高效氯氟氰菊酯對(duì)意大利蝗的殺蟲活性及對(duì)谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶活性的影響

趙 玲， 趙 莉， 肖宏偉， 王登元

（1.綿陽師范學(xué)院生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，綿陽 621006；2.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，烏魯木齊 830052；3.新疆瑪納斯縣蝗蟲鼠害測(cè)報(bào)防治站，瑪納斯 832200）

研究簡(jiǎn)報(bào)Research Notes

高效氯氟氰菊酯對(duì)意大利蝗的殺蟲活性及對(duì)谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶活性的影響

趙 玲1，2， 趙 莉2*， 肖宏偉3， 王登元2

（1.綿陽師范學(xué)院生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，綿陽 621006；2.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，烏魯木齊 830052；3.新疆瑪納斯縣蝗蟲鼠害測(cè)報(bào)防治站，瑪納斯 832200）

摘要采用室內(nèi)生物測(cè)定方法和酶活性分析法分別研究了高效氯氟氰菊酯對(duì)意大利蝗成蟲的殺蟲活性及對(duì)谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶（GSTs）活性的影響。結(jié)果表明不同劑量高效氯氟氰菊酯處理意大利蝗其死亡率依處理劑量呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，高濃度處理的死亡率可達(dá)到82.23%。結(jié)合前期對(duì)意大利蝗的研究結(jié)果表明該蟲已對(duì)此藥產(chǎn)生了一定的抗性，已無明顯的毒性效應(yīng)。生化研究結(jié)果顯示，高效氯氟氰菊酯作用于意大利蝗時(shí)，其體內(nèi)GSTs活性發(fā)生變化。隨高效氯氟氰菊酯濃度的提高，GSTs活性變化的趨勢(shì)表現(xiàn)為先增大后減小。當(dāng)處理劑量較低時(shí)，高效氯氟氰菊酯可激活GSTs，引發(fā)試蟲對(duì)毒性物質(zhì)的自身反饋抵御反應(yīng)，表現(xiàn)為應(yīng)激適應(yīng)；在濃度較高時(shí)GSTs活性下降，為應(yīng)激損傷。

關(guān)鍵詞高效氯氟氰菊酯； 意大利蝗； 谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶

意大利蝗［Calliptamus italicus（L.）］是新疆草原上危害嚴(yán)重的優(yōu)勢(shì)種蝗蟲之一。長(zhǎng)期以來，新疆不僅受到本地意大利蝗的危害，地處中國(guó)—哈薩克斯坦邊境地帶的阿勒泰、塔城、博爾塔拉等地還經(jīng)常遭受境外遷入性意大利蝗的直接危害。20世紀(jì)50—70年代，新疆主要采用六六六和DDT等有機(jī)氯農(nóng)藥防治意大利蝗，進(jìn)入20世紀(jì)80—90年代主要使用馬拉硫磷和辛硫磷等有機(jī)磷農(nóng)藥防治意大利蝗，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、菊馬乳油（氰戊菊酯＋馬拉硫磷乳油）等殺蟲劑防治意大利蝗。但多以菊酯類殺蟲劑為主。多年使用菊酯類殺蟲劑，意大利蝗體內(nèi)對(duì)其抗性水平變化卻不甚明確。

氯氟氰菊酯是一種高效、廣譜、低毒的擬除蟲菊酯類殺蟲劑，具有觸殺和胃毒作用，能有效防治多種農(nóng)業(yè)害蟲和衛(wèi)生害蟲。其分子結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，毒理機(jī)制尚不完全明確，抑制昆蟲中樞神經(jīng)系統(tǒng)Na＋－通道是其擊倒和殺死昆蟲的主要機(jī)制之一。目前，有關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道了擬除蟲菊酯類殺蟲劑對(duì)中華稻蝗的毒力研究和生理生化機(jī)制研究［1-2］，尚未見關(guān)于新疆地區(qū)意大利蝗的研究報(bào)道。

谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶（glutathione S-transferases，簡(jiǎn)稱GSTs）是昆蟲解毒酶系統(tǒng)中一類重要的多功能超基因家族酶［3］，其主要功能是催化機(jī)體內(nèi)某些內(nèi)源性或外來有害物質(zhì)的親電子基團(tuán)與還原型谷胱甘肽的巰基偶聯(lián)，增加其疏水性，最終被降解而排出體外，從而保護(hù)了機(jī)體內(nèi)重要的親核物質(zhì)如蛋白質(zhì)和核酸等，達(dá)到解毒的目的［4-5］。已有的研究發(fā)現(xiàn)谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶活性的提高是昆蟲對(duì)殺蟲劑產(chǎn)生抗藥性的一個(gè)重要機(jī)制［6］。Yang等的研究結(jié)果已經(jīng)證明它在有機(jī)磷殺蟲劑代謝中起重要作用，在抗性昆蟲中GST的活性明顯提高［7］。Kostaropoulos等認(rèn)為對(duì)于擬除蟲菊酯類殺蟲劑，GST以隔離（螯合）機(jī)理通過與農(nóng)藥分子結(jié)合而起被動(dòng)保護(hù)作用，導(dǎo)致抗性增加［8］。

本文以新疆瑪納斯甲嶗地區(qū)草地害蟲意大利蝗為研究對(duì)象，探討高效氯氟氰菊酯的殺蟲活性及對(duì)試蟲體內(nèi)谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶（GSTs）活性的影響。以便為該殺蟲劑的合理施用提供基本的毒性指標(biāo)，并為該地區(qū)意大利蝗的防治提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 供試?yán)ハx

本研究所采用的意大利蝗2011年7月采自新疆瑪納斯地區(qū)甲嶗山區(qū)（2006年該區(qū)曾使用20%菊馬乳油（氰戊菊酯＋馬拉硫磷乳油）治蝗，用量為600 mL／hm2；2007年、2008年連續(xù)兩年使用2.5%菜歌乳油（擬除蟲菊酯類）治蝗，用量為150 mL／hm2；2010年使用4.5%高效氯氰菊酯，用量為750 mL／hm2），此時(shí)已處于產(chǎn)卵初期。意大利蝗標(biāo)本自野外采集回來后，在室內(nèi)適應(yīng)性飼養(yǎng)1 d，選取活力良好的成蟲進(jìn)行生物測(cè)定。

1.1.2 主要試劑

25 g／L的高效氯氟氰菊酯乳油（lambda-cyhalothrin），福建浩倫生物工程技術(shù)有限公司；

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

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 試蟲處理

用超純水將高效氯氟氰菊酯原藥稀釋成6個(gè)適當(dāng)?shù)臐舛龋? 000、1 600、800、400、200和100 mg／L），同時(shí)設(shè)置一個(gè)超純水對(duì)照組，用微量注射器取4μL稀釋好的藥劑注射于雌性成蟲腹部第二腹節(jié)側(cè)面，每個(gè)濃度注射15頭，每組注射3個(gè)重復(fù)，注射超純水作為對(duì)照。室溫正常飼養(yǎng)48 h后觀察死亡情況，輕觸蟲體不動(dòng)為死亡。記錄各個(gè)濃度的試蟲數(shù)和死亡數(shù)，同時(shí)收集各濃度下存活蝗蟲并凍存于－80℃冰箱中，用于后續(xù)酶活性的測(cè)定。

1.2.2 酶液制備及酶活性測(cè)定

取－80℃凍存的意大利蝗雌蟲，稱其重量，按組織∶緩沖液＝1 g∶10 m L的比例加入0.1 mol／L、p H 7.5、含0.3%Tritonx-100的磷酸緩沖液，用玻璃電動(dòng)勻漿機(jī)（DY89-Ⅱ，寧波新芝生物科技股份有限公司）500 r／min勻漿，勻漿液于4℃，15 000 g離心20 min，離心后，將上清液轉(zhuǎn)移到一個(gè)新的1.5 m L離心管中，將離心管置于冰上作為酶液備用。谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶的活性測(cè)定參照Yang等的測(cè)定方法［9］。取10μL酶液置于酶標(biāo)板孔中，用緩沖液作對(duì)照，取190μL GSH-CDNB混合液（體積比V（GSH）∶V（CDNB）＝188∶2混合，混合液中各成分的濃度為：GSH 10.24 mmol／L，CDNB 2.105 mmol／L）加入含酶液的酶標(biāo)板孔中，立即在酶標(biāo)儀上340 nm處讀數(shù)，每個(gè)樣品測(cè)定3次，記錄原始數(shù)據(jù)。以上操作均在山西大學(xué)應(yīng)用生態(tài)研究所完成。

2 結(jié)果

2.1 高效氯氟氰菊酯不同處理濃度對(duì)意大利蝗的毒性效應(yīng)

由圖1可見，經(jīng)不同濃度高效氯氟氰菊酯處理48 h后，意大利蝗死亡率隨處理濃度的增高而逐漸上升。中、高濃度處理組（800、1 600、3 000 mg／L）的死亡率與對(duì)照組相比均有顯著差異，中濃度處理組（800 mg／L）死亡率達(dá)到53.3%，最高濃度（3 000 mg／L）處理組死亡率達(dá)到最大（82.23%）。用SAS統(tǒng)計(jì)程序進(jìn)行回歸分析，求出意大利蝗種群對(duì)高效氯氟氰菊酯的LC50值和毒力回歸方程。結(jié)果如下：LC50＝551.13 mg／L，回歸方程：Y＝0.466X＋2.07（R2＝0.67）。

圖1 不同濃度高效氯氟氰菊酯處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 不同濃度高效氯氟氰菊酯對(duì)意大利蝗體內(nèi)谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶活性的影響

由圖2可以看出：用不同濃度的高效氯氟氰菊酯處理意大利蝗，其體內(nèi)的谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶活性發(fā)生變化。隨著高效氯氟氰菊酯注射濃度的增大，GST活性變化的趨勢(shì)表現(xiàn)為先增大后減小，在注射劑量為800 mg／L時(shí)，GST的比活性達(dá)到最大，隨后隨著注射劑量的升高GST的比活性逐漸降低。

圖2 不同濃度高效氯氟氰菊酯處理意大利蝗其體內(nèi)谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶活性變化Fig.2 The activities of glutathione S-transferases（GSTs）in C.italicus treated by different concentrations of lambda-cyhalothrin

3 討論

近年來新疆瑪納斯南山牧場(chǎng)草原蝗蟲連年暴發(fā)成災(zāi)，給當(dāng)?shù)啬撩裨斐闪藝?yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。該區(qū)蝗蟲種類主要有意大利蝗、黑腿星翅蝗、黑條小車蝗和小米紋蝗。其中意大利蝗為優(yōu)勢(shì)種蝗蟲，占70%以上，對(duì)當(dāng)?shù)啬敛菰斐珊艽髶p失。目前防治草原蝗蟲主要用氯氰菊酯等化學(xué)藥劑，雖然見效快，防效高，但是長(zhǎng)期使用不僅殺傷天敵、對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染，也會(huì)使害蟲產(chǎn)生抗藥性。張新等報(bào)道了斑蝥素、苦參堿和高效氯氰菊酯對(duì)該地區(qū)意大利蝗的殺蟲效果，室內(nèi)毒力測(cè)定結(jié)果表明，高效氯氰菊酯的毒力遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于斑蝥素和苦參堿，田間藥效試驗(yàn)顯示，苦參堿防治效果優(yōu)于高效氯氰菊酯和斑蝥素［10］。結(jié)合本研究毒力測(cè)定結(jié)果，推測(cè)近幾年在該地區(qū)連續(xù)使用菊酯類殺蟲劑已經(jīng)造成該蟲產(chǎn)生了一定抗藥性。

GSTs是一類廣泛存在于昆蟲體內(nèi)，催化還原型谷胱甘肽（GSH）與各種親電化合物親核反應(yīng)的酶。親電性底物包括內(nèi)源性物質(zhì)（如環(huán)氧化物、過氧化物、氧化代謝產(chǎn)生的有活性的直鏈烯類）及外源性物質(zhì)（如殺蟲劑、除草劑、化療藥物或致癌物等）。在親電物質(zhì)與GSH結(jié)合后把它們排出體外，保護(hù)體內(nèi)的蛋白質(zhì)和核酸等，并使殺蟲劑代謝為低毒化合物［11］。近年來，山西大學(xué)應(yīng)用生態(tài)研究所馬恩波教授及其課題組深入研究了與東亞飛蝗抗性產(chǎn)生相關(guān)的一系列酶系，尤其是系統(tǒng)地研究了谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶、羧酸酯酶、乙酰膽堿酯酶、非特異性酯酶和細(xì)胞色素P450單加氧酶與飛蝗抗性產(chǎn)生的相關(guān)性，引起了國(guó)內(nèi)外同行的普遍關(guān)注。Yang等研究了田間飛蝗體內(nèi)有機(jī)磷抗性產(chǎn)生的生化機(jī)制，結(jié)果表明其體內(nèi)EST和GST活性顯著增加［7］。Wu等研究了馬拉硫磷和毒死蜱對(duì)中華稻蝗體內(nèi)抗氧化防御系統(tǒng)和乙酰膽堿酯酶（AChE）的影響，結(jié)果顯示在所研究的抗氧化酶系中，用毒死蜱處理的試蟲體內(nèi)的GST活性比對(duì)照的低，而用馬拉硫磷處理過的試蟲其體內(nèi)的GST活性呈現(xiàn)先升后降的趨勢(shì)［12］。本文生化研究結(jié)果也顯示隨高效氯氟氰菊酯濃度的提高，GSTs活性變化的趨勢(shì)表現(xiàn)為先增大后減小。進(jìn)一步分析，用低濃度的高效氯氟氰菊酯處理意大利蝗，可刺激GSTs活性增高，表明高效氯氟氰菊酯在蟲體內(nèi)產(chǎn)生了毒性作用，激活了蟲體內(nèi)自身防御系統(tǒng)，使GSTs的活性應(yīng)激性地提高，從而抵御外源性物質(zhì)對(duì)蟲體造成的損傷，加速對(duì)毒物的代謝；隨著高效氯氟氰菊酯濃度的提高，大量GSH被消耗，過多的外源性物質(zhì)無力及時(shí)清除體外，這時(shí)意大利蝗嚴(yán)重受到高效氯氟氰菊酯對(duì)其產(chǎn)生的損害，GST活性逐漸降低，意大利蝗的應(yīng)激適應(yīng)則轉(zhuǎn)變?yōu)閼?yīng)激損傷。

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中圖分類號(hào)：S 482.35

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI：10.3969／j.issn.0529-1542.2014.03.023

收稿日期：2013-05-03

修訂日期：2013-08-14

基金項(xiàng)目：公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項(xiàng)（201003079）；中國(guó)博士后科學(xué)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）