乙基多杀菌素在番茄潜叶蛾（*Phthorimaea absoluta*）中抗性快速演化与遗传基础：六年监测与实验室选育的证据

《Pest Management Science》：Rapid evolution and genetic basis of spinetoram resistance in Phthorimaea absoluta: evidence from six years of monitoring and laboratory selection

　　

**摘要**

**背景**：番茄潜叶蛾（*Phthorimaea absoluta* (Meyrick)）（鳞翅目：麦蛾科）是全球最具破坏性的番茄害虫之一，并已多次对杀虫剂产生抗性。多杀菌素类杀虫剂，尤其是乙基多杀菌素（spinetoram），因其高效性和良好的选择性而被广泛用于该害虫的防治。本研究调查了巴西番茄潜叶蛾种群在6年监测期间对乙基多杀菌素敏感性的时间变化，并表征了抗性种群的遗传基础、代谢贡献及交互抗性模式。

**结果**：诊断剂量监测在6年监测期间反复检测到地理上不同种群中的抗性表型，表明尽管抗性等位基因的表观频率存在时间波动，但其已在巴西种群中建立。对田间来源种群（PTY-Sel）进行实验室选育，导致对乙基多杀菌素产生高水平抗性（抗性倍数（RR₅₀）≈ 1145）。正反交结果表明该抗性为常染色体遗传，显性度估计值（DD₅₀ = ?0.43至?0.57）显示该抗性为不完全隐性。回交分析支持抗性的单因子遗传基础。增效测定显示，抗性品系在暴露于胡椒基丁醚（PBO）、顺丁烯二酸二乙酯（DEM）和S,S,S-三丁基三硫代磷酸酯（DEF）后，中位致死浓度（LC₅₀）显著降低（增效比（SR₅₀）= 7.59–8.78），表明解毒酶参与抗性。然而，在增效条件下抗性仍保持较高水平，说明代谢解毒并不能完全解释抗性表型。观察到对多杀菌素（spinosad）的强交互抗性（RR₅₀ ≈ 683），而对非多杀菌素类杀虫剂仅存在微小敏感性差异；环溴虫酰胺（cyclaniliprole）的敏感性在两品系间相似，而PTY-Sel对异噁唑虫酰胺（isocycloseram）的敏感性增加。有效显性随浓度升高而下降，在≥ 15 mg L^?1时抗性变为功能性隐性。

**结论**：番茄潜叶蛾对乙基多杀菌素的抗性可快速演化，且主要与一个主效隐性遗传因子相关，代谢解毒对抗性表型有贡献。交互抗性谱为番茄生产系统中抗性管理策略的设计提供了重要见解。? 2026作者。*Pest Management Science*由John Wiley & Sons Ltd代表Society of Chemical Industry出版。

**论文解读：番茄潜叶蛾对乙基多杀菌素抗性的快速演化与遗传基础**

**1. 研究背景与问题**

番茄潜叶蛾（*Phthorimaea absoluta*，异名 *Tuta absoluta*）属鳞翅目麦蛾科，是全球最具破坏性的番茄害虫之一。该害虫原产于南美洲，2006年在欧洲被发现后迅速扩散至非洲和亚洲，对主要番茄产区造成严重经济损失。幼虫取食危害叶片、嫩枝和茎，高侵染水平下可大幅降低光合作用并导致植株死亡，影响产量和果实品质。目前，该害虫的治理完全依赖化学防治，在许多产区，随着新化合物引入和防治失败出现，杀虫剂类别被不断更替，这往往与抗性演化相关。巴西自20世纪80年代起就有该害虫发生，番茄生产系统历史上依赖高强度杀虫剂使用，非化学防治措施整合有限。在此条件下，新有效成分的持续引入本身就具有很高的抗性演化风险，尤其是对危害严重且多世代的害虫。多杀菌素类杀虫剂是这一模式的典型代表。多杀菌素（spinosad）于1997年注册，乙基多杀菌素（spinetoram）于2007年注册。多杀菌素抗性在数年内已在多种害虫中被记录，乙基多杀菌素抗性也有报道。乙基多杀菌素是烟碱型乙酰胆碱受体（nAChRs）的变构调节剂，主要作用于α6亚基，自2015年起在巴西被广泛用于防治番茄潜叶蛾。尽管其与多杀菌素结构相近且存在交互抗性风险，田间种群总体上仍对乙基多杀菌素敏感，但实验室证据表明其具有抗性演化潜力。在其他昆虫中，多杀菌素抗性与nAChR α6亚基的改变有关，这类靶标位点改变通常导致高水平抗性，且多为隐性遗传。为监测巴西田间种群的敏感性，研究人员使用了此前在多杀菌素抗性研究中建立的诊断浓度（10 mg L^?1）。近期实验室选育研究表明番茄潜叶蛾有快速演化出乙基多杀菌素抗性的潜力，但此前尚无田间演化抗性的确证案例。本研究旨在通过6年监测提供巴西田间种群抗性演化的证据，并表征抗性的遗传基础、代谢贡献和交互抗性模式。

**2. 研究内容与主要结论**

研究人员对2019至2024年间从巴西主要番茄产区（南部、中西部和东北部）采集的田间种群，使用10 mg L^?1乙基多杀菌素诊断浓度进行敏感性监测。监测结果显示，多数种群在初期死亡率较高（高于99%阈值），但多个种群在后续年份死亡率下降，表明抗性个体频率上升。来自帕蒂杜阿尔费雷斯（Paty do Alferes）的种群（PTY）表现出最早且最一致的死亡率下降，部分年份接近90%阈值。总体而言，抗性表型在多个地理种群中被反复检测到，表明抗性已在多个产区建立。

研究人员将PTY田间种群在实验室用乙基多杀菌素连续选育14代（PTY-Sel），LC₅₀从初始世代逐渐上升至第14代的146.1 mg L^?1，抗性倍数超过1100倍（相对敏感品系LIN-Sus，RR₅₀≈1145）。定量遗传分析显示选择反应（R）为0.13，现实遗传力（h²）为0.29，预测连续选择下每7.6代抗性可增加10倍，表明该抗性具有中度可遗传成分，可在选择压力下相对快速演化。

通过抗性品系（PTY-Sel）与敏感品系（LIN-Sus）的正反交实验，F₁后代LC₅₀分别为0.95和0.59 mg L^?1，显著低于抗性品系且两正反交间相似，表明抗性为常染色体遗传且无母体效应。基于LC₅₀的显性度（DD₅₀）估计为?0.43至?0.57，表明抗性为不完全隐性。回交分析显示，在测试浓度下，回交后代（F₁混合 × PTY-Sel）的观察死亡率与单基因模型预期无显著差异（总χ² = 9.96，df = 16，P > 0.05），支持单主基因控制的假设。使用Lande方法估计的有效基因数为0.28至0.58，同样符合单个主效基因的参与。

增效生物测定中，抗性品系单独使用乙基多杀菌素的LC₅₀为200.83 mg L^?1。用细胞色素P450单加氧酶抑制剂胡椒基丁醚（PBO）预处理后，LC₅₀降至26.45 mg L^?1（增效比SR₅₀ = 7.59）；用谷胱甘肽S-转移酶（GSTs）抑制剂马来酸二乙酯（DEM）处理后，LC₅₀降至22.88 mg L^?1（SR₅₀ = 8.78）；用酯酶抑制剂S,S,S-三丁基三硫代磷酸酯（DEF）处理后，LC₅₀降至40.51 mg L^?1（SR₅₀ = 4.96）。增效后的抗性倍数分别为349（PBO）、194（DEM）和459（DEF），表明P450、GST和酯酶部分参与解毒代谢。但增效后LC₅₀仍远高于敏感品系，说明代谢解毒不能完全解释抗性表型，提示存在额外的靶标位点机制。

交互抗性谱测定显示，PTY-Sel对多杀菌素存在强交互抗性（RR₅₀≈683），对茚虫威（indoxacarb）和唑虫酰胺（tolfenpyrad）有中等程度交互抗性，对氯虫苯甲酰胺（chlorfenapyr）、甲氧虫酰肼（methoxyfenozide）、阿维菌素（abamectin）和氟虫腈（fipronil）无显著交互抗性。值得注意的是，PTY-Sel对异噁唑虫酰胺（isocycloseram）的敏感性显著高于敏感品系，而环溴虫酰胺（cyclaniliprole）的LC₅₀在两品系间无显著差异。

有效显性（h）分析表明，在较低浓度（2.5和5 mg L^?1）下抗性呈部分显性（h = 0.53和0.43），随浓度升高h值逐渐下降，至15 mg L^?1及以上时h接近零，抗性变为功能性隐性，杂合子在较高剂量下存活率大幅降低。

**3. 主要技术方法**

研究人员使用了以下关键技术方法：（1）诊断剂量监测：用10 mg L^?1乙基多杀菌素处理叶片，暴露二龄幼虫72小时，统计存活率，并与1%和10%抗性表型频率阈值比较（单侧Z检验）；（2）实验室选育与定量遗传分析：对田间采集的PTY种群连续14代用乙基多杀菌素筛选，通过浓度-死亡率生物测定计算LC₅₀，运用标准数量遗传学方法估计选择反应和现实遗传力；（3）遗传交配设计：通过抗性品系与敏感品系的正反交、回交和自交，分析遗传方式（常染色体/性连锁、显性度、单基因假说检验）；（4）增效生物测定：用PBO、DEM、DEF三种酶抑制剂预处理幼虫，比较LC₅₀变化，评估代谢解毒贡献；（5）交互抗性测定：使用多种不同作用机制的杀虫剂进行浓度-死亡率生物测定，计算抗性倍数。样本来源于巴西不同番茄产区田间种群，敏感参照品系LIN-Sus于2022年采自圣保罗州林斯市，抗性选育品系PTY-Sel源于里约热内卢州帕蒂杜阿尔费雷斯市2022年采集的田间种群。

**4. 结果分述**

**4.1 田间种群敏感性监测**：2019至2024年间，诊断剂量下的死亡率在不同年份和地点间有波动。多数种群在初期死亡率高于99%（存活个体少于4头），但多个种群在后续年份死亡率下降，其中PTY种群下降最早且最一致，部分年份接近90%阈值。抗性表型在多个地理位置不同的种群中被重复检出，表明抗性等位基因已在巴西多个产区建立。

**4.2 实验室选育与遗传力**：PTY-Sel种群连续选育后LC₅₀逐代快速上升，从初始值到第14代达到146.1 mg L^?1，选择反应R=0.13，现实遗传力h²=0.29，预测每7.6代抗性增长10倍，说明抗性具有中度遗传力且能在选择下较快演化。

**4.3 抗性遗传方式**：正反交F₁的LC₅₀值相近且远低于抗性亲本，证明抗性为常染色体隐性（不完全隐性）遗传，无母体效应。DD₅₀在?0.43至?0.57之间，支持不完全隐性。

**4.4 单基因直接检验**：回交后代在各浓度下的观察死亡率与单基因模型预期无显著差异，总χ²不显著，且回交及F₂斜率变缓，支持单个主效基因控制抗性。

**4.5 有效基因数估计**：Lande法多种方差估计得到的有效基因数为0.28–0.58，均接近1，进一步支持单基因假说。

**4.6 增效生物测定**：PBO、DEM、DEF均显著降低抗性品系LC₅₀，SR₅₀分别为7.59、8.78和4.96，表明P450、GST和酯酶参与解毒。但增效后抗性倍数仍为194–459，说明代谢机制仅部分贡献，不能完全解释抗性。

**4.7 交互抗性谱**：对多杀菌素有强交互抗性（RR₅₀=682.70），对茚虫威和唑虫酰胺有轻度交互抗性（RR₅₀分别为2.59和2.58），对其他非多杀菌素类无显著交互抗性或敏感性增加。环溴虫酰胺的LC₅₀两品系相似，而异噁唑虫酰胺对PTY-Sel更毒（RR₅₀=0.50）。这为抗性管理中的轮换用药提供了候选药剂。

**4.8 有效显性随浓度变化**：抗性显性度随浓度升高而降低，低浓度下为部分显性，≥15 mg L^?1时变为功能性隐性，杂合子在田间高暴露剂量下可被有效淘汰，这一阈值对监测和管理具有重要意义。

**5. 讨论与结论**

讨论部分指出，诊断剂量监测有效检测到田间抗性个体的增加，证明该工具可用于早期预警。实验室选育显示该害虫对乙基多杀菌素具有快速演化潜力，现实遗传力中等（0.29），意味着在持续选择下抗性可迅速升高。遗传分析表明抗性为常染色体、不完全隐性、单主基因控制，这与多杀菌素类抗性在其他昆虫中的常见模式一致，提示可能涉及nAChR α6亚基靶标位点改变，虽然本研究未进行分子鉴定。增效实验表明代谢解毒（P450、GST、酯酶）有贡献，但增效后抗性仍高，说明代谢并非唯一机制，很可能与靶标位点机制共同作用。交互抗性谱显示与多杀菌素强交互抗性，但对多种非多杀菌素类药剂无显著交互抗性，因此茚虫威、唑虫酰胺、环溴虫酰胺和异噁唑虫酰胺可作为轮用候选。此外，两品系对甲氧虫酰肼和环溴虫酰胺的LC₅₀均较高，提示这些敏感性降低可能预先存在，与乙基多杀菌素选择无关。结论明确指出：番茄潜叶蛾对乙基多杀菌素的抗性可快速演化，主要受一个主效隐性遗传因子控制，代谢解毒对抗性表型有贡献；交互抗性谱为番茄生产系统中设计抗性管理策略提供了重要依据。持续监测、轮换不同作用机制的杀虫剂、限制连续施药是保持乙基多杀菌素有效性的关键措施。