(biāo)基因突變及其相對(duì)表達(dá)量改變可能導(dǎo)致昆蟲產(chǎn)生高抗性，在多殺菌素高抗性的地中海果蠅中，在nAChRα6亞基中鑒定出了3個(gè)隱性突變等位基因[36]。Wang等[37]證實(shí)了小菜蛾對(duì)多殺菌素高抗性水平的產(chǎn)生與nAChRα6亞基中的3個(gè)氨基酸缺失有關(guān)。

在中國(guó)，瓜薊馬和棕櫚薊馬對(duì)乙基多殺菌素的抗性主要是由nAChRα6亞基的氨基酸替換G275E和F314V引起，突變頻率超過90%的品系，其LC50范圍是未突變品系的60～276倍[38]。

3 結(jié) 語

多殺菌素類殺蟲劑為廣譜高效的綠色生物農(nóng)藥，在害蟲綜合防治中具有很好的應(yīng)用前景，但多殺菌素和乙基多殺菌素現(xiàn)已出現(xiàn)交互抗性，在抗性治理中需避免二者輪用，延緩抗性發(fā)展。通過化學(xué)修飾和生物合成改造，得到其結(jié)構(gòu)類似物是擴(kuò)大此類殺蟲劑殺蟲譜，提高殺蟲活力和延緩害蟲抗性發(fā)展的有效途徑。丁烯基多殺菌素為天然合成產(chǎn)物，比多殺菌素具有更廣泛的殺蟲譜，能殺滅多殺菌素和乙基多殺菌素防治效果不佳的蘋果蠹蛾和煙青蟲等，在延緩害蟲抗性方面極具潛力[39]。目前，丁烯基多殺菌素的發(fā)酵產(chǎn)量較低，在市場(chǎng)上未見相關(guān)產(chǎn)品登記的報(bào)道，如何提高其發(fā)酵產(chǎn)量是亟待解決的一大難題。通過基因工程改造、理化誘變篩選丁烯基多殺菌素高產(chǎn)菌株和培養(yǎng)基優(yōu)化提高發(fā)酵產(chǎn)量已成為近年研究的熱點(diǎn)。此外，不同害蟲種群對(duì)多殺菌素類殺蟲劑顯示出代謝抗性和靶標(biāo)抗性兩種抗性機(jī)制，對(duì)此類殺蟲劑代謝抗性機(jī)制研究?jī)H在抗性害蟲的代謝解毒酶活性和CYP450s基因表達(dá)量的變化等方面，還需對(duì)代謝抗性的調(diào)控機(jī)制進(jìn)一步研究。

我國(guó)越來越重視低毒低殘留和對(duì)生態(tài)環(huán)境無污染的新型農(nóng)藥開發(fā)，發(fā)展生物農(nóng)藥是增強(qiáng)農(nóng)產(chǎn)品國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力和發(fā)展綠色產(chǎn)業(yè)的主要路徑。因此，要加大對(duì)生物農(nóng)藥的分析和研究，以理性、客觀的方式看待生物防治和化學(xué)防治的優(yōu)缺點(diǎn)。