**摘要**
飞虱，包括褐飞虱（Nilaparvata lugens）、白背飞虱（Sogatella furcifera）和小褐飞虱（Laodelphax striatellus），是亚洲最具破坏性的水稻害虫之一。新烟碱类杀虫剂，尤其是吡虫啉，已被广泛用于控制这些害虫，但其密集使用导致了多个物种和地区快速出现高抗性。长期监测显示，抗性水平存在显著的空间和时间变化，这些变化受到局部选择压力和季节性迁徙动态的影响。抗性主要通过代谢解毒机制实现，其中细胞色素P450单加氧酶（CYPs）起着核心作用，特别是在褐飞虱中的CYP6ER1及其在白背飞虱和小褐飞虱中的同源物，这一点通过RNA干扰（RNAi）、异源表达和基因组编辑研究得到了证实。羧酯酶、谷胱甘肽S-转移酶、UDP-糖基转移酶和ATP结合盒转运蛋白也参与了解毒过程，而尼古丁乙酰胆碱受体的靶点突变在野外种群中相对较少见。转录组分析表明，包括CncC/MafK、HNF4和MAPK信号通路在内的调控网络控制着CYP的过表达，比较证据表明不同物种间的解毒途径存在趋同进化。本文综合了目前关于水稻飞虱新烟碱类抗性监测、分子机制和进化动态的知识，重点关注褐飞虱-吡虫啉系统，并结合了白背飞虱和小褐飞虱的比较结果。同时，还讨论了综合抗性管理和可持续害虫控制（包括基于RNAi的方法）的相关意义。
**CYP6ER1及相关P450同源物是水稻飞虱新烟碱类抗性的主要驱动因素**。褐飞虱的抗性上升速度最快，而白背飞虱和小褐飞虱的抗性趋势较低或更为异质。比较证据支持综合抗性管理，并突出了不同物种间的关键调控差异。
**1 引言**
水稻飞虱，尤其是褐飞虱（Nilaparvata lugens）、白背飞虱（Sogatella furcifera）和小褐飞虱（Laodelphax striatellus），是亚洲最具破坏性的吸汁害虫之一。这些害虫通过直接取食韧皮部导致植物萎蔫和典型的“飞虱灼伤”症状，同时通过传播水稻条纹病毒和水稻草状矮缩病毒等植物病毒造成经济损失（Wang等人，2022年）。它们的高繁殖力、短世代时间、季节性长距离迁徙以及显著的遗传可塑性促进了种群的快速增长和适应农业管理措施的能力。因此，杀虫剂抗性已成为水稻生产系统中的持续挑战（Huang等人，2023年）。20世纪90年代引入的新烟碱类杀虫剂因其高杀虫效力、在植物体内的系统活性以及相对良好的哺乳动物安全性而迅速成为控制飞虱的主要手段。吡虫啉作为首个商业化的新烟碱类杀虫剂，通过激活昆虫的尼古丁乙酰胆碱受体（nAChRs）导致神经元长时间兴奋，最终导致麻痹和死亡。自其在水稻种植区广泛使用以来，吡虫啉对褐飞虱、白背飞虱和小褐飞虱的有效控制持续了近十年（Liu等人，2005年；Zhang等人，2018年）。在许多水稻生产系统中，新烟碱类杀虫剂不仅用于叶面喷洒，还作为种子或幼苗处理进行预防性使用，使这种系统性化合物能够在作物早期生长期间保护幼苗数周。这种早期保护尤为重要，因为水稻幼苗极易受到飞虱侵害，早期害虫爆发会显著降低植物的活力和产量潜力（Simon-Delso等人，2015年；Tooker等人，2017年）。然而，吡虫啉的密集和长期使用对野外种群施加了强烈的选择压力，导致抗性的迅速出现。21世纪初，东亚地区的褐飞虱种群中首次记录到高水平的吡虫啉抗性，抗性比率（RRs）随时间急剧增加，并通过迁徙种群扩散（Matsumura等人，2014年）。到21世纪中叶，白背飞虱的抗性已表现出区域差异，例如江苏省的种群对吡虫啉和其他几种杀虫剂表现出高度抗性，而其他地区的种群则仍保持敏感（Gao等人，2008年）。后续监测研究表明，抗性动态在不同飞虱物种和地理区域之间存在差异，反映了杀虫剂使用模式、局部选择压力和迁徙介导的基因流的影响（Li等人，2021年；Zhang等人，2014年）。为了解决吡虫啉效力下降的问题，随后将噻虫胺、噻虫嗪、啶虫脒和尼虫吡胺等新烟碱类杀虫剂纳入水稻害虫管理计划。尽管这些化合物最初在某些地区恢复了控制效果，但很快出现了交叉抗性，尤其是在表现出增强解毒能力的褐飞虱和小褐飞虱种群中（Mu等人，2016年；Xiao等人，2020年；Zhang等人，2018年）。越来越多的证据表明，飞虱的新烟碱类抗性主要通过代谢解毒机制实现，涉及细胞色素P450单加氧酶（CYPs）的过表达，此外还有酯酶和ATP结合盒（ABC）转运蛋白的贡献（Elzaki等人，2017年；Sun等人，2017年；Wang等人，2017年）。功能验证研究表明，几种飞虱CYP酶可以直接代谢吡虫啉及相关新烟碱类杀虫剂，从而在基因过表达和抗性表型之间建立了强有力的机制联系（Elzaki等人，2017年；Miah等人，2017年；Teng等人，2025年；Xiao等人，2020年）。同时，新烟碱类杀虫剂的持续使用越来越受到监管和环境因素的影响。关于其对传粉者和其他有益节肢动物潜在影响的担忧导致某些地区限制或禁止使用某些新烟碱类杀虫剂，特别是在欧盟（Bass等人，2015年；Bass和Field，2018年；Jeschke等人，2011年）。这些监管发展突显了更好地理解抗性进化、改进抗性管理策略以及探索既能保持有效控制又能降低生态风险的替代害虫管理方法的必要性。最近的转录组、功能和结构研究表明，飞虱新烟碱类抗性的进化涉及复杂的调控变化，而不仅仅是简单的单基因突变。例如，在小褐飞虱中，抗性可能涉及靶点改变、广泛的转录重编程以及能够解毒多种杀虫剂的代谢途径的激活（Choi等人，2025年；Zhang等人，2018年）。对褐飞虱、白背飞虱和小褐飞虱的比较分析也表明，即使特定抗性相关基因在不同物种间存在差异，解毒功能也存在显著的进化趋同（Teng等人，2025年；Yang等人，2018年）。本文综合了目前关于抗性监测、分子和生化机制、调控信号通路以及水稻飞虱新烟碱类抗性进化动态的知识，特别强调了作为典型模型的褐飞虱-吡虫啉系统，并结合了白背飞虱和小褐飞虱的比较结果，以突出共同的和物种特异性的抗性轨迹。最后，讨论了新兴的抗性管理策略和未来可持续控制飞虱种群的研究方向。尽管对CYP介导的抗性有了广泛的了解，但仍存在关键空白。驱动CYP6ER1过表达的精确分子机制——无论是通过基因复制、启动子变异、转座元件插入还是表观遗传调控——尚未完全阐明。此外，褐飞虱、白背飞虱和小褐飞虱之间CYP调控的明显物种差异表明，不同的调控机制可能导致了趋同的抗性表型。理解这些上游调控因素是当前研究的主要重点。
**1.1 文献搜索策略和数据选择**
本综述采用了结构化的文献调查方法，以确保全面覆盖水稻飞虱的新烟碱类抗性。从Web of Science、Scopus、PubMed和Google Scholar等主要科学数据库中检索了经过同行评审的文章。搜索使用了诸如“N. lugens”、“S. furcifera”、“L. striatellus”、“新烟碱类抗性”、“吡虫啉”、“细胞色素P450”、“解毒”、“交叉抗性”和“RNA干扰（RNAi）”等关键词组合。
优先考虑了2000年至2025年间发表的研究，以捕捉长期抗性趋势和最近的分子进展。纳入标准包括：(i) 报告半数致死浓度（LC50）、半数致死剂量（LD50）或抗性比（RRs）的田间或实验室抗性监测研究；(ii) 抗性机制的功能或转录组分析；(iii) 与飞虱抗性生物学相关的比较或综述研究。缺乏定量数据或明确方法描述的研究被排除在外。图1和支持信息S1：表2中的长期监测数据综合了来自东亚和东南亚的多个独立研究，提供了抗性时间和地理动态的代表性概览。
**2 抗性监测：分布、动态和进化**
**2.1 地理和时间模式**
大多数关于水稻飞虱的抗性监测研究是在亚洲水稻生产系统中进行的，特别是在这些害虫造成最大经济损失的东亚和南亚地区。因此，本文综述的重点是这些地区的抗性数据。为了说明主要抗性趋势，图1汇总了来自中国、日本、韩国和几个其他亚洲国家的已发表研究的代表性监测数据。图1和支持信息S1：表2中总结的数据集包括跨越大约二十年的多项长期田间调查和实验室研究的结果，涵盖了三种主要的水稻飞虱（褐飞虱、小褐飞虱和白背飞虱）。基线敏感性值来自实验室敏感菌株或早期田间种群，这些菌株的LC50和LD50值非常低（支持信息S1：表1）。这些基线为计算抗性比（RRs）和解释长期抗性轨迹提供了重要参考点。在三种主要物种中，褐飞虱的抗性随时间上升最为明显（图1A）。早期研究表明，敏感种群中的吡虫啉LC50值极低（0.08 mg/L；支持信息S1：表1），反映了新烟碱类杀虫剂引入时的高内在毒性（Wang等人，2008年）。然而，21世纪中叶后抗性急剧增加，抗性比从21世纪初的相对较低水平上升到2012年的超过3000倍，并在2020年至2023年间某些中国种群中超过9000倍（支持信息S1：表2；图1B）（Ye等人，2024年）。这些模式在图1A和B中得到了明显体现，其中褐飞虱的抗性随时间和地区显著增加。日本和韩国的类似趋势进一步表明，抗性上升在地区上是同步的，可能是由于密集的杀虫剂使用和长距离迁徙（Matsumura等人，2014年；Fujii, Sanada-Morimura, Oe等人，2020年；Fujii, Sanada-Morimura, Matsukura等人，2020年；Choi等人，2025年）。相比之下，白背飞虱的抗性趋势较为温和且相对稳定（图1A）。尽管基线敏感性与褐飞虱相似（支持信息S1：表1），但田间种群通常表现出低至中等的抗性水平。支持信息S1：表2中的数据显示，白背飞虱的抗性比通常从接近敏感水平到大约60倍不等，即使在中国和日本的最新调查中也是如此（Jin等人，2017年；Li等人，2021年）。中国、日本和韩国的长期监测表明，白背飞虱的抗性增加更为缓慢，且远低于褐飞虱（图1A）。与褐飞虱不同，白背飞虱在图1A中没有表现出急剧的时间上升，而是逐渐且有限的增加。这种模式表明选择压力较弱或不一致，可能反映了生态差异，如更广泛的宿主植物利用和在水稻主导系统中较低的暴露强度。同样，小褐飞虱也表现出中等但空间上异质性的抗性发展，图1A中也可见这种模式。支持信息S1：表2显示，小褐飞虱的抗性比通常低于大约100倍，尽管早期研究中偶尔报告过更高的值（高达约799倍）（Gao等人，2008年；Jeong等人，2016年；Zhang等人，2014年）。与褐飞虱不同，小褐飞虱没有表现出一致的时间上升趋势，而是表现出跨地区的抗性波动，表明局部选择压力和种群结构起着更重要的作用。区域比较进一步支持了这些物种间的差异。如图1B所示，东亚是抗性进化的主要热点，特别是对于褐飞虱，中国、日本和韩国的抗性随时间表现出强烈且同步的增加。相比之下，来自东南亚和南亚的数据（支持信息S1：表2）显示，所有三个物种的抵抗水平都较低且变化较大（Bao等人2016年；Chowdary等人2025年；Fujii、Sanada-Morimura、Oe等人2020年；Garrood等人2016年），尤其是在WBPH和SBPH中，抵抗水平的上升较为有限。实验选择研究进一步支持了这些野外观察结果。BPH中抵抗力的高实现遗传率（Diptaningsari等人2019年）与图1A、B中显示的快速增加一致。相比之下，支持信息S1：表2中观察到的WBPH和SBPH的相对有限的抵抗范围表明，在类似的选择压力下，它们的进化反应较慢。抵抗力的放大不仅限于吡虫啉。图1C和支持信息S1：表2中总结的监测数据显示，BPH对其他新烟碱类杀虫剂（包括噻虫嗪、啶虫脒和噻虫啉）的抵抗力也在增加。然而，在WBPH和SBPH中，多杀虫剂抗性模式不太明显，其抵抗水平在各种化合物之间相对适中（Wang等人2008年；Zhang等人2016年）。总体而言，长期监测数据表明，亚洲水稻农业生态系统中存在明显的物种特异性抵抗轨迹：BPH经历了快速而广泛的抵抗进化，而WBPH和SBPH则表现出较慢或更渐进的、空间上异质性的抵抗发展。这些模式在图1中得到了清晰总结。需要注意的是，区域抵抗趋势的解释可能受到研究之间采样强度、监测频率和实验方法差异的影响。此外，图1和支持信息S1：表2总结的是代表性数值，因此未能捕捉到种群间的全部变异范围。
2.2 交叉抗性和遗传性
抗性监测和实验室选择研究表明，新烟碱类杀虫剂在BPH种群中的交叉抗性已经确立。如图1C所示，对吡虫啉的抗性通常伴随着对噻虫嗪、啶虫脒和噻虫啉的抗性增加。支持信息S1：表2进一步支持了这些趋势，显示同一种群中多种化合物的抵抗率（RRs）同时增加（Fujii、Sanada-Morimura、Oe等人2020年；Wu等人2018年；Ye等人2024年；Zhang等人2016年）。在WBPH中，虽然存在交叉抗性的证据，但相对有限。支持信息S1：表2的数据表明，暴露于吡虫啉的种群可能对其他新烟碱类杀虫剂的敏感性降低；然而，各种化合物的抵抗水平通常保持在较低到中等范围内（Jin等人2017年；Li等人2021年）。与BPH不同，WBPH没有表现出强烈的多杀虫剂抗性上升，这表明其交叉抗性的发展较弱或不太一致。同样，SBPH也表现出部分交叉抗性模式，尽管这些模式不太一致且更依赖于地区。支持信息S1：表2显示，对吡虫啉具有抗性的SBPH种群可能对其他新烟碱类杀虫剂表现出中等程度的抗性，但没有像BPH那样明显和协调的增加。这些发现表明，三种物种都存在交叉抗性，但在强度和一致性上存在显著差异。这些种间差异可能反映了潜在的抗性机制的差异。在BPH中，交叉抗性通常与增强的代谢解毒作用密切相关，而在WBPH和SBPH中，抗性似乎涉及更复杂且不太明确的机制（Mu等人2016年；Wang等人2008年；Ye等人2024年）。因此，应谨慎解释交叉抗性模式，因为它们可能并不总是反映物种间的相同分子机制。关于遗传性的研究进一步突出了这些差异。在BPH中，抗性通常是常染色体遗传的，并且部分显性（Ding等人2013年；Diptaningsari等人2019年），这有助于在选择压力下快速传播。相比之下，WBPH和SBPH的遗传模式研究相对较少，尽管它们的抵抗水平较低且变化较大（支持信息S1：表2），这表明它们可能具有更复杂或多基因的遗传结构。总的来说，这些发现表明，虽然BPH是理解新烟碱类抗性的主要模型，但WBPH和SBPH表现出相似但强度较低且不太可预测的交叉抗性和遗传模式，这突显了当前知识中的重要空白。
2.3 适应成本和进化稳定性
与新烟碱类抗性相关的适应成本因物种、抗性机制和环境条件而异。在BPH中，一些高度抗性的种群在没有杀虫剂暴露的情况下表现出繁殖力降低、发育延迟或存活率下降（Chowdary等人2025年；Ding等人2013年；Wu等人2018年；Ye等人2024年）。然而，补偿性进化或额外的基因变化可能会随着时间的推移降低这些成本，从而允许抗性种群在选择压力减少时仍然存在（Chowdary等人2025年；Ding等人2013年；Wu等人2018年；Ye等人2024年）。相比之下，表现出中等抗性的WBPH种群通常表现出相对较小的适应成本，这可能有助于抗性等位基因的维持（Li等人2021年；Zhang等人2017年）。SBPH种群在多个监测区域和年份中也表现出相对稳定的抗性表型（Jeong等人2016年；Zhang等人2014年）。总的来说，这些观察结果表明，特别是在BPH中，水稻飞虱的新烟碱类抗性可以在持续接触杀虫剂的情况下保持进化稳定。因此，图1和支持信息S1：表2中总结的时间和地理模式突显了在亚洲水稻生产系统中长期依赖新烟碱类杀虫剂管理飞虱所面临的挑战。
3 抵抗机制
水稻飞虱的新烟碱类抗性是由多种生理和分子过程引起的，这些过程降低了杀虫剂的毒性。这些过程主要包括分子靶点的改变、增强的代谢解毒作用以及控制解毒基因表达的调节机制。现有证据表明，在大多数野外种群中，代谢抗性是主要机制，而靶点修饰的作用相对较小。
3.1 基于靶点突变的抗性
新烟碱类杀虫剂通过与nAChRs结合来发挥其杀虫活性，nAChRs是由昆虫神经系统中的多个α和β亚单位组成的异五聚体配体门控离子通道。影响这些受体的突变是几种昆虫类群中的重要抗性机制。然而，关于水稻飞虱靶点抗性的证据仍然有限。到目前为止，仅在BPH中报告了一个nAChR α亚单位的突变（Y151S）。这一突变是在一个来自中国的实验室选择菌株中发现的（Liu等人2005年）。尽管实验分析表明Y151S可以在实验室条件下降低受体对吡虫啉的敏感性，但后续研究依赖于相同的遗传背景，并且尽管在亚洲进行了广泛的抗性监测，该突变尚未在独立的野外种群中被检测到（Matsumura等人2008年；Ye等人2024年）。现有数据还表明，这种替代可能会带来可测量的适应成本，包括繁殖力降低、生殖性能受损和发育延迟，这可能限制其在自然条件下的持久性（Zhang等人2022年）。飞虱中nAChR突变的罕见性与在其他吸汁害虫（如蚜虫）中观察到的抗性模式形成对比，在蚜虫中，nAChRs的β亚单位突变与高抗性水平反复相关。在模型系统中的实验工作表明，某些β亚单位替代可以显著降低新烟碱类杀虫剂的结合亲和力，同时保持正常的受体功能（Cheng等人2025年）。类似的机制也在蚜虫和其他半翅目害虫中被报道（Zhang等人2022年）。然而，在飞虱野外种群中尚未检测到类似的突变，这表明导致靶点抗性的进化途径可能因昆虫谱系而异。最近来自西方花蓟马（Frankliniella occidentalis）的功能证据进一步说明了某些昆虫中β亚单位介导的抗性的进化可行性。（Huang等人2026年）表明，β1亚单位的R80T突变显著降低了多种新烟碱类杀虫剂的亲和力和效力，包括吡虫啉、噻虫胺和噻虫啉，但不影响乙酰胆碱敏感性。然而，尽管进行了广泛的分子监测，但在飞虱种群中尚未检测到此类突变。除了结构突变外，几项转录组研究还报告了抗性飞虱种群中特定nAChR亚单位的表达改变。尽管如此，现有证据表明，这些变化本身不太可能解释野外种群中观察到的高抵抗率，后者通常超过数百倍（Garrood等人2016年；Matsumura等人2008年；Thany 2025年；Ye等人2024年）。因此，靶点机制似乎对大多数飞虱种群的新烟碱类抗性的贡献有限。飞虱中靶点突变的罕见性提出了重要的进化问题。一种可能的解释是结构限制，即nAChR亚单位的突变可能会破坏重要的神经功能，导致严重的适应成本。另一种可能是代谢解毒途径的高效率和灵活性可能减少了靶点进化的选择压力。这些假设在很大程度上尚未得到验证，代表了未来研究的重要方向。
3.2 代谢抗性：解毒和调节
越来越多的证据表明，代谢解毒是水稻飞虱新烟碱类抗性的主要机制。这一过程涉及将杀虫剂通过一系列酶促生物转化成毒性较低或更容易排泄的代谢物，通常包括I期（功能化）、II期（结合）和III期（转运）反应。其中，细胞色素P450单加氧酶（CYPs）在I期氧化中起核心作用，而谷胱甘肽S-转移酶（GSTs）、UDP-糖基转移酶（UGTs）和羧基/胆碱酯酶（CCEs）则参与下游的解毒过程（Wang等人2008年；Cheng等人2025年；Yang等人2020年）。在水稻飞虱中，许多研究表明，抗性种群表现出显著增强的解毒酶活性和基因表达，与敏感菌株相比。例如，CYP介导的代谢增加一直与对吡虫啉和其他新烟碱类杀虫剂的抗性相关（Bass等人2011年；Pang等人2016年；Zhang等人2023年）。在WBPH和SBPH中也报告了类似的趋势，转录组和生化分析表明抗性种群的解毒能力增强（Jin等人2017年；Li等人2021年；Elzaki等人2017年）。除了酶活性外，控制解毒基因表达的调节机制在抗性进化中也起着关键作用。新烟碱类杀虫剂的暴露可以诱导由MAPK级联和转录因子（TFs）等信号通路介导的转录反应，包括CncC/MafK和AhR/ARNT，这些因子调节解毒基因（Mao等人2022年；Tang等人2020年）。这些调节过程有助于诱导性和适应性抗性表型的形成，使昆虫能够快速响应杀虫剂暴露。总的来说，这些发现表明，飞虱的代谢抗性不是由单一基因驱动的，而是由整合的解毒网络和调节系统共同作用的，如图2所示。
3.3 细胞色素P450单加氧酶和细胞色素P450还原酶
CYPs是与水稻飞虱新烟碱类抗性最相关的解毒酶。在BPH中，CYP6ER1基因被反复确定为关键的抗性决定因素。多项研究表明，抗性种群中CYP6ER1的表达显著增强，其转录水平比敏感菌株高出数倍。通过RNAi、异源表达和CRISPR为基础的敲除实验的功能验证证实了其代谢吡虫啉及相关化合物的能力（Pang等人2014年；Zhang等人2023年；Zimmer等人2018年）。这些发现总结在表1中。表1. 水稻飞虱新烟碱类抗性中涉及的关键细胞色素P450基因。物种
关键CYP基因
参与证据
报告的表达差异（倍数变化）
功能意义
参考文献
Nilaparvata lugens
CYP6ER1（vA, vB, vC）
在多重抗性种群中过表达；RNAi敲低；转基因表达；CRISPR敲除；qRT-PCR；miRNA调控；敲除敏感性；交叉抗性测定
在野外种群中高达约40倍；在抗性种群中约13–30倍（取决于种群）
主要的新烟碱类代谢酶，具有强烈的转录上调和针对多种新烟碱类的特异性催化活性
Bass等人（2011年）；Choi等人（2025年）；Jin等人（2019年）；Jin等人（2025年）；Pang等人（2016年）；Tang等人（2020年）；Zhang等人（2023年）；Zimmer等人（2018年）
CYP6AY1
可诱导表达；代谢测定；qRT-PCR
在抗性种群中过表达约4–5倍
对抗性的附加或条件性贡献
Bao等人（2016年）
CYP4CE1
转录组过表达与CYP活性相关
在抗性菌株中过表达超过5倍
参与代谢解毒网络
Zhang等人（2016年）
Laodelphax striatellus
CYP6ER2
RNA-seq、qRT-PCR、分子对接
在抗性菌株中上调超过30–35倍
CYP6ER1的结构和功能同源物；转录驱动的解毒和跨类抗性
Choi等人（2025年）
CYP353D1v2
异源表达；代谢测定、分子对接-酶测定、协同效应测试、qRT-PCR、RNAi
经过选择后显著过表达（高达16倍）
高效的吡虫啉代谢；趋同进化
Elzaki等人（2017年）；Elzaki等人（2016年）
CYP6AY3v2
功能表达和酶活性测定
与抗性相关（高达约8倍）
对新烟碱类具有强催化活性
Elzaki等人（2016年）；Wang等人（2017年）
除了CYP6ER1外，其他几种CYP基因（包括CYP6AY1、CYP4ACE1、CYP6CS1、CYP6CW1、CYP6CW9、CYP425B1和CYP6FJ3）也通过转录组和功能分析被证实与抗性有关（Bao等人2016年；Choi等人2026年；Xia等人2022年；Zhang等人2024年；Zhang等人2016年）。结构变异（包括底物识别位点的氨基酸替换）以及基因复制和拷贝数变异进一步增强了抗性种群的代谢能力（Choi等人2025年；Gong等人2023年）。值得注意的是，类似的解毒机制也在WBPH和SBPH中被发现，尽管研究较少。在SBPH中，CYP353D1v2和CYP6AY3v2已被证实能有效代谢吡虫啉，表明不同物种之间的解毒途径存在趋同进化（Elzaki等人2016年；Elzaki等人2017年；Wang等人2017年）。WBPH的转录组研究也显示多种CYP基因因新烟碱类暴露而过表达，表明存在类似的代谢抗性机制（Jin等人2017年；Li等人2021年）。细胞色素P450还原酶（CPR）是CYP催化活性所需电子转移的关键酶。功能研究表明，敲低CPR会显著增加对新烟碱类的敏感性，证实了其在支持P450介导的解毒中的关键作用（He等人2023年）。因此，CYPs和CPR的协同作用构成了抗性的核心代谢系统。总体而言，这些发现表明CYP介导的解毒是一种保守但具有物种特异性的机制，其中BPH表现出最强且最明确的响应，而WBPH和SBPH则表现出相似但相对较弱且定义不明确的模式。
3.4 其他解毒途径
除了CYP酶外，还有其他几种解毒系统可能有助于新烟碱类的耐受性。CCEs在昆虫基因组中普遍存在，且在BPH和WBPH的抗性种群中报告了酯酶活性的升高（Li等人2021年；Mao等人2021年）。这些酶可能参与杀虫剂的水解或CYP介导的氧化过程中产生的中间代谢物的解毒。GSTs和UGTs通常参与第二阶段解毒过程，通过结合反应性代谢物来提高其溶解度以便后续排泄（Cheng等人2021年；Yang等人2020年）。ABC转运蛋白进一步促进杀虫剂及其代谢物从细胞中的清除，从而降低细胞内浓度（Sun等人2017年；Wang等人2022年）。尽管许多研究报道了这些酶的表达与新烟碱类抗性之间的关联，但大多数证据仅是相关的，并主要来自转录组分析，而非像CYP酶那样的直接代谢测定。因此，它们的作用最好解释为更广泛解毒网络的支持成分，而非主要的抗性决定因素。
3.5 控制解毒的调控网络
最近的研究表明，飞虱的代谢抗性也受到调控解毒基因表达的调控途径的影响。暴露于外源物质可以激活调节解毒酶的转录因子（TFs）的信号级联。几种TFs，包括CncC/MafK、HNF4、AP-1、AhR/ARNT、FoxO和CREB，已被证实参与昆虫解毒基因的调控。在飞虱中，转录组和功能证据表明这些调控因子可能影响P450酶和其他解毒基因的表达。丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）信号通路的激活，特别是JNK-ERK级联，也与杀虫剂诱导的转录反应有关（Cheng等人2021年；Mao等人2022年；Tang等人2020年）。然而，飞虱解毒基因表达的调控机制仍不完全清楚，许多调控相互作用是从表达模式推断出来的，而非直接的功能实验。
3.6 氧化应激和信号响应
外源物质的代谢经常产生活性氧（ROS），它们既可作为细胞毒性副产物，也可作为信号分子。研究表明，ROS水平的升高可以激活MAPK信号级联，从而将代谢应激与解毒基因的转录调控联系起来。活性氮物种，特别是一氧化氮（NO），也被提出作为调节昆虫应激的介质。在BPH中的实验研究表明，使用NO供体可以部分恢复对新烟碱类的敏感性，表明NO可能干扰解毒途径或氧化还原平衡（Elzaki等人2020年）。NO信号在植物和脊椎动物中已被充分研究（Al Azzawi等人2023年；Khan等人2021年），它在神经通讯、免疫反应和生理调节中起作用（Müller 1997年）。然而，尽管有这种生理框架，NO信号与杀虫剂抗性之间的直接机制联系仍大部分未得到探索。在几种昆虫系统中，NO还与免疫途径和氧化信号网络相互作用。例如，在S. exigua中的研究表明，NO调节磷脂酶A₂活性和免疫反应（Sadekuzzaman等人2018年）。在行为和免疫测定中同时使用NOS抑制剂（如NG-硝基-L-精氨酸甲酯）和NO供体揭示了NO对昆虫生理的复杂调节作用（Han等人2022年）。尽管有这些发现，NO在调节解毒系统或抗性进化中的作用仍是一个新兴的研究领域。
3.7 新烟碱类抗性的综合框架
上述机制共同表明，水稻飞虱的新烟碱类抗性源于代谢、调控和生理过程的复杂相互作用（图2）。现有证据一致表明，增强的代谢解毒——主要由CYP酶介导——是大多数野外种群抗性的核心机制（Bass等人2011年；Pang等人2016年；Zhang等人2023年）。CYP酶的第一阶段代谢由第二阶段解毒系统（包括GSTs、UGTs和CCEs）以及第三阶段运输过程（由ABC转运蛋白介导）支持，这些过程共同促进了杀虫剂的解毒和消除（Cheng等人2021年；Yang等人2020年；Sun等人2017年）。调控信号通路，包括MAPK级联和TFs（如CncC/MafK和AhR/ARNT），进一步调节外源物质暴露后的解毒基因表达（Cheng等人2021年；Mao等人2022年；Tang等人2020年）。此外，氧化应激等生理过程也影响抗性动态。杀虫剂代谢过程中产生的ROS可以激活影响解毒基因表达的信号通路，从而将代谢应激与适应性反应联系起来（Elzaki等人2020年）。新兴证据还表明，NO可能调节氧化还原平衡并影响对杀虫剂的敏感性，尽管其机制作用仍不完全清楚。相比之下，靶点抗性在飞虱中的作用相对较小，这从野外种群中nAChR突变的有限发生中得到证实（Matsumura等人2008年；Ye等人2024年）。综上所述，这些相互作用机制表明，新烟碱类抗性是一种保守但具有物种特异性的机制，其中BPH表现出最强且最明确的响应，而WBPH和SBPH则表现出相似但相对较弱且定义不明确的模式。
4 管理策略和未来展望
虽然新烟碱类杀虫剂历史上有效控制了水稻飞虱，但其长期可持续性因抗性的广泛出现而受到威胁。除了抗性问题外，日益严格的监管和对传粉者及有益节肢动物的非目标影响的记录也进一步复杂化了其在作物保护计划中的持续使用（Bass和Field 2018年；Jeschke等人2011年）。因此，未来的管理策略必须超越对单一杀虫剂的依赖，采用综合抗性管理方法。最近引入的几种杀虫剂，包括sulfoxaflor、triflumezopyrim和flupyrimin，目前对许多飞虱种群仍然有效，并越来越多地被纳入水稻害虫管理计划。然而，飞虱的强大代谢能力和广泛参与的解毒酶的存在引发了人们对这些新化学物质也可能产生抗性的担忧（Liao等人2021年；Roy等人2025年；Zhang等人2020年）。因此，基于不同作用机制的精心设计的杀虫剂轮换计划对于减缓抗性进化至关重要。抗性监测也是可持续管理的关键组成部分。常规的生物测定结合分子诊断可以帮助在控制失败之前检测到抗性相关基因表达或流行度的变化，包括CYP家族酶的变化，这可能提供有关代谢抗性演变的早期预警指标（Feyereisen 2012年；Nauen等人2022年）。跨地区的长期标准化监测框架对于跟踪抗性动态和制定适应性管理策略尤为重要。除了化学控制外，综合害虫管理（IPM）策略越来越被认为是长期控制飞虱的关键。农业实践，如同步种植、平衡氮肥施用和优化灌溉制度，可以减少飞虱种群的增长并限制其爆发（Horgan 2024年）。宿主植物的抗性也在水稻害虫管理中发挥了重要作用，几种抗性水稻品种已显示出对飞虱种群的部分抑制作用（Horgan等人2015年；Jena和Kim 2010年）。然而，宿主抗性的持久性可能受到飞虱快速适应能力的限制，这突显了持续培育和多样化抗性基因的必要性（Horgan等人2018年）。生物控制剂也在水稻生态系统中发挥了重要作用，包括寄生蜂、捕食性半翅目昆虫和其他节肢动物捕食者，它们在有利生态条件下可以显著减少飞虱种群（Lu等人2014年；Wang等人2024年）。通过减少杀虫剂使用和栖息地管理来保护这些有益生物，可以增强生物控制服务并促进更可持续的害虫管理系统（Bari等人2025年；Zheng等人2021年）。除了这些成熟的方法外，新兴的分子技术也可能为未来的害虫管理提供补充工具。RNAi作为一种潜在策略，受到越来越多的关注，可用于靶向关键昆虫基因，包括参与解毒或生理调节的基因。dsRNA稳定和递送系统的进步（如纳米颗粒载体、层状双氢氧化物纳米载体、壳聚糖基制剂和可喷洒的dsRNA技术）提高了RNAi在实验和温室条件下的可行性（Christiaens等人2020年；Yan等人2020年）。最近的研究进一步表明，RNAi可以通过转基因和非转基因递送系统（包括叶面喷洒、灌溉、树干注射和纳米颗粒介导的递送）进行应用，扩展了其在作物保护中的潜力（Dong等人2022年；Khan等人2025年）。然而，尽管有这些进步，RNAi仍是一项发展中的技术，存在一些重要限制。例如，在吸食韧皮部的昆虫（如飞虱）中，dsRNA的吸收效率通常较低，且核酸酶的降解会显著降低其在田间条件下的稳定性。此外，不同物种和种群之间RNAi反应性的差异可能限制其一致性和可靠性。这些限制突显了改进递送系统和深入理解飞虱中RNAi机制的必要性。因此，RNAi应被视为综合害虫管理框架中的补充工具，而非独立解决方案。总体而言，可持续管理飞虱种群需要一种协调的多方面方法。结合抗性监测、合理的杀虫剂轮换、宿主植物抗性和生物控制，将是减少选择压力和延缓抗性进化的重要手段。
5 结论
水稻飞虱仍然是亚洲水稻生产的主要挑战，新烟碱类抗性的进化突显了它们的强大适应能力。现有证据表明，抗性主要由增强的代谢解毒驱动，特别是通过CYPs及相关途径。尽管在实验室条件下已经观察到了目标位点的突变，但这些突变在大多数野外种群中的作用似乎较为有限。对BPH（细菌性水稻病害）、WBPH（温带细菌性水稻病害）和SBPH（南方细菌性水稻病害）的比较研究表明，抗性进化涉及类似的解毒机制，但遗传路径因物种特异性生物学特性和局部选择压力而有所不同。基因组学、转录组学和功能遗传学的进步提高了我们对抗性分子机制的理解。从管理角度来看，实现可持续控制需要结合化学、生物和文化方法的综合害虫管理策略。抗性监测、杀虫剂轮换、天敌保护以及抗性水稻品种的推广仍是这些策略的关键组成部分。新兴的分子技术（包括基于RNAi的方法）可以提供额外的工具，但最有可能在与现有措施结合使用时发挥最大效果。深入理解抗性机制及其生态后果对于制定有效的长期控制策略至关重要。持续开展将分子生物学、生态学和害虫管理相结合的跨学科研究对于保持现有和未来控制措施的有效性至关重要。
作者贡献：
Minyoung Choi：概念构思、研究、初稿撰写、审稿与编辑、数据整理、软件使用。
Murtaza Khan：概念构思、初稿撰写、审稿与编辑、验证、数据整理、数据分析。
Juil Kim：概念构思、研究、资金获取、审稿与编辑、项目管理、监督、数据整理。
致谢：
本研究得到了韩国农村发展管理局（RS-2021-RD009891）支持的农业科学技术发展合作研究计划以及韩国教育部资助的韩国国家研究基金会（NRF-2021R1A6A1A03044242）基础科学研究计划的资助。
利益冲突：
作者声明没有利益冲突。
数据可用性声明：
支持本研究结果的数据可应合理要求向通讯作者索取。
