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烟粉虱(Bemisia tabaci)是一种世界性重要害虫,为害包括棉花在内的多种作物。近年,烟粉虱已在我国22个省、自治区、直辖市严重发生与为害,且仍在快速扩散。目前,在我国B型烟粉虱已逐渐取代了本地烟粉虱,但另一种危害性更高的Q型烟粉虱有进一步取代B型的趋势。烟粉虱在适宜的气候条件下,一般一年可发生11-21代,有明显的世代重叠现象;每年的7-9月份是为害高峰期,高温干旱有助于暴发危害;烟粉虱的防治主要依赖于化学防治,其中毒死蜱等有机磷农药已有多年使用历史,且抗药性问题日益突出。为了弄清烟粉虱对毒死蜱等有机磷农药的抗性机理和抗性现状,建立有效的抗性治理措施,提高现有的农药品种的防治效果,本研究在室内筛选了毒死蜱的烟粉虱抗感品系;研究了该抗性品系的代谢及靶标抗性机制;调查了田间烟粉虱不同地理种群的生物型和靶标突变等位基因的频率;最后,探讨了烟粉虱抗感AChE基因的体外真核表达。主要结果如下:
1.烟粉虱对毒死蜱敏感和抗性品系的室内选育
对采自于南京郊区的B型烟粉虱田间种群,利用群体筛选方法进行了抗感毒死蜱品系的室内筛选。筛选26代后获得一个33.94倍的相对抗性品系NJ-R。从抗性发展动态看,前9代筛选中抗性上升较慢,9代后上升很快,到13代筛选后抗性达到33.9倍。此时停止4代筛选,烟粉虱对毒死蜱的敏感性快速恢复,抗性降至约17倍。但继续筛选3代后,抗性又重新上升到33倍左右,此后继续筛选5代,抗性保持稳定。由此可见,烟粉虱对毒死蜱易产生中等水平抗性,但停止用药后抗药性可明显下降。
2.烟粉虱对毒死蜱抗感品系解毒代谢抗性机制的研究
测定并比较了相对敏感品系NJ-S和抗性品系NJ-R(抗性倍数34倍)间酯酶(Estersae)、谷胱甘肽-S-转移酶(GST)和多功能氧化酶(MFO)的酶活差异。结果发现,抗性品系的酯酶活力是敏感品系的1.53倍,差异显著; GST和MFO酶活力在抗性和敏感品系间,没有显著差异。进一步的增效剂试验表明,增效剂TPP在抗感品系中对毒死蜱都有增效作用,但抗性品系中的增效比为4.46,明显大于敏感品系的2.43;增效剂DEM和PBO在抗感品系中均未有明显的增效作用。结果证明,在烟粉虱对毒死蜱抗性品系NJ-R中,就代谢抗性而言,酯酶解毒代谢能力的提高是起主要作用的,GST和MFO只起辅助作用或不起作用。
3.烟粉虱对毒死蜱抗感品系靶标抗性机制的研究
利用室内筛选得到的33倍的抗性品系,在明确了酯酶活力升高是其主要的代谢抗性机制后,进一步研究了该烟粉虱抗性品系对毒死蜱的靶标抗性。对乙酰胆碱酯酶(AChE)酶活力及酶动力学测定结果表明,两者在抗感品系间均未有显著差异,说明靶标抗性在此相对抗性中不起作用。然而对ACHE-1基因(ace1)的序列分析发现,无论抗性品系还是敏感品系都发生了F392W的点突变。由于该位点的突变与多种害虫对有机磷和氨基甲酸酯农药的抗性相关,本研究筛选得到的敏感品系实际上是携带了靶标抗性的相对敏感品系,而得到的抗性品系是基于靶标抗性背景的抗性品系,其34倍的抗性主要由代谢抗性引起。同时推测,当初用于抗感品系筛选的南京田间种群,已经是携带了F392W点突变ace1的有机磷药剂抗性种群。
4.不同地理种群烟粉虱生物型鉴定及AChE抗性突变频率的检测
对采自我国北京、南京、武汉、广东、广西和新疆的6个地区的烟粉虱种群,利用mtDNA COI基因序列鉴定法进行了生物型鉴定,发现广东、广西、新疆三地烟粉虱均为B型,而南京、武汉两地烟粉虱均为Q型,北京品系也以Q型烟粉虱为主。同时,应用基于RFLP-PCR的分子检测技术,对上述6个烟粉虱地理种群共101头个体进行了F392W突变的快速检测。结果显示,各地区烟粉虱田间种群的抗性等位基因频率都已经很高。其中,北京种群最高,为100%;广西种群为94.44%;新疆、武汉和广东种群均为93.75%;南京种群最低,也达到了88.23%。被检测的101头个体中,抗性纯合子有93头,占92.07%;抗性杂合子和敏感纯合子各4头,仅分别占3.96%。这一结果表明,我国田间烟粉虱对有机磷和氨基甲酸酯类杀虫剂的靶标抗性,已处于发展后期。
5.烟粉虱抗感乙酰胆碱酯酶基因的体外真核表达
利用定点突变技术及昆虫杆状病毒表达系统,构建烟粉虱抗感品系ace1基因的表达质粒,并在昆虫Sf9细胞系中进行表达。重组病毒转染Sf9细胞后,以细胞及培养液进行SDS-PAGE检测,未发现明显的目标蛋白条带;酶活测定显示,表达组培养液或细胞与对照组间的活性也没有明显差异。但在转染重组GFP病毒对照的昆虫细胞中,可以看到明显的蛋白表达信号。分析原因,可能是ace1的表达量太低,有待从昆虫细胞系等方面进一步筛选改进,以获得大量有活性的烟粉虱ACHE1,探讨重要位点氨基酸突变与酶学特性的关系。