Применение токсикологических методов в изучении механизмов резистентности к инсектицидам у насекомых (стр. 1 )

Агрохимия, 1988, №8, 1988

УДК 632.951: 591.5

ПРИМЕНЕНИЕ ТОКСИКОЛОГИЧЕСКИХ МЕТОДОВ В ИЗУЧЕНИИ МЕХАНИЗМОВ РЕЗИСТЕНТНОСТИ К ИНСЕКТИЦИДАМ У НАСЕКОМЫХ

ЛЕОНОВА И. Н., СЛЫНЬКО Н. М.

Борьба с вредителями сельского хозяйства в настоящее время осу­ществляется прежде всего с помощью химических средств; возникаю­щая при этом резистентность насекомых к инсектицидам приводит к серьезным экологическим и экономическим проблемам [1].

Основные механизмы защиты насекомых от инсектицидов включают в себя изменение проницаемости покровов, увеличение активности фер­ментных систем, принимающих участие в детоксикации инсектицидов, и изменение чувствительности мишени для токсических веществ [2]. Известно, что один и тот же механизм может обеспечивать развитие устойчивости к химическим соединениям разных классов и способство­вать возникновению перекрестной резистентности к ним.

Резистентность к инсектицидам может иметь моно- и многофактор­ный характер, когда один или большее число механизмов отвечают за ее возникновение к одной и той же группе инсектицидов. Эффективность защитных возможностей насекомых определяет порядок, в котором они селектируются под влиянием отбора. При этом сочетание различных механизмов устойчивости приводит к значительному повышению, уров­ня резистентности к инсектицидам.

Существует несколько способов, с помощью которых можно сущест­венно затормозить развитие резистентности и, соответственно, повысить действенность применяемых химических средств борьбы с вредителями сельского хозяйства. Во-первых, создание новых эффективных и высо­коселективных инсектицидов, с каждым годом требующее все больших затрат времени и средств [3], во-вторых, чередование применения ин­сектицидов, или ротация [4], и, наконец, в-третьих, использование синергистов, которые в смеси с инсектицидами увеличивают их токсич­ность [5]. Применение в сельском хозяйстве последних двух методов требует своевременной диагностики резистентности популяции вредите­лей к инсектицидам, а также точного представления о механизмах ее возникновения.

Для выявления механизмов резистентности насекомых к инсектици­дам применяются два подхода. Один из них включает определение ак­тивности основных систем детоксикации in vitro, изучение их изоферментного состава, чувствительности ацетилхолинэстеразы (АХЭ) к ин­гибиторам [6]. Другой, являющийся предметом настоящего обзора, включает в себя токсикологические методы: оценку токсического дей­ствия различных инсектицидов на разных стадиях развития насекомых; проведение анализа с использованием соединений, которые, проникая в организм насекомых, специфически тормозят активность ферментов детоксикации и в сочетании с инсектицидом увеличивают его токсиче­ское действие. По усилению токсичности под действием таких специфи­ческих ингибиторов можно судить об участии тех или иных ферментов в метаболизме инсектицидов.

Микросомальные монооксигеназы (ММ) являются одной из наибо­лее важных ферментных систем, определяющих развитие резистентно­сти насекомых к инсектицидам. Вследствие того что ММ катализируют протекание множества реакций и характеризуются широкой субстратной специфичностью, они принимают участие в метаболизме карбаматов, пиретроидов, ряда хлорорганических и фосфорорганических инсек­тицидов и обусловливают возникновение перекрестной резистентности [7]. Для доказательства роли ММ в ингибиторном анализе используются соединения из различных химических классов.

Химическое строение некоторых ингибиторов активности ММ:

В развитии резистентности насекомых к инсектицидам немаловаж­ную роль играют неспецифические эстеразы, осуществляющие гидролиз многих фосфорорганических соединений и пиретроидов [8]. Для эстераз также доказано наличие разных изоформ, характеризующихся специ­фичностью к гидролизу определенных субстратов. Однако среди упо­требляемых в токсикологическом анализе ингибиторов эстераз практи­чески нет соединений, влияющих именно на одну из реакций.

Химическое строение некоторых ингибиторов активности эстераз:

Довольно ограниченный набор химических соединений используется для выявления роли глутатион S-трансфераз и ДДТ-дегидрохлориназ, которые, как показано, также обеспечивают развитие резистентности к некоторым ФОС и ДДТ [9, 10].

Химическое строение ингибиторов активности глутатион S-трансфераз и ДДТ-дегидрохлориназы:

Первый этап токсикологического анализа - определение токсично­сти инсектицида для данной популяции вредителя и, если это возмож­но, сравнение с данными, полученными на чувствительной линии. Затем в зависимости от химического класса инсектицида проводят испытания для смесей инсектицида с подходящим синергистом: так, карбаматные инсектициды обычно испытывают только с ингибиторами монооксигеназной активности, пиретроиды - с ингибиторами ММ и карбоксилэстераз, а ФОС - с ингибиторами ММ, неспецифических эстераз и глутатион S-трансфераз. Для выяснения механизма устойчивости вредителя к инсектициду важен как факт наличия синергизма или антагонизма, так и их отсутствия, Данные по отсутствию синергизма, однако, не дают ос­нований сделать вывод о том, что исследуемая ферментная система не принимает участия в метаболизме инсектицида, и могут быть обуслов­лены неудачным выбором ингибитора метаболизма инсектицида, сни­жением скорости прохождения инсектицида через покровы, метаболиз­мом синергиста у данного вида вредителя и т. п.

Важна для корректного проведения ингибиторного анализа специ­фичность ингибиторов активности ферментов детоксикации, которая может зависеть от различных факторов, например, от видовых особен­ностей или количества нанесенного на насекомых вещества. Так, ППБ, селективно, как правило, ингибирующий активность микросомальных монооксигеназ, в высоких концентрациях способен влиять на актив­ность неспецифических эстераз. n-Додецилимидазол является ингибито­ром активности ММ различных видов насекомых и млекопитающих [11], однако в эксперименте было показано, что in vitro он в концент­рации 5-10-7 М в 5 раз снижает активность карбоксилэстераз, выделен­ных из гусениц резистентной к пиретроидам популяции хлопковой ли­стовой египетской совки Spodoptera littoralis, и не влияет на активность эстераз из гусениц резистентной карадрины Spodoptera exagua [12]. Большинство исследователей считают бутифос специфичным ингибито­ром эстераз [13], однако у гусениц южной абмарной огневки Plodia interpunctella он подавляет и монооксигеназную активность [14]. Инги­битор эстераз NIA 16388 синергизирует биоресметрин и перметрин на резистентных к пиретроидам линиях комнатной мухи Musca domestica [15]; однако на том основании, что совместное синергистическое дейст­вие ППБ и NIA 16388 неаддитивно, авторы делают вывод, что последнее соединение ингибирует в данном случае оба фермента. Для доказатель­ства участия глутатион 5-трансфераз в резистентности насекомых к инсектицидам многие авторы в качестве ингибитора активности этого фермента используют диэтилмалеат (ДЭМ). Однако в ряде работ пока­зано, что ДЭМ оказывает заметное влияние на активность монооксигеназ, так что достоверные данные об активности трансфераз с его ис­пользованием можно получить лишь в том случае, если предваритель­ные испытания с ингибитором активности ММ (ППБ, сезамекс) не об­наружили синергизма [16].

Кроме того, ингибиторы ферментов детоксикации могут оказывать влияние на неметаболические процессы распределения инсектицидов в организме членистоногих. ППБ тормозит проникновение аллетрина че­рез кутикулу [17], тогда как бутифос, напротив, ускоряет проницае­мость трихлорфона [18]. В литературе имеются данные, что ППБ, яв­ляясь эффективным синергистом перметрина на М. domestica, не оказы­вал никакого влияния на метаболические процессы [19]. Ингибитор ДДТ-дегидрохлориназы DMC способен влиять на взаимодействие ДДТ и пиретроидов с нервным рецептором [20], а ингибитор неспецифиче­ских эстераз 1-нафтил-N-пропилкарбамат оказался токсичным для вре­дителей риса, резистентность которых к фосфорорганическим и карбаматным инсектицидам возникла в результате мутации ацетилхолинэстераз [21].

Выбор оптимального синергиста для данного инсектицида на кон­кретном виде вредителя проводится, как правило, эмпирически и ослож­няется ингибиторной специфичностью применяемых веществ, обуслов­ленной существованием изоформ ферментов детоксикации инсектици­дов [22]. Например, ингибиторы активности монооксигеназ ППБ, SV-1 и NIA 16824 заметно синергизировали токсичность цис-циперметрина на личинках хрущака Tribolium castaneum, однако только NIA 16824 синергизировал транс-перметрин [23]. Тот же NIA 16824 был весьма эффек­тивным синергистом цис - и транс-тетраметрина на М. domestica, в то время как на других видах насекомых его влияние, равно как и прочих ингибиторов ММ, было малозначимым [24]. На резистентной к пиретроидам линии М. domestica GA 4-282 проявляет больший синергистический эффект с карбаматами, а ППБ - с перметрином и ресметрином [25].

Синергистическое действие ИБФ, бутифоса и т. п. обычно связыва­ют с их способностью ингибировать гидролиз соединений, содержащих в своей структуре карбоксильные или карбоксиамидные фрагменты. Несмотря на то, что роль гидролаз в метаболизме метилпаратиона и других ФОС, не содержащих карбоксильные группы, ставится под сомнение [26], бутифос и EPN синергизируют метилпаратион на резистентной популяции табачной совки Heliothis virescens [27]. Аналогичный ре­зультат получен при изучении высокорезистентной к темефосу линии комара Culex quinquefasciatus, устойчивость которой в значительной степени подавляется применением бутифоса и ИБФ, тогда как трифенилфосфат проявляет лишь небольшой эффект [28]. Данные по синер­гизму метилпаратиона и темефоса указывают на то, что диапазон дей­ствия применяемых ингибиторов не ограничен подавлением активности карбоксилэстераз и карбоксиамидаз, поскольку эти инсектициды соот­ветствующих групп в своей структуре не содержат.