生物技术防控蚊虫研究进展

2021-11-21肖洒邓晓东李亚军费小雯

广西农学报 2021年1期

肖洒邓晓东李亚军费小雯*

（1.海南医学院基础医学与生命科学学院，海南海口 571199；2.中国热带农业科学院热带生物技术研究所，海南海口 571101）

全世界蚊科种类主要有按蚊亚科、库蚊亚科和巨蚊亚科，包括40 属3200 多种和亚种，在我国蚊类达l8 属380 多种，以按蚊属（Anophele）、库蚊属（Culex）和伊蚊属（Aede）为主。蚊虫是丝虫病、登革热、疟疾、寨卡病毒病和流行性乙型脑炎等多种疾病的传播媒介，对人类健康造成巨大威胁，所以防蚊控蚊是预防蚊媒传染病重要环节。

目前防控蚊虫主要有以下几种方式：（1）物理控蚊：采用蚊帐隔离、声、电、光等手段防控，清理蚊媒孳生水洼地、花盆底部、废旧水槽等地方。（2）化学杀虫剂控蚊：目前较常用杀虫剂有低毒菊酯类、有机磷类等。（3）不育技术控蚊：主要有药物绝育法、射线不育法等。（4）天敌生物控蚊：主要利用细菌、真菌和蚊虫天敌类生物对蚊子进行侵染或者捕食，达到杀灭蚊子的目的。本文主要对不育技术、生物控蚊技术进行综述。

1 利用不育技术控制昆虫种群

1.1 药物绝育法

一般仅损伤雄虫精子中的染色体，阻止生殖系统发育，不会损伤其他系统，也不会影响虫类的寿命或配偶竞争能力，美国七十年代前后就生产了“布苏尔芬”（BUSULFAN）化学绝育剂，并在27 万亩土地上进行了试验，对蕃茄果蝇绝育率达90%。美国昆虫学家发现，施用适量的布苏尔芬，可在不影响其寿命以及与未经处理的棉铃象虫的竞争能力的情况下，使服药的棉铃虫几乎全部绝育［1］。如果与适当配合剂混用，三周后雌性、雄性棉铃虫全部绝育［2］。另外还有利用硫涕巴（Thiotepa）控制埃及伊蚊种群［3］以及利用塞替派和顺氨氯铂控制棉铃虫、玉米螟的种群的报道［4，5］。上述化学药品均取得较好的控制昆虫种群的效果。

1.2 射线不育法

利用射线照射虫体使其不育。近年来有利用于γ射线防治白纹伊蚊的有关研究［6-8］。随着对射线不育技术的不断改进，考虑安全和方便，亦有利用X射线造成蚊子不育的研究［9］。经适合的温度、湿度孵化出蚊子幼虫，然后收集不同蛹期的幼虫，根据幼虫特点区分雄蛹和雌蛹，经不同梯度X射线剂量照射，观察不同剂量对雄蛹羽化、成蚊交配能力、寿命的影响，获得最佳的参数。在后期实施中，选择合适的X射线剂量，考虑蚊子寿命、羽化率等方面外，还要考虑该区域野外雄蚊比例，使其竞争力亦要占优势，才能保证控制蚊虫种群作用。

2 利用天敌生物控制蚊子种群

2.1 利用细菌防治蚊虫

苏云金杆菌（Bacillus thuringiensis，Bt）属于革兰染色阳性菌，首先起作用的是内毒素，能形成毒素晶体蛋白，使幼虫细胞壁破裂、血液败坏和神经中毒而死亡；而外毒素在蜕皮和变态时才作用明显，并且在适宜条件下，该菌具有繁殖快，平均每3～4h 一代的特点。蚊虫摄食Bt 后，蚊虫中肠的碱性条件（pH=7.5～8.0）使得内毒素晶体蛋白的二硫键打开，当遇到肠胰蛋白酶时，酶的作用使其溶解，生成有毒性的活性片段，然后结合中肠上皮细胞受体，促成离子通道，Na 离子K 离子等等各种离子通过这些开放的通道，致使膜电位破坏，造成上皮细胞内环境改变，细胞死亡，最终导致中肠坏死，肠内的毒物和碱性物质释放，经肠粘膜细胞吸收进入血液循环，使血液生化改变，最终造成蚊虫的死亡［10］。苏云金芽胞杆菌以色列亚种（Bacillus thuringiensis subsp.israelensis，Bti）是一种对蚊幼虫具有毒杀作用的病原微生物，其主要成分是伴随着芽胞形成过程中合成具有特异杀虫活性的毒素蛋白［11］，主要发挥作用的毒素蛋白包含Cyt1Aa 和 Cyt2Ba 和 Cry4Aa、Cry4Ba、Cry10Aa、Cry11Aa，不同Bti菌株中毒素蛋白的种类不尽相同，一般主要由Cry4Aa、Cry4Ba、Cry11Aa和Cyt1Aa基因所编码的128、134、72 和28 kDa 蛋白多肽组成［12］。不同Cry 蛋白对不同蚊种的毒力水平也有很大差异。Cry4Aa编码1180个氨基酸，对库蚊（Culex）有较高的毒力，而对按蚊（Anopheles）和伊蚊（Aedes）作用效果较差，而Cry4Ba编码1136 个氨基酸，作用效果和Cry4Aa相反［13，14］。Cry11Aa 对伊蚊和库蚊效果较好，对按蚊效果差，而Cry11Ba 对库蚊作用效果是Cry11Aa的9-14倍［15，16］

沃尔巴克氏体（Wolbachia）发现于尖音库蚊（Culex pipiens）的卵巢内［17］，属于变形菌门，变形菌纲α 亚门，立克次体目，立克次体科，沃尔巴克氏体属。在自然条件下大部分节肢动物感染都感染有Wolbachia［18］。感染节肢动物的Wolbachia 最常见的是A和B亚组，C和D亚组主要感染丝虫［19］。白蚁体内共生的沃尔巴克氏体为H 亚组［20］，粉虱体内共生沃尔巴克氏体为O亚组［21］。沃尔巴克氏体属于母系遗传胞内共生菌，当雄蚊感染了该菌时，与野外未携菌雌蚊交配后，母系遗传使雌蚊所产的卵不能孵化成蚊，此现象称为胞质不相容（cytoplasmic incompatibility，CI）。CI可以是单向，也可以是双向。单向CI通常发生在感染雄蚊与未感染雌蚊的交配中。而双向CI 通常发生在感染不同类型沃尔巴克氏体的雄蚊与雌蚊交配中［22］。研究发现，白纹伊蚊天然带有沃尔巴克氏体wA1bA 和wA1bB，库蚊带有沃尔巴克氏体wPip，经过胚胎人工显微注射，将后者转移至白纹伊蚊体内，得到携带混合型新蚊株，然后将其释放野外和雌性伊蚊交配，最终使得产卵不能孵化，达到种群抑制。随后经科学研究发现Wolbachia 亦有协同抗病毒效应，这可能是刺激了宿主的免疫反应［23］并且在一些稳定转染Wolbachia 的蚊虫中已得到验证，Walker 等［24］在澳大利亚昆士兰北部通过半现场实验发现转染的w Mel 型Wolbachia 的埃及伊蚊，经在种群替换、繁殖扩张，发现该型抑制2 型登革病毒的传播有一定作用。

2.2 利用真菌防控蚊虫

贵阳腐霉于1994 年从贵州医科大学校园土壤里分离发现，经鉴定属于腐霉新种，将其定为贵阳腐霉［25］。研究发现它具有灭蚊能力，导致致倦库蚊幼虫感染死亡。在室外的模拟水体中连续3 年控制白纹伊蚊种群，控制率分别为60%、20%和60%。其灭蚊机理和灭蚊细菌不一样。它在有蚊幼虫孳生的水中释放无性繁殖的游动孢子。该孢子追寻蚊幼虫，附着于体壁，萌发出侵入管，从体壁侵入体内迅速生长，抢夺宿主营养，破坏宿主身体结构，导致宿主死亡。其菌丝再次穿过体壁伸向水中释放更多的游动孢子，感染其他蚊幼虫［26］。经过一系列研究得到关于该真菌的生物学参数，它的生活温度为4～35℃，最适温度为25～27℃，它能耐受pH 5～12。因此在以上范围内的水体它都可以发挥作用，并且实验证明它的营养要求不特殊，可利用多种碳源和氮源，因此培养基材料来源广泛且价格便宜，这为大规模工业生产提供了基础［27］，所以灭蚊真菌贵阳腐霉经过研究，已经开发作为一种新型的生物灭蚊剂。

真菌杀蚊虫首先穿透其几丁质体壁，在虫体内释放毒素，还会寄生在虫尸内繁殖［28］，从而使得蚊虫发生传染病而达到长期控制的效果。同时，由于真菌杀蚊的机制复杂，蚊虫不易对其产生抗药性。而且到目前为止还没有关于害虫对杀虫真菌产生抗性的报道［29］。目前引起人们关注研究的的主要还有大链壶菌、球孢白僵菌、金龟子绿僵菌等。

2.3 利用食物链当中的天敌防控蚊虫

传染病媒介蚊虫大都有多种天敌，自1955 年起就有报道，一些学者开始研究有关灭蚊的鱼类，选择环境适应力强、食量大、繁殖能力强、适于大规模养殖、体型小，投放以后长时间受益，从而减少维护成本和人工，降低经济成本。例如在河流、水库、湖泊、沼泽、洼地等水体中饲养食蚊鱼。食蚊鱼（Gambusia affinis）又称柳条鱼［30］，属胎鳉科、食蚊鱼属，因为喜吃蚊子幼虫而得名，前后依次从夏威夷、菲律宾科研所、美国渔业局引入我国，现在大部分地区均有分布。野生鲫鱼（Crucian crap）对于温度适应跨度大的特点，存活率高，主要以幼蚊、蚊卵等浮游生物为食，亦有报道在新疆昼夜温差显著地区，作为蚊虫的天敌研究和饲养［31］。黄鳝便于水田、沼泽、稻田等养殖，环境适应力强，成本低经济价值较高，便于以规模化的黄鳝养殖用来灭蚊［32］。利用生物天敌防控蚊虫，不仅避免了化学剂的污染环境问题，同时解决了抗药性弊端，有益于保护生态平衡。