棉蚜抗氧化乐果品系的羧酸酯酶基因突变

用氧化乐果对室内敏感品系棉蚜Aphis gossypii (Glover)进行抗性选育,经24代筛选,抗性指数达到124.7倍。以α-乙酸萘酯（α-NA）为底物,比较了氧化乐果敏感和抗性品系棉蚜羧酸酯酶的比活力,发现抗性品系羧酸酯酶比活力明显小于敏感品系。对这两个品系的羧酸酯酶基因进行了克隆,通过对抗性和敏感品系羧酸酯酶基因核苷酸序列及推导的氨基酸序列比较,发现抗性品系有4个氨基酸残基发生了替代 (His¹⁰⁴→Arg, Ala¹²⁸→Val, Thr³³³→Asp, Lys⁴⁸⁴→Arg)。对其蛋白质三维结构分析推测只有His¹⁰⁴→Arg的替代是位于其活性中心。棉蚜氧化乐果敏感和抗性品系羧酸酯酶基因cDNA全长的GenBank登录号分别为AY485216和AY485214。     

中华稻蝗两地理种群酯酶特性的比较研究

对采自江苏徐州和山西临猗两个种群中华稻蝗进行了马拉硫磷敏感性的生物测定,同时对两个种群的酯酶特性进行了比较研究。生物测定结果表明,徐州种群的LD₅₀值（13.00 μg/g虫重）是临猗种群（4.64 μg/g虫重）的2.8倍;用对氧磷、马拉氧磷、西维因及毒扁豆碱等四种抑制剂对该两个种群的酯酶的体外抑制研究表明,两个种群所含酯酶大都为B型酯酶;酯酶动力学研究结果表明,徐州种群动力学参数米氏常数（K_m值）和最大反应速度（V_max值）均较临猗种群为高;用α-乙酸萘酯（α-NA）、α-丁酸萘酯（α-NB）和β-乙酸萘酯（β-NA）三种底物测定酯酶活性,在雌性稻蝗中,徐州种群比临猗种群分别高2.02、1.58和1.28倍,雄性中则分别高2.71、1.67和1.33倍;对两个种群酯酶活性频率分布进行比较,徐州种群中酯酶活性高的个体数远大于临猗种群。我们推测徐州种群酯酶的生化特性可能不同于临猗种群,这可能与地理分布、生态环境和食物条件不同有关,杀虫剂选择压力不同可能也起一定的作用。     

淡色库蚊中抗性相关羧酸酯酶的纯化及其生化性质

在库蚊Culex pipiens品系中,非专一性酯酶活性的升高是对有机磷杀虫剂产生抗性的重要机理之一。应用SDS/PAGE,比较淡色库蚊Culex pipiens pallens抗敌百虫品系(RD)、敏感型品系(S)和抗苄呋菊酯品系(PY)中可溶性总蛋白质带型,显示RD中含有一条特异蛋白带,其它两个品系中未检出。在RD成虫匀浆液总蛋白中含量高达2.1%。分子量测定为66 kD。应用柱层析法分离得到了较纯的纯品。以α-NA为底物测得K_m=64.1 mmol/L,V_max=249.8 mmol/(L·mg·min)。与羧酸酯酶相比较：其K_m值小于已报道的抗性品系及非抗性品系A-酯酶和B-酯酶。V_max值比已报道抗性品系A-酯酶低,比B-酯酶高。较高浓度的敌百虫并不能抑制其酶活,属于A-酯酶。在昆虫体内可能主要通过结合隔离作用(sequestration)提高昆虫对有机磷的耐受性,对有机磷杀虫剂水解作用的可能性也不能排除。     

白纹伊蚊溴氰菊酯抗性和敏感品系羧酸酯酶性质比较

本文对白纹伊蚊Aedes albopictus溴氰菊酯抗性品系和敏感品系羧酸酯酶的生物化学性质进行了比较。白纹伊蚊抗性品系和敏感品系羧酸酯酶随底物浓度(α-乙酸萘酯或β-乙酸萘酯)的变化比活力变化趋势一致,但抗性品系对这2种底物的比活力均高于敏感品系,抗性品系羧酸酯酶的米氏常数和最大反应速度与敏感品系有显著差异。胆碱酯酶抑制剂测定结果表明,抗性品系羧酸酯酶对敌敌畏和磷酸三苯酯的敏感性高于敏感品系,对残杀威的敏感性低于敏感品系。2个品系羧酸酯酶对脱叶磷的敏感性差异不大。说明羧酸酯酶可能与白纹伊蚊对溴氰菊酯抗性有关。     

有机磷对抗拟除虫菊酯家蝇的毒力

测定敏感、抗溴氰菊酯(Del-R)、抗氯菊酯(2Cl-R)的家蝇品系对有机磷杀虫剂敌敌畏、辛硫磷及马拉硫磷的LD₅₀,α-乙酸萘酯（α-NA）酯酶动力学,酯酶的活性和酯酶的抑制作用。Del-R和2Cl-R的家蝇品系对三种有机磷杀虫剂的抗性倍数为0.966～7.190倍,均为低抗水平。三个家蝇品系的羧酸酯酶活性水平与抑制中浓度存在正相关性,说明羧酸酯酶在抗拟除虫菊酯家蝇对有机磷杀虫剂的抗性中起一定的作用。     

不同寄主植物与棉蚜酯酶活性的关系

通过测定不同越冬寄主植物棉蚜Aphis gossypii种群α-乙酸萘酯（α-NA）酯酶的活力,结果表明：山东高密棉田棉蚜种群酯酶活力是北京花椒棉蚜酯酶活力的2.4倍,石榴、木槿上棉蚜酯酶活力是花椒棉蚜酯酶活力的1.3-1.5倍,不同寄主植物棉蚜α-NA酯酶和β-NA酯酶的频率分布表明：鼠李、花椒棉蚜的α-NA酯酶频率分布范围较集中,酯酶活力（每0.033头蚜虫的OD值）小于0.10时的频率分别为70%和62%,其个体累积率达50%时的酯酶活性（EF50）分别为0.08和0.085(每0.033头蚜虫的OD值）;石榴、木槿和棉苗上α-NA酯酶频率分别为25%、31%和45%,其EF50分别的0.154、0.1368和0.1138,酯酶活力明显比鼠李和花椒棉蚜高;高密棉蚜为4%,EF50为0.2113,频率分布范围较宽。β-NA酯酶的频率分布,鼠李、花椒、木槿和棉苗上棉蚜酯酶活力（每0.033头蚜虫的OD值）小于0.10时为52%-62%的个体,EF50分别为0.098、0.084、0.102和0.091,寄主之间差异不大,而石榴和高密棉蚜分别为23%和3%,EF50分别为0.135和0.2136,与其它4个寄主有明显差异。     

运用α-氰代酯荧光底物检测抗性棉蚜羧酸酯酶代谢活性

为了研究抗性和敏感棉蚜Aphis gossypii品系对菊酯类药剂代谢的差异, 本实验合成了溴氰菊酯和高效氯氰菊酯报告荧光底物, 应用这两种底物水解后生成具有荧光化合物的特性,测定了不同品系棉蚜羧酸酯酶的代谢活性。结果表明: 氧化乐果棉蚜抗性和敏感品系羧酸酯酶对溴氰菊酯报告荧光底物的代谢活性分别为10.0和3.4 pmol/min·mg; 对高效氯氰菊酯报告荧光底物的代谢活性分别为4.0和2.4 pmol/min·mg, 抗性品系羧酸酯酶对溴氰菊酯和高效氯氰菊酯报告荧光底物的代谢活性分别为敏感品系的2.9和1.7倍; 溴氰菊酯棉蚜抗性和敏感品系羧酸酯酶对溴氰菊酯报告荧光底物的代谢活性分别为7.6和6.2 pmol/min·mg; 对高效氯氰菊酯报告荧光底物的代谢活性分别为9.3和5.2 pmol/min·mg, 抗性品系羧酸酯酶对溴氰菊酯和高效氯氰菊酯报告荧光底物的代谢活性分别为敏感品系的1.2和1.8倍。这种衍生的报告荧光底物能够用来检测抗性棉蚜羧酸酯酶的水解活性, 表明羧酸酯酶可能参与棉蚜对溴氰菊酯和氧化乐果抗性的形成。     

棉蚜抗吡虫啉品系和敏感品系主要解毒酶活性比较

通过生物测定和生物化学方法比较了棉蚜 Aphis gossypii 对吡虫啉抗性（约为7倍）和敏感品系几种主要解毒酶的活性。结果表明：氧化胡椒基丁醚对两个品系均无明显增效作用。抗性品系中羧酸酯酶和谷胱甘肽S-转移酶的比活力均明显高于敏感品系,抗性品系中羧酸酯酶的K_m值也显著高于敏感品系,说明抗性品系羧酸酯酶与底物的亲和力明显高于敏感品系。上述结果证明羧酸酯酶和谷胱甘肽S-转移酶活力增强在棉蚜对吡虫啉的抗性中起重要作用。     

云南烟蚜抗药性机制研究

通过比较云南烟蚜敏感品系和抗性品系的解毒酶(α-乙酸萘酯羧酸酯酶、β-乙酸萘酯羧酸酯酶)和靶标酶(乙酰胆碱酯酶)的活力,研究了烟蚜对有机磷、拟除虫菊酯和氨基甲酸酯类杀虫剂抗性的生化机制,并通过酯酶基因扩增检测和钠离子通道突变检测,研究了其抗性的分子机制。结果表明:α-乙酸萘酯羧酸酯酶活力增强是烟蚜对有机磷类、氨基甲酸酯类杀虫剂及拟除虫菊酯类杀虫剂的抗性机制之一;乙酰胆碱酯酶在烟蚜对有机磷杀虫剂抗性中起重要作用;3个抗性品系烟蚜均没有发生酯酶基因扩增,抗拟除虫菊酯品系烟蚜发生了钠离子通道突变。     

应用酶标仪动力学方法监测棉蚜的抗药性

用酶标仪动力学测定法对3个抗性水平不同的棉蚜品系（R1、R2和R3）和1个敏感品系（S）的羧酸酯酶进行了研究,S、R1、R2和R3品系对α-乙酸萘酯（α-NA）的平均比活力分别为57．10、1171．69、1236．14和3293．00μmol·mgpro－1·min-1（分光光度计终点测定法）和38．24、85．27、198．14和762．25mOD·min－1·aphid-1（酶标仪动力学法）。终点测定法结果显示出不同品系间最大相差达60倍;酶标仪动力学测定法研究表明,4个棉蚜品系羧酸酶活性与其抗药性程度显著相关。通过对这两种方法的比较,酶动力学方法的测定结果更可靠。     

不同地区小菜蛾种群羧酸酯酶的毒理学性质研究

在1995～1997年对湖北武汉、河北张家口地区小菜蛾Plutella xylostella(L.)种群的抗药性进行了研究。结果表明对阿维菌素的抗性和台湾敏感种群相比,武汉种群抗性为4.3倍,张家口种群抗性为1.8倍;对马拉硫磷的抗性武汉和张家口种群分别为2.2和2.9倍;对氟铃脲的抗性分别为3.2和0.5倍;对溴氰菊酯的抗性分别为2.4和1.7倍。对羧酸酯酶(Care)的研究结果表明,三个种群幼虫CarE对a-乙酸萘酯或β-乙酸萘酯(a或β-NA)水解活性差异显著,但成虫Care活性没有明显差异。武汉和张家口种群幼虫CarE对a-NA和β-NA的亲和力没有明显差异,但是武汉种群幼虫Care对底物的亲和力高于张家口种群。敏感品系Care对a—NA的亲和力明显高于对β-NA,相差约3倍。不同类型的抑制剂对小菜蛾幼虫CarE的抑制能力不同。增效磷和对氧磷对敏感品系CarE水解a-NA具有明显的抑制作用,分别比对武汉种群Care的抑制作用大4.577倍(SVl)和2.576倍(对氧磷)。     

黄荆中β-石竹烯对棉蚜的毒力和作用机理

为明确泰山野生黄荆Vitex negundo种子中的有效杀虫活性成分、杀虫作用及其毒理机制,本研究采用硅胶柱层析,GC-MS技术和生物活性追踪方法,测定了泰山黄荆种子中的杀虫活性成分;采用生物测定和生化分析法,研究了黄荆中的β-石竹烯和α-蒎烯对棉蚜Aphis gossypii的毒力及作用机制。结果表明：通过三级柱层析从黄荆中分离得到对棉蚜毒力高的馏分β-石竹烯和α-蒎烯,其含量分别达7.68%和5.45%。β-石竹烯和α-蒎烯对棉蚜的触杀毒力都较高,并以β-石竹烯的毒力最高,LD₅₀为0.65×10^-1 μg/头。β-石竹烯和α-蒎烯对棉蚜均具有强烈的忌避作用,处理棉蚜24 h的AFC₅₀分别为0.80×10³和0.89×10³ mg/L,其中也以β-石竹烯的忌避毒力最大。β-石竹烯和α-蒎烯以亚致死剂量处理棉蚜,对其繁殖力、排蜜频率和排蜜量均有显著不利影响。β-石竹烯和α-蒎烯处理棉蚜或离体酶,对乙酰胆碱酯酶、多酚氧化酶、羧酸酯酶和谷胱甘肽-S-转移酶都有明显抑制作用。结果显示β-石竹烯和α-蒎烯是黄荆种子提取物中的重要杀虫活性成分,并且其致毒机制存在多样性,开发应用价值大。     

取食不同寄主植物对棉蚜后代抗药性的影响

测定了5种药剂对棉蚜Aphis gossypii抗氰戊菊酯、吡虫啉品系和敏感品系取食棉花、黄瓜和石榴的后代的毒力,并对它们的后代体内乙酰胆碱酯酶和羧酸酯酶的比活力做了初步探索。结果表明,氰戊菊酯抗性品系取食棉花比取食黄瓜的后代对氰戊菊酯的抗性大76.4倍,对灭多威、氧乐果、硫丹和吡虫啉的抗性也大0.5～4.6倍;取食石榴的后代对5种药剂的抗性介于取食棉花和黄瓜的之间。吡虫啉抗性品系的测定结果与氰戊菊酯抗性品系基本一致。敏感品系取食黄瓜比取食棉花的后代对5种药剂的敏感性更高。3个品系取食不同植物的后代相比,其体内乙酰胆碱酯酶的比活力,取食棉花的为取食黄瓜的2.4～2.8倍;羧酸酯酶的比活力,取食棉花的为取食黄瓜的1.8～2.4倍。证明棉蚜的抗性和敏感品系取食的寄主植物不同,可引起对药剂敏感性的变化。乙酰胆碱酯酶和羧酸酯酶活力的变化均是引起这种变化的重要因素。     

Polymorphisms in a carboxylesterase gene between organophosphate-resistant and -susceptible Aphis gossypii (Homoptera: Aphididae)

Resistance to omethoate was suppressible by the hydrolytic enzyme inhibitor SSS-tributyl phosphorotrithioate in a laboratory-selected resistant cotton aphid, Aphis gossypii Glover, strain, suggesting the involvement of hydrolytic enzymes in the detoxification process. The kinetic properties of carboxylesterases from both resistant and susceptible cotton aphids were characterized by four acyl ester substrates: alpha-naphthyl acetate (alpha-NA), alpha-naphthyl butyrate (alpha-NB), alpha-naphthyl phosphate (alpha-NP), and beta-naphthyl phosphate (beta-NP). No significant differences of carboxylesterase activity were found between resistant and susceptible strains by using either alpha-NP or beta-NP as substrates. In contrast, the susceptible A. gossypii exhibited significantly higher activity compared with resistant aphids with either alpha-NA or alpha-NB as substrates. To understand the molecular basis of this esterase-mediated resistance, carboxylesterase genes from both strains were cloned. Two genes share 99.4% identity at the nucleic acid level and 99.2% identity at the amino acid level. The full length of the cDNA opening reading frame is 1581 bp, encoding 526 amino acids. Four amino acid substitutions, Thr210 --> Met210, Asn294 --> Lys294, Gly408 --> Asp408, and Ser441 --> Phe441, were identified in the resistant strain. Probing of Southern blots with the 0.5 kb esterase fragment showed the same banding patterns and intensities with genomic DNA extracts from both resistant and susceptible A. gossypii. Furthermore, the MspI and HpaII fragments are the same in both strains, indicating there is no methylation of sequences detected by the probe. The combined results suggest that the structural gene substitution is likely the molecular basis of the organophosphate resistance in this laboratory-selected cotton aphid strain.