媒介蚊虫生物杀虫剂杀虫机制及效果研究进展

类晶晶，公茂庆，刘丽娟

山东省寄生虫病防治研究所医学昆虫学部，山东第一医科大学（山东省医学科学院），山东 济宁 272033

目前世界上有3 500 多种蚊虫，其中一些种属能够作为媒介宿主传播多种病原体，对人类和其他动物的健康构成严重威胁[1-2]。蚊虫是丝虫病、疟疾、流行性乙型脑炎、黄热病以及登革热等多种疾病的传播媒介，这些疾病给许多国家卫生健康系统带来沉重负担，夺走了众多生命[3]。

媒介控制是蚊媒疾病防控最有效、最经济的手段[4]。蚊媒防控呈现多元化和综合治理的特点，包括物理防治、化学防治、生物防治、遗传防治、法规防治和环境治理等多种措施。其中生物杀虫剂因绿色环保、安全性高等特点受到广泛关注。本文综述了蚊虫生物杀虫剂的杀虫机制及效果，以期为蚊虫的防控提供参考。

1 细菌类杀虫剂

在众多媒介蚊虫生物杀虫剂中，细菌类生物杀虫剂的应用最为广泛，目前已投入生产使用的主要有苏云金芽孢杆菌（Bacillus thuringiensis,Bt）、球形芽孢杆菌（Bacillus sphaericus,Bs）以及沃尔巴克氏菌（Wolbachia）三种。基于Bt和Bs的杀虫剂主要适用于水体中孳生的蚊幼虫防制，沃尔巴克氏菌则是凭借“以蚊制蚊”的策略对蚊虫实施种群压制。

1.1 苏云金芽孢杆菌 作为目前应用最成功、生产最广泛的生物杀虫制剂之一，苏云金芽孢杆菌在其营养和孢子形成阶段产生3 类杀虫蛋白，包括孢子形成阶段的Cry蛋白（晶体蛋白）和Cyt蛋白（溶细胞毒素蛋白），以及营养阶段的Vip 蛋白（营养杀虫蛋白）[5]。在蚊肠道碱性环境下，其芽孢内伴孢晶体（由Cry 和Cyt 毒素组成）中的前毒素会转化为有毒物质，破坏蚊幼虫中肠肠壁后进入血腔，产生败血症，导致蚊虫死亡[6]。因此基于该菌的生物杀虫剂被部分地区应用于幼蚊的控制。全世界已发现的240 多种Cry 毒素对鳞翅目、双翅目、鞘翅目和膜翅目昆虫均有活性[7]。

苏云金芽孢杆菌以色列亚种（Bacillus thuringi‐ensis var israelensis, Bti）于 1977 年被分离，主要通过具有特异性杀虫活性的毒素蛋白发挥杀虫作用。研究显示，除了对人类致病的媒介按蚊、伊蚊和库蚊，小菜蛾、草地贪夜蛾等农业害虫也对Bti毒素敏感[8]。Bti对生态环境友好，长期使用不易产生抗药性，在室内和野外实验中，埃及伊蚊和白蚊伊蚊对苏云金芽孢杆菌均未产生抗药性[9-11]，Bti糖片制剂对耐药性冈比亚按蚊仍然具有杀灭作用；目前仅鳞翅目昆虫小菜蛾对Bti喷雾进化出了田间抗性[12]。此外，Bti重组蛋白具有协同活性，如Bti的Cry10Aa 和Cyt2Ba 重组蛋白对埃及伊蚊的协同杀蚊活性增效至68.6 倍，是目前协同活性最强的毒素之一；重组蛋白Cyt2Ba 和Cry4Aa 之间也存在协同活性，但增效强度远不及前者[13]。Bti可与多种低毒化学试剂混合使用，能有效提高杀虫效果，如将Bti与含有二铵磷酸二铵或尿素的化肥混合施用7～10天，能够明显降低稻田中蚊幼虫的密度而不影响水稻生长，说明该技术在保证水稻产量的基础上对控制蚊虫密度具有一定的效果[14]。Bti与昆虫不育技术（sterile insect technique, SIT）的联合使用对白纹伊蚊具有较为突出的防制效果[15]。Bti制剂在害虫防制中虽然具有显著优势，但也存在一定的不足，如常规Bti杀虫制剂缺乏长效性，且对不同蚊种的防制效果差异较大。为克服这一问题，研究者利用基因工程技术，将苏云金芽孢杆菌CryIVD基因转入蓝藻，在实验室及现场条件下均具有长效杀虫效果[16]；另有研究者采用固体分散技术使Bti毒素缓慢释放，持效期达六个月，对媒介伊蚊具有良好的长效防制效果[17]，但延长持效期的研究仍处于实验阶段，还未有相关的商业化产品。虽然Bt的宿主特异性对非靶标生物较为安全，但越来越多的研究提示该类杀虫制剂的安全性需要进一步评估[18]。

1.2 球形芽孢杆菌 球形芽孢杆菌（Bs）又称球形赖氨酸芽孢杆菌（lysinibacillus sphaericus），由Kel‐len 于1965 年首次分离。该菌可产生二元毒素（bi‐nary toxin, Bin）、杀蚊毒素（mosquitocidal toxin,Mtx）以 及 两 组 分 毒 素（two- component toxin）Cry48Aa/Cry49Aa 等杀蚊毒素蛋白从而实现对蚊幼虫的毒杀作用。该菌被蚊幼虫摄取后，感染蚊虫的消化道继而引发败血症，最终导致蚊虫死亡。目前已鉴定的Bs中有9 个血清型16 种菌株对蚊幼虫具有杀灭作用，基于Bs不同菌株的杀虫制剂主要应用于库蚊的控制[19]。

Bti和Bs各有优缺点，Bti的杀虫谱广，但Bs的持效期长，而且Bs处理过的蚊虫死亡后，其体内的Bs仍然能够在环境中循环使用。Bs与Bti混合使用时，Bin和Cyt1Aa毒素表现为协同作用，对耐药性致倦库蚊和埃及伊蚊仍具有毒性[20]。采集自肯尼亚的冈比亚按蚊复合种群经Bti和Bs处理后，易感性测试显示对Bti和Bs完全敏感，且受试种群间差异无统计学意义[21]，但在淡色库蚊中出现了抗药性报道[22]。类似的结果在大劣按蚊中也有发现，亚致死剂量Bs处理大劣按蚊后导致其繁殖力下降，在短期内可降低蚊媒密度，但长期使用后大劣按蚊容易产生抗药性[23]。细菌生物制剂的杀虫效果易受生物因素和非生物因素的影响，对以Bti和Bs为基础的幼虫杀虫剂药效的研究发现，日照显著降低了其残留功效[24]。

1.3 沃尔巴克氏菌 沃尔巴克氏菌是一种胞内共生菌，宿主范围广泛，可诱导产生胞质不相容（cyto‐plasmic incompatibility,CI）现象，即自然环境中的雌蚊与沃尔巴克氏菌感染的雄蚊交配，产卵但不孵化，以此实现对媒介蚊虫的种群压制。通过释放携带沃尔巴克氏菌的雄虫达到控制靶标昆虫的技术称为昆虫不相容技术（incompatible insect technique,IIT）。

大量实验显示，在蚊虫的不同生长发育时期和不同的孳生栖息环境中，沃尔巴克氏菌对媒介蚊虫的种群控制均具有良好的效果。将沃尔巴克氏菌所诱导的不育雄蚊在美国一个白纹伊蚊孳生地进行释放，结果显示释放后白纹伊蚊卵孵化率和雌蚊、雄蚊密度均低于释放前[25]。在澳大利亚北部的实验显示，定期释放感染了白纹伊蚊体内沃尔巴克氏体的雄性埃及伊蚊，对野生型（无沃尔巴克氏体）和携带沃尔巴克氏体的埃及伊蚊种群的压制效率超过80%[26]。我国广州建有世界最大的“蚊子工厂”，应用昆虫不相容技术结合昆虫绝育技术可在小范围内对白纹伊蚊种群达到几近消灭的程度，并可有效避免无意释放的感染沃尔巴克氏体的雌蚊在野外成功繁殖[27]，一定区域内取得良好的防制效果。此外，Ant[28]等在致倦库蚊中发现两种新的沃尔巴克氏菌感染方式（wAlbB 株单感染、wPip 株与wAlbA 株重复感染），在与野生型致倦库蚊杂交后分别出现双、单向胞质不相容现象。此外，唾液腺的重复感染密度结果显示，wAlbA 株是原生wPip株的400多倍，具有较好的病媒控制潜力。

与常规的生物杀虫剂不同，沃尔巴克氏菌是从种群压制的角度“以蚊制蚊”，见效缓慢，潜在风险仍然存在。如感染沃尔巴克氏菌的跗斑库蚊虽对裂谷热病毒具有轻微抑制作用，但会增强其对西尼罗病毒的易感性[29-30]。最近研究发现，沃尔巴克氏菌会提高埃及伊蚊的热敏感性，使其在高温下更易快速死亡，这可能会限制病毒传播给人类的地理范围以及共生菌用于生物控制的能力[31]。受蚊虫饲养规模和运输等因素的限制，该方法目前难以大规模的生产和大范围的投放。

2 病毒类杀虫剂

除细菌外，一些病毒也对媒介蚊虫的控制具有重要作用，其中以杆状病毒和蚊浓核病毒（mosqui‐to densoviruses, MDVs）多见。它们对宿主特异性强，对人畜不具有危害性。这些病毒主要通过蚊幼虫的中肠上皮细胞进入体腔，进入宿主细胞后大量繁殖，导致宿主死亡。

杆状病毒可以特异性感染蚊幼虫的中肠组织，诱导蚊虫的死亡。杆状病毒科核型多角体病毒（nu‐clear polyhedrosis viruses, NPV）被广泛应用于棉铃虫、舞毒蛾等农林业害虫的防制[32-33]。此外，作为一种高效的基因传递载体，杆状病毒可以转染到多种蚊子细胞中，比通常使用的哺乳动物细胞系和经典的质粒DNA 方法更有效[34]。然而受生产方法、生产成本以及杀虫速度等因素的限制，基于该病毒的杀虫剂市场规模较小。

蚊浓核病毒入侵方式简单。蚊幼虫经孳生水体感染，大多死于成虫期前；受感染的成蚊雌蚊可以在产卵期间通过卵膜或分泌物将病毒粒子沉积到幼虫环境中，这些病毒粒子会进一步在未感染幼虫与环境之间传播[35]。该病毒主要作用于伊蚊幼虫，且由病毒感染引起的幼虫死亡率因蚊虫种类和毒株的不同而具有差异。一种基于Bti和蚊浓核病毒协同增效作用的复合杀蚊油悬剂，在提高杀蚊效果的同时延缓了抗药性的产生[36]。此外，一种重组埃及伊蚊浓核病毒的基因分析工具可实现在白纹伊蚊幼虫体内基因的表达和敲除[37]，提示蚊浓核病毒也可以是很好的基因载体工具。众多研究表明，蚊浓核病毒在媒介蚊虫控制方面有巨大潜能，但生物学和生态学的研究空白以及较高的生产成本限制了其商业化[38]。

3 真菌类杀虫剂

在媒介蚊虫的控制上，病原性真菌也是不可或缺的一员。基于真菌的蚊虫杀虫剂种类繁多，与细菌类杀虫剂不同，真菌类杀虫剂无需蚊幼虫经口摄取，可穿透幼虫体壁进入体内进而导致蚊虫死亡。这类杀虫剂对成蚊也具有一定的毒性。常见的真菌包括金龟子绿僵菌（Metarhizium anisopliae）、球孢白僵菌（Beauveria bassiana）、大链壶菌（Lagenidi‐um giganteum）、贵阳腐霉（Pythium guiyangense）和雕蚀菌属（Coelomomyces）。尽管真菌的作用效果缓慢，但不易产生抗药性。中国、美国以及南美洲和非洲一些国家都存在绿僵菌制剂杀虫的安全使用记录[39]。

3.1 绿僵菌、白僵菌 绿僵菌可寄生于多种昆虫，尤其是在烟田害虫防制上有巨大潜力，对媒介按蚊、伊蚊和库蚊也有一定的致病性。天然绿僵菌菌株的杀灭速度缓慢，易受各种因素影响，往往不作为独立的蚊虫杀虫剂。实验显示，绿僵菌分生孢子与阿维菌素协同会改变埃及伊蚊的细菌群落结构，易感染真菌[40]；绿僵菌与印楝素组合可有效延长真菌半衰期同时提高其毒力[41]。通过转基因技术使绿僵菌表达昆虫特异性毒素，能够快速杀灭蚊虫，且比转基因蚊虫效果更佳[42]。此外，与自然种群中埃及伊蚊雌蚊的接触实验发现，雄蚊感染绿僵菌后接触率明显升高[43]，即绿僵菌有望同沃尔巴克氏菌一样，成为一种蚊虫防制的有效策略。

球孢白僵菌寄主范围广于绿僵菌，对淡色库蚊、致倦库蚊等多种蚊虫[44-45]以及烟粉虱[46]等农业害虫具有杀灭作用。其作用机制主要是在众多酶的助力下穿透宿主的表皮和角质层进入血淋巴，分泌大量杀虫物质对宿主产生杀灭作用[47]，并且白僵菌与蚊肠道菌群之间相互作用也可加速蚊虫死亡[48]。利用基因重组技术，使球孢白僵菌表达苏云金芽孢杆菌毒素Cyt2Ba，可显著降低埃及伊蚊和白纹伊蚊的存活率和繁殖率[49]。除此之外，该菌还有降解氯氰菊酯[50]、抑制伊蚊体内寨卡病毒复制[51]等优点。

虽然白僵菌、绿僵菌已经商品化生产，在某些害虫防制中取得了较成功的经验，但以两者分生孢子为杀虫活性的杀虫剂对32~35 ℃的持久性高温高度敏感，因此，为提高该类杀虫剂稳定性和持久性，应筛选耐热菌株，进一步开发及优化生产技术[52]。

3.2 大链壶菌、贵阳腐霉、雕蚀菌属 大链壶菌以无性繁殖阶段（游动孢子）感染蚊幼虫，侵入体内后杀死宿主，且幼蚊死后体内孢子对其他宿主仍具有感染性，即也可经尸体繁殖传播。一种基于大链壶菌的生物杀虫剂曾在美国得到商业化并广泛应用，然而，由于该菌可引起健康犬感染，导致该产品不再出售和使用[53-54]。另外，大链壶菌对环境敏感，其杀虫制剂易受温度、盐度等因素的影响。

贵阳腐霉分离自感染的白纹伊蚊，在水体中经无性繁殖释放游动孢子，可选择性识别和附着于水中蚊幼虫的体表，继而侵入体内，对宿主产生机械损伤和营养掠夺，致使蚊虫死亡[55]。该菌用于蚊虫杀灭效果好、安全性高，在商业开发和工业生产中具有一定的优势。但贵阳腐霉的长效贮存条件影响因素众多，菌种的保存方法需要进一步改进和优化。为解决贵阳腐霉作用不稳定和早期灭蚊效果缓慢的问题，苏晓庆设计了海藻酸钙微胶囊和菌丝体悬液两种新剂型用于蚊虫的生物防治[55]，目前还未形成商业化产品。

雕蚀菌属包含70多种水生寄生真菌，其孢子可专性寄生于蚊科和摇蚊科幼虫等水生昆虫。感染雕蚀菌属后，多数情况下幼虫死亡，少数情况下受感染雌蚊幼虫会存活至成虫阶段，出现可交配、不可产卵和可产真菌孢子的现象，产生的孢子可持续感染蚊幼虫[56]。因此，雕饰菌属可用于蚊虫密度的控制，但受中间宿主剑水蚤的限制，商业化生产的难度大大增加。

4 其他生物制剂

植物精油多源自植物叶片，其中的活性化合物具有驱蚊、抑制生长发育、干扰味觉感受器官进而影响其摄食功能等作用[57-58]，且基于植物精油的杀虫剂对不同发育时期的蚊虫均有效。一些萜类和苯丙烷类化合物具有灭蚊和杀菌的功效，多作为驱避剂的有效成分，在埃及伊蚊的密度控制上具有良好的效果[59-60]。樟科植物精油对埃及伊蚊和致倦库蚊幼虫具有杀灭作用，并可有效抑制一些细菌和真菌[61]。香茅中提取的香茅油，因其良好的驱蚊效果成为美国环保署注册驱蚊剂，但稳定性差[62]。源于印楝树的印楝素作为杀虫剂的活性成分具有广谱、高效、易降解等多种优势，受到人们的青睐[63]；除虫菊素取自除虫菊花，不同于化学杀虫剂拟除虫菊酯，天然除虫菊素为植物源性杀虫剂，具有毒性低、安全性好、可再生等优点[64]，但植物精油提取需要一定的过程，提取成本高昂，且有效成分含量不高。此外，环境适应力强的食蚊罗索线虫（Romanomer‐mis culicivorax），对伊蚊和库蚊具有一定的感染力，一定浓度的线虫也可有效控制冈比亚按蚊幼虫[65]。新报告的水生新绿藻对库蚊的发育具有抑制作用，有望作为一种新的生物制剂用于蚊媒的控制[66]。

5 结语与展望

当前，人口流动、经济全球化为媒介蚊虫的防控带来新的挑战，蚊媒传染病缺乏特异性疫苗和有效治疗方法，且蚊媒防制方面的抗药性问题日益凸显。因此，强有力的监测计划和积极的病媒控制工作仍是限制蚊媒传染病传播的最佳方法[67]。相较于其他杀虫剂而言，生物杀虫剂在安全性、抗药性以及环境保护等方面具有很大的优势，但受自身及其他因素影响，真正实现商业化的生物杀虫剂并不多。改进和完善生物杀虫剂的生产、储存、运输和使用条件，以及如何在维持生态平衡的前提下发挥生物杀虫剂的最大优势值得进一步探索和研究。