植物病原菌對殺菌劑的抗藥性研究

1、植物病原菌對殺菌劑的抗藥性研究摘要：植物病原菌殺菌劑是防治植物病害的重要手段，但近年來殺菌劑的抗藥性問題呈現(xiàn)逐年增多的趨勢，已引起相關(guān)領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。本文從抗藥性病原菌的抗藥性機制，抗性治理兩個方面綜述了植物病原菌殺菌劑的抗藥性研究進展。關(guān)鍵詞：殺菌劑；抗藥性；研究進展植物病原菌對殺菌劑產(chǎn)生抗藥性是植物病害化學(xué)防治中面臨的主要問題之一，是指本來對農(nóng)藥敏感的野生型病原物，由于遺傳變異而對藥劑出現(xiàn)敏感性下降的現(xiàn)象。群體中抗藥性菌株的頻率和抗藥性程度達到某一水平導(dǎo)致藥劑常規(guī)使用劑量下的防治效果下降或失敗，說明此時田間病原菌可能已出現(xiàn)抗藥性1。聯(lián)合國糧農(nóng)組織(FAO)對殺菌劑抗藥性推薦的定義是，遺傳學(xué)

2、為基礎(chǔ)的靈敏度降低，特別是隨著高效內(nèi)吸選擇性強的殺菌劑被開發(fā)和廣泛應(yīng)用，殺菌劑抗性越來越嚴(yán)重和普遍，成為制約化學(xué)防治措施發(fā)展的關(guān)鍵因素之一。二十世紀(jì)六十年代早期，大部分殺菌劑的抗性風(fēng)險都很低，如銅、硫制劑等。1966年Noble等人發(fā)現(xiàn)麥類核腔菌對有機汞制劑，引起檸檬腐爛的指狀青霉對環(huán)燒類殺菌劑聯(lián)苯產(chǎn)生了抗性，但是抗性問題還沒有達到很嚴(yán)重的程度。直到具有特異性作用方式的高活性化合物被開發(fā)出來以后，植物病原菌對殺菌劑的抗性問題才變得日益突出。據(jù)統(tǒng)計，植物病原真菌四大真菌亞門中多達近百種真菌對殺菌劑有抗藥性發(fā)生。本文總結(jié)了近年來對植物病原菌殺菌劑的研究進展，為殺菌劑的開發(fā)和抗性治理提供參考。1病原

3、菌抗藥性機制1.1 病原菌抗藥性的遺傳機制植物病原菌的抗藥性可以由染色體基因或胞質(zhì)遺傳基因的突變產(chǎn)生。因此，可以將植物病原菌的抗藥性分為核基因(nucleargene)控制的抗藥性和胞質(zhì)基因(cytoplasmicgene)控制的抗藥性。植物病原真菌對大多數(shù)殺菌劑的抗性屬于前一種情況；而存在于細胞質(zhì)中的抗藥基因，目前已知的主要位于真菌的線粒體和細菌的質(zhì)粒中，真菌對少數(shù)藥劑和細菌對大多數(shù)藥劑的抗藥基因?qū)儆谶@種情況。對于核基因控制的抗藥性,又可以分為主效基因(major-gene)抗藥性和微效多基因(poly-gene)抗藥性1。1.1.1 主效基因控制的抗藥性主效基因抗性可分為單個主效基因控制的

4、抗性，即單基因(single-gene)抗性，和多個主效基因控制的抗性，即多基因(mult-igene)抗性。對于單基因抗性，通常存在一種復(fù)等位基因抗性(multipleallelicresistance)的情況，即該基因座位上不同的堿基位點可以分別發(fā)生突變或同一堿基位點可以發(fā)生不同的突變，并能使病菌表現(xiàn)出不同的抗性水平,如灰葡萄抱霉(Botrytiscinerea)2、蘋果黑星病菌(Venturiainaequalis)3等對苯并咪口坐類藥劑的抗性。在多基因抗性中，其中的任何一個主效基因的突變都會使病菌產(chǎn)生抗性，如在脈抱霉(Neurosporacrassa)中有6個主效基因控制對二甲酰亞胺類

5、殺菌劑的抗性，其中任何一個基因發(fā)生突變都可表達抗性4。但當(dāng)有2個或2個以上的主效基因同時發(fā)生突變時，存在2種情況，一是某一主效基因會對其它主效基因具有上位顯性作用，即抗性水平與該主效基因單獨突變時一致；另一種情況是主效基因間會發(fā)生互作，從而使得抗性水平不同于單一主效基因發(fā)生突變，如在尖抱鐮刀菌(Fusariumoxysporum)中，對苯菌靈的高水平抗性是由2個主效基因的互作引起的。但無論在什么情況下，只要是主效基因控制的抗藥性，田間病原群體或敏感性不同的菌株雜交后代對藥劑的敏感性都呈明顯的不連續(xù)性分布，表現(xiàn)為質(zhì)量性狀，很容易識別出抗藥群體。1.1.2 微效多基因控制的抗藥性微效多基因抗性是指

6、抗性由多個微效基因控制，且這些基因間具積加效應(yīng)，即單個或少數(shù)基因的突變引起的抗性水平是微不足道的，病菌對藥劑高水平抗性的產(chǎn)生需要多個基因的突變。由于不同抗藥菌株中所攜帶的抗藥基因數(shù)目的差異，使得田間病原群體或敏感性不同的菌株的雜交后代對藥劑的敏感性呈連續(xù)性分布，表現(xiàn)數(shù)量性狀，這也是區(qū)別于主效基因所控制的抗藥性的基本特征。此類抗性病菌對藥劑高水平抗性的敏感性下降，但很少表現(xiàn)完全失效，增加用藥量或縮短用藥周期可提高防效。使病原物表現(xiàn)數(shù)量遺傳抗藥性反應(yīng)的殺菌劑有多果定、番醇脫甲基抑制劑、放線菌酮、嗎咻類和哌噬類及乙菌噬等。Polach根據(jù)田間群體對藥劑的敏感性呈連續(xù)性分布以及遺傳學(xué)的研究，認為Ven

7、turiainaequalis對多果定的抗性是由微效多基因控制的6在Nectriahaematococcavar.cucurbitae和Nectriahaematococcavarpisi中,Demarkopoulou及DeFalandre分另研究其誘導(dǎo)的丁苯嗎咻的抗藥突變體都有3個與抗性有關(guān)的基因，而且具有積加效應(yīng)，因此認為對該藥劑的抗藥性是微效多基因抗藥性7,8o1.1.3 胞質(zhì)基因控制的抗藥性目前已知大多數(shù)細菌的抗藥基因主要存在于質(zhì)粒DNA分子中，許多藥劑如萎銹靈網(wǎng)盡管是干擾真菌的線粒體活性，抗性卻是由核基因控制的，過去僅發(fā)現(xiàn)酵母對三烷基錫(trialkyltin)類藥劑干擾病菌的氧化磷

8、酸化)的抗藥性是由線粒體DNA分子控制的10,但近年來研究發(fā)現(xiàn)病原真菌對作用于菌體細胞色素bc1復(fù)合物的QoIs類藥劑的抗藥性也是由線粒體基因控制的11。1.2 植物病原菌抗藥性的生理生化機制1.2.1 改變細胞膜細胞壁通透性病原物細胞可以通過某些代謝變化來改變細胞壁細胞膜的通透性，從而阻礙足夠量的藥劑通過細胞膜或細胞壁而到達作用靶點，使其無法發(fā)揮其殺菌作用來產(chǎn)生自我保護。如多氧霉素類是抑制菌體幾丁質(zhì)合成酶的生物活性，破壞細胞壁的生成的一類殺菌物質(zhì)。而抗藥性菌體的細胞壁結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，使抗菌素難以進入菌體到達作用部位而產(chǎn)生抗藥性。有些病原菌避免其自身中毒的方式是在殺菌劑大量進入體內(nèi)后，迅速地將殺

9、菌劑排出體外，阻止藥劑積累而表現(xiàn)抗藥性。1.2.2 改變殺菌劑毒性抗藥菌株可通過某些變異影響生化代謝過程，在藥劑到達作用位點之前就與細胞內(nèi)其它生化成分結(jié)合而降低殺菌劑轉(zhuǎn)毒能力，鈍化乃至去除毒性，將有毒的農(nóng)藥轉(zhuǎn)化成無毒化合物。祝明亮等研究認發(fā)現(xiàn)室內(nèi)所得的稻梨抱菌(Pyriculariaoryzae)高抗突變體對硫代磷酸醋類殺菌劑的抗藥性的抗藥機制是，裂解有機磷類藥劑3鍵以致使其失去生物活性 降低藥劑的親和性病原菌可通過改變殺菌劑作用位點的結(jié)構(gòu)，使殺菌劑與其作用位點的親和能力降低，或改變其代謝途徑，使殺菌劑無法在作用位點發(fā)揮作用，從而降低了殺菌劑的殺菌能力。研究發(fā)現(xiàn)病原菌&

10、微管蛋白發(fā)生變化，導(dǎo)致苯并咪唾類殺菌劑與病原菌親和性下降是病原菌產(chǎn)生抗藥性的主要原因。Butters在研究病菌對苯并咪口坐類藥劑的抗性分子機制的研究發(fā)現(xiàn)，田間抗藥性菌株大都主要涉及198和200位置氨基酸的改變13。這些作用靶標(biāo)構(gòu)象的改變降低了藥劑與靶標(biāo)的親和性，從而使得病原菌表現(xiàn)出抗藥性。2殺菌劑抗藥性的治理植物病原菌抗藥性的產(chǎn)生給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)藥行業(yè)造成了難以估計的經(jīng)濟損失。藥劑防治的失效使用藥次數(shù)和用藥劑量增加，最后不得不換用更昂貴的新型殺菌劑。而新藥劑的發(fā)現(xiàn)、發(fā)展、登記注冊和生產(chǎn)，因交互抗性和多種抗性而變得越來越難。因此，發(fā)展新農(nóng)藥的速度大大落后于抗藥速度，若不采取措施，則我們用于對付有

11、害生物的有效殺菌劑將越來越少。如何克服或延緩病原菌抗藥的產(chǎn)生和發(fā)展，以延長殺菌劑的有效使用壽命，已經(jīng)成為植物病原菌抗藥問題中所面臨的最主要難題。2.1 加強藥劑的抗性風(fēng)險監(jiān)測風(fēng)險評估，建立各病原菌和殺菌劑的抗性風(fēng)險級別。隨著分子生物學(xué)技術(shù)的突飛猛進，采用分子生物學(xué)方法進行抗藥性檢測可以快速，準(zhǔn)確地檢測到抗性頻率很低（小于1/10000）突變?nèi)后w從而彌補了傳統(tǒng)檢測方法的不足140但分子檢測方法的應(yīng)用前提是需要了解病原菌對殺菌劑抗藥性突變位點，所以要與傳統(tǒng)檢測方法相配合使用以達到最佳效果15。通過建立各病原菌和殺菌劑的抗性風(fēng)險級別來決定合理的用藥方法。風(fēng)險系數(shù)高的，連續(xù)使用次數(shù)應(yīng)當(dāng)減少并與風(fēng)險系數(shù)

12、低的殺菌劑輪換使用，從而有效地預(yù)防和延緩抗藥性的出現(xiàn)。2.2 在確保傳統(tǒng)的保護性殺菌劑有一定量的生產(chǎn)和應(yīng)用的同時，根據(jù)植物與病菌之間的生理生化差異開發(fā)和生產(chǎn)不同類型的安全、高效專化性殺菌劑，儲備較多的有效品種。如幾丁質(zhì)是真菌細胞壁的主要結(jié)構(gòu)成分，而不存在于植物組織中。真菌與植物體內(nèi)組裝紡錘體的微管蛋白結(jié)構(gòu)、蛋白質(zhì)合成機制及RNA合成酶系等也不同。止匕外，真菌與植物體生物膜結(jié)構(gòu)組分的差異，也已成為人們開發(fā)研究新殺菌劑的熱點。隨著殺菌劑毒理學(xué)等方面研究的深入，還可能發(fā)現(xiàn)病原菌與其它生物之間更多的生化差異用來開發(fā)新農(nóng)藥。2.3 開發(fā)具有負交互抗藥性的殺菌劑是治理抗藥性的有效途徑。如對苯并咪唾類殺菌劑

13、有負交互抗藥性的苯-N-氨基甲酸酯類的乙霉威已在我國生產(chǎn)應(yīng)用。通過研究具有交互抗性的殺菌劑構(gòu)效關(guān)系，為創(chuàng)制作用機制新穎的殺菌劑提供指導(dǎo)。2.4 在了解殺菌劑的生物活性、作用機理和抗藥性發(fā)生狀況及其機理的基礎(chǔ)上，創(chuàng)制不同作用機制的新殺菌劑或利用現(xiàn)有藥劑混配，選用科學(xué)的混劑配方。例如三唾醇和十三嗎咻都是抑制麥角番醇生物合成，防治白粉病的特效藥劑，但前者作用位點是碳十四位的去甲基反應(yīng)，后者是阻止8-47異構(gòu)反應(yīng)，兩者混用既可防止抗藥性發(fā)生，又可增加防效。3展望植物病原真菌殺菌劑抗藥性研究要充分利用生物化學(xué)、遺傳學(xué)、群體生物學(xué)等各學(xué)科的綜合知識，進一步加強交叉學(xué)科的分析研究，來全面研究抗藥性發(fā)生與流行

14、、抗藥性機制、抗性利用等等，最終為抗藥性治理提供充分的依據(jù)。加強培育抗病品種預(yù)測預(yù)報等綜合防治措施，對延緩抗藥性的形成也是十分重要的。此外隨著生物技術(shù)的發(fā)展對植物病原菌抗藥性基因的利用已取得了初步的進展。我們要持續(xù)推動化學(xué)防治與生物防治的結(jié)合加速綜合防治的發(fā)展。參考文獻1周明國.植物病原物抗藥性A.周明國主編.中國植物病害化學(xué)防治研究C.北京:中國農(nóng)業(yè)科技出版社，1998.50-61.2FaretraF,PollastroS.GeneticbasisofresistancetobenzimidazoleanddicarboximidefungicidesinBotryotiniafuckeli

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