周小洁 李 静 付学锋
(北京市疾病预防控制中心,北京市预防医学研究中心,北京 100013)
蟑螂作为城市环境中最常见的一类医学昆虫,能机械性传播细菌、病毒、霉菌等40多种病原微生物与寄生虫卵(Brenneretal.,1995),其排泄物与虫体会诱发人过敏性哮喘和鼻炎(Goreetal.,2007)。在蟑螂综合防治措施中,滞留喷洒与胶饵是最常用、不可或缺的化学防治技术。滞留喷洒长期的使用已带来显著的抗药性,胶饵因其安全性和有效性,逐渐成为蟑螂防治的重要方法。目前,我国卫生登记杀蟑胶饵的种类多样,都具有审批合格、准许上市销售所需的“三证”(农药登记证、农药生产许可证、农药产品标准证),为了解目前相关登记产品的整体情况,本研究对已登记有效的杀蟑胶饵进行了文献分析,并回顾其抗药性发生情况,以分析其行为抗性、生理抗性和发展现状。
通过登陆中国农业信息网的农药登记数据查询页面(http://www.chinapesticide.org.cn/hysj/index.jhtml),采集截至2021年3月1日的杀蟑胶饵产品信息,涉及产品名称、生产厂家、有效成份及含量、防治对象等信息,对获取的数据信息进行多角度比较分析。
进入Pubmed、Web of Science数据库,以“cockroach” “gel bait”和“resistance”为关键词进行检索,对检索结果进行人工筛选,获得对杀蟑胶饵与抗药性进行研究的文献,将研究结果进行比较分析,结合本研究组的研究成果,对胶饵抗药性机理、现状及未来进行分析。
截至2021年6月,在中国农业信息网登记的杀蟑胶饵产品共62个,来自37个生产厂家,有效成分10种,具体分析结果如下。
本研究共查询到62个胶饵产品,来自37个生产厂家(表1),江苏功成生物科技有限公司登记5个胶饵产品,广西隆华生物科技股份有限公司和浙江天丰生物科学有限公司登记了3个产品,巴斯夫欧洲公司、拜耳有限责任公司、江苏省南京荣诚生物科技有限公司、顺毅股份有限公司、苏州绿叶日用品有限公司、浙江省杭州萧山钱潮日化有限公司、中山凯中有限公司登记了2个产品,其余27个厂家(澳大利亚拜迪斯有限公司、赤峰诺华生物科技有限公司、登封市金博农药化工有限公司、福建高科日化有限公司、福建省金鹿日化股份有限公司、福建省晋江金童蚊香制品有限公司、广东宜禾宜农作物科学有限公司、广西柳州华力家庭品业股份有限公司、广西田园生化股份有限公司、广州超威日用化学用品有限公司、河北国欣诺农生物技术有限公司、河北康达有限公司、河北志诚生物化工有限公司、鹤壁全丰生物科技有限公司、黑龙江省佳木斯市恺乐农药有限公司、华植河北生物科技有限公司、济南天雨百禾植物营养技术有限公司、江门市大光明农化新会有限公司、江苏生久农化有限公司、江苏省常州晔康化学制品有限公司、江苏省无锡洛社卫生材料厂、江苏优嘉植物保护有限公司、江西生成卫生用品有限公司、开平市达豪日化科技有限公司、辽宁东峰日用品有限公司、辽宁省大连金猫鼠药有限公司、辽宁省沈阳爱威科技发展股份有限公司、柳州市白云生物科技有限公司、青岛户清害虫控制有限公司、山东洁保生物科技有限公司、石家庄市深泰化工有限公司、四川省成都彩虹电器股份有限公司、温州英杰工艺品有限公司、义乌市豪威生物科技有限公司、浙江迪乐化学品有限公司、浙江宁尔杀虫药业股份有限公司、珠海市佳弘科技有限公司)各登记了1个胶饵产品。
表1 我国杀蟑胶饵的登记证信息(持有量>1)(截至2021年6月)Tab.1 Registrated cockroach gel baits certificate in China (Holdings>1) (till to Jun. 2021)
在37个厂家中4个厂家总部位于欧洲,1个位于澳大利亚,其余32家都来自中国,其中江苏13个,浙江11个,广东7个,广西6个,河北5个,辽宁、福建和山东各3个,河南2个。
对胶饵所含有效成分进行分析,只有2个胶饵是复配成分,分别是0.667%残杀威和0.033%氟虫腈复配、4%乙酰甲胺磷和0.5%灭幼脲复配。其余60个胶饵产品,使用的有效成分包括氟虫腈(24个)、吡虫啉(20个)、氟蚁腙(7个)、呋虫胺(4个)、硼酸(2个)、毒死蜱(1个)、依维菌素(1个)和乙酰甲胺磷(1个)(图1),各有效成分特点分析如下。
图1 62个杀蟑胶饵产品使用有效成分情况Fig. 1 The active ingredients in 60 cockroach gel bait products
采用氟虫腈作为有效成分的胶饵有24个,且含量均为0.05%。采用吡虫啉作为有效成分的胶饵有20个,其中10个产品中含量为2.50%,4个产品含量为2.15%,1个产品为2.10%,4个产品含量为2.00%,1个产品为0.05%。采用氟蚁腙作为有效成分的胶饵有7个,其中5个产品中含量为2.00%,1个产品为2.15%,1个产品为2.50%。采用呋虫胺作为有效成分的胶饵有4个,其中2个产品中含量为0.50%,1个产品为0.20%,1个产品为0.05%。采用硼酸作为有效成分的胶饵有2个,1个产品中含量为12.00%,1个产品为10.00%。
此外,还有3种胶饵的有效成分分别是2.00%乙酰甲胺磷、1.00%毒死蜱、0.10%伊维菌素。
在中国知网和PubMed在线数据库中,分别以“蟑螂、抗药性”和“cockroach、insecticide resistance”为搜索词,在摘要中进行检索,对搜索结果经人工筛选去除无关文献,截至2021年6月共有15篇文章的主题与蟑螂胶饵的抗药性(含生理抗性、代谢抗性与行为抗性等)有关,发表时间从1993年到2021年。
蟑螂对胶饵的抗药性现象被人们所忽视,首先是长期以来一直认为配方合理的胶饵适口性与引诱性好,一次取食对个体的毒杀效果好,因而不易产生抗性,另外一个重要原因是由于目前的蟑螂抗药性生物测定均是采用点滴法、药膜法进行测试,而忽略了对胶饵抗性(如行为抗性、代谢抗性等)的检测意识。通过文献调研,发现蟑螂对胶饵的抗药性主要表现为拒食非杀虫剂成分而导致的行为抗性和二次连锁杀灭效果降低的代谢抗性。
2.3.1行为抗性:最早报道蟑螂对胶饵产生抗性的是1993年将蟑螂行为抗性与毒饵中常规的营养素(非杀虫剂)建立关联(Silvermanetal., 1993)。1994年对12个德国小蠊野外品系进行测试,证实胶饵中的葡萄糖引起德国小蠊厌食行为,而且敏感品系也可发展出该行为(Silvermanetal., 1994)。随后又有研究人员发现Cincy种群德国小蠊对含0.05%阿维菌素与含0.01%氟虫腈的两种胶饵产生了明显的行为抗性,而胶饵中的果糖、葡萄糖、麦芽糖及蔗糖等成分对敏感种群德国小蠊是促食因子,却是Cincy种群德国小蠊对胶饵产生行为抗性的主要因素,经点滴法生物测定表明Cincy种群对阿维菌素与氟虫腈的生理抗性水平分别为2.5倍与8.7倍,属于中等抗性水平(Wangetal., 2004)。通过蟑螂对胶饵行为抗性的生理机制研究发现,蟑螂口器及触角上糖类神经元被刺激会引起蟑螂进食,而苦味神经元激活时则会使蟑螂停止取食,胶饵中的葡萄糖能激活敏感与抗性种群蟑螂的糖类神经元,但抗性种群的糖类神经元上同时含有苦味受体,因此葡萄糖激活了抗性种群的苦味信号通路,从而产生拒食该类胶饵的行为(Wada-Katsumataetal., 2013)。目前我国采用的杀蟑饵剂中使用的糖类主要是蔗糖,笔者尚未见到蟑螂拒食含蔗糖毒饵的研究报道,但鉴于含蔗糖毒饵的持续大量使用,蟑螂有可能会演化出对其拒食的行为抗性。
2.3.2代谢抗性:在本研究检索的15篇文献中,排除行为抗性机制,蟑螂种群取食胶饵后死亡率降低的直接报道只有2篇,且局限于对抗药性表型的描述性研究,并没有相关机理(如因解毒酶活性增强或者靶标敏感性降低)的分析研究。野外采集的19个从未接触过氟虫腈杀虫剂的蟑螂种群,用氟虫腈诊断剂量(3.45 ng/只)点滴处理后,有13个种群死亡率远低于99%,死亡率最高的仅为57%,最低为6%;用含0.0005%氟虫腈的正常饲料饲喂敏感种群和野外种群德国小蠊发现,前者在36 h内全部死亡,而野外种群的死亡率介于25%~90%之间(Holbrooketal., 2003)。用含氟虫腈、茚虫威和氟蚁腙的胶饵对野外PR-712蟑螂种群进行防制失效后,用点滴法测定其抗性水平分别达到5.60、23.21和3.89倍;进一步用胶饵在实验室对该种群汰选2年后,用点滴法测得其抗性水平分别达到15.92、13 375和19.31倍;与敏感种群及未经汰选的种群相比,汰选后种群取食含氟蚁腙和茚虫威的胶饵后存活期显著延长,对氟虫腈胶饵无显著变化(Koetal., 2016)。值得一提的是,上述现象还出现在胶饵的二次传毒过程中,即汰选种群取食3种胶饵后,其排泄的粪便对若虫的二次连锁杀灭效果显著降低,敏感种群取食胶饵后7 d死亡率达到100%,而汰选种群取食胶饵后死亡率介于20%~60%之间,死亡率最低的是茚虫威(约20%),死亡率最高的是氟虫腈(约60%)。
本研究中检索到62个胶饵产品,来自37个生产厂家,登记产品最多的厂家有5个产品,有2个厂家各登记3个产品,有7个厂家各登记了2个产品,其余 27个厂家各登记1个产品。上述厂家中有外资背景的厂家5个,4个来自传统的欧洲企业,其余32家来自中国。我国胶饵生产起步较晚,但后续发展速度较快,这也得益于我国规范的产品登记制度和较大的市场需求。同时,该现象也反映出胶饵生产的集中度分散,企业数量众多,对产品性能研发、效果追踪可能会有滞后。本研究组曾对多种登记合格的产品进行过适口性和持效性的比较分析发现,同为登记合格产品,在现实使用中的防制效果也有较大差异(周小洁等,2017)。为此,生产企业要重视产品性能的改进提升,加强胶饵组方的筛选和效果评价研究。在配方研发阶段,可首先针对单一的成分进行优化,采用单一组分加入琼脂等基质中作为饲料,排除其他成分干扰。例如,首先针对糖类等重要的促食剂开展,同理可以对蛋白成分(王晓燕等,2010)、油脂、稳定剂(刘泉等,1995)、增稠剂、防腐剂、保湿剂等有效成分进行测试。例如,德国小蠊对不同糖类物质取食量中麦芽糖、红糖和蔗糖明显高于果糖、葡萄糖、乳糖;对不同食用粉取食量中奶粉取食量明显高于芝麻粉、炒黄豆粉、鸡精、玉米淀粉、荞麦粉、炒玉米粉、炒小麦粉;对不同蛋白取食量测定,酵母提取粉略大于干酪素和酵母浸膏,其他细菌学蛋白胨、大豆蛋白胨、胰蛋白胨、酸水解酪蛋白被取食量几乎为零(李兴文等,2013)。最后,根据单一成分测试结果,先逐步扩大组分种类直至全部成分的组合。需要指出的是,在胶饵研发过程中,要扩大选择范围,尤其是部分对于胶饵稳定性发挥作用的助剂成分,如保湿剂、塑形剂、防腐剂等,可以从精细化工、食品添加剂、药剂等领域去筛选。
在62个胶饵产品中,复配的胶饵有2种,其余均为单一有效成分,共计8种,这一情况与国外杀蟑胶饵基本一致,只有茚虫威没有相应的杀蟑胶饵产品在我国登记,目前茚虫威登记产品主要为杀蚁饵剂、杀蟑饵片(2021年底登记到期)。
氟虫腈由法国的罗纳普朗克农化公司1987年开发研制,属于苯基吡唑类杀虫剂,作用于α-氨基丁酸受体(GABA),从而起到阻断由GABA控制的神经膜氯离子通道的作用,曾在全世界被大量使用。但鉴于氟虫腈对甲壳类水生生物和蜜蜂具有高风险,在水和土壤中降解慢,按照《农药管理条例》的规定,自2009年10月1日起,除卫生用、玉米等部分旱田种子包衣剂外,在我国境内停止销售和使用用于其他方面的含氟虫腈成分的农药制剂。因此,氟虫腈目前主要用于卫生害虫尤其是蟑螂防制。采用氟虫腈作为有效成分的胶饵有24个,含量均为0.05%,产品同质化较为明显,如果长期大范围使用可能会加速抗性产生。
吡虫啉属于硝基亚甲基类内吸杀虫剂(第二代烟碱类杀虫剂),其作用靶标是烟碱乙酰胆碱受体,通过干扰害虫运动神经系统使化学信号传递异常,具有广谱、高效、低毒、低残留等特点,害虫不易产生抗性,并有触杀、胃毒和内吸多重效应。氟蚁腙是一种昆虫细胞线粒体呼吸阻断剂,属于脒腙类化合物,对人及非靶动物安全,主要作为胃毒杀虫剂应用于防治蟑螂、蚂蚁等。呋虫胺属于第三代新烟碱类杀虫剂,具有触杀、胃毒作用,通过作用于害虫神经系统引起异常兴奋,最终麻痹死亡。
硼酸是一种无机物,为白色粉末状结晶,可用作pH值调节剂、消毒剂、防腐剂等,同时也可用于胶饵中防制蟑螂。目前,该产品由于上市时间较短,被销售企业作为克服其他类杀虫剂抗性的优势进行宣传和销售。
乙酰甲胺磷和毒死蜱,均属于有机磷类杀虫剂,具有触杀和胃毒作用。依维菌素是新型的广谱、高效、低毒大环内酯类杀虫剂,通过促进γ-氨基丁酸(GABA)的释放,增加氯离子通道通透性,阻断神经信号的传递,最终神经麻痹,肌肉细胞失去收缩能力,从而导致虫体死亡。仅有1个胶饵中使用乙酰甲胺磷与灭幼脲复配,灭幼脲属苯甲酰脲类昆虫几丁质合成抑制剂,为昆虫激素类农药。通过抑制昆虫表皮几丁质合成酶和尿核苷辅酶的活性,来抑制昆虫几丁质合成从而导致昆虫不能正常蜕皮而死亡。
杀蟑效果好的胶饵配方必须以胶体化学、物理化学、高分子化学专业技术为基础,通过引诱剂的筛选、药效、毒理研究,选出优异杀虫剂及基质等才能确定。较好的杀蟑胶饵,具有适口性好、引诱力强、保湿性强、附着力强、高温不流汤、低温不变硬、理化特性稳定、胶体均匀不分层等特点(杨天赐等,2006;梁铁麟等,2009)。
蟑螂胶饵抗药性主要表现为行为抗性与代谢抗性,前者是蟑螂对非杀虫剂成分通过味觉感知而引起,后者是对杀虫剂成分的解毒代谢能力增强导致。基于味觉感知的行为抗性已有全面综述(周小洁等,2017)。此外,本研究组近年来持续对野外蟑螂种群蔗糖诱食剂进行分析,目前尚未发现明显拒食杀蟑胶饵的种群。多数专业技术人员在面对胶饵防制蟑螂效果不理想或者失败的案例时,往往将其归因于对胶饵的行为抗性和代谢抗性。Irvington种群德国小蠊对氟虫腈表现出115.1倍抗性水平(点滴法),但含0.05%氟虫腈的胶饵依然在14天内达到有效杀灭(王国红等,2018),表明对氟虫腈的高抗水平并不会对含氟虫腈胶饵产生显著抗性。我国台湾地区发现20个德国小蠊野外种群对胶饵常用有效成分产生了不同程度的抗药性(点滴法),吡虫啉诊断剂量点滴后死亡率为82%~100%,用胶饵处理后死亡率为22%~98%(均值为69.04%);氟虫腈诊断剂量点滴后死亡率为0~36%,用胶饵处理后死亡率为15%~100%(均值为76.21%);茚虫威诊断剂量点滴后死亡率3%~90%,用胶饵处理后死亡率为72%~100%(均值为97.58%);氟蚁腙诊断剂量点滴后死亡率为34%~100%,胶饵处理后死亡率为73%~100%(均值为90.95%)(Huetal.,2021)。
截至目前,具有可靠数据支持的胶饵的代谢抗性报道较少,究其原因主要与其胃毒作用方式以及有效成分有关。以氟虫腈为例,尽管目前个别野外种群蟑螂对含氟虫腈胶饵产生了一定的抗性(非行为抗性),但仍不能认为这种抗性水平能影响含氟虫腈胶饵的杀灭效果。因为德国小蠊成虫单次取食量至少为1 mg(Reierson,1995),氟虫腈在胶饵中的含量最低为0.01%,单只蟑螂取食1 mg胶饵只摄入100 ng氟虫腈,这一剂量是经点滴杀死几乎所有野外采集德国小蠊雄虫剂量的3倍,足以杀灭种群中最耐受的个体,现实中,蟑螂摄入氟虫腈的量远远低于胶饵中的浓度,例如,若虫取食成虫粪便,而粪便中氟虫腈的浓度就低于胶饵,进而导致连锁杀灭效果减弱,从而有可能成为抗性产生的主要选择压力;另外,部分杀蚁胶饵中氟虫腈含量低至0.001%,被蟑螂取食后也可能成为抗性的选择压力;另外,由于我国目前允许氟虫腈用于居家害虫如白蚁、蟑螂的滞留喷洒防制,如果环境中氟虫腈浓度不能杀死耐受个体,种群中抗性个体的频率便会逐步增加;最后,不同杀虫剂之间的交互抗性可能对胶饵中氟虫腈的活性产生削弱,包括许多在氟虫腈使用前就大量使用的同类和其他类杀虫剂及化学物质。总之,在现有的条件下蟑螂对氟虫腈的抗性可能缓慢增加或维持稳定,但蟑螂对胶饵中氟虫胺产生抗性的先例(Schal, 1992)使形势不容乐观。
目前,蟑螂对胶饵中各类有效成分如氟虫腈、氟蚁腙等,产生了一定程度的生理、生化抗性,尤其是同时用于胶饵和滞留喷洒的杀虫剂成分(如氟虫腈)。根据已有经验,持续的滞留喷洒会使蟑螂对其抗性持续升高。因此,随着连锁毒性降低、滞留喷洒应用以及不同杀虫剂之间的交互抗性,可能会导致蟑螂对胶饵的生理生化抗性逐步升高,加之部分行为抗性的引入,会导致胶饵的效果显著降低。胶饵生产企业、蟑螂防制行业要尽快了解胶饵抗性的种类与机制,从而能够从产品配方、杀虫剂成分的使用、环境治理、合理轮换等角度来延缓或治理蟑螂对胶饵的抗性。