双酰肼类杀虫剂及对小菜蛾的防治研究进展

小菜蛾[Plutella. xylostella (L.)]，属鳞翅目(Lepidoptera)菜蛾科(Plutellidae)，具有生命力旺盛、繁殖能力强、世代周期短、世代重叠等生物学特性，是十字花科蔬菜上的重要害虫，危害十分广泛。小菜蛾在我国各地均有分布，每年发生代数由北向南不断增多，一般在4～20代不等。小菜蛾在我国的分布地区可分为3类：全年繁殖区(Year -round breeding region，YBR)、冬季滞育区(Winter diapause region，WDR)和夏季繁殖区(Summer breeding region，SBR)。现阶段防治小菜蛾最有效的方法仍为化学防治，每年全世界用于小菜蛾治理的费用高达40～50亿美元，但由于农药长期不合理使用，使得小菜蛾对大多数杀虫剂都产生抗药性，对治理造成了严重困难。2004—2009年广东不同地区的小菜蛾对杀虫单等(沙蚕毒素类杀虫剂)的抗药性逐渐升高，最高达到了129.1倍；田间种群对辛硫磷等(有机磷类杀虫剂)的抗药性水平达到15.2～40.5倍，粤中地区的小菜蛾对氟啶脲等(苯甲酰脲类杀虫剂)抗性水平达到157.3倍。陕西宝鸡地区小菜蛾田间种群对高效氯氰菊酯等(拟除虫菊酯类杀虫剂)的抗药性水平在2012—2013年为113.00～161.87倍。本文讨论在使用和研究方面较为小众的一类药剂———双酰肼类化合物(diacylhydrazines)。双酰肼类杀虫剂是蜕皮激素受体激动剂类杀虫剂，根据杀虫剂抗性工作委员会(Insecticide Resistance Action Committee，IRAC)的分类，将其与保幼激素类似物、几丁质合成抑制剂、双翅目昆虫蜕皮干扰剂(灭蝇胺)和乙酰辅酶A羧化酶抑制剂等5类杀虫剂划分为昆虫生长调节剂(Insect growth regulators，IGRs)。IGRs区别于其他传统神经性杀虫剂，被认为是对环境安全且对非靶标生物低毒的绿色杀虫剂类型。本文就双酰肼类杀虫剂发展历程、主要种类、作用机理以及在防治小菜蛾方面的应用进行总结，旨在为后续研究提供参考，并为科学合理用药提供理论依据。

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双酰肼类杀虫剂发展历程及主要种类

双酰肼类杀虫剂目前主要有4个品种，即环虫酰肼(chromafenozide)、氯虫酰肼(halofenozide)、虫酰肼(tebufenozide)和甲氧虫酰肼(methoxyfenozide)。关于蜕皮激素受体激动剂研究者最初研发了抑食肼(RH-5849)，但由于其效力低下所以没有商业化生产使用。随后在RH-5849的基础上，又研发了3种双酰肼类杀虫剂，分别是虫酰肼(RH-5992)、甲氧虫酰肼(RH-2485)、氯虫酰肼(RH-0345)。这3种化合物均投入商业化生产，其中虫酰肼和甲氧虫酰肼对鳞翅目害虫有效，氯虫酰肼对鞘翅目和部分鳞翅目害虫有效，并且该类杀虫剂对寄生蜂Hyposoter didymator、岛弯尾姬蜂Diadegmainsulare(Cresson)、黑刺益蝽Podisus nigrispinus等天敌毒性较低。2000年日本的学者研发出对鳞翅目害虫有生物活性的环虫酰肼(ANS-118)，2005年中国学者研发出呋喃虫酰肼(JS-118)，均投入市场使用(见图1)。目前这5种双酰肼类杀虫剂中虫酰肼和甲氧虫酰肼在国内以及澳大利亚、加拿大、欧盟、美国和新西兰有登记，环虫酰肼在国内和欧盟有登记，呋喃虫酰肼仅在我国有登记，而氯虫酰肼在以上提到的任何国家都没有登记。

图1 双酰肼类杀虫剂

近年来，研究者仍在大力开发创制新型的双酰肼类化合物，如Wang等发现含1,2,3-噻二唑的N-叔丁基-N,N′-双酰肼类化合物对小菜蛾有很好的杀虫活性。Liu等发现N-烷基-N′-2,4-二氧-3,4-二氢嘧啶-1-双酰肼衍生物对斜纹夜蛾的LC50达到23.2 mg/L。胡崇波等发现N-叔丁基-N′-(2,6-二氟苯甲酰基)-2-氯烟酰肼对小菜蛾的生物活性是虫酰肼的1.5倍，为后续研发出具有更高活性的双酰肼化合物提供了先导化合物。Jiang等发现Ⅲ-27(N-(2-甲基苯乙基)-1-苯基-1,4,5,6,7,8-六氢环庚[c]吡唑-5-甲酰胺)具有良好的杀小菜蛾活性，通过分子对接模拟发现其能够与昆虫蜕皮激素受体(ecdysone receptor，EcR)和几丁质酶相互作用，为研究新型双靶标IGRs了提供思路。Hu等发现1-苯基-4-氰基-5-氨基吡唑类化合物兼具PxEcR-PxUSP结合活性以及生物活性，可以作为EcR新配体。随着越来越多的先导化合物被发现，利用现代分子模拟对接以及构效分析等技术对这些先导化合物的结构进行不断优化，将为蜕皮激素受体激动剂类杀虫剂提供后备药物，以防该类杀虫剂被淘汰。

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双酰肼类杀虫剂作用机理概述

在昆虫生长发育过程中，由于其外骨骼的存在，使得蜕皮这一过程变得尤为重要。蜕皮激素为昆虫蜕皮过程中主要的调控激素，蜕皮激素除调控昆虫蜕皮外，还对虫卵孵化、化蛹和羽化等过程起到一定作用。蜕皮激素，由昆虫前胸腺分泌再转化为20-羟基蜕皮酮(20-hydroxyecdysone，20E)，20E为昆虫蜕皮激素的主要活性形式。20E再与昆虫体内蜕皮激素受体(ecdysonereceptor，EcR)和超气门蛋白(ultraspiracle，USP)组成的EcR-USP复合体结合从而启动蜕皮。EcR-USP是一类异源二聚核受体蛋白，EcR/USP-LBD从正面看形似蝴蝶，并且EcR-LBD在同一物种内具有高度保守性(鳞翅目昆虫在80%以上)。EcR单独存在时很难与20E结合，但当USP与EcR结合时，EcR配体结合域(EcR-ligand-binding domains，EcR-LBD)会形成一个结合口袋，20E从而可以与EcR-USP结合进而启动转录，促使昆虫蜕皮。

与20E作用相似，双酰肼类杀虫剂进入虫体后，也与EcR-USP复合体中的EcR-LBD结合启动蜕皮。但与蜕皮激素不同的是，这类杀虫剂一旦与EcR-USP复合体结合很难分离，从而持续诱导昆虫蜕皮，抑制多巴脱羧酶、羽化激素基因等表达，导致昆虫不能形成结构完整的新表皮而死亡。例如有研究发现，利用亚致死剂量的甲氧虫酰肼处理棉铃虫后，会造成棉铃虫表皮蛋白CP22和CP14基因显著上调表达，3龄幼虫表皮和真皮细胞出现分离解体。

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双酰肼类杀虫剂对小菜蛾的生物活性及其抗药性

3.1 双酰肼类杀虫剂对小菜蛾的生物活性及抗性品系筛选

通过室内测定双酰肼类杀虫剂对小菜蛾敏感品系的生物活性发现：呋喃虫酰肼对小菜蛾LC₅₀为2.23(0.79～3.96) mg/L，虫酰肼为12.6(10.2～15.8) mg/L，甲氧虫酰肼为7.33(4.60～10.9) mg/L，抑食肼为10.6(6.58～16.6) mg/L。Sun等在利用呋喃虫酰肼筛选小菜蛾抗性品系时发现，在第39代时LC₅₀已由2.23 mg/L升至675.6 mg/L，抗性倍数达到302.8倍。曹广春利用虫酰肼隔代处理室内敏感品系小菜蛾，进行抗性品系的选育发现，在第9次(17代)筛选的时候小菜蛾对虫酰肼的抗性水平已经达到了中抗水平(33.1倍)，第17次后(35代)小菜蛾对虫酰肼的抗性增加了93.8倍。同时，虫酰肼抗性品系的小菜蛾卵孵化率和单雌产卵量显著下降，并且降低了小菜蛾的生物适合度。由此可见，小菜蛾对虫酰肼易产生抗药性，施药时不可长期连续使用单一种类杀虫剂，以保持小菜蛾对某一杀虫剂的敏感程度。

抗性倍数(resistance ratio，RR)=抗性品系LC50/相对敏感品系LC₅₀；抗药性水平分级标准依据NY/T 2058—2014，5.0＜RR≤10.0为低水平抗性，10.0＜RR≤100.0为中等水平抗性，RR＞100.0为高水平抗性。

通过了解对双酰肼类杀虫剂产生抗性的小菜蛾对其他药剂产生交互抗性的情况，有利于为指导科学用药以及后续深入探讨交互抗药性机理提供帮助。研究发现室内筛选得到的小菜蛾虫酰肼中抗品系(RR=93.8)，对阿维菌素等药剂产生了不同程度的抗性(见表1)。

表1 小菜蛾虫酰肼抗性品系对其他类型杀虫剂交互抗性

小菜蛾一旦对双酰肼类杀虫剂中的某一种产生一定的抗药性，那么对其他双酰肼类杀虫剂以及阿维菌素类、恶二嗪类杀虫剂的抗药性也会逐渐升高。另外，Sun等也测试了小菜蛾的呋喃虫酰肼抗性品系(抗性倍数=302.8)对其他药剂的交互抗性，发现抗性品系对同类杀虫剂甲氧虫酰肼的交互抗性最高，抗性倍数达37.6；对同类杀虫剂虫酰肼和抑食肼等、几丁质合成抑制剂类杀虫剂氟铃脲和除虫脲达到中等抗性；对阿维菌素、辛硫磷、灭多威(氨基甲酸酯类)、毒死蜱(有机磷酸酯类)、虫螨腈、高效氯氰菊酯、多杀菌素未产生抗性。因此，在防治过程中双酰肼类杀虫剂可以与芳基吡咯类、拟除虫菊酯类、多杀菌素类、双酰胺类、苯基吡唑类、有机磷酸酯类、氨基甲酸酯类杀虫剂进行混用或轮用，使小菜蛾对其抗性水平始终维持一个较低水平，以延缓该类杀虫剂被淘汰。更重要的是，需要研发具有新型骨架的蜕皮激素受体激动剂类化合物来替代已产生抗药性的杀虫剂。

3.2 田间品系小菜蛾抗性测定

随着双酰肼类杀虫剂在小菜蛾田间防治中的应用，其抗药性问题日益凸显，针对这一情况我国已经开始对其抗性情况进行监测。不同地区小菜蛾对虫酰肼抗性的监测见表2，除深圳、增城、白云和无锡4个地点的小菜蛾对虫酰肼处于低抗或无交互抗性水平外，其余各地的小菜蛾对虫酰肼的抗性水平均达到了中抗水平。小菜蛾对虫酰肼抗药性的提升，预示着虫酰肼甚至这一类药剂都面临着被淘汰的风险，应加紧研发此类杀虫剂的进度为此做准备。

表2 田间小菜蛾对虫酰肼抗性测定

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小菜蛾对双酰肼类杀虫剂抗药性机理研究进展

昆虫产生抗药性的主要途径一共有3类，分别是对有害物质的代谢能力增强、降低有害物质对昆虫靶点刺激的敏感性、降低有害物质对昆虫表皮的穿透能力。其中，提升有害物质的代谢能力是相对容易的途径，主要是通过杀虫剂诱导来提高昆虫体内解毒酶系统的代谢能力。细胞色素P450酶系(P450s)、酯酶(EST)和谷胱甘肽-S-转移酶(GSTs)是昆虫体内的三大解毒酶系，这几种酶活性的升高皆有可能是导致害虫抗药性产生或增加的关键因素。有研究发现，对双酰肼类杀虫剂具有高倍抗性(RR≥270)可使小菜蛾体内P450s、CarE、GSTs、芳基酰胺酶(AA)酶活力升高，几丁质酶活力下降。而对双酰肼类杀虫剂产生抗药性减弱(RR≈20)的小菜蛾来说，其体内P450s、CarE、GSTs和AA酶活力下降，几丁质酶活力上升。

昆虫通过降低杀虫剂对自身靶点的敏感性也能够产生抗药性。降低靶点的敏感性主要依赖于杀虫剂对应昆虫靶点部位核苷酸的突变，因此这种产生抗药性的途径较为有限，因为很多靶点具有功能的重要性及基因的保守性，只有少数变异才能使昆虫既降低了靶点对有害物质的敏感性，又不会影响正常功能。例如，对拟除虫菊酯和氟虫腈产生抗药性的德国小蠊Blattella germanica (L.)，通过检测发现2种杀虫剂对应的靶点均有着80%以上的突变率。目前已报道的研究中，有关双酰肼类杀虫剂在昆虫抗性品系靶点上的突变研究相对较少。现有报道是在对比小菜蛾虫酰肼抗性品系与实验室敏感品系的蜕皮激素受体基因时，发现EcR-LBD的11螺旋N端存在一个脯氨酸到丝氨酸(P514S)的突变，导致EcR-USP结构发生改变，使虫酰肼与靶点结合能力降低，从而导致小菜蛾对该类药剂敏感程度降低，抗药性增强。还有研究发现小RNA MiR-189942能够与PxEcR-B的3′-UTR结合抑制PxEcR-B的表达，从而提高小菜蛾对呋喃虫酰肼的抗性。此外，也有研究发现小菜蛾雌虫比雄虫更耐药，暗示虫酰肼抗性遗传可能会伴随W染色体进行，但此类机制还需要进一步确定。

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总结与展望

5.1 小菜蛾现阶段防控技术

在防治小菜蛾方面，主要有农业防治技术、生态调控技术、生物防治技术、物理防治技术和化学防治技术。农业防治技术主要通过轮作水稻和夏季休耕2种耕作方式来降低小菜蛾的虫口基数，生物防治技术考虑采用释放与保护天敌，物理防治技术主采用防虫网隔绝、性诱剂诱捕和诱虫灯诱杀等方法。另外，转基因作物及雄虫不育技术也被开发出来，但因种种原因未能广泛应用。

在使用双酰肼类杀虫剂防治小菜蛾时，要避免长期使用同一种药剂，以防产生抗药性。对于长期的具体时间并不确定，因为室内抗性筛选研究在第17代就产生了高抗品系，但实际上小菜蛾在田间存在严重的世代重叠，所以其产生抗药性的时间可能会缩短。因此，在使用化学方法防治时，要注意双酰肼类与增效剂配合使用，以及与芳基吡咯类、拟除虫菊酯类、多杀菌素类、双酰胺类、苯基吡唑类、有机磷酸酯类、氨基甲酸酯类等杀虫剂进行合理轮用与混用，以延缓小菜蛾对该类杀虫剂的抗药性。对于已经对双酰肼类杀虫剂产生抗药性的区域，要尽量避免使用该类杀虫剂。除此之外，还要加强各生产区小菜蛾的抗药性监测工作，抢在杀虫剂对小菜蛾失效前更换使用其他药剂。

5.2 展望及建议

介绍了双酰肼类杀虫剂常见的种类和此类杀虫剂的作用机理，以及在我国小菜蛾对双酰肼类杀虫剂的相关抗药性监测情况以及抗药性机制研究进展。借此对未来小菜蛾的防治提出以下几个方面的建议。首先，建议在进行抗药性监测时，尽可能在每年固定时间地点进行采样工作。采样地点最好覆盖全国十字花科蔬菜产区，并使用同一敏感品系的小菜蛾来测定市面上对其有效的杀虫剂的抗药性。从而完善监测地点、监测药剂不全面的问题，避免不同小菜蛾敏感品系对抗药性结果的影响。其次，小菜蛾对双酰肼类杀虫剂产生抗药性的机制还不够清晰，对已产生抗药性的小菜蛾造成了防治工作的困难，未来要加强相关问题的研究。最后，双酰肼类杀虫剂虽有诸多优势，但考虑其种类较少以及目前产生的抗药性，亟需广大科技工作者去发现更多的具有新型结构的蜕皮激素体激动剂类杀虫剂，防止此类杀虫剂被淘汰。