杀螨剂防治植食性螨的经济重要性和最近对其作用机制的研究

张翼翾 编译（上海市农药研究所，上海 200032）

杀螨剂防治植食性螨的经济重要性和最近对其作用机制的研究

张翼翾 编译
（上海市农药研究所，上海 200032）

植食性螨是全球许多农业作物的重要害虫，如果不控制在经济阈值下，就会对食品、饲料和纤维的生产造成威胁。特别是叶螨科、细须螨科、跗线螨科和瘿螨科螨重要害螨，直接取食植物或传播植物病原菌和病毒，危害作物。

二斑叶螨（Tetranychus urticae）、柑橘全爪螨（Panonychus citri）和苹果红蜘蛛（Panonychu sulmi）3种叶螨被认为是破坏性最大的害螨，是开发有效作物保护工具的主要靶标。柑橘全爪螨和苹果红蜘蛛分别是柑橘和苹果树的主要害虫，二斑叶螨的寄主范围较广，报道的有250多个科1 000多种植物。其中许多寄主是重要的作物，包括蔬菜、水果、玉米、大豆和棉花。叶螨是最易对杀虫剂产生抗性的无脊椎动物之一。它们生命周期短，繁殖能力强，需要频繁使用杀螨剂来防控，由此迅速发展抗性（表1）。此外，最近有人提出螨的进化史可能也是其抗性快速发展的因素之一。对广泛的寄主植物适应性的进化赋予叶螨独特的代谢解毒植物次生化合物的能力。故最近有人提出了农药抗性快速发展和害虫适应许多植物寄主能力之间具有一定关系。

在20世纪50和60年代，有机磷在全球不再能有效防控螨，这是合成杀螨剂首个抗性事例；今天，二斑叶螨等叶螨对所有类别杀螨剂都已发展了抗性。人们越来越关注农药对环境和人类健康的影响，这促进可替代防治措施的研究开发。用捕食性螨如智利小植绥螨（Phytoseiulus persimilis）和斯氏钝绥螨（Amblyseiusswirskii）对叶螨进行生物防治已用于一些温室作物，但应用规模有限。除了应用捕食性节肢动物，也有人提出用昆虫病原真菌防治叶螨，特别是当气候条件适宜时。在1945年后合成杀虫剂应用前，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，对于许多用于作物保护的合成农药来说，都会有天然化合物与其结合于同一个靶标。植物化学一直启迪和引导着合成农药的发展，在以后当人们对节肢动物与植物的相互作用更加了解的时候，植物化学可能会继续引领着杀螨剂的发展。

而今天，用合成杀螨剂进行化学防治仍然是全球害螨综合管理的重要部分，而且不会很快发生变化。故本文呈现了杀螨剂使用经济数据，以反映在防治作物害螨的过程中遇到的问题以及抗性的发展情况。同时介绍了由于已有类别杀螨剂抗性发展等原因，人们开始使用一些新颖作用机制的杀螨剂。也介绍了杀螨剂作用机制的最新研究进展情况。

1 杀螨剂市场反映了作物害螨的经济重要性

只有有限的科学信息资料以作物产量的损失或品质的降低，或害螨防治费用，表明了农业害螨的经济影响。杀螨剂使用和销售的统计数据至少会部分说明害螨的经济重要性以及重要害螨发生程度。本文列出的数据来源于Phillips McDougall AgriService、田间观察和文章。

在2013年，全球杀螨剂市场大约为9亿欧元，为杀虫剂市场的7%（图1）。在销售额方面，杀螨剂被归为特殊化合物，主要或仅用于防治螨，而9亿欧元的市场是用于螨类防治农药的估值，而有机磷、氨基甲酸酯、拟除虫菊酯类和大环内酯等广谱杀虫剂也用于防治某些区域或作物的螨。以防治不同种类植食性螨类对2008年杀螨剂市场进行分类，发现防治叶螨（spider mite）的杀螨剂市值约占总的80%。仅用于防治叶螨属（Tetranychus spp.）（主要为二斑叶螨）的杀螨剂市值达3.72亿欧元（62%），水果生产中的主要害虫柑橘全爪螨和苹果红蜘蛛防治药剂市值达1亿欧元（16%）。细须螨科短须螨属螨防治药剂市值达10%，最重要的品种加州短须螨（Brevipalpus californicus）、紫红短须螨（Brevipalpusphoenicis）和卵形短须螨（Brevipalpus obovatus）发生于热带和亚热带地区，这些螨是主要的病毒媒介。柑橘麻风病毒，是柑橘最严重的致病病毒，可使柑橘无产。锈螨和瘿螨（瘿螨科）防治药剂市值约为总的8%，最近有文章介绍了其重要性和防治难。最后，跗线螨（Tarsonemidae）如茶黄螨属（Polyphagotarsonemus spp.）偶尔会危害许多田间和温室作物，每年防治这些螨的药剂销售额约为杀螨剂的5%。图2B列出了喷雾用大多数杀螨剂的施用靶标：水果和蔬菜（74%），主要为葡萄和柑橘。然而，最近报道玉米、棉花和大豆被叶螨危害不断增加。在美国，最近叶螨给农业生产带来了严重的危害，特别是对中南部的棉花。在2010年，在三角州和密西西比州，叶螨已从过去偶然发生而成为棉花的严重害虫。据报道，在2011年，螨的危害造成棉花损失约为5.5万包，叶螨已从危害可以忽略的晚季害虫发展为有损害的早季害虫。据报道，在美国的东北部明尼苏达州、宾夕法尼亚州，大豆和玉米田中叶螨爆发次数增加了，这一般与夏天干热气候有关，如2007、2009和2012年的情况。气候的变化可能使叶螨的危害大规模地增加，使过去不必用药的作物受到侵染。

表1 抗性报道例和抗杀螨剂数量列前12的抗性节肢动物

从地区杀螨剂的销售额看，亚太地区占38%，美国26%，欧洲14%，而其中意大利和西班牙就约占一半，是销售额列前12位中仅有的2个欧洲国家（图2）。中国、巴西、日本的杀螨剂销售额也位列前茅。

图1 2013年杀虫剂/杀螨剂市场

图3为日本在1976-2011年杀螨剂的销售情况。在日本，杀螨剂已大量用于多种作物，其中柑橘（31%）、茶（22%）、苹果和梨（23%）是使用杀螨剂最多的作物。在1990年前，有机锡化合物（苯丁锡）和噻螨酮被频繁使用，是主要的杀螨剂，一直到20世纪早期抗性产生。在当时，开发了新作用机制的杀螨剂，即线粒体电子传递抑制剂，有哒螨酮、吡螨胺和唑螨酯，这些杀螨剂迅速在全球被广泛应用，应用了10年直到抗性增加。在2000年后，许多杀螨剂上市，被用于杀螨剂抗性管理项目，其中弥拜菌素、乙螨唑、灭螨醌和联苯肼酯是新的化合物。最近，又开发了新作用机制的杀螨剂，如季酮酸和β-酮腈（beta-ketonitrile）。它们具有优异的防效，不易产生抗性，在2011年，是日本杀螨剂市场的主要产品，但在抗性管理项目中要合理而正确地使用。表2为2010年每个杀螨剂产品全球销售额的估值。从表可以发现销售额位列前茅的产品不仅包括具有新颖作用机制的新的化合物，也包括1964年上市的炔螨特和1975年上市的苯丁锡等老产品。然而，比较图1和表2发现新作用机制杀虫剂迅速占据了重要地位。

图2 2008年杀螨剂销售额情况（百万欧元）

图3 1976-2011年日本杀螨剂销售面积图（百万欧元）

2 杀螨剂作用机制研究新进展

叶螨抗性问题已众所周知，一般杀螨剂研究主要围绕新作用机制化合物的发现和开发。在抗性管理和害物综合管理中合理使用这些化合物是持续、有效地防治叶螨最好的方法。有关杀螨剂的作用机制，特别是分子水平的机制对管理抗性有很大的帮助。首先，可以对作用于同一作用靶点的产品进行分类（如IRAC按作用机制分类，图1，表3），进而可以确定潜在的交互抗性风险。在详细了解了杀螨剂分子靶标知识后，就可以筛选出靶标位点抗性的等位基因，在抗性管理策略中检测此基因，作为诊断工具，来指导药剂的轮用。

已有文献综述靶标位点敏感性下降的抗性机制和杀螨剂的作用机制。而本文此部分主要介绍作用机制研究的最新进展。

表2 2010年全球杀螨剂销售值（百万欧元）

2.1 乙酰辅酶A羧化酶季酮酸

季酮酸/四氨酸衍生物被称为环酮烯醇，代表物质有螺螨酯、螺甲螨酯、螺虫乙酯，是最新开发的新作用机制杀虫剂。第一个代表产品螺螨酯在2002年上市，现在在全球被频繁使用防治主要的经济重要性植食性螨［叶螨属（Tetranychus spp.）、全爪螨属（Panonychus spp.）、短须螨属（Brevipalpus spp.）、皱叶刺瘿螨属（Phyllocoptruta spp.）和刺皮瘿螨属（Aculops spp.），图2A］。螺甲螨酯对螨高效，对粉虱（Bemisia spp.、Trialeurodes spp.）有高的防效，螺虫乙酯对刺吸式害虫有广谱活性，如蚜虫、粉虱和介壳虫。所用酮烯醇作用机制相似，对昆虫的脂质生物合成有抑制作用。中毒症状为虫体肿胀，安静地死亡，对生殖具有显型影响。处理雌成虫后，其体内脂质含量下降，这表明这些化合物抑制了脂质的合成。用酮烯醇处理蚜虫的试验也证实了这一点。进一步的分析表明乙酰辅酶A羧化酶可能是酮烯醇的作用靶标位点。这不仅与中毒症状相符，而且这些化合物是从已知的作用于乙酰辅酶A羧化酶具有除草活性前体的酰化衍生物开发而来。然而，最近才有人研究和报道了酮烯醇杀螨剂和乙酰辅酶A羧化酶间的相互作用。在Lummen等人的研究中，乙酰辅酶A羧化酶酶液是从桃蚜和草地夜蛾提取纯化而来，利用杆状病毒系统使二斑叶螨乙酰辅酶A羧化酶在昆虫细胞内重组表达、纯化。用这些酶液进行试验表明螺虫乙酯的烯醇衍生物对乙酰辅酶A羧化酶有强的抑制活性，对3个酶的IC50约为100 nM。螺虫乙酯烯醇抑制乙酰辅酶A羧化酶的稳态动力学表明对乙酰辅酶A是可竞争性抑制作用，即化合物与乙酰辅酶A羧化酶羧基转移酶结构域结合。对叶螨酶的突变分析，主要是涉及除草活性的乙酰辅酶A羧化酶抑制剂抗性的保守残基，表明抑制剂的结合没有变化，这说明了杀螨的酮烯醇与除草活性化合物具有不同的结合方式。

2.2 联苯肼酯抑制线粒体细胞色素bc1复合体

联苯肼酯在1999年上市，是肼-肼基甲酸盐杀螨剂，对温室花卉、苹果、梨、柑橘和棉花上的多种螨有优异的防效。目前主要用于防治所有发育阶段的螨，如叶螨属、全爪螨属和小爪螨属（Oligonychus spp.）。联苯肼酯通过触杀和经口快速击倒害虫，长时间地防治害虫，同时，它具有选择性，对捕食螨和其他生物控制剂没有负面影响。在上市之初，联苯肼酯与其他商业化使用的杀螨剂不存在交互抗性。起初联苯肼酯表现为神经毒素，被认为是GABA激动剂，但没有详细的信息或数据。直到2007年，联苯肼酯被归为IRAC类别25（神经活性，但确切的作用机制未知）。在实验室对抗联苯肼酯的二斑叶螨抗性品系的抗性机制研究后，提出此化合物作用于线粒体细胞色素复合体Ⅲ的Qo点，起抑制作用。首先，联苯肼酯抗性对二斑叶螨和柑橘全爪螨来说是母系遗传，这表明其作用于线粒体靶标。对敏感和抗性螨的线粒体全基因组测序已表明线粒体细胞色素b发生了诸多突变，这些突变与抗性产生有关。这些突变发生在色素b的cd1和helix，这些结构形成酶Qo的口袋。数个真菌相似位置发生的突变使其对线粒体复合体Ⅲ抑制剂Strobilurin类杀菌剂产生强的抗性。生化和毒理学数据也支持联苯肼酯为线粒体复合体Ⅲ抑制剂。首先，用联苯肼酯处理叶螨会显著地降低APT的含量，且随着时间的延长，APT的量不断减少，这是作用于线粒体复合体Ⅰ的METIs等其他干扰线粒体电子传递的杀螨剂所引起的反应。其次，已证明联苯肼酯和灭螨醌存在交互抗性，且能母系遗传。已有人详细地介绍了灭螨醌为作用于Qo点的线粒体复合体Ⅲ抑制剂，这充分证明联苯肼酯和灭螨醌都为线粒体复合体Ⅲ抑制剂，作用于细胞色素b的Qo点。最后，也有文章报道了线粒体复合体Ⅲ与联苯肼酯或其代谢物之一之间存在物理相互作用。在此研究中，14C标记的联苯肼酯施用于叶螨，对线粒体复合体进行分离检测发现放射性同位素只存在于线粒体复合体Ⅲ中。

表3 杀螨剂及其作用机制/靶标点（IRAC类别）

从以上信息看，联苯肼酯应该与灭螨醌和fluacrypirim分为一类，即IRAC类别20。然而，目前对其没有进行分类（group UN）的原因之一为到目前为止没有有关其对电子传递或线粒体呼吸直接影响的报道，虽然具有此类研究的生化工具。在此生测中既不是联苯肼酯也不是二氮烯羧化物代谢物（图4f）抑制复合体Ⅲ，因为联苯肼酯可能不是活性毒物。激活联苯肼酯的首要步骤之一可能为酯水解为肼衍生物，因为酯酶抑制剂中和了联苯肼酯的毒性。也有人报道主要代谢物之一二氮烯对叶螨也同样有毒，联苯肼酯水解后，发生氧化反应生成二氮烯，脱羧基后会生成偶氮衍生物。在Van Nieuwenhuyse等人的研究中，用薄层色谱检测到一个独特的对螨有特异活性的代谢物，其结构未知。然而，在确定此物质前，无法进行进一步的研究以明确此物质与复合体Ⅲ的细胞色素b的之间作用。在IRAC作用方式分类中“UN”分类的另一原因可能是最近研究表明联苯肼酯对二斑叶螨GABA受体具有变构调节作用，虽然在μM级别。不管这些具有杀螨活性的作用是否被报道，但抗性品系既没有定量表达差异，所有GABA受体序列也没发生改变，这强有力地说明此相互作用与发现的毒性没有关系。总的来说，目前有关联苯肼酯作用于线粒体的作用机制的证据非常有力，应避免与灭螨醌化合物交替使用，以免产生交互抗性。如果按目前IRAC作用机制分类，种植者可能就不清楚交互抗性风险。

2.3 螨生长抑制剂乙螨唑、四螨嗪和噻螨酮与几丁质合成酶的相互作用

化合物乙螨唑、四螨嗪和噻螨酮被称为螨生长抑制剂（IRAC类别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，今天仍被广泛使用。它们具有优异的生态毒性、广谱活性、长的残效期。最近，噁唑啉化合物乙螨唑以杀螨剂上市，在2013年IRAC类别10的化合物仍然达到市场的9%。然而，这些化合物的作用机制到目前仍没有报道。

利用二斑叶螨的全基因组序列，Van Leeuwen等人开发了群体水平混合分组分析法，用以绘制高清的抗性基因。用此技术，发现高抗品系的乙螨唑的抗性位点在小的基因组区域。遗传互补试验和对多个敏感和抗性品系测序表明乙螨唑抗性与二斑叶螨几丁质酶（CHS-1）突变（I1017F）有关。随后，研究了抗四螨嗪、噻螨酮和乙螨唑二斑叶螨品系，发现二斑叶螨对3个化合物的抗性为单基因、隐性遗传。不管抗性是否为基因突变引起，都可采用混合分组分析法单独定位每个抗性基因。定位结果表明3个化合物的抗性由一个相似的基因组位点决定。如前面所述的乙螨唑的情况，I1017F替代绝对与3个化合物的抗性有关。所以，提出与CHS-1的相互作用可能是结构多样的螨类生长抑制剂的作用机制。此外，冰冻切片和Calcofluor White染色进一步表明乙螨唑和噻螨酮阻碍敏感螨的几丁质沉积，但对突变的抗性螨没有此作用。假设先前发现的四螨嗪/噻螨酮和苯甲酰脲化合物氟环脲和氟虫脲间存在交互抗性的情况属实，这也进一步表明和几丁质合成酶的直接作用可能是苯甲酰脲（IRAC类别15）的作用机制。

2.4 新颖的复合体Ⅱ抑制剂

Pyflubumide和β-酮腈化合物丁氟螨酯和腈吡螨酯是最近开发的具有新的作用机制的杀螨剂。在2007年，丁氟螨酯被Otsuka AgriTechno开发和商业化，到目前为止至少在15个国家登记；腈吡螨酯在2009年被Nissan Chemicals上市，现在在3个国家（日本、韩国和哥伦比亚）登记。这2个化合物对各个发育阶段的叶螨（叶螨、小爪螨、全爪螨）高效，虽然一些抗性水平高的多抗二斑叶螨品系可能已表现交互抗性。此外，它们不会对非靶标节肢动物有影响，可用于综合害物管理。除了能防治叶螨外，丁氟螨酯也是有效防治短须螨属螨很有发展前景的工具。丁氟螨酯通过触杀活性快速击倒叶螨，一般在应用后3 h内，其持效期可达28 d（应用后）。丁氟螨酯和腈吡螨酯都干扰线粒体电子传递，但与METIs（复合体Ⅰ抑制剂）、联苯肼酯和灭螨醌（复合体Ⅲ抑制剂）不同，这些化合物抑制线粒体电子传递链的复合体Ⅱ。最近，也有人报道丁氟螨酯和腈吡螨酯是杀螨剂前体物质，需经水解进行生物激活。然而，增效试验表明丁氟螨酯可能在生物体内被酯酶水解（图4k, 丁氟螨酯代谢物1），之后很可能发生脱羧反应（图4I，丁氟螨酯代谢物2），而腈吡螨酯可能发生水解（腈吡螨酯代谢产物1）。

羧酸酯化合物pyflubumide（NNI-0711，图4o）还没有上市。日本公司Nihon Nohyaku Co.在复合体Ⅱ抑制型杀菌剂甲酰胺的基础上开发了此杀螨剂。与丁氟螨酯和腈吡螨酯相似，pyflubumide也为杀螨剂前体，其代谢物对线粒体复合体Ⅱ有高的抑制活性。有趣的是，有人认为其结合方式不同于腈吡螨酯，到目前仍没有有力的数据支持。

图4 杀螨剂（a-c, e, g-i, j,m和o）和其代谢物（d, f, k, l和n）的结构

3 总 结

叶螨是农业中最重要的害螨，如不加以有效防治会对作物造成灾难性破坏。因此，市场上主要的杀螨剂是以此类螨为靶标，特别是果树和蔬菜种植中的叶螨，但大豆、玉米和棉花等主要作物在干旱和热的条件也会受到螨严重的危害。而具体杀螨剂的使用取决于抗性问题和新的作用机制杀螨剂的商业化。最近开发的具有新作用机制的化合物作用于螨的ACC和复合体Ⅱ和Ⅲ电子传递。合理使用杀螨剂，同时进行综合管理以及应用新的有效杀螨剂可能是持续防治叶螨的最好途径。

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

TQ450

A

1009-6485（2016）02-015-06

张翼翾，女，工程师，硕士，E-mail: sjnywp@163.com。

2016-03-20。