氰氟虫腙的作用机制及抗药性研究进展

孙星星+张俊喜+周加春+苏建亚+李红阳+顾慧玲+徐文华

摘要： 氰氟虫腙是一种新型的钠离子通道抑制剂，作用机制独特，未发现氰氟虫腙与现有杀虫剂存在交互抗性。对氰氟虫腙的研发历史、杀虫谱、作用机制、结合位点、抗性情况进行综合评估，以期阐明氰氟虫腙在害虫抗药性治理以及农药安全使用方面的重要性。

关键词： 氰氟虫腙；作用机制；结合位点；抗药性

中图分类号： S482.3+7 文献标志码： A 文章编号：1002-1302（2016）03-0150-03

化学防治是国内外控制农业害虫的最常用方法，尤其是在害虫大发生的情况下，化学防治对及时控制害虫危害起着关键作用。随着化学农药的大量使用，害虫的抗药性增强，如水稻褐飞虱对吡虫啉产生了极高水平的抗性，2005年水稻褐飞虱给水稻生产带来了严重损失；棉铃虫对拟除虫菊酯类杀虫剂产生了极高水平的抗药性，20世纪90年代初棉铃虫严重影响了我国棉花生产。氰氟虫腙（metaflumizone）作为一种新型钠离子通道阻断类杀虫剂被研发出来并投入使用，以往关于氰氟虫腙的研究比较分散。本文对氰氟虫腙的作用机制、结合位点及昆虫的抗药性情况进行综述，以期进一步阐明氰氟虫腙的使用价值。

1 氰氟虫腙简介

氰氟虫腙是一种新型的缩氨基脲类杀虫剂，由日本有关农药公司和德国巴斯夫公司联合开发[1-2]。2006 年氰氟虫腙在哥伦比亚首次登记，以商品名Verismo SC 销售。随后在希腊、奥地利、德国等欧盟国家获准登记，商品名为Alverde。Alverde是240 g/L 悬浮剂，用于防治马铃薯甲虫，以及在温室西红柿上防治棉铃虫和草地贪夜蛾，在温室胡椒上防治欧洲玉米螟和其他鳞翅目害虫，在美国获准登记用于防治红火蚁。2008年氰氟虫腙在我国获准登记，登记号为LS20082601，主要用于防治甘蓝上的小菜蛾、甜菜夜蛾[3]。

氰氟虫腙的作用机制十分新颖，在昆虫体内不须要被生物激活，其作用方式主要是通过胃毒作用[4]，因此对于具有咀嚼式口器的鳞翅目幼虫和鞘翅目幼虫、成虫有特效，如鳞翅目的甜菜夜蛾[5]、稻纵卷叶螟和小菜蛾等[2，6]，鞘翅目的叶甲类（马铃薯叶甲）[7]、跳甲类（黄条跳甲）等。氰氟虫腙还对卫生害虫的防治效果显著，对防治跳蚤有特效[8-11]。国外报道较多的是氰氟虫腙与杀螨剂双甲脒混用可有效杀死蜱类（血红肩头蜱、变异革蜱、美洲钝眼蜱、肩突硬蜱等）[12-16]。氰氟虫腙对于半翅目的蝽类，膜翅目的蚂蚁、白蚁、红火蚁[17-18]，双翅目的家蝇[19-20]，蜚蠊目的蟑螂，也具有较好的防治潜力。

氰氟虫腙是从一种吡唑啉杀虫剂中分离得到的[21]，吡唑啉类杀虫剂对鳞翅目、鞘翅目的昆虫有很好的杀灭效果，同时它们独特的化学结构与其他杀虫剂之间不容易产生交互抗性。最初的吡唑啉类杀虫剂虽然对害虫有较好的杀灭效果，但由于其较高的亲脂性和生物体内富集的能力，导致其未能成功商业化生产。后来随着不断改进，茚虫威成为第1种从吡唑啉类化合物演化而来并登记使用的杀虫剂，随后氰氟虫腙也由于其理想的杀虫效果和较高的稳定性被用来防治害虫。图1是吡唑啉类化合物合成缩氨基脲类（氰氟虫腙）和二嗪类（茚虫威）杀虫剂的过程。

2 氰氟虫腙的作用机制与结合位点

2.1 氰氟虫腙中毒症状

氰氟虫腙对靶标害虫的杀灭效果卓越，且在害虫任何生育期的效果都十分明显。与常规杀虫剂相比，氰氟虫腙具有全新的作用机制，是神经元钠离子通道阻断剂[4]。氰氟虫腙通过选择性地结合到缓慢失活的钠离子通道上，阻断钠离子通过轴突膜，进而抑制神经冲动，导致虫体过度放松、麻痹，最终死亡[22]。笔者曾使用氰氟虫腙进行甜菜夜蛾的抗药性筛选试验，初孵的甜菜夜蛾幼虫取食混有氰氟虫腙的人工饲料数小时后停止取食，行动缓慢，但不会立刻死亡，若不进行其他处理，处理后的幼虫能够存活7～10 d，但生长发育停止，保持1龄状态（正常生长情况下可生长至3龄）。该症状与昆虫注射其他钠离子通道阻断类杀虫剂相同，称为“假麻痹”[23]，该状态不可逆转，但若有外界的机械刺激仍会做出一定反应。

2.2 V787是氰氟虫腙与昆虫独特的结合位点

氰氟虫腙与其他钠通道抑制剂作用机制相同，都是优先选择与缓慢失活状态的钠通道结合，形成一种稳定、长期的复合体，在该状态下钠电流被阻断，不能形成动作电位，昆虫处于假死状态（假麻痹），最终死亡。

钠离子通道阻断剂（SCI）可分为医疗药物类、杀虫剂类，钠离子通道阻断类药物主要有局部麻醉剂（汀卡因、利多卡因）、抗痉挛药物（苯妥因）、抗心律失常药物等；钠离子通道阻断类杀虫剂则主要包括PH60-41、RH3421、茚虫威（DCJW）、氰氟虫腙等。最初有药理学证据表明，钠离子通道阻断类杀虫剂与药物可能存在共同的作用位点：Payne等发现，RH3421与局部麻醉剂汀卡因会在BTX-B结合到大鼠脑部钠离子通道时相互竞争[24]；抗痉挛药物苯妥因可以竞争性地抑制DCJW、RH3421结合到小鼠Nav1.4的能力[25]；von Stein等研究发现，氰氟虫腙与利多卡因在结合到小鼠Nav1.4时会出现竞争性抑制现象[23]。但上述试验都是在哺乳动物体内完成的，在昆虫体内的结合位点是否与哺乳动物一致，还须进一步探讨。

钠离子通道有4个结构域，每个结构域有6个跨膜区。目前报道的关于钠通道抑制剂与哺乳动物地结合位点主要有2个，都处于第4结构域的第6跨膜区上，分别是Phe1579、Tyr1586。在哺乳动物体内，采取定点突变技术用丙氨酸替代Phe1579，发现RH3421、RH4841、DCJW、氰氟虫腙对小鼠 Nav1.4 的阻断能力明显下降[26-27]。然而，在德国蜚蠊中氨基酸同源（Phe1817）取代后发现茚虫威、DCJW对钠通道的抑制能力没有明显变化，而氰氟虫腙对钠通道的阻断能力却有所提高；在随后试验中发现，利多卡因在Phe1817被丙氨酸取代后对钠通道的阻断能力显著下降[28]。以上表明，Phe1817是钠离子阻断类药物在昆虫体内的1个结合位点，但并不是钠离子通道阻断类杀虫剂（茚虫威、DCJW、氰氟虫腙）的结合位点；Tyr1586也不是钠离子通道阻断类药剂对昆虫的结合位点。

von Stein等研究发现，钠通道第2结构域第6跨膜区的V787是氰氟虫腙与昆虫的1个独特结合位点，用丙氨酸取代V787后，氰氟虫腙与钠通道的结合能力显著下降，而茚虫威、RH3421、DCJW与钠通道的结合能力却没有显著变化，因此该位点不是RH3421、茚虫威、DCJW的结合位点[23]。

2.3 暂未发现氰氟虫腙与其他杀虫剂存在交互抗性

由于氰氟虫腙独特的化学结构和新颖的作用方式，目前尚未发现氰氟虫腙与有机磷类、氨基甲酸酯类[7]、拟除虫菊酯类、烟碱类、阿维菌素[29]、苯甲酰基脲类存在交互抗性。笔者也曾对甜菜夜蛾进行氰氟虫腙的抗药性筛选，经过连续10代选育，抗性倍数由60.3倍上升到370.4倍（浸叶法），抗性由高水平上升到极高水平，但茚虫威的抗性与筛选前没有显著差异，可以发现氰氟虫腙与茚虫威之间也不存在交互抗性。

3 氰氟虫腙的抗药性及亚致死效应研究

3.1 昆虫对氰氟虫腙的抗药性现状

韩文素等报道，河北省张家口地区田间小菜蛾种群对氰氟虫腙等的抗性倍数为0.92倍，仍然十分敏感[30]。梁育喆等研究表明，广西3个小菜蛾种群对氰氟虫腙的抗性为1.02～296倍[31]。Hitchner等研究表明，北美地区25个种群马铃薯甲虫对氰氟虫腙的LC50为0.57～1.31 mg/L[7]。 Khakame等监测发现，与室内敏感种群相比，中国14个地区29个种群小菜蛾对氰氟虫腙的抗性均低于5倍，LC50为1.34～6.55 mg/L[32]。林钰婷等使用点滴法测定表明，氰氟虫腙对湖南省长沙市小菜蛾3龄幼虫的LC50为11.17 mg/L[33]。

Su等分别于2011、2012年对广东省惠州市甜菜夜蛾进行氰氟虫腙的抗性监测发现，当地甜菜夜蛾种群对氰氟虫腙产生了高—极高水平抗性，2011年的抗性甚至达到941.6倍，2012年也达到60.3倍[34]，这是国内外首次关于昆虫对氰氟虫腙产生极高水平抗性的报道。

3.2 氰氟虫腙对昆虫的亚致死效应

马凤娟等研究了亚致死浓度（LC15、LC25）氰氟虫腙对甜菜夜蛾的影响，结果发现处理组甜菜夜蛾化蛹率、羽化率、产卵量显著低于对照组，LC15、LC25氰氟虫腙处理后亲代出现畸蛹率的概率分别比对照提高了10.5%、14.4%，子代分别提高了4.1%、5.8%，同时发现氰氟虫腙处理后卵的孵化率、幼虫存活率、蛹期和成虫期都比对照组有所降低，处理组也表现出成虫的产卵前期显著延长和雌虫的繁殖能力显著下降的现象[35]。韩文素等研究氰氟虫腙亚致死剂量（LC25）对小菜蛾阿维菌素抗性和敏感种群的亚致死效应，结果发现处理组化蛹率、蛹质量、羽化率、成虫繁殖力比对照组显著降低，但蛹历期比对照组延长，成虫产卵期和寿命显著缩短，同时亲代卵的孵化率、幼虫存活率降低，发育期延长[36]。Zhang等使用亚致死浓度氰氟虫腙处理小菜蛾3龄幼虫，结果发现处理组化蛹率、蛹质量、蛹期显著低于对照组，但处理组的平均世代寿命比对照组显著延长[37]。陈洪凡等用亚致死剂量（LC50）的氰氟虫腙处理小菜蛾种群后，亲代种群表现为化蛹率、蛹质量、羽化率、繁殖力显著降低，蛹期明显延长，成虫寿命显著缩短，子代种群表现为卵孵化率和平均单雌产卵量显著下降，幼虫、蛹的历期显著延长[38]。

在低浓度氰氟虫腙处理下昆虫虽然不会立刻死亡，但对亲代和子代均表现出严重影响。低浓度氰氟虫腙处理后害虫对作物的危害也显著下降，甚至几乎没有危害。

4 结论与展望

氰氟虫腙是继茚虫威之后另一成功商业化的钠离子通道阻断杀虫剂，与现有杀虫剂都不存在交互抗性，是对害虫抗性综合治理策略的强力补充。氰氟虫腙将成为有机磷类以及拟除虫菊酯类的重要替代品。同时，氰氟虫腙对靶标害虫防治效果卓越，尤其在害虫的任一生长阶段都可表现出优异的杀虫活性，在很大程度上可以适应中国农民防治害虫的习惯。但害虫对氰氟虫腙的抗性问题不能忽略，虽然目前氰氟虫腙对于大多数害虫（稻纵卷叶螟、马铃薯甲虫、小菜蛾等）依然保持极好防效，但甜菜夜蛾对氰氟虫腙已经产生了很高的抗性，要做好田间监测工作，以期最大限度地延长氰氟虫腙的使用寿命。

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