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昆虫杀虫剂抗性进化的决定因素:海桑属害虫的比较分析

期刊:annual review of entomologyDOI:10.1146/annurev-ento-080421-071655

这篇文档是一篇科学综述,发表在《Annual Review of Entomology》期刊上,题为《Determinants of Insecticide Resistance Evolution: Comparative Analysis among Heliothines》。作者包括来自CSIRO、Max Planck Institute for Chemical Ecology和南京农业大学等研究机构的T.K. Walsh、D.G. Heckel、Yidong Wu、S. Downes、K.H.J. Gordon及J.G. Oakeshott等人。该综述以比较的视角分析了害虫管理方法,以及目标昆虫的生态、生化或遗传特性如何影响其发展杀虫剂抗性的问题,具体聚焦于六种Heliothine蛾类,即Helicoverpa armigera、Heliothis virescens、Helicoverpa zea、Helicoverpa punctigera、Helicoverpa assulta和Helicoverpa gelotopoeon。

文章指出,尽管这些昆虫在生态上和生物化学上有许多共同点,但在抵抗害虫的不同杀虫剂类别上表现出显著差异。例如,Helicoverpa armigera、Heliothis virescens和Helicoverpa zea对多种杀虫剂类别发展了抵抗性,而另外三种Helicoverpa punctigera、Helicoverpa assulta和Helicoverpa gelotopoeon则对极少数杀虫剂产生了抗性。

全文从几个角度分析了驱动这些差异的因素。首先,概括了抗性与昆虫生态性状的关联。这些性状包括寄主范围的广度和在不同寄主间的迁移能力等。通过对这些特征的分析,文章指出了寄主范围广和迁移能力强的昆虫种群,在杀虫剂选择压力下更容易发展出抗性。其次,文章讨论了操作性的问题,例如区域范围内的交叉杀虫剂管理实践如何通过削减选择压力来减缓抗性的发展。如果没有这样的管理,使用广谱化学品只会放大这些昆虫群体对宿主植物的偏好、预适应的解毒能力以及高遗传多样性的趋势,最终进入“杀虫剂跑步机”现象,即不断需要更换新的杀虫剂来维持控制效果。

文章还详细描述了从20世纪50年代到2020年代,不同年代的管理策略对抗性发展的影响,展示了在不同生态和生物化学/遗传背景下,昆虫对杀虫剂的选择压力及响应的变化。通过具体实例,分析了不同区域和作物系统中Heliothine蛾类的治理效果。比如,在澳大利亚,Helicoverpa armigera和Helicoverpa punctigera在杀虫剂选择压力下表现出截然不同的抗性演化轨迹,具体差异不仅在于生物适应性及进化,而更关键的是区域治理方式以及新型选择化学药剂的应用。

关于杀虫剂抗性的生化和遗传驱动机制,文章重点讨论了多种Cytochrome P450s、酯酶和谷胱甘肽转移酶(GSTs)在代谢抗性方面的作用。对于一些种类,这些机制已经被明确阐明,包括对抗感对象的酶学和基因突变分析,该研究得出了不同Heliothine蛾类在杀虫剂上的代谢解毒能力预设的可能性。

在对这些因素的统一分析后,文章得出一个重要的结论,即生化和遗传差异虽然是导致抗性表现不同的因素之一,但管理实践和生态性状才是影响抗性发展的关键决定因素。比如在有Bt作物和新型选择性杀虫剂的地区,通过合理管理使抗性基因频率维持在非问题水平。而在缺乏区域管理和跨杀虫剂作物的情况下,抗性发展的速度和影响变得不可忽视。通过对全球不同区域抗性管理的对比研究,文章强调了治理和跨杀虫剂管理实践在有效控制害虫抗性中的重要性。

总结而言,该综述不仅提供了关于Heliothine蛾类在全球不同农作物系统中抗性问题的深刻洞见,还通过系统的比较与分析,为在多样化生态系统中进行抗性管理提供了有力的科学依据,其结果对于未来抵御和治理害虫的抗性演化具有重要参考价值。

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