Nilaparvata lugens St?l对Nitenpyram胁迫的生物学特性及生化响应

《Crop Protection》：Biological Characteristics and Biochemical Responses of Nilaparvata lugens St?l to Nitenpyram Stress

吡虫啉耐性褐飞虱与敏感株的生物学及分子响应机制研究，发现耐性株通过增强解毒酶活性及关键基因表达有效抵消虫icide诱导的发育延迟，不影响种群增长，为抗性管理提供依据。

　　

王书香|文胜兰|张雄伟|刘丽怡|郑学雅|袁月|张丹|赵向英|任飞月|曾凯毅|张晓蕾|徐志宏

中国长江大学湖北农林害虫预警与管理工程技术中心，荆州，434025

摘要：

Nilaparvata lugens（St?l）对广泛用于水稻的杀虫剂nitenpyram产生了中等程度的抗性。本研究通过全面的生物学和分子分析，研究了nitenpyram抗性（NR）和敏感（NS）品系对nitenpyram诱导的应激反应。我们评估了生命表参数、解毒酶（P450s、CarEs、GSTs）的活性、解毒相关基因（包括P450s、CarEs、GSTs、UGTs和ABC转运蛋白）的表达谱，并验证了关键转录因子在nitenpyram抗性中的作用。在LC₃₀浓度下，nitenpyram的世代暴露使NS品系的五龄期/前成虫发育时间延长；而在NR品系中，这一效应出现在LC₁₀/LC₃₀浓度。尽管如此，这些发育延迟并未对关键种群生长参数（R_{0、r、λ、T）产生显著影响，这两个品系的这些参数均保持稳定。在多个浓度（LC10–LC70）下，NR品系的P450s、CarEs、GSTs活性均比NS品系更强。基因表达分析显示，包括CYP4CE1、NlCarE19、NlGSTd2和NlABCG7在内的多个解毒基因表达上调。上调的P450基因数量呈时间依赖性变化，在两个品系中最初增加随后减少，而其他解毒基因的表达趋势则不规则。值得注意的是，如HNF4、Cncc和Maf等转录因子在NR品系中48小时时就已经上调，而在NS品系中则延迟到72小时或96小时才上调。RNAi介导的HNF4、Cncc和Maf沉默显著增加了NS品系中对nitenpyram的毒性，但在NR品系中并未如此。本研究为制定有针对性的抗性管理策略和促进水稻生产系统中可持续使用杀虫剂提供了重要见解。}

引言

Nilaparvata lugens（St?l），俗称褐飞虱（BPH），是亚洲及其他水稻种植区的主要害虫（Liao et al., 2021; Ren et al., 2022）。它通过吸取韧皮部汁液造成直接损害，并间接作为病毒病原体（如水稻皱缩病毒）的传播媒介，在严重情况下可能导致高达50%的产量损失（Zhang et al., 2021a, b）。化学干预仍然是控制Nlugens的主要策略，新烟碱类杀虫剂因其高杀虫效果和相对较低的哺乳动物毒性而成为控制计划的基础组成部分（Jeschke and Nauen, 2008; Zhang et al., 2016; Casida, 2018）。

nitenpyram是一种第二代新烟碱类杀虫剂，它作为昆虫中烟碱乙酰胆碱受体（nAChRs）的激动剂，导致神经传导紊乱并最终导致死亡（Tomizawa and Casida, 2003, 2005; Zhang et al., 2014; Mao et al., 2019）。自其上市以来，nitenpyram已被广泛用于中国、日本和东南亚水稻种植区Nlugens田间种群的控制（Zhang et al., 2017; Datta et al., 2021）。然而，这种杀虫剂的密集和重复使用加速了Nlugens种群的抗性发展（Zhang et al., 2014, 2016, 2017; Wu et al., 2018; Liao et al., 2021）。田间监测研究表明，中国主要水稻生产区的Nlugens现已表现出对nitenpyram的中等抗性水平，某些地区的抗性比率超过10倍（Ye et al., 2024）。这种新兴的抗性可能大大降低了nitenpyram的田间效果，从而对可持续水稻生产构成了严重挑战。

先前的研究表明，由主要酶家族（包括羧酸酯酶（CarEs）、谷胱甘肽S-转移酶（GSTs）、细胞色素P450单加氧酶（P450s）、UDP-葡萄糖醛酸转移酶（UGTs）和ABC转运蛋白）介导的增强代谢解毒是Nlugens对杀虫剂最普遍的抗性机制（Yang et al., 2020; Mao et al., 2021; Li et al., 2022; Wang et al., 2022; Gong et al., 2023; Du et al., 2025; Zhang et al., 2025）。例如，CYP6ER1的过表达与Nlugens对噻虫啉的抗性密切相关（Bass et al., 2011）。然而，大多数先前的研究集中在Nlugens对杀虫剂的抗性机制上，对于敏感和抗性Nlugens品系在杀虫剂压力下代谢解毒酶的差异反应了解甚少。

杀虫剂抗性通常会导致适应性成本，表现为抗性品系的存活率、寿命或繁殖力降低，而在没有杀虫剂的情况下，敏感品系的这些指标则保持不变（Kliot and Ghanim, 2012; Gul et al., 2023; Mostafiz et al., 2025）。然而，一些抗性品系可以发展出补偿机制来抵消这些适应性成本，确保在杀虫剂压力下的存活和繁殖（Ffrench-Constant and Bass, 2017; Brown and Redak, 2025）。在杀虫剂压力下，理解抗性进化的两个关键问题是：（1）抗性Nlugens是否承受适应性成本；（2）解毒代谢如何与生长和繁殖相互作用以应对NS和NR品系的杀虫剂压力。不幸的是，很少有研究使用综合方法（如两性生命表结合生化和分子分析）来解决这些问题。

为了澄清上述不确定性，本研究旨在解决以下三个关键科学问题：（1）nitenpyram暴露是否在N. lugens的NS和NR品系之间引起生命史特征（包括发育时间和繁殖力）的显著差异；（2）在nitenpyram压力下，NS和NR品系的关键解毒酶（CarEs、GSTs和P450s）的活性是否发生差异性动态变化；（3）nitenpyram处理是否在NR品系中引起解毒相关基因的表达差异。通过研究这些科学问题，本研究比较了NS和NR品系在nitenpyram暴露下的生长、繁殖和解毒代谢的差异。研究结果提供了关于Nlugens对nitenpyram压力的生物学特性和生化反应的基本见解，为开发新的控制措施奠定了基础。

测试昆虫

测试昆虫

N. lugens的敏感（NS）品系在实验室中未经任何杀虫剂处理已保存超过10年。nitenpyram抗性（NR）品系由华中农业大学农药毒理学和杀虫剂抗性实验室提供。NR品系是通过连续选择nitenpyram抗性获得的。为了保持NR品系的抗性，每一代都用LC₃₀浓度的nitenpyram进行处理。

nitenpyram对N. lugens抗性和敏感品系的毒性

NR品系的三龄若虫的LC₁₀、LC₃₀、LC₅₀和LC₇₀浓度值分别为129.24、259.75、421.25、683.15 mg/L，而NS品系的这些浓度值分别为0.30、1.46、4.33、12.83 mg/L（表1）。由此产生的抗性比（RR）达到97.3倍，表明抗性品系具有中等程度的抗性。Nlugens对nitenpyram诱导的毒理学反应包括生物学特性、代谢酶活性和解毒酶表达

讨论

本研究表明，nitenpyram暴露对NS品系的个体生命史特征（发育时间和产卵期）产生了不利影响，但尽管如此，NR和NS品系的种群生长参数（R_{0、r、λ、T）仍保持稳定（表2, 3）。这一发现与Bao et al. (2009)、Liao et al. (2019)、Xu et al. (2019)和Gong et al. (2023)的报告一致，他们指出新烟碱类杀虫剂对N. lugens的发育和繁殖有不良亚致死效应。此外，}

CRediT作者贡献声明

文胜兰：可视化、方法学、调查、正式分析、数据管理。徐志宏：写作 – 审稿与编辑、监督、资金获取。王书香：写作 – 原稿撰写、可视化、方法学、调查、正式分析、数据管理。张雄伟：方法学、调查。郑学雅：调查。刘丽怡：调查。张丹：调查。袁月：调查。任飞月：调查。赵向英：调查。张晓蕾：

未引用的参考文献

Gong et al., 2023; Liao et al., 2019; Zhang et al., 2023.

利益冲突声明

作者声明没有利益冲突。

致谢

本研究得到了国家自然科学基金（项目编号32102263）、湖北省教育厅青年人才项目（Q20211301）和湖北省高校杰出青年科技创新团队项目（T2022009）的资助。