殺螨劑防治植食性螨的經(jīng)濟重要性和最近對其作用機制的研究

張翼翾 編譯（上海市農(nóng)藥研究所，上海 200032）

殺螨劑防治植食性螨的經(jīng)濟重要性和最近對其作用機制的研究

張翼翾 編譯
（上海市農(nóng)藥研究所，上海 200032）

植食性螨是全球許多農(nóng)業(yè)作物的重要害蟲，如果不控制在經(jīng)濟閾值下，就會對食品、飼料和纖維的生產(chǎn)造成威脅。特別是葉螨科、細(xì)須螨科、跗線螨科和癭螨科螨重要害螨，直接取食植物或傳播植物病原菌和病毒，危害作物。

二斑葉螨（Tetranychus urticae）、柑橘全爪螨（Panonychus citri）和蘋果紅蜘蛛（Panonychu sulmi）3種葉螨被認(rèn)為是破壞性最大的害螨，是開發(fā)有效作物保護工具的主要靶標(biāo)。柑橘全爪螨和蘋果紅蜘蛛分別是柑橘和蘋果樹的主要害蟲，二斑葉螨的寄主范圍較廣，報道的有250多個科1 000多種植物。其中許多寄主是重要的作物，包括蔬菜、水果、玉米、大豆和棉花。葉螨是最易對殺蟲劑產(chǎn)生抗性的無脊椎動物之一。它們生命周期短，繁殖能力強，需要頻繁使用殺螨劑來防控，由此迅速發(fā)展抗性（表1）。此外，最近有人提出螨的進化史可能也是其抗性快速發(fā)展的因素之一。對廣泛的寄主植物適應(yīng)性的進化賦予葉螨獨特的代謝解毒植物次生化合物的能力。故最近有人提出了農(nóng)藥抗性快速發(fā)展和害蟲適應(yīng)許多植物寄主能力之間具有一定關(guān)系。

在20世紀(jì)50和60年代，有機磷在全球不再能有效防控螨，這是合成殺螨劑首個抗性事例；今天，二斑葉螨等葉螨對所有類別殺螨劑都已發(fā)展了抗性。人們越來越關(guān)注農(nóng)藥對環(huán)境和人類健康的影響，這促進可替代防治措施的研究開發(fā)。用捕食性螨如智利小植綏螨（Phytoseiulus persimilis）和斯氏鈍綏螨（Amblyseiusswirskii）對葉螨進行生物防治已用于一些溫室作物，但應(yīng)用規(guī)模有限。除了應(yīng)用捕食性節(jié)肢動物，也有人提出用昆蟲病原真菌防治葉螨，特別是當(dāng)氣候條件適宜時。在1945年后合成殺蟲劑應(yīng)用前，植物提取物和精油等天然物也用于防治害物。需要指出的是，對于許多用于作物保護的合成農(nóng)藥來說，都會有天然化合物與其結(jié)合于同一個靶標(biāo)。植物化學(xué)一直啟迪和引導(dǎo)著合成農(nóng)藥的發(fā)展，在以后當(dāng)人們對節(jié)肢動物與植物的相互作用更加了解的時候，植物化學(xué)可能會繼續(xù)引領(lǐng)著殺螨劑的發(fā)展。

而今天，用合成殺螨劑進行化學(xué)防治仍然是全球害螨綜合管理的重要部分，而且不會很快發(fā)生變化。故本文呈現(xiàn)了殺螨劑使用經(jīng)濟數(shù)據(jù)，以反映在防治作物害螨的過程中遇到的問題以及抗性的發(fā)展情況。同時介紹了由于已有類別殺螨劑抗性發(fā)展等原因，人們開始使用一些新穎作用機制的殺螨劑。也介紹了殺螨劑作用機制的最新研究進展情況。

1 殺螨劑市場反映了作物害螨的經(jīng)濟重要性

只有有限的科學(xué)信息資料以作物產(chǎn)量的損失或品質(zhì)的降低，或害螨防治費用，表明了農(nóng)業(yè)害螨的經(jīng)濟影響。殺螨劑使用和銷售的統(tǒng)計數(shù)據(jù)至少會部分說明害螨的經(jīng)濟重要性以及重要害螨發(fā)生程度。本文列出的數(shù)據(jù)來源于Phillips McDougall AgriService、田間觀察和文章。

在2013年，全球殺螨劑市場大約為9億歐元，為殺蟲劑市場的7%（圖1）。在銷售額方面，殺螨劑被歸為特殊化合物，主要或僅用于防治螨，而9億歐元的市場是用于螨類防治農(nóng)藥的估值，而有機磷、氨基甲酸酯、擬除蟲菊酯類和大環(huán)內(nèi)酯等廣譜殺蟲劑也用于防治某些區(qū)域或作物的螨。以防治不同種類植食性螨類對2008年殺螨劑市場進行分類，發(fā)現(xiàn)防治葉螨（spider mite）的殺螨劑市值約占總的80%。僅用于防治葉螨屬（Tetranychus spp.）（主要為二斑葉螨）的殺螨劑市值達(dá)3.72億歐元（62%），水果生產(chǎn)中的主要害蟲柑橘全爪螨和蘋果紅蜘蛛防治藥劑市值達(dá)1億歐元（16%）。細(xì)須螨科短須螨屬螨防治藥劑市值達(dá)10%，最重要的品種加州短須螨（Brevipalpus californicus）、紫紅短須螨（Brevipalpusphoenicis）和卵形短須螨（Brevipalpus obovatus）發(fā)生于熱帶和亞熱帶地區(qū)，這些螨是主要的病毒媒介。柑橘麻風(fēng)病毒，是柑橘最嚴(yán)重的致病病毒，可使柑橘無產(chǎn)。銹螨和癭螨（癭螨科）防治藥劑市值約為總的8%，最近有文章介紹了其重要性和防治難。最后，跗線螨（Tarsonemidae）如茶黃螨屬（Polyphagotarsonemus spp.）偶爾會危害許多田間和溫室作物，每年防治這些螨的藥劑銷售額約為殺螨劑的5%。圖2B列出了噴霧用大多數(shù)殺螨劑的施用靶標(biāo)：水果和蔬菜（74%），主要為葡萄和柑橘。然而，最近報道玉米、棉花和大豆被葉螨危害不斷增加。在美國，最近葉螨給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來了嚴(yán)重的危害，特別是對中南部的棉花。在2010年，在三角州和密西西比州，葉螨已從過去偶然發(fā)生而成為棉花的嚴(yán)重害蟲。據(jù)報道，在2011年，螨的危害造成棉花損失約為5.5萬包，葉螨已從危害可以忽略的晚季害蟲發(fā)展為有損害的早季害蟲。據(jù)報道，在美國的東北部明尼蘇達(dá)州、賓夕法尼亞州，大豆和玉米田中葉螨爆發(fā)次數(shù)增加了，這一般與夏天干熱氣候有關(guān)，如2007、2009和2012年的情況。氣候的變化可能使葉螨的危害大規(guī)模地增加，使過去不必用藥的作物受到侵染。

表1 抗性報道例和抗殺螨劑數(shù)量列前12的抗性節(jié)肢動物

從地區(qū)殺螨劑的銷售額看，亞太地區(qū)占38%，美國26%，歐洲14%，而其中意大利和西班牙就約占一半，是銷售額列前12位中僅有的2個歐洲國家（圖2）。中國、巴西、日本的殺螨劑銷售額也位列前茅。

圖1 2013年殺蟲劑/殺螨劑市場

圖3為日本在1976-2011年殺螨劑的銷售情況。在日本，殺螨劑已大量用于多種作物，其中柑橘（31%）、茶（22%）、蘋果和梨（23%）是使用殺螨劑最多的作物。在1990年前，有機錫化合物（苯丁錫）和噻螨酮被頻繁使用，是主要的殺螨劑，一直到20世紀(jì)早期抗性產(chǎn)生。在當(dāng)時，開發(fā)了新作用機制的殺螨劑，即線粒體電子傳遞抑制劑，有噠螨酮、吡螨胺和唑螨酯，這些殺螨劑迅速在全球被廣泛應(yīng)用，應(yīng)用了10年直到抗性增加。在2000年后，許多殺螨劑上市，被用于殺螨劑抗性管理項目，其中彌拜菌素、乙螨唑、滅螨醌和聯(lián)苯肼酯是新的化合物。最近，又開發(fā)了新作用機制的殺螨劑，如季酮酸和β-酮腈（beta-ketonitrile）。它們具有優(yōu)異的防效，不易產(chǎn)生抗性，在2011年，是日本殺螨劑市場的主要產(chǎn)品，但在抗性管理項目中要合理而正確地使用。表2為2010年每個殺螨劑產(chǎn)品全球銷售額的估值。從表可以發(fā)現(xiàn)銷售額位列前茅的產(chǎn)品不僅包括具有新穎作用機制的新的化合物，也包括1964年上市的炔螨特和1975年上市的苯丁錫等老產(chǎn)品。然而，比較圖1和表2發(fā)現(xiàn)新作用機制殺蟲劑迅速占據(jù)了重要地位。

圖2 2008年殺螨劑銷售額情況（百萬歐元）

圖3 1976-2011年日本殺螨劑銷售面積圖（百萬歐元）

2 殺螨劑作用機制研究新進展

葉螨抗性問題已眾所周知，一般殺螨劑研究主要圍繞新作用機制化合物的發(fā)現(xiàn)和開發(fā)。在抗性管理和害物綜合管理中合理使用這些化合物是持續(xù)、有效地防治葉螨最好的方法。有關(guān)殺螨劑的作用機制，特別是分子水平的機制對管理抗性有很大的幫助。首先，可以對作用于同一作用靶點的產(chǎn)品進行分類（如IRAC按作用機制分類，圖1，表3），進而可以確定潛在的交互抗性風(fēng)險。在詳細(xì)了解了殺螨劑分子靶標(biāo)知識后，就可以篩選出靶標(biāo)位點抗性的等位基因，在抗性管理策略中檢測此基因，作為診斷工具，來指導(dǎo)藥劑的輪用。

已有文獻(xiàn)綜述靶標(biāo)位點敏感性下降的抗性機制和殺螨劑的作用機制。而本文此部分主要介紹作用機制研究的最新進展。

表2 2010年全球殺螨劑銷售值（百萬歐元）

2.1 乙酰輔酶A羧化酶季酮酸

季酮酸/四氨酸衍生物被稱為環(huán)酮烯醇，代表物質(zhì)有螺螨酯、螺甲螨酯、螺蟲乙酯，是最新開發(fā)的新作用機制殺蟲劑。第一個代表產(chǎn)品螺螨酯在2002年上市，現(xiàn)在在全球被頻繁使用防治主要的經(jīng)濟重要性植食性螨［葉螨屬（Tetranychus spp.）、全爪螨屬（Panonychus spp.）、短須螨屬（Brevipalpus spp.）、皺葉刺癭螨屬（Phyllocoptruta spp.）和刺皮癭螨屬（Aculops spp.），圖2A］。螺甲螨酯對螨高效，對粉虱（Bemisia spp.、Trialeurodes spp.）有高的防效，螺蟲乙酯對刺吸式害蟲有廣譜活性，如蚜蟲、粉虱和介殼蟲。所用酮烯醇作用機制相似，對昆蟲的脂質(zhì)生物合成有抑制作用。中毒癥狀為蟲體腫脹，安靜地死亡，對生殖具有顯型影響。處理雌成蟲后，其體內(nèi)脂質(zhì)含量下降，這表明這些化合物抑制了脂質(zhì)的合成。用酮烯醇處理蚜蟲的試驗也證實了這一點。進一步的分析表明乙酰輔酶A羧化酶可能是酮烯醇的作用靶標(biāo)位點。這不僅與中毒癥狀相符，而且這些化合物是從已知的作用于乙酰輔酶A羧化酶具有除草活性前體的?；苌镩_發(fā)而來。然而，最近才有人研究和報道了酮烯醇?xì)Ⅱ齽┖鸵阴］o酶A羧化酶間的相互作用。在Lummen等人的研究中，乙酰輔酶A羧化酶酶液是從桃蚜和草地夜蛾提取純化而來，利用桿狀病毒系統(tǒng)使二斑葉螨乙酰輔酶A羧化酶在昆蟲細(xì)胞內(nèi)重組表達(dá)、純化。用這些酶液進行試驗表明螺蟲乙酯的烯醇衍生物對乙酰輔酶A羧化酶有強的抑制活性，對3個酶的IC50約為100 nM。螺蟲乙酯烯醇抑制乙酰輔酶A羧化酶的穩(wěn)態(tài)動力學(xué)表明對乙酰輔酶A是可競爭性抑制作用，即化合物與乙酰輔酶A羧化酶羧基轉(zhuǎn)移酶結(jié)構(gòu)域結(jié)合。對葉螨酶的突變分析，主要是涉及除草活性的乙酰輔酶A羧化酶抑制劑抗性的保守殘基，表明抑制劑的結(jié)合沒有變化，這說明了殺螨的酮烯醇與除草活性化合物具有不同的結(jié)合方式。

2.2 聯(lián)苯肼酯抑制線粒體細(xì)胞色素bc1復(fù)合體

聯(lián)苯肼酯在1999年上市，是肼-肼基甲酸鹽殺螨劑，對溫室花卉、蘋果、梨、柑橘和棉花上的多種螨有優(yōu)異的防效。目前主要用于防治所有發(fā)育階段的螨，如葉螨屬、全爪螨屬和小爪螨屬（Oligonychus spp.）。聯(lián)苯肼酯通過觸殺和經(jīng)口快速擊倒害蟲，長時間地防治害蟲，同時，它具有選擇性，對捕食螨和其他生物控制劑沒有負(fù)面影響。在上市之初，聯(lián)苯肼酯與其他商業(yè)化使用的殺螨劑不存在交互抗性。起初聯(lián)苯肼酯表現(xiàn)為神經(jīng)毒素，被認(rèn)為是GABA激動劑，但沒有詳細(xì)的信息或數(shù)據(jù)。直到2007年，聯(lián)苯肼酯被歸為IRAC類別25（神經(jīng)活性，但確切的作用機制未知）。在實驗室對抗聯(lián)苯肼酯的二斑葉螨抗性品系的抗性機制研究后，提出此化合物作用于線粒體細(xì)胞色素復(fù)合體Ⅲ的Qo點，起抑制作用。首先，聯(lián)苯肼酯抗性對二斑葉螨和柑橘全爪螨來說是母系遺傳，這表明其作用于線粒體靶標(biāo)。對敏感和抗性螨的線粒體全基因組測序已表明線粒體細(xì)胞色素b發(fā)生了諸多突變，這些突變與抗性產(chǎn)生有關(guān)。這些突變發(fā)生在色素b的cd1和helix，這些結(jié)構(gòu)形成酶Qo的口袋。數(shù)個真菌相似位置發(fā)生的突變使其對線粒體復(fù)合體Ⅲ抑制劑Strobilurin類殺菌劑產(chǎn)生強的抗性。生化和毒理學(xué)數(shù)據(jù)也支持聯(lián)苯肼酯為線粒體復(fù)合體Ⅲ抑制劑。首先，用聯(lián)苯肼酯處理葉螨會顯著地降低APT的含量，且隨著時間的延長，APT的量不斷減少，這是作用于線粒體復(fù)合體Ⅰ的METIs等其他干擾線粒體電子傳遞的殺螨劑所引起的反應(yīng)。其次，已證明聯(lián)苯肼酯和滅螨醌存在交互抗性，且能母系遺傳。已有人詳細(xì)地介紹了滅螨醌為作用于Qo點的線粒體復(fù)合體Ⅲ抑制劑，這充分證明聯(lián)苯肼酯和滅螨醌都為線粒體復(fù)合體Ⅲ抑制劑，作用于細(xì)胞色素b的Qo點。最后，也有文章報道了線粒體復(fù)合體Ⅲ與聯(lián)苯肼酯或其代謝物之一之間存在物理相互作用。在此研究中，14C標(biāo)記的聯(lián)苯肼酯施用于葉螨，對線粒體復(fù)合體進行分離檢測發(fā)現(xiàn)放射性同位素只存在于線粒體復(fù)合體Ⅲ中。

表3 殺螨劑及其作用機制/靶標(biāo)點（IRAC類別）

從以上信息看，聯(lián)苯肼酯應(yīng)該與滅螨醌和fluacrypirim分為一類，即IRAC類別20。然而，目前對其沒有進行分類（group UN）的原因之一為到目前為止沒有有關(guān)其對電子傳遞或線粒體呼吸直接影響的報道，雖然具有此類研究的生化工具。在此生測中既不是聯(lián)苯肼酯也不是二氮烯羧化物代謝物（圖4f）抑制復(fù)合體Ⅲ，因為聯(lián)苯肼酯可能不是活性毒物。激活聯(lián)苯肼酯的首要步驟之一可能為酯水解為肼衍生物，因為酯酶抑制劑中和了聯(lián)苯肼酯的毒性。也有人報道主要代謝物之一二氮烯對葉螨也同樣有毒，聯(lián)苯肼酯水解后，發(fā)生氧化反應(yīng)生成二氮烯，脫羧基后會生成偶氮衍生物。在Van Nieuwenhuyse等人的研究中，用薄層色譜檢測到一個獨特的對螨有特異活性的代謝物，其結(jié)構(gòu)未知。然而，在確定此物質(zhì)前，無法進行進一步的研究以明確此物質(zhì)與復(fù)合體Ⅲ的細(xì)胞色素b的之間作用。在IRAC作用方式分類中“UN”分類的另一原因可能是最近研究表明聯(lián)苯肼酯對二斑葉螨GABA受體具有變構(gòu)調(diào)節(jié)作用，雖然在μM級別。不管這些具有殺螨活性的作用是否被報道，但抗性品系既沒有定量表達(dá)差異，所有GABA受體序列也沒發(fā)生改變，這強有力地說明此相互作用與發(fā)現(xiàn)的毒性沒有關(guān)系?？偟膩碚f，目前有關(guān)聯(lián)苯肼酯作用于線粒體的作用機制的證據(jù)非常有力，應(yīng)避免與滅螨醌化合物交替使用，以免產(chǎn)生交互抗性。如果按目前IRAC作用機制分類，種植者可能就不清楚交互抗性風(fēng)險。

2.3 螨生長抑制劑乙螨唑、四螨嗪和噻螨酮與幾丁質(zhì)合成酶的相互作用

化合物乙螨唑、四螨嗪和噻螨酮被稱為螨生長抑制劑（IRAC類別10）。四螨嗪（四嗪化合物）和噻螨酮（噻唑烷酮化合物）已被使用了30多年，今天仍被廣泛使用。它們具有優(yōu)異的生態(tài)毒性、廣譜活性、長的殘效期。最近，噁唑啉化合物乙螨唑以殺螨劑上市，在2013年IRAC類別10的化合物仍然達(dá)到市場的9%。然而，這些化合物的作用機制到目前仍沒有報道。

利用二斑葉螨的全基因組序列，Van Leeuwen等人開發(fā)了群體水平混合分組分析法，用以繪制高清的抗性基因。用此技術(shù)，發(fā)現(xiàn)高抗品系的乙螨唑的抗性位點在小的基因組區(qū)域。遺傳互補試驗和對多個敏感和抗性品系測序表明乙螨唑抗性與二斑葉螨幾丁質(zhì)酶（CHS-1）突變（I1017F）有關(guān)。隨后，研究了抗四螨嗪、噻螨酮和乙螨唑二斑葉螨品系，發(fā)現(xiàn)二斑葉螨對3個化合物的抗性為單基因、隱性遺傳。不管抗性是否為基因突變引起，都可采用混合分組分析法單獨定位每個抗性基因。定位結(jié)果表明3個化合物的抗性由一個相似的基因組位點決定。如前面所述的乙螨唑的情況，I1017F替代絕對與3個化合物的抗性有關(guān)。所以，提出與CHS-1的相互作用可能是結(jié)構(gòu)多樣的螨類生長抑制劑的作用機制。此外，冰凍切片和Calcofluor White染色進一步表明乙螨唑和噻螨酮阻礙敏感螨的幾丁質(zhì)沉積，但對突變的抗性螨沒有此作用。假設(shè)先前發(fā)現(xiàn)的四螨嗪/噻螨酮和苯甲酰脲化合物氟環(huán)脲和氟蟲脲間存在交互抗性的情況屬實，這也進一步表明和幾丁質(zhì)合成酶的直接作用可能是苯甲酰脲（IRAC類別15）的作用機制。

2.4 新穎的復(fù)合體Ⅱ抑制劑

Pyflubumide和β-酮腈化合物丁氟螨酯和腈吡螨酯是最近開發(fā)的具有新的作用機制的殺螨劑。在2007年，丁氟螨酯被Otsuka AgriTechno開發(fā)和商業(yè)化，到目前為止至少在15個國家登記；腈吡螨酯在2009年被Nissan Chemicals上市，現(xiàn)在在3個國家（日本、韓國和哥倫比亞）登記。這2個化合物對各個發(fā)育階段的葉螨（葉螨、小爪螨、全爪螨）高效，雖然一些抗性水平高的多抗二斑葉螨品系可能已表現(xiàn)交互抗性。此外，它們不會對非靶標(biāo)節(jié)肢動物有影響，可用于綜合害物管理。除了能防治葉螨外，丁氟螨酯也是有效防治短須螨屬螨很有發(fā)展前景的工具。丁氟螨酯通過觸殺活性快速擊倒葉螨，一般在應(yīng)用后3 h內(nèi)，其持效期可達(dá)28 d（應(yīng)用后）。丁氟螨酯和腈吡螨酯都干擾線粒體電子傳遞，但與METIs（復(fù)合體Ⅰ抑制劑）、聯(lián)苯肼酯和滅螨醌（復(fù)合體Ⅲ抑制劑）不同，這些化合物抑制線粒體電子傳遞鏈的復(fù)合體Ⅱ。最近，也有人報道丁氟螨酯和腈吡螨酯是殺螨劑前體物質(zhì)，需經(jīng)水解進行生物激活。然而，增效試驗表明丁氟螨酯可能在生物體內(nèi)被酯酶水解（圖4k, 丁氟螨酯代謝物1），之后很可能發(fā)生脫羧反應(yīng)（圖4I，丁氟螨酯代謝物2），而腈吡螨酯可能發(fā)生水解（腈吡螨酯代謝產(chǎn)物1）。

羧酸酯化合物pyflubumide（NNI-0711，圖4o）還沒有上市。日本公司Nihon Nohyaku Co.在復(fù)合體Ⅱ抑制型殺菌劑甲酰胺的基礎(chǔ)上開發(fā)了此殺螨劑。與丁氟螨酯和腈吡螨酯相似，pyflubumide也為殺螨劑前體，其代謝物對線粒體復(fù)合體Ⅱ有高的抑制活性。有趣的是，有人認(rèn)為其結(jié)合方式不同于腈吡螨酯，到目前仍沒有有力的數(shù)據(jù)支持。

圖4 殺螨劑（a-c, e, g-i, j,m和o）和其代謝物（d, f, k, l和n）的結(jié)構(gòu)

3 總 結(jié)

葉螨是農(nóng)業(yè)中最重要的害螨，如不加以有效防治會對作物造成災(zāi)難性破壞。因此，市場上主要的殺螨劑是以此類螨為靶標(biāo)，特別是果樹和蔬菜種植中的葉螨，但大豆、玉米和棉花等主要作物在干旱和熱的條件也會受到螨嚴(yán)重的危害。而具體殺螨劑的使用取決于抗性問題和新的作用機制殺螨劑的商業(yè)化。最近開發(fā)的具有新作用機制的化合物作用于螨的ACC和復(fù)合體Ⅱ和Ⅲ電子傳遞。合理使用殺螨劑，同時進行綜合管理以及應(yīng)用新的有效殺螨劑可能是持續(xù)防治葉螨的最好途徑。

10.16201/j.cnki.cn31-1827/tq.2016.02.05

TQ450

A

1009-6485（2016）02-015-06

張翼翾，女，工程師，碩士，E-mail: sjnywp@163.com。

2016-03-20。