拟除虫菊酯对昆虫神经信号通路的作用机制及其代谢抗性研究进展.pdf

第 卷第期 年月杭州师范大学学报（自然科学版）（）收稿日期：修回日期：基金项目：杭州市“”人才重点资助项目；国家级大学生创新创业项目（）通信作者：王世贵（），男，教授，博士，主要从事昆虫生理生态学研究 ：犱 狅 犻：拟除虫菊酯对昆虫神经信号通路的作用机制及其代谢抗性研究进展陈浩哲，翁盈盈，周倩，李玟，胡景超，王平，杨陈雨，王世贵（杭州师范大学生命与环境科学学院，浙江 杭州 ）摘要：拟除虫菊酯是一类高效、低毒、广谱的杀虫剂，被广泛应用于农业生产研究表明，昆虫电压门控钠离子通道是拟除虫菊酯的靶标位点，氨基丁酸（）受体是其次级靶标，钙离子通道和氯离子通道等其他离子通道是其潜在作用位点乙酰胆碱酯酶和 酶与昆虫运动行为能力直接相关，谷胱甘肽硫转移酶、细胞色素 酶系等代谢酶系的突变与昆虫拟除虫菊酯的代谢抗性直接有关在长期拟除虫菊酯暴露下，昆虫的生存会受到极大威胁，并对生态平衡造成潜在破坏关键词：拟除虫菊酯；电压门控通道；胆酰能信号通路；信号通路；代谢酶系中图分类号：文献标志码：文章编号：（）拟除虫菊酯类杀虫剂是一类由人工合成的模拟天然除虫菊素的杀虫剂，具有高效、广谱、低毒和可生物降解等特点，在农业生产上广泛应用拟除虫菊酯类杀虫剂具有触杀和胃毒作用，可使昆虫神经系统神经突触上的乙酰胆碱积累，神经细胞膜渗透失常，神经传导受抑制，从而使虫体及幼体兴奋、麻痹死亡根据拟除虫菊酯的化学结构和毒性，可将拟除虫菊酯类杀虫剂分为型和型杀虫剂 型拟除虫菊酯缺乏氰基，包括联苯菊酯、甲基菊酯等 型拟除虫菊酯具有 氰基，比型的神经毒性强，包括氯氰菊酯、溴氰菊酯和氰戊菊酯等拟除虫菊酯杀虫剂的大量使用，在有效防治靶标害虫的同时，也在环境中造成残留，这种亚致死浓度的拟除虫菊酯胁迫会引起昆虫体内代谢酶系和神经信号通路相关酶、受体发生活性和敏感性变化，进而使昆虫形成耐药性甚至产生抗药性本文总结了拟除虫菊酯对昆虫神经信号通路的作用机制及昆虫对拟除虫菊酯的代谢抗性等研究进展，以期为合理使用拟除虫菊酯类杀虫剂、延缓靶标害虫产生抗药性等提供参考昆虫的拟除虫菊酯作用位点拟除虫菊酯的作用位点是可兴奋细胞（神经细胞和肌肉细胞）的电压门控钠离子通道或者氯离子通道（包括 依赖型氯离子通道）拟除虫菊酯作用于钠离子通道可改变其生物特性，延迟关闭的时间，引起长时间的 内流若 持续积累，会降低可兴奋细胞动作电位的阈值，导致神经细胞过度兴奋在高浓度拟除虫菊酯的作用下，神经兴奋的动作电位传导阻塞，可产生中毒现象；低浓度溴氰菊酯处理则可引起感觉神经元功能的改变，从而造成生物行为和感觉的变化 型拟除虫菊酯也会作用氯离子通道，引起型拟除虫菊酯中毒拟除虫菊酯还可作用于昆虫的其他活性位点，如 酶、氨基丁酸受体、胆碱能受体等，共同引起相关的中毒和感觉行为异常反应此外，拟除虫菊酯还可通过阻断 和乙酰胆碱酯酶的抑制作用间接影响神经兴奋传递 电压门控钠离子通道电压门控钠离子通道（，）选择性允许 顺电化学梯度跨膜通过，在神经元、内分泌细胞、骨骼肌细胞、心肌细胞等的动作电位产生及传导中有重要作用拟除虫菊酯作用于电压门控钠通道，与通道的亚基结合可阻止通道关闭，引起 流入神经细胞并发生永久性去极化，导致神经元膜去极化、重复放电和突触障碍，昆虫出现过度兴奋症状 型拟除虫菊酯的作用机制是改变钠通道在神经元膜中打开和关闭时的构象，使用型拟除虫菊酯可导致震颤综合征（又称综合征），其特征是全身震颤、攻击性行为、超敏反应和共济失调 型拟除虫菊酯可导致哺乳动物流涎、舞蹈手足徐动症流涎（综合征）和运动功能障碍 研究表明，发育暴露于溴氰菊酯的小鼠（犕 狌 狊犿 狌 狊 犮 狌 犾 狌 狊）后代在 个月大时，表达显著降低了，、和 显著降低了 与对照组相比，在暴露于溴氰菊酯的小鼠纹状体中，作为神经元活动代表的 表达减少了 等 的研究表明，七氟菊酯（型）、甲氰菊酯和 氯氰菊酯（型）延长了大鼠（犚 犪 狋 狋 狌 狊 狀 狅 狉 狏 犲 犵 犻 犮 狌 狊）和豚鼠（犆 犪 狏 犻 犪狆 狅 狉 犮 犲 犾 犾 狌 狊）心肌细胞的动作电位并诱发了后去极化在电压钳作用下，由于通道失活的延迟，钠电流衰减的时间过程被延长在灌注的大鼠心脏中，七氟菊酯改变了自发的节律性收缩，影响了收缩的幅度和频率 等将约的动作电位延长归因于七氟菊酯对钠通道失活动力学的影响 这些研究结果为拟除虫菊酯对心脏钠通道的直接影响作用提供了证据，即拟除虫菊酯可导致心律失常由于昆虫具有更敏感的钠通道、更小的结构和更低的体温，拟除虫菊酯对昆虫的毒性比对哺乳动物和鸟类的毒性更大氯菊酯破坏了电压门控钠通道的功能，通过增加脉冲传导对昆虫神经元造成损伤，导致昆虫瘫痪和死亡昆虫中的 和哺乳动物中的 、延迟了钠通道的失活并导致通道提前打开 钠离子通道靶标敏感度降低可导致机体对拟除虫菊酯类杀虫剂产生击倒抗性（，）有研究证实，钠离子通道结构的改变可引起杀虫剂与其结合位点改变，导致钠通道对杀虫剂敏感性降低，引起机体产生 抗性 目前，在爪蟾（犡 犲 狀 狅 狆 狌 狊 犾 犪 犲 狏 犻 狊）卵母细胞表达体系中已验证出许多 突变，但对不位于钠通道与拟除虫菊酯结合位点却能引起抗性的 位点研究较少 突变是引起蚊虫对拟除虫菊酯抗性的重要机制之一，因此研究 突变的分子机理很有意义 电压门控氯离子通道在绝大多数细胞类型中，由跨膜电位或细胞体积变化控制的氯离子通道在膜静息电位、跨上皮转运和细胞体积调节稳定方面起重要作用 等 对拟除虫菊酯作用于假定替代目标的可能毒理学意义进行了评估，提出拟除虫菊酯对电压门控钙和氯通道的作用可能会导致某些拟除虫菊酯的神经毒性而后，等 对拟除虫菊酯在体内对大鼠的神经毒性和对体外电压门控钠、钙和氯通道作用的主成分分析等研究进一步支持了这一结论基于溴氰菊酯（型）对大鼠肌肉氯离子电导和电压的阻断作用，等 提出电压门控氯离子通道是产生 综合征的型拟除虫菊酯的次要靶点 型拟除虫菊酯选择性阻断电压门控氯离子通道导致 综合征的假设是基于使用氯氰菊酯和溴氰菊酯分别作为型和型化合物的模型提出的 等 则通过导致综合征或 综合征的 种拟除虫菊酯评估了拟除虫菊酯与 神经母细胞瘤细胞中氯离子通道阻滞的构效关系，但未能证实氯离子通道阻滞与 中毒综合征之间的强相关性导致 综合征的型结构（特别是艾芬戊酸盐和 三氯氟氰菊酯）对氯离子通道没有影响，而生物第期陈浩哲，等：拟除虫菊酯对昆虫神经信号通路的作用机制及其代谢抗性研究进展丙烯菊酯（一种产生综合征的型结构）阻断了氯离子通道，显然，型和型化合物对氯离子通道的作用不同，但这些差异并不能解释型和 型这种拟除虫菊酯中毒综合征之间的差异拟除虫菊酯会影响多种电压门控和配体门控离子通道，但只有电压门控钙和氯离子通道可能与拟除虫菊酯中毒有相关性 以往的研究提供了拟除虫菊酯作用于钙通道的信息，但还未确定其在中毒反应中的作用同时，关于拟除虫菊酯作用于神经元电压门控氯离子通道的研究证明，相关作用靶点在 综合征中具有强制性作用因此，拟除虫菊酯中毒次要目标的潜在意义仍有待确定 胆碱能信号通路系统 乙酰胆碱酯酶乙酰胆碱酯酶（，）是一种重要的神经递质水解酶，可以水解乙酰胆碱从而终止乙酰胆碱受体的持续刺激，保证神经传导的正常进行，维持生物体的正常生理活动 乙酰胆碱酯酶能够诱导生物体产生多种行为改变，例如增加活动、失去协调和产生麻痹等 昆虫乙酰胆碱酯酶被认为是氨基甲酸酯类杀虫剂和有机磷杀虫剂的作用靶标，其活性部位会被这种杀虫剂磷酰化或氨基甲酰酯化而失活，从而使与乙酰胆碱受体结合的乙酰胆碱无法及时分解，导致突触后膜乙酰胆碱受体超极化，通过干扰胆碱能突触而引起神经系统的严重障碍 乙酰胆碱酯酶活性的改变对昆虫行为会产生明显影响：缺乏乙酰胆碱酯酶活性的犃 犮 犲基因突变体果蝇（犇 狉 狅 狊 狅 狆 犺 犻 犾 犪犿 犲 犾 犪 狀 狅 犵 犪 狊 狋 犲 狉）在早期发育中会死亡，在前脑有限部分表达犃 犮 犲突变的基因成年嵌合体在视运动行为方面有显著缺陷 目前的研究认为昆虫乙酰胆碱酯酶在拟除虫菊酯作用下活性和表达改变不明显，等 和 等 先后通过实验发现拟除虫菊酯对蜜蜂（犃 狆 犻 狊犿 犲 犾 犾 犻 犳 犻 犮 犪）乙酰胆碱酯酶的活性无明显抑制作用但也有研究表明，拟除虫菊酯是乙酰胆碱酯酶的作用靶标曹官时等 采用溴氰菊酯药膜接触法发现德国小蠊（犅 犾 犪 狋 狋 犲 犾 犾 犪犵 犲 狉 犿 犪 狀 犻 犮 犪）乙酰胆碱酯酶的活性抑制与药膜接触时间成正比，且其击倒数变化最快时乙酰胆碱的活性也处于最低值，提示 可能是溴氰菊酯的靶标拟除虫菊酯可以通过抑制动物 活性引起生理功能及行为异常，甚至导致死亡 目前，昆虫乙酰胆碱酯酶的研究主要关注靶标抗性和遗传突变等方面，亚致死浓度杀虫剂引起虫体感觉变化、行为活动改变的研究主要为宏观实验（活体生物实验）探究，这些变化与昆虫体内神经肌肉组织相关通路之间的关系还有待进一步研究在不同种类和浓度的杀虫剂处理下，生物体内乙酰胆碱酯酶的变化存在差异性邱艳等 的研究表明，在低浓度的细辛醚处理下，玉米象成虫（犛 犻 狋 狅 狆 犺 犻 犾 狌 狊 狕 犲 犪 犿 犪 犻 狊 ）的 活性增强，高浓度则抑制该酶的活性潘宏伟 发现不同浓度的溴氰菊酯对斑马鱼的 活性呈抑制作用，随着浓度提高抑制作用也不断增强在青?（犗 狉 狔 狕 犻 犪 狊犿 犲 犾 犪 狊 狋 犻 犵 犿）和大型蟤（犇 犪 狆 犺 狀 犻 犪犿 犪 犵 狀 犪 ）中的研究也得到了相同的结论，并发现靶标农药相对于非靶标农药的抑制效果更强 综上所述，乙酰胆碱酯酶在不同生物体内的表达具有特异性 乙酰胆碱受体乙酰胆碱受体分为配体型门控离子通道的烟碱乙酰胆碱受体（）和作为蛋白偶联受体（）的毒蕈碱型乙酰胆碱受体（）昆虫 是一种半胱氨酸环（）超家族，在中枢神经系统中广泛表达，介导快速突触传递 许多杀虫剂，例如新烟碱类、多杀菌素、亚砜胺、丁烯内酯和中离子杀虫剂，是烟碱型乙酰胆碱受体的阻断剂，会影响受体敏感性 目前已经从昆虫中获得大量的 亚基，其结构与哺乳动物的 亚基有很高的相似性对昆虫 的研究还较少，的表达部位主要位于中枢神经系统和触角，在肌肉细胞中不表达或表达较少 乙酰胆碱受体会影响多种行为反应，如嗅觉、记忆、学习能力、运动飞行、睡眠与觉醒等 研究表明，联苯菊酯会显著影响成年大鼠海马体中的乙酰胆碱信号通路，其毒蕈碱胆碱能受体和烟碱胆碱能受体的表达显著降低，在强迫游泳测试中伴有抑郁样状态 二氯苯醚菊酯通过影响昆虫钠通道显著增加突触间隙内的乙酰胆碱水平，乙酰胆碱积累效应会引起突触前毒蕈碱受体产生对乙酰胆碱的负反馈调节，减少乙酰胆碱的释放，并且这种负反馈调节在毒蕈碱受体拮抗剂阿托品的作用下可发生逆转 综上，拟除杭州师范大学学报（自然科学版）年虫菊酯可直接或间接作用于乙酰胆碱受体，引起昆虫行为的改变 犃 犜 犘酶 酶（）是一类膜结合蛋白酶，其分布十分广泛，有 酶、酶、酶等多种类型 酶 酶在神经突触等可兴奋细胞质膜上含量丰富，其主要功能是催化 末端磷酸水解，并利用该反应产生的自由能进行 和的主动跨膜转运，维持细胞内外离子浓度梯度差和细胞膜电位，确保正常神经冲动的传导 蚊虫体内 离子流会因 酶抑制而减弱，从而引起各种谷氨酸盐和其他神经递质的释放，导致机体在很短的时间内出现神经性的中毒症状 因此，菊酯类药剂对钠离子通道的作用会影响 酶的活性，导致试虫出现扭曲、颤抖、抽搐等异常行为研究显示，菊酯类杀虫剂会引起黏虫（犕 狔 狋 犺 犻 犿 狀 犪 狊 犲 狆 犪 狉 犪 狋 犪）、家蝇（犕 狌 狊 犮 犪犱 狅 犿 犲 狊 狋 犻 犮 犪）、棉蚜（犃 狆 犺 犻 狊 犵 狅 狊 狊 狔 狆 犻 犻 ）等试虫痉挛、麻痹，最终死亡，这些都是试虫正常神经传导被扰乱而表现出的行为和生理反应黏虫五龄幼虫经氯氰菊酯处理后，从痉挛期到深度麻痹期，酶的抑制率从 上升到 多刺裸腹蟤（犕 狅 犻 狀 犪犿 犪 犮 狉 狅 犮 狅 狆 犪）经 溴氰菊酯染毒 后，蟤体 酶活性明显降低，可能是溴氰菊酯使机体 酶合成及含量降低所致，继而使细胞内 累积、流失，导致细胞内环境紊乱，抑制神经细胞兴奋传导，心率随即降低 在斑马鱼中，若机体缺氧或 受很强抑制，酶活力会受影响而发生改变，从而影响离子平衡，导致鱼体行为发生变化 经溴氰菊酯处理的大鼠，额叶皮层、海马和小脑中的 酶活性明显下降，自发的运动活动和攻击性行为显著增加，迷宫学习明显减少 还有研究显示，溴氰菊酯会明显抑制仔鼠的学习记忆能力和运动能力，推断与溴氰菊酯影响脑内 酶活性、扰乱能量代谢有关，从而影响神经系统发育 许多学者认为 酶是拟除虫菊酯的靶标酶之一 等 采用氯菊酯和氯氰菊酯处理大鼠脑突触体，发现在 浓度下，酶活性降低，在 浓度下，总 酶活性基本消失，提示膜 酶是拟除虫菊酯神经毒性作用靶点之一靶标部位敏感性降低是昆虫对拟除虫菊酯类杀虫剂的抗性机制之一已有大量研究表明，拟除虫菊酯类杀虫剂对昆虫体内的 酶有不同的抑制作用，何运转等 研究发现，溴氰菊酯对敏感品系家蝇神经系统的 酶活性有明显的抑制作用，抑制率为 ；伦才智等 发现高效氯氟氰菊酯对敏感和抗高效氯氟氰菊酯品系甜菜夜蛾（犛 狆 狅 犱 狅 狆 狋 犲 狉 犪犲 狓 犻 犵 狌 犪）的 酶活性均有明显的抑制作用，高效氯氟氰菊酯对敏感品系 酶活性的抑制率为 ，对抗性品系的抑制率为 酶 酶和 酶都是细胞膜上重要的酶蛋白，其起源相同且有相似的结构功能 酶通过将 运出细胞、将 运入细胞维持内环境的稳定，对心肌及其他肌肉的收缩、神经细胞动作电位的传导、细胞的分泌与繁殖都会产生影响 神经细胞维持细胞内钙稳态的重要机理之一是 酶活性的正常发挥，一方面 酶把细胞内 主动转运出细胞，另一方面把 转运到内质网隔离系统，有利于细胞调节胞内游离 浓度，使之维持在较低水平 神经细胞中的钙稳态是确保神经细胞结构完整、功能正常的重要因素，如出现钙超载或失衡情况，会使许多代谢功能异常，直至细胞损伤或坏死 等 在乌贼（犔 狅 犾 犻 犵 狅狆 犲 犪 犾 犲 犻）视神经实验中发现溴氰菊酯、氯氰菊酯等型拟除虫菊酯对 酶的抑制率为 ，提出型拟除虫菊酯作用于 酶靶标对美洲蜚蠊（犘 犲 狉 犻 狆 犾 犪 狀 犲 狋 犪犪 犿 犲 狉 犻 犮 犪 狀 犪）的脑神经实验得到了相同结论 在鼠脑实验中也发现，型拟除虫菊酯对 酶的抑制率明显低于型拟除虫菊酯第期陈浩哲，等：拟除虫菊酯对昆虫神经信号通路的作用机制及其代谢抗性研究进展 氨基丁酸信号通路系统 氨基丁酸（，）是脊椎动物和无脊椎动物体内主要的抑制性神经递质，广泛存在于中枢神经系统，会抑制神经传递，造成突触后膜的超极化，使突触后神经元处于保护性抑制状态，引起神经细胞离子内流减少、代谢及氧消耗降低等 目前的研究发现，哺乳动物 的生理活性主要表现在镇静神经、抗焦虑、降低血压、降低血氨、提高脑活力、促进乙醇代谢等方面昆虫体内的 水平控制和影响行为运动，例如 在昆虫触角叶执行气味编码信号的传递，在蘑菇体中对昆虫学习和记忆起重要作用 不仅如此，还作用于神经中枢控制昆虫的节律行为，例如呼吸、行走、飞行与昼夜节律 神经通路包括 受体和 相关酶谷氨酸脱羧酶（，）能催化谷氨酸脱羧生成 ，是 合成的限速酶 氨基丁酸转氨酶（，）是催化 与 酮戊二酸生成琥珀酸半醛和谷氨酸的关键酶，其活性的变化直接影响 含量 在生物体内的水平受到 和 这种酶的直接控制，参与昆虫的行为调控在杀虫剂环境胁迫下，通路的代谢活动会受到干扰乙体氯氰菊酯可降低小鼠大脑皮质 活性，使 增多，进而反馈性抑制 受体 表达，导致中枢神经系统功能的异常 在低浓度酚氧化酶的胁迫下，斑马鱼体内 和 的活性会受到明显抑制，游泳行为频率明显增强并出现焦虑行为 贺永健 对小鼠神经毒性机制的研究表明，在氨基脲处理下的小鼠出现明显的行为焦虑、学习能力下降，体内的 活性受到抑制，推测 是小鼠神经毒性的生物标志物之一 受体是 氨基丁酸门控氯离子通道，分为 型和 型受体 受体作为 神经通路中的重要一环，控制着生物的多种行为活动，例如感觉能力、运动强度、昼夜节律及神经退行性疾病的发生 研究表明，受体是类拟除虫菊酯的次级靶标点，是目前公认的杀虫剂靶标抗性产生的生物标志物之一，抗性的产生主要是由于基因突变导致 受体与杀虫剂的亲和性降低，不能抑制 受体的氯离子转运 拟除虫菊酯可直接作用于昆虫 受体第个跨膜结构域 ，引起相关突变 但是拟除虫菊酯对 受体突变的效应要低于乙酰胆碱受体和钠通道，需要较高浓度和剂量才能有效诱导 研究表明，作为抑制性氨基酸可以拮抗兴奋性神经递质的神经毒性作用 通路对 的调控可以作为杀虫剂胁迫下昆虫适应环境和产生抗药性的新思路朱新军 发现与敏感品系相比，抗性品系朱砂叶螨（犜 犲 狋 狉 犪 狀 狔 犮 犺 狌 狊 犮 犻 狀 狀 犪 犫 狉 犻 狀 狌 狊）体内的 活性明显降低，进一步证明了 信号通路中的相关酶可能是抗性产生的新生理生化机制昆虫体内代谢酶系与拟除虫菊酯抗性代谢抗性是指昆虫在外源或内源性毒物的刺激下，体内的解毒酶活性增强，代谢杀虫剂的能力增强、速度加快，进而使杀虫剂的效果降低甚至失效，从而产生对相应毒物的抗药性在此过程中，协同参与昆虫代谢解毒过程并起到关键作用的种解毒酶类分别为细胞色素 酶系（）、谷胱甘肽硫转移酶（，）和各类非特异性酯酶 谷胱甘肽硫转移酶昆虫胞质内 基因分为大类个亚型，分别为类（亚型）、类（、亚型）和类（亚型）研究发现，在细胞对毒物的代谢过程中，亲核性的谷胱甘肽在 的催化下容易与各种亲电子外源性化学物结合，从而防止外源化合物与细胞中其他具有重要作用的生物大分子发生共价结合，起到缓解毒性的作用 经杀虫剂多次胁迫和诱导后，调控 表达的基因可能会发生改变，从而使昆虫体内 的活性提高数倍 杭州师范大学学报（自然科学版）年蚊属中有 及其代谢抗性的相关报道犌 犛 犜 犱 基因在抗拟除虫菊酯的非洲几内亚冈比亚按蚊（犃 狀 狅 狆 犺 犲 犾 犲 狊 犵 犪 犿 犫 犻 犪 犲）种群中显著过表达；在对抗拟除虫菊酯类的不吉按蚊（犃 狀 狅 狆 犺 犲 犾 犲 狊犳 狌 狀 犲 狊 狋 狌 狊）转录组的研究中发现，犌 犛 犜 犲 突变频率较高（），提示突变可能与代谢抗性显著有关；犌 犛 犜 犲 基因是双对氯苯基三氯乙烷（，）和氯菊酯抗性蚊虫解毒酶活性上调最多的基因，表明该基因的上调可能与不吉按蚊对 和氯菊酯交叉抗性的产生有关 此外，等 发现，在抗拟除虫菊酯类杀虫剂的不吉按蚊中的活性是敏感品系的 倍，表明不吉按蚊中拟除虫菊酯类杀虫剂抗性的产生与谷胱甘肽硫转移酶活性提高有关伊蚊属中也有许多关于 和代谢抗性的研究 等 发现，野外的抗溴氰菊酯埃及伊蚊（犃 犲 犱 犲 狊 犪 犲 犵 狔 狆 狋 犻）种群中有种 基因（型中的犌 犛 犜 犲 和犌 犛 犜 犲）过度表达，这种过度表达可能与代谢抗性有关；等 也发现野外捕捉的埃及伊蚊对溴氰菊酯和氯菊酯（）、马拉硫磷、毒死蜱、噻虫威（）和恶虫威（）表现出抗药性，且 水平较高此外，对伊蚊敏感和耐药品系犌 犛 犜 犈 基因的研究结果表明，抗性品系的 活性高于敏感品系，对底物的代谢能力增强且犌 犛 犜 犈 基因在抗性品系中的表达量增加了倍，个 特异突变（、和 ）在敏感品系中均未发现 细胞色素犘 酶系细胞色素 酶系（，）介导的解毒作用是蚊虫对拟除虫菊酯类杀虫剂产生抗性的主要机制之一 余种细胞色素 在昆虫体内已被发现蚊虫中，与拟除虫菊酯类杀虫剂抗性代谢相关的基因集中于犆 犢 犘、犆 犢 犘、犆 犢 犘 与哺乳动物类似，在昆虫体内对杀虫剂的代谢发挥着重要作用，通过多种酶参与氧化、还原和水解反应，可以将杀虫剂代谢底物由疏水型转化为亲水型，使杀虫剂更易被排出体外 经杀虫剂筛选、诱导后，昆虫体内的 基因可能会显著上调且酶活性增加，对杀虫剂的代谢水平提高总之，氧化代谢活性增强是昆虫对相关杀虫剂产生代谢抗性的重要机制之一 目前有关 与昆虫抗性产生的研究较多，且主要集中在按蚊属和伊蚊属细胞色素 酶超家族在代谢过程中所介导的分子机制尚未完全阐明，基因突变和过表达被认为是引起耐药的原因对不吉按蚊的抗性研究表明，细胞色素 基因的过表达是不吉按蚊对氯菊酯产生抗性的主要原因，其中犆 犢 犘 犘 犪和犆 犢 犘 犘 犫基因在氯菊酯抗性群体中显著过表达（和）野外收集的抗拟除虫菊酯类杀虫剂的中华按蚊（犃 狀 狅 狆 犺 犲 犾 犲 狊 狊 犻 狀 犲 狀 狊 犻 狊）群体的全基因组和表达谱也表明，与实验室敏感品系比较，抗性品系中个细胞色素 基因（犃 狊 犆 犢 犘 犣、犃 狊 犆 犢 犘 犘 狏、犃 狊 犆 犢 犘 犘 狏、犃 狊 犆 犢 犘 犑、犃 狊 犆 犢 犘 犃）显著过表达 另外，有研究发现在实验室中使敏感品系冈比亚按蚊的犆 犢 犘 犘 基因过表达，可促使敏感品系对拟除虫菊酯类和氨基甲酸酯类杀虫剂产生抗性，代谢抗性基因犆 犢 犘 犕、犆 犢 犘 犘 和犌 犛 犜犇 在几内亚的野生抗性冈比亚按蚊中也有过表达现象 冈比亚按蚊对拟除虫菊酯和氨基甲酸酯的抗性是犆 犢 犘 犘 在广泛组织中的过表达获得的，而犆 犢 犘 犕 只在相同组织中过表达才会对拟除虫菊酯产生抗性，但这种犆 犢 犘 犘 过表达增加了冈比亚按蚊对马拉硫磷的易感性，这可能是由于马拉硫磷转化为毒性更大的代谢物马拉氧磷所导致，表明细胞色素 家族中有多种与代谢抗性相关的基因，但不同的基因发挥不同的抗性调控作用 等 将野生抗拟除虫菊酯类杀虫剂的埃及伊蚊进行转录组测序后，发现在普遍上调的解毒相关基因中，细胞色素 基因家族占主导，有个基因过表达，犆 犢 犘 犆 犅 基因过表达量最大，其 次 是犆 犢 犘 犑 基 因采 用 技 术 使犆 犢 犘 犃 和个 未 知 功 能 的 基 因（犆 犆 犌 和犆 犆 犌 ）表达下调后，白纹伊蚊对拟除虫菊酯类杀虫剂的耐药性发生显著变化利用独立野外采集的已知耐药表型蚊虫进行基因型表型关联研究，发现个细胞色素 基因家族中的个 位点（犆 犢 犘 犃 中的 ，犆 犢 犘 犅 中的 和 ，犆 犢 犘 犃 中的 和犆 犢 犘 犃 中的 ）与耐药显著相关 将埃及伊蚊拟除虫菊酯抗性新加坡品系（）的抗性等位基因导入第期陈浩哲，等：拟除虫菊酯对昆虫神经信号通路的作用机制及其代谢抗性研究进展到敏感品系（）后获得新品系（），发现犆 犢 犘 犅 犅、犆 犢 犘 犣、犆 犢 犘 犕 和犆 犢 犘 犕 基因在 和 中都有过表达，根据每个品系中个单拷贝犆 犢 犘 狊（犆 犢 犘 犆 、犅 犅、犉、犉 和 犣）的基因组序列和多态性分析，除犆 犢 犘 犅 犅 部分与抗性位点相关外，其余个基因均与抗性位点无关，其过表达是反式调控引起的 酯酶酯类杀虫剂包括有机磷类、拟除虫菊酯类及氨基甲酸酯类等，昆虫体内存在的酯酶可通过水解作用将这些杀虫剂中的酯类化合物分解成酸类和醇类羧酸酯酶（）是昆虫体内起关键作用的酯酶，昆虫对酯类杀虫剂的抗药性与酯酶活性增强有重要关系 等 发现，与实验室敏感品系相比，和氟氯氰菊酯耐药斯氏按蚊（犃 狀 狅 狆 犺 犲 犾 犲 狊 狊 狋 犲 狆 犺 犲 狀 狊 犻）群体 酯酶的平均酶比分别为 和 ，酯酶的平均酶比分别为 和 ，推测酯酶代谢机制增强在按蚊对 和氟氯氰菊酯的耐药发展中起重要作用 等 在阿富汗地区的研究也表明，与实验室敏感品系相比，个不同地区的溴氰菊酯抗性斯氏按蚊样本内的 酯酶含量分别增加 倍和 倍，酯酶含量分别增加 倍和 倍这些研究结果都提示酯酶可能是斯氏按蚊抗性产生的因素之一另外，拟除虫菊酯抗性表型与印度尼西亚野外埃及伊蚊的 酯酶含量无显著相关性，提示部分拟除虫菊酯敏感种群相对于对照品系的酶水平略高可能是其他杀虫剂抗性的原因，而酯酶与拟除虫菊酯抗性表型存在显著相关性，蚊体内酯酶水平和拟除虫菊酯抗性表型显著相关，抗性越强，酯酶含量越高 在斯里兰卡野外采集的抗拟除虫菊酯类杀虫剂的埃及伊蚊样本的酯酶活性也高于敏感种群 总结与展望目前，拟除虫菊酯杀虫剂在世界范围内广泛应用于农作物、水产养殖等，使作物、鱼类等免受害虫、寄生虫的侵害 和疾病媒介的消杀 ，但大量使用拟除虫菊酯杀虫剂会对环境造成诸多负面影响研究表明，仅有的拟除虫菊酯类农药直接作用于靶标生物，其余约 作用于非靶生物或流向环境介质中，近年来，在越来越多的水体环境中检测到拟除虫菊酯类农药的存在，拟除虫菊酯类农药通过表皮（皮肤）直接接触、随食物和水摄入等方式进入生物体，在生物体中积累，对生物体的神经、免疫、心血管和遗传系统造成毒性影响，产生致畸、致癌、突变等后果高浓度溴氰菊酯暴露会造成明显中毒现象，甚至导致死亡；亚致死水平拟除虫菊酯的暴露会产生潜在神经毒性，造成神经细胞炎症、变性和凋亡，影响神经发育 拟除虫菊酯类农药在哺乳动物和高等脊椎动物体内的代谢较快，但在水生生物体内的代谢和排泄能力较慢 水体中的拟除虫菊酯会对直接接触水体的水生昆虫生存造成较大影响，而且这种影响会在世代胁迫中不断放大在拟除虫菊酯胁迫下，昆虫体内的各种代谢酶系会发生活性改变，神经作用位点会发生基因突变一方面，高浓度拟除虫菊酯会直接作用于神经靶标位点，阻断神经传递或使神经过度兴奋，致使虫体神经系统传导紊乱而引起死亡目前认为电压门控钠离子通道是拟除虫菊酯的直接作用靶标，该位点与拟除虫菊酯结合后通道永久打开，导致生物体过度兴奋，最终引发昆虫死亡；电压门控氯离子通道和钙离子通道是潜在的引发致死效应的位点另一方面，亚致死浓度的拟除虫菊酯胁迫会引起昆虫体内代谢酶系和神经信号通路相关酶、受体发生活性和敏感性变化昆虫乙酰胆碱受体和 受体是拟除虫菊酯的次级靶标，其位点结构突变会造成生物神经敏感性和传导改变；亚致死拟除虫菊酯会对神经通路相关酶系乙酰胆碱酯酶、谷氨酸脱羧酶、氨基丁酸转氨酶及 酶活性产生影响，进一步导致昆虫感受能力、运动行为能力、学习记忆能力的衰退，影响昆虫的生存能力（逃避、避难、觅食、呼吸和运动等）乙酰胆碱酯酶和 酶是较为认可的产生拟除虫菊酯神经毒性效应的作用位点乙酰胆碱酯酶活性水平和水生生物行为强度呈正相关，但在不同种类和浓度的拟除虫菊酯施用下，乙酰胆碱酯酶活性呈现不同的变化趋势在拟除虫菊酯环境下，酶活性会受到不同程度抑制，行为强度也受到相应抑制目前认为 酶与杭州师范大学学报（自然科学版）年昆虫行为强度关联度较高，而 酶的研究仍相对较少关于昆虫对拟除虫菊酯类杀虫剂代谢抗性分子机制的研究，目前主要集中在解毒酶基因表达方面针对有差异表达的基因，主要探究其体外表达蛋白对拟除虫菊酯杀虫剂的代谢能力及在杀虫剂代谢抗性中的作用然而，目前对昆虫抗药性相关基因种类、作用规律及机制等方面的研究还不深入，拟除虫菊酯的施用仍会引起昆虫抗药性的产生短期胁迫下，昆虫产生杀虫剂耐受和抗药性的机制研究已较为透彻；而长期多代低浓度胁迫下，昆虫对拟除虫菊酯抗性的生成、代际变化对昆虫种群生存能力影响的研究鲜有涉猎拟除虫菊酯类杀虫剂的合理使用及轮用，对延缓抗药性的产生及发展具有重要的指导意义参考文献：龚培盼，李新安，王超，等麦蚜对拟除虫菊酯类杀虫剂抗性研究进展植物保护，（）：，（）：刘伟健溴氰菊酯不同施用方式对蚯蚓的生态毒性效应沈阳：沈阳大学，；，（）：陈梦丽基于钠离子通道突变体的拟除虫菊酯杀虫剂抗性的机理研究杭州：浙江大学，：，（）：，（）：，：？，（）：，：，（）：，（）：，（）：，（）：，（）：兰学梅，徐家宝，姜进勇云南省瑞丽市白纹伊蚊对拟除虫菊酯类杀虫剂抗性种群的电压门控钠离子通道基因突变分析中国媒介生物学及控制杂志，（）：，（）：，：，（）：，：，（）：孟祥坤，缪丽君，董帆，等无脊椎动物乙酰胆碱酯酶研究进展环境昆虫学报，（）：潘宏伟斑马鱼对溴氰菊酯、氯化镉胁迫的行为响应及机制分析济南：山东师范大学，林璐璐，陈浩梁，谢明惠，等昆虫乙酰胆碱酯酶研究进展安徽农业科学，（）：第期陈浩哲，等：拟除虫菊酯对昆虫神经信号通路的作用机制及其代谢抗性研究进展 ，（犃 狆 犻 狊犿 犲 犾 犾 犻 犳 犲 狉 犪）（犇 狉 狅 狊 狅 狆 犺 犻 犾 犪犿 犲 犾 犪 狀 狅 犵 犪 狊 狋 犲 狉）：，（）：，（）：，（犃 狆 犻 狊犿 犲 犾 犾 犻 犳 犲 狉 犪），：曹官时，霍新北溴氰菊酯对德国小蠊 及 作用研究医学动物防制，（）：，？，（）：邱艳，宋旭红，黄衍章玉米象成虫对细辛醚中毒的行为反应及杀虫机理研究中国粮油学报，（）：曾阳神经抑制污染物连续暴露下大型蟤（犇 犪 狆 犺 狀 犻 犪犿 犪 犵 狀 犪）外在行为响应及内在机制研究济南：山东师范大学，付秀娥，曾阳，付荣恕灭多威对日本青?和大型蟤乙酰胆碱酯酶的效应研究安徽农业科学，（）：，犇 狉 狅 狊 狅 狆 犺 犻 犾 犪 ，（）：，（）：李建芳，成杨，陆永跃，等昆虫毒蕈碱型乙酰胆碱受体的研究进展环境昆虫学报，（）：，犇 狉 狅 狊 狅 狆 犺 犻 犾 犪 ，：，（）：，：犇 狉 狅 狊 狅 狆 犺 犻 犾 犪 ，（）：，：，（）：王春光，颜冬云，徐绍辉，等拟除虫菊酯农药对酶活性抑制的研究进展农药，（）：何运转，李梅，冯国蕾，等拟除虫菊酯对家蝇 抑制作用的研究昆虫学报，（）：冷欣夫，唐振华，王荫长杀虫剂分子毒理学及昆虫抗药性北京：中国农业出版社，马志卿不同类杀虫药剂的致毒症状与作用机理关系研究杨凌：西北农林科技大学，彭方溴氰菊酯对多刺裸腹蟤的毒性效应研究太原：山西大学，杜娟娟苯酚对斑马鱼行为学影响及毒理学效应研究济南：山东建筑大学，（）：杨春燕溴氰菊酯对大鼠仔鼠神经毒性的影响山东医药，（）：，?，（）：伦才智，李艳伟，刘永杰，等抗性甜菜夜蛾 酶、酶和 酶对高效氯氟氰菊酯的敏感性农药学学报，（）：段树丽当归对血虚大鼠 酶和 酶的影响甘肃畜牧兽医，（）：刘秉文，陈俊杰医学分子生物学北京：中国协和医科大学出版社，：，（）：?，：，（）：，犔 狅 犾 犻 犵 狅狆 犲 犪 犾 犲 犻 ，（）：杭州师范大学学报（自然科学版）年 ，：，：，（）：朱新军 氨基丁酸及其相关酶活性与朱砂叶螨对阿维菌素抗性的关系研究重庆：西南大学，（）：，（）：，：吴雅琴溴氰菊酯对斑马鱼早期胚胎发育的毒性效应和致毒机理研究泉州：华侨大学，（）：鲍清，杨光，任亚浩，等乙体氯氰菊酯对小鼠大脑皮质 氨基丁酸水平及相关酶和受体的影响实用预防医学，（）：，（），（）：赵雅倩典型酚类抗氧化剂对斑马鱼的神经毒性效应研究呼和浩特：内蒙古大学，贺永健氨基脲对大鼠的神经行为毒性和氧化损伤毒性及其机制研究广州：华南农业大学，（）：，（）：，犇 狉 狅 狊 狅 狆 犺 犻 犾 犪 ，（）：王涛桔小实蝇 氨基丁酸相关酶的生化及分子毒理学特性研究重庆：西南大学，乔惠丽，洪冲，文祯中，等昆虫抗药性分子机制南阳师范学院学报，（）：，（）：沈洪妹，张志军，姜正林人参皂甙 对大鼠缺氧性损伤的脑组织神经递质 氨基丁酸的影响临床神经病学杂志，（）：，犃 狀 狅 狆 犺 犲 犾 犲 狊犳 狌 狀 犲 狊 狋 狌 狊 ，（）：，犎 犲 犾 犻 犮 狅 狏 犲 狉 狆 犪犪 狉 犿 犻 犵 犲 狉 犪 ，：，犃 狀 狅 狆 犺 犲 犾 犲 狊 狊 狌 狀 犱 犪 犻 犮 狌 狊（），（）：，：，：，犃 犲 犱 犲 狊 犪 犲 犵 狔 狆 狋 犻 ：，（）：，：陈凤菊，高希武昆虫谷胱甘肽 转移酶的基因结构及其表达调控昆虫学报，（）：尹飞，陈焕瑜，冯夏，等乙基多杀菌素抗性小菜蛾代谢解毒酶酶活性研究应用昆虫学报，（）：，犃 狀 狅 狆 犺 犲 犾 犲 狊 犵 犪 犿 犫 犻 犪 犲 ，：，第期陈浩哲，等：拟除虫菊酯对昆虫神经信号通路的作用机制及其代谢抗性研究进展犘 犾 犪 狊 犿 狅 犱 犻 狌 犿 犃 狀 狅 狆 犺 犲 犾 犲 狊 犳 狌 狀 犲 狊 狋 狌 狊 ，（）：，犃 狀 狅 狆 犺 犲 犾 犲 狊犳 狌 狀 犲 狊 狋 狌 狊 ，（）：，犃 犲 犱 犲 狊 犪 犲 犵 狔 狆 狋 犻：，（）：?，犃 犲 犱 犲 狊 犪 犲 犵 狔 狆 狋 犻 犃 犲犪 犾 犫 狅 狆 犻 犮 狋 狌 狊（：），（）：，?，犌 犛 犜 犈 犃 犲 犱 犲 狊 犪 犲 犵 狔 狆 狋 犻 ，：，（）：犕 狌 狊 犮 犪犱 狅 犿 犲 狊 狋 犻 犮 犪 ，（）：，（）（）（犕 狌 狊 犮 犪犱 狅 犿 犲 狊 狋 犻 犮 犪），（）：，犃 犲 犱 犲 狊 犪 犲 犵 狔 狆 狋 犻 ，（）：，：，：，犃 犲 犱 犲 狊 犪 犲 犵 狔 狆 狋 犻 ，（）：，：犃 狀 狅 狆 犺 犲 犾 犲 狊 犵 犪 犿 犫 犻 犪 犲 犃 狀 狅 狆 犺 犲 犾 犲 狊 犳 狌 狀 犲 狊 狋 狌 狊 ，（）：，（）：，犔 犪 狅 犱 犲 犾 狆 犺 犪 狓 狊 狋 狉 犻 犪 狋 犲 犾 犾 狌 狊 （：），（）：，犃 狀 狅 狆 犺 犲 犾 犲 狊 狊 犻 狀 犲 狀 狊 犻 狊（），（）：，犃 狀 狅 狆 犺 犲 犾 犲 狊 犵 犪 犿 犫 犻 犪 犲 ，（）：，犃 犲 犱 犲 狊 犪 犾 犫 狅 狆 犻 犮 狋 狌 狊 ，（）：，（）：，犃 犲 犱 犲 狊犪 犲 犵 狔 狆 狋 犻（），：，犃 狀 狅 狆 犺 犲 犾 犲 狊狊 狋 犲 狆 犺 犲 狀 狊 犻（：），（）：，犃 狀 狅 狆 犺 犲 犾 犲 狊 狊 狋 犲 狆 犺 犲 狀 狊 犻 ，（）：，：犃 犲 犱 犲 狊 犪 犲 犵 狔 狆 狋 犻（：），（）：，犃 犲 犱 犲 狊 犪 犲 犵 狔 狆 狋 犻（），（）：，：，（）：，犛 狆 犻 狉 狌 犾 犻 狀 犪狆 犾 犪 狋 犲 狀 狊 犻 狊 犜 犻 犾 犪 狆 犻 犪，犗 狉 犲 狅 犮 犺 狉 狅 犿 犻 狊 狀 犻 犾 狅 狋 犻 犮 狌 狊：，（）：，：，：杭州师范大学学报（自然科学版）年 ：（）（）（，）（，），：，：，（）：，?，：姜锦林，吕建伟，曹少华，等溴氰菊酯对稀有?鲫早期生命阶段发育和内分泌干扰毒性中国环境科学，（）：，（）：，（）：犚 犲 狊 犲 犪 狉 犮 犺犘 狉 狅 犵 狉 犲 狊 狊 犻 狀狋 犺 犲犕 犲 犮 犺 犪 狀 犻 狊 犿狅 犳犘 狔 狉 犲 狋 犺 狉 狅 犻 犱 狊狅 狀犐 狀 狊 犲 犮 狋犖 犲 狌 狉 犪 犾 犛 犻 犵 狀 犪 犾 犻 狀 犵犘 犪 狋 犺 狑 犪 狔 狊犪 狀 犱犜 犺 犲 犻 狉犕 犲 狋 犪 犫 狅 犾 犻 犮犚 犲 狊 犻 狊 狋 犪 狀 犮 犲 ，（，）犃 犫 狊 狋 狉 犪 犮 狋：，犓 犲 狔狑 狅 狉 犱 狊：；第期陈浩哲，等：拟除虫菊酯对昆虫神经信号通路的作用机制及其代谢抗性研究进展