全球化和气候变化加剧了蚊虫及其传播病原体的扩散,蚊虫作为登革热、疟疾、乙脑等多种传染病的主要传播媒介,蚊虫防治已成为公共卫生领域的重要课题,化学杀虫剂仍是快速降低虫媒病毒和原虫传播风险的主要手段。然而,被低估或忽视的杀虫剂抗性可能削弱成蚊控制的效果,长期、单一使用同类型杀虫剂导致蚊虫通过基因变异产生抗药机制——从酶系统代谢能力增强到靶标位点敏感性下降,多重抗性机制叠加,使得部分地区蚊虫对拟除虫菊酯类、有机磷类等主流杀虫剂的耐药性数倍增长。
为应对这一问题,监测杀虫剂对蚊虫效力和抗性已成为蚊虫综合管理计划的核心策略之一。但传统的生物测定方法评估杀虫剂抗药性在我国目前主要由疾控系统开展,高校科研机构为辅,因此监测结果存在差异和滞后,且与环境限制、生物过程及抗性程度相关。
该项研究针对库蚊对拟除虫菊酯类杀虫剂的抗性展开研究,旨在探索标准化实验室方法的适用性及其与实际产品效果的关联性,以指导蚊虫防控策略的优化。共采用三种互补方法评估淡色库蚊对拟除虫菊酯的抗性:
1)CDC瓶生物测定法:美国评估蚊虫抗性的一线方法,目前该方法有望列入我国蚊虫抗药性检测方法国标(GB/T 26347),通过记录击倒时间和120分钟总死亡率,初步判断抗性表型;
2)野外挂笼试验:通过车载ULV喷雾器喷洒商业杀虫剂,在距喷洒线15.2-91.4米处悬挂含野外种群和实验室敏感品系的蚊笼,结合气象监测和雾滴校准,评估制剂实际灭杀效果与抗性相关性;
3)点滴法:在蚊虫中胸背板点滴0.2μL梯度浓度的杀虫剂溶液,通过48小时致死数据计算LC50及抗性倍数,实现抗性水平的定量分析。
以上三种方法分别从接触暴露、制剂效能和剂量响应3个维度构建多尺度评估体系,并通过敏感品系对照排除环境干扰。
研究结果:
1野外种群在标准诊断时间内未达到预期死亡率:对醚菊酯(15分钟诊断时间)仅11%死亡率,对Sumithrin®(30分钟诊断时间)61%死亡率,显著低于敏感品系的90-99%。120分钟观察期后,野外种群对醚菊酯仅达50%死亡率,表明存在持续抗性。
2在车载超低容量喷洒应用中,野外种群在有效喷洒距离(50-200英尺)的死亡率(21-47%)显著低于敏感品系(>95%),抗性差异具有统计学意义(p<0.05)。三次喷洒试验中有两次因环境因素导致死亡率异常,突显该方法的条件敏感性和严格性。
3对未使用过的溴氰菊酯呈现高水平抗性(RR=119.9),存在交互抗性。醚菊酯和Sumithrin®的抗性倍数(RR)为7.2-19.6,增效剂PBO仅部分恢复敏感性(RR=9.9-22.5)。各采样点间LC50值差异达4.5倍(如醚菊酯增效剂处理LC50范围1.94-4.87 ng/mg),显示微地理尺度抗性异质性。
研究意义:
(一)基于方法学比较提出三级检测流程(见下图):先用CDC瓶筛查抗性,阳性结果需结合点滴法进行抗性量化分析,最终通过野外挂笼试验验证制剂实际效力。
解读:这张图是一个分类决策树(Categorical decision-making tree),用于评估杀虫剂的效果与蚊虫抗性,帮助选择适当的实验方法。清晰地展示了从综合蚊虫管理(Integrated Mosquito Management)出发,分别走向评估“杀虫效果”还是“抗药性”的两条路径,并根据实验结果做出不同决策。以下是详细解读:
起点:Integrated Mosquito Management 综合蚊虫管理
首先确定监测目的:
目的一:Monitor for insecticide efficacy?(监测杀虫剂有效性)
目的二:Monitor for insecticide resistance?(监测蚊虫是否抗药)
目的一:杀虫剂有效性评估(左侧)
目标:判断 ULV(超低容量喷雾)是否能杀死蚊虫?
使用Caged Field Trials(野外挂笼实验)
观察是否有 >90% 的死亡率?
✅ 是 → 蚊虫易感 → 杀虫剂有效 ✅
❌ 否 → 进入下一个判断:
是否为应用误差(如天气、设备)?
是→ 重复试验
否→ 判断蚊虫是否抗药
如果是抗药→ 换产品,并找出可能有效的活性成分
路径二:杀虫剂抗性评估(右侧)
目标:蚊虫是否对杀虫剂有抗性?
使用CDC Bottle Bioassays(CDC瓶试验)(粉色框)
是否在诊断时间内死亡率 >90%?
✅ 是 → 蚊虫对活性成分无抗性 → 有效
❌ 否 → 蚊虫有抗性 → 进入下一个判断:
抗性程度如何?
如果抗性未知→ 做点滴法 Topical Application 实验(蓝色框),判断是否能够杀死蚊虫。
简要概括:第一步用CDC瓶测法快速判断是否存在抗性。若结果可疑或需具体指导用药,开展准确的生物测定,计算LC50和抗性倍数(RR)。若需要验证商品制剂在真实环境中效果,进行野外挂笼试验(CFT),抗性确证后,及时更换作用机制不同的药剂或使用增效剂。
(二)三种方法在检测灵敏度(点滴法>挂笼试验>CDC瓶测)、成本(挂笼试验>点滴法>CDC瓶测)和操作复杂度方面形成互补。三种检测方法,各有优劣,各自适用场景:
1 CDC瓶测法(CDC Bottle Bioassay)——快速初筛法
优点:操作简便、成本低、数据可横向比较,适合广泛监测。
缺点:只能检测活性成分,对实际使用的商品制剂无能为力;无法量化抗性强度;无法反映产品在实际环境中是否仍有效。
2 野外挂笼试验(Caged Field Trials, CFT)——实战模拟法
优点:最接近实战喷药场景,能验证商品制剂是否有效。
缺点:对气候和环境高度敏感;设备投入大;难以判断是药效差还是抗性高。
3 点滴生测法(Topical Application)——定量精准法
优点:可精确计算半致死剂量(LC50),定量评估抗性强度;可测试多种成分和添加PBO等增效剂的效果。
缺点:需要标准敏感品系做对照;操作相对繁琐。
总之,CDC瓶生物测定(诊断剂量法)是快速的抗药性评估方法,适用于跨地理区域的比较;野外挂笼试验回答了产品在理想现场条件下的有效性问题,但对抗药性监测有限制;点滴法是最灵活最严格的方法,可量化抗药性水平。
结语
不做抗性监测,就像闭着眼睛打蚊子。而单一方法无法全面理解抗药性,每种方法适用于不同目的(抗性预警、量化评估、验证实际喷洒效果)。使用多种方法评估抗药性是必要的,综合评估具有重要实用价值。
参考文献:
Lopez K, Irwin P, Bartlett D, Kukla C, Paskewitz S, Bartholomay L (2025) A multiassay assessment of insecticide resistance in Culex pipiens (Diptera: Culicidae) informs a decision-making framework. PLoS One 20(6): e0324194. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0324194
Beard CB,Visser SN,Petersen LR.The Need for a National Strategy to Address Vector-Borne Disease Threats in the United States.J Med Ento- mol.2019:56(5:1199-203.https:/ldoi.org/10.1093/ime/tiz074PMlD:31505668 [AMCA]American Mosquito Control Association.Best Practices for Integrated Mosquito Management.2021.
Burtis JC,Poggi JD,McMillan JR,Crans SC,Campbell SR,Isenberg A,et al.NEVBD Pesticide Resistance Monitoring Network:Establishing a Centralized Network to Increase Regional Capacity for Pesticide Resistance Detection and Monitoring.J Med Entomol.2021;58(2):787-97.https:/doi.org/10.1093/jme/tjaa236
Dubie TR,Bartholomay L,Clifton M,Walker ED.Variation in Susceptibility to Permethrin in Culex pipiens and Culex restuans Populations in the Great Lakes Region of the United States.J Am Mosq Control Assoc.2022;38(3):188-97.https://doi.org/10.2987/22-7062
Bertolotti L,Kitron UD,Walker ED,Ruiz MO,Brawn JD,Loss SR,et al.Fine-scale genetic variation and evolution of West Nile Virus in a transmis- sion "hot spot"in suburban Chicago,USA.Virology.2008;374(2):381-9.https://doi.org/10.1016/j.virol.2007.12.040 PMID:18261758
Mutebi J-P,Delorey MJ,Jones RC,Plate DK,Gerber Sl,Gibbs KP,et al.The impact of adulticide applications on mosquito density in Chicago,2005.J Am Mosq Control Assoc.2011;27(1):69-76.https:/doi.org/10.2987/10-6045.1PMlD:21476450
Clifton ME,Xamplas CP,Nasci RS,Harbison J.Gravid Culex pipiens Exhibit A Reduced Susceptibility to Ultra-Low Volume Adult Control Treat- ments Under Field Conditions.J Am Mosq Control Assoc.2019;35(4):267-78.https://doi.org/10.2987/19-6848.1 PMID:31922942
Sass D,Li B,Clifton M,Harbison J,Xamplas C,Smith R.The Impact of Adulticide on Culex Abundance and Infection Rate in North Shore of Cook County,lllinois.J Am Mosq Control Assoc.2022;38(1):46-58.https://doi.org/10.2987/21-7036 PMID:35276731
Lopez K,Irwin P,Bron GM,Paskewitz S,Bartholomay L.Ultra-low volume(ULV)adulticide treatment impacts age structure of Culex species(Dip- tera:Culicidae)in a West Nile virus hotspot.J Med Entomol.2023;60(5):1108-16.https://doi.org/10.1093/jme/tjad088 PMID:37473814
Lopez K,Susong K,Irwin P,Paskewitz S,Bartholomay L.Impacts of ground ultra-low volume adulticide applications on Culex pipiens and Culexrestuans (Diptera:Culicidae)abundance,age structure,and West Nile virus infection in Cook County,Illinois.J Med Entomol.2024;61(4):1043-53https://doi.org/10.1093/jme/tjae041