高效氯氟氰菊酯对意大利蝗的杀虫活性及对谷胱甘肽S-转移酶活性的影响

赵 玲， 赵 莉， 肖宏伟， 王登元

（1.绵阳师范学院生命科学与技术学院，绵阳 621006；2.新疆农业大学农学院，乌鲁木齐 830052；3.新疆玛纳斯县蝗虫鼠害测报防治站，玛纳斯 832200）

研究简报Research Notes

高效氯氟氰菊酯对意大利蝗的杀虫活性及对谷胱甘肽S-转移酶活性的影响

赵 玲1，2， 赵 莉2*， 肖宏伟3， 王登元2

（1.绵阳师范学院生命科学与技术学院，绵阳 621006；2.新疆农业大学农学院，乌鲁木齐 830052；3.新疆玛纳斯县蝗虫鼠害测报防治站，玛纳斯 832200）

摘要采用室内生物测定方法和酶活性分析法分别研究了高效氯氟氰菊酯对意大利蝗成虫的杀虫活性及对谷胱甘肽S-转移酶（GSTs）活性的影响。结果表明不同剂量高效氯氟氰菊酯处理意大利蝗其死亡率依处理剂量呈现上升趋势，高浓度处理的死亡率可达到82.23%。结合前期对意大利蝗的研究结果表明该虫已对此药产生了一定的抗性，已无明显的毒性效应。生化研究结果显示，高效氯氟氰菊酯作用于意大利蝗时，其体内GSTs活性发生变化。随高效氯氟氰菊酯浓度的提高，GSTs活性变化的趋势表现为先增大后减小。当处理剂量较低时，高效氯氟氰菊酯可激活GSTs，引发试虫对毒性物质的自身反馈抵御反应，表现为应激适应；在浓度较高时GSTs活性下降，为应激损伤。

关键词高效氯氟氰菊酯； 意大利蝗； 谷胱甘肽S-转移酶

意大利蝗［Calliptamus italicus（L.）］是新疆草原上危害严重的优势种蝗虫之一。长期以来，新疆不仅受到本地意大利蝗的危害，地处中国—哈萨克斯坦边境地带的阿勒泰、塔城、博尔塔拉等地还经常遭受境外迁入性意大利蝗的直接危害。20世纪50—70年代，新疆主要采用六六六和DDT等有机氯农药防治意大利蝗，进入20世纪80—90年代主要使用马拉硫磷和辛硫磷等有机磷农药防治意大利蝗，90年代到目前主要使用4.5%高效氯氟氰菊酯、2.5%氯氟氰菊酯、菊马乳油（氰戊菊酯＋马拉硫磷乳油）等杀虫剂防治意大利蝗。但多以菊酯类杀虫剂为主。多年使用菊酯类杀虫剂，意大利蝗体内对其抗性水平变化却不甚明确。

氯氟氰菊酯是一种高效、广谱、低毒的拟除虫菊酯类杀虫剂，具有触杀和胃毒作用，能有效防治多种农业害虫和卫生害虫。其分子结构较复杂，毒理机制尚不完全明确，抑制昆虫中枢神经系统Na＋－通道是其击倒和杀死昆虫的主要机制之一。目前，有关文献报道了拟除虫菊酯类杀虫剂对中华稻蝗的毒力研究和生理生化机制研究［1-2］，尚未见关于新疆地区意大利蝗的研究报道。

谷胱甘肽S-转移酶（glutathione S-transferases，简称GSTs）是昆虫解毒酶系统中一类重要的多功能超基因家族酶［3］，其主要功能是催化机体内某些内源性或外来有害物质的亲电子基团与还原型谷胱甘肽的巯基偶联，增加其疏水性，最终被降解而排出体外，从而保护了机体内重要的亲核物质如蛋白质和核酸等，达到解毒的目的［4-5］。已有的研究发现谷胱甘肽S-转移酶活性的提高是昆虫对杀虫剂产生抗药性的一个重要机制［6］。Yang等的研究结果已经证明它在有机磷杀虫剂代谢中起重要作用，在抗性昆虫中GST的活性明显提高［7］。Kostaropoulos等认为对于拟除虫菊酯类杀虫剂，GST以隔离（螯合）机理通过与农药分子结合而起被动保护作用，导致抗性增加［8］。

本文以新疆玛纳斯甲崂地区草地害虫意大利蝗为研究对象，探讨高效氯氟氰菊酯的杀虫活性及对试虫体内谷胱甘肽S-转移酶（GSTs）活性的影响。以便为该杀虫剂的合理施用提供基本的毒性指标，并为该地区意大利蝗的防治提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 供试昆虫

本研究所采用的意大利蝗2011年7月采自新疆玛纳斯地区甲崂山区（2006年该区曾使用20%菊马乳油（氰戊菊酯＋马拉硫磷乳油）治蝗，用量为600 mL／hm2；2007年、2008年连续两年使用2.5%菜歌乳油（拟除虫菊酯类）治蝗，用量为150 mL／hm2；2010年使用4.5%高效氯氰菊酯，用量为750 mL／hm2），此时已处于产卵初期。意大利蝗标本自野外采集回来后，在室内适应性饲养1 d，选取活力良好的成虫进行生物测定。

1.1.2 主要试剂

25 g／L的高效氯氟氰菊酯乳油（lambda-cyhalothrin），福建浩伦生物工程技术有限公司；

1氯-2，4-二硝基苯［1-chloro-2，4-dinitrobenzene（CDNB）］，还原型谷胱甘肽［reduced glutathione（GSH）］购自上海生工生物工程有限公司。

1.2 试验方法

1.2.1 试虫处理

用超纯水将高效氯氟氰菊酯原药稀释成6个适当的浓度（3 000、1 600、800、400、200和100 mg／L），同时设置一个超纯水对照组，用微量注射器取4μL稀释好的药剂注射于雌性成虫腹部第二腹节侧面，每个浓度注射15头，每组注射3个重复，注射超纯水作为对照。室温正常饲养48 h后观察死亡情况，轻触虫体不动为死亡。记录各个浓度的试虫数和死亡数，同时收集各浓度下存活蝗虫并冻存于－80℃冰箱中，用于后续酶活性的测定。

1.2.2 酶液制备及酶活性测定

取－80℃冻存的意大利蝗雌虫，称其重量，按组织∶缓冲液＝1 g∶10 m L的比例加入0.1 mol／L、p H 7.5、含0.3%Tritonx-100的磷酸缓冲液，用玻璃电动匀浆机（DY89-Ⅱ，宁波新芝生物科技股份有限公司）500 r／min匀浆，匀浆液于4℃，15 000 g离心20 min，离心后，将上清液转移到一个新的1.5 m L离心管中，将离心管置于冰上作为酶液备用。谷胱甘肽S-转移酶的活性测定参照Yang等的测定方法［9］。取10μL酶液置于酶标板孔中，用缓冲液作对照，取190μL GSH-CDNB混合液（体积比V（GSH）∶V（CDNB）＝188∶2混合，混合液中各成分的浓度为：GSH 10.24 mmol／L，CDNB 2.105 mmol／L）加入含酶液的酶标板孔中，立即在酶标仪上340 nm处读数，每个样品测定3次，记录原始数据。以上操作均在山西大学应用生态研究所完成。

2 结果

2.1 高效氯氟氰菊酯不同处理浓度对意大利蝗的毒性效应

由图1可见，经不同浓度高效氯氟氰菊酯处理48 h后，意大利蝗死亡率随处理浓度的增高而逐渐上升。中、高浓度处理组（800、1 600、3 000 mg／L）的死亡率与对照组相比均有显著差异，中浓度处理组（800 mg／L）死亡率达到53.3%，最高浓度（3 000 mg／L）处理组死亡率达到最大（82.23%）。用SAS统计程序进行回归分析，求出意大利蝗种群对高效氯氟氰菊酯的LC50值和毒力回归方程。结果如下：LC50＝551.13 mg／L，回归方程：Y＝0.466X＋2.07（R2＝0.67）。

图1 不同浓度高效氯氟氰菊酯处理意大利蝗的死亡率Fig.1 The mortality of C.italicus treated by different concentrations of lambda-cyhalothrin

2.2 不同浓度高效氯氟氰菊酯对意大利蝗体内谷胱甘肽S-转移酶活性的影响

由图2可以看出：用不同浓度的高效氯氟氰菊酯处理意大利蝗，其体内的谷胱甘肽S-转移酶活性发生变化。随着高效氯氟氰菊酯注射浓度的增大，GST活性变化的趋势表现为先增大后减小，在注射剂量为800 mg／L时，GST的比活性达到最大，随后随着注射剂量的升高GST的比活性逐渐降低。

图2 不同浓度高效氯氟氰菊酯处理意大利蝗其体内谷胱甘肽S-转移酶活性变化Fig.2 The activities of glutathione S-transferases（GSTs）in C.italicus treated by different concentrations of lambda-cyhalothrin

3 讨论

近年来新疆玛纳斯南山牧场草原蝗虫连年暴发成灾，给当地牧民造成了严重的经济损失。该区蝗虫种类主要有意大利蝗、黑腿星翅蝗、黑条小车蝗和小米纹蝗。其中意大利蝗为优势种蝗虫，占70%以上，对当地牧草造成很大损失。目前防治草原蝗虫主要用氯氰菊酯等化学药剂，虽然见效快，防效高，但是长期使用不仅杀伤天敌、对环境造成严重污染，也会使害虫产生抗药性。张新等报道了斑蝥素、苦参碱和高效氯氰菊酯对该地区意大利蝗的杀虫效果，室内毒力测定结果表明，高效氯氰菊酯的毒力远远低于斑蝥素和苦参碱，田间药效试验显示，苦参碱防治效果优于高效氯氰菊酯和斑蝥素［10］。结合本研究毒力测定结果，推测近几年在该地区连续使用菊酯类杀虫剂已经造成该虫产生了一定抗药性。

GSTs是一类广泛存在于昆虫体内，催化还原型谷胱甘肽（GSH）与各种亲电化合物亲核反应的酶。亲电性底物包括内源性物质（如环氧化物、过氧化物、氧化代谢产生的有活性的直链烯类）及外源性物质（如杀虫剂、除草剂、化疗药物或致癌物等）。在亲电物质与GSH结合后把它们排出体外，保护体内的蛋白质和核酸等，并使杀虫剂代谢为低毒化合物［11］。近年来，山西大学应用生态研究所马恩波教授及其课题组深入研究了与东亚飞蝗抗性产生相关的一系列酶系，尤其是系统地研究了谷胱甘肽S-转移酶、羧酸酯酶、乙酰胆碱酯酶、非特异性酯酶和细胞色素P450单加氧酶与飞蝗抗性产生的相关性，引起了国内外同行的普遍关注。Yang等研究了田间飞蝗体内有机磷抗性产生的生化机制，结果表明其体内EST和GST活性显著增加［7］。Wu等研究了马拉硫磷和毒死蜱对中华稻蝗体内抗氧化防御系统和乙酰胆碱酯酶（AChE）的影响，结果显示在所研究的抗氧化酶系中，用毒死蜱处理的试虫体内的GST活性比对照的低，而用马拉硫磷处理过的试虫其体内的GST活性呈现先升后降的趋势［12］。本文生化研究结果也显示随高效氯氟氰菊酯浓度的提高，GSTs活性变化的趋势表现为先增大后减小。进一步分析，用低浓度的高效氯氟氰菊酯处理意大利蝗，可刺激GSTs活性增高，表明高效氯氟氰菊酯在虫体内产生了毒性作用，激活了虫体内自身防御系统，使GSTs的活性应激性地提高，从而抵御外源性物质对虫体造成的损伤，加速对毒物的代谢；随着高效氯氟氰菊酯浓度的提高，大量GSH被消耗，过多的外源性物质无力及时清除体外，这时意大利蝗严重受到高效氯氟氰菊酯对其产生的损害，GST活性逐渐降低，意大利蝗的应激适应则转变为应激损伤。

参考文献

［1］ 韩焱，段毅豪，乔海暄，等.阿维菌素及高效氯氰菊酯对中华稻蝗的毒力研究［J］.动物学报，2005，51（S1）：170-173.

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［3］ Qin G，Jia M，Liu T，et al.Identification and characterisation of ten glutathione S-transferase genes from oriental migratory locust，Locusta migratoria manilensis（Meyen）［J］.Pest Management Science，2011，67（6）：697-704.

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［7］ Yang M L，Zhang J Z，Zhu K Y，et al.Mechanisms of organophosphate resistance in a field population of oriental migratory locust，Locusta migratoria manilensis（Meyen）［J］.Archives of Insect Biochemistry and Physiology，2009，71（1）：3-15.

［8］ Kostaropoulos I，Papadopoulos A I，Metaxakis A，et al.Glutathione S-transferase in the defense against pyrethroid insecticides［J］.Insect Molecular Biology，2001，31：313-319.

［9］ Yang X M，Buschman L L，Zhu K Y，et al.Susceptibility and detoxifying enzyme activity in two spider mite species（Acari：Tetranychidae）after selection with three insecticides［J］.Journal of Economic Entomology，2002，95（2）：399-406.

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［12］Wu H，Zhang R，Liu J，et al.Effects of malathion and chlorpyrifos on acetylcholinesterase and antioxidant defense system in Oxya chinensis（Thunberg）（Orthoptera：Acrididae）［J］.Chemosphere，2011，83（4）：599-604.

中图分类号：S 482.35

文献标识码：A

DOI：10.3969／j.issn.0529-1542.2014.03.023

收稿日期：2013-05-03

修订日期：2013-08-14

基金项目：公益性行业（农业）科研专项（201003079）；中国博士后科学基金（20110491751）

*通信作者E-mail：xjkcjys＠163.com

Insecticidal activities of lambda-cyhalothrin（EC）to Calliptamus italicus and effects on glutathione S-transferases（GSTs）

Zhao Ling1，2， Zhao Li2， Xiao Hongwei3， Wang Dengyuan2
（1.College of Life Sciences，Mianyang Normal University，Mianyang 621006，China；2.College of Agronomy，Xinjiang Agricultural University，Urumqi 830052，China；3.Manasi Station of Forecast and Control on Locust and Rodents，Manasi 832200，China）

AbstractBoth insecticidal activities of lambda-cyhalothrin（EC）to Calliptamus italicus（L.）and the glutathione S-transferases（GSTs）in C.italicus were studied.The results showed that the mortality of C.italicus increased with increasing dose of lambda-cyhalothrin（EC）.The mortality after high-dose treatment reached 82.23%.It seemed that the grasshopper C.italicus in Manasi of Xinjiang was resistant to lambda-cyhalothrin（EC）based on the recent research.Biochemical studies indicated that GST activity in C.italicus showed a biphasic response with an initial increase at the lower concentrations followed by a decline at the higher concentrations.The data suggested that C.italicus may respond through biochemical and physiological regulations to lambda-cyhalothrin（EC）of lower concentrations，while the toxic effect produced by cyhalothrin（EC）of higher concentration was non-reversible.

Key wordslambda-cyhalothrin（EC）； Calliptamus italicus； glutathione S-transferases（GSTs）