光活化殺蟲(chóng)劑機(jī)理研究現(xiàn)狀綜述

武福生

（山西省關(guān)帝山國(guó)有林管理局， 山西 文水 032104）

光活化殺蟲(chóng)劑是一類光敏活性化合物，亦稱光活性化合物或光敏化合物，對(duì)于許多從事害蟲(chóng)治理的人來(lái)說(shuō)還是一個(gè)新名詞。它們是指在可見(jiàn)光和近紅外光區(qū)有較強(qiáng)吸收能力的一類有色化合物，化學(xué)家稱其為光敏劑。國(guó)內(nèi)關(guān)于光敏活性化合物用于害蟲(chóng)治理的研究剛剛起步，很少有涉及該領(lǐng)域的文章。開(kāi)展光敏活性化合物用于我國(guó)重大致災(zāi)害蟲(chóng)治理的探索研究很有必要。利用光敏活性化合物殺蟲(chóng)治害必將成為一種極具潛力的害蟲(chóng)治理新技術(shù)。

1 光活化殺蟲(chóng)劑概述及毒殺機(jī)理

1.1 類化合物

到目前為止，已經(jīng)報(bào)道具有光活化作用的染料主要是類化合物，供試?yán)ハx(chóng)以衛(wèi)生昆蟲(chóng)為主。Yoho和Weaver（1971）報(bào)道了家蠅經(jīng)幾種光活化毒殺處理后，在自然和人工光源照射下的死亡率以及不同照射時(shí)間對(duì)死亡率的影響。他們發(fā)現(xiàn)，經(jīng)堿性玫瑰精（0.625%）處理的幼蟲(chóng)在太陽(yáng)光下照射l h的死亡率為10%，2 h死亡率為100%，而未經(jīng)太陽(yáng)光照射的死亡率為零。用玫瑰紅處理家蠅，在太陽(yáng)光下照射l h、2 h、3 h的死亡率分別為 50%、70%、89%，照射時(shí)間增加死亡率也增加。此外，Krinsky 1979年報(bào)道，太陽(yáng)光照射后死亡率略高于人工光源。此類光活化殺蟲(chóng)劑的作用機(jī)理，是可見(jiàn)光能吸收后通過(guò)能量轉(zhuǎn)移產(chǎn)生單線態(tài)氧與細(xì)胞組成成分，包括代謝中間體、蛋白質(zhì)和膜作用，導(dǎo)致昆蟲(chóng)的死亡。

1.2 呋喃香豆素類化合物

Berenbanum（1978）首先報(bào)道了呋喃香豆素類化合物對(duì)亞熱帶粘蟲(chóng)Spodopterdamia幼蟲(chóng)的光活化毒性，同時(shí)延長(zhǎng)幼蟲(chóng)化蛹的時(shí)間。她同時(shí)闡明呋喃香豆素的生物活性是由于DNA雙螺旋鏈與之交鏈以共價(jià)鍵形式和嘧啶相連。Berenbanum（1981）又報(bào)道了另一種呋喃香豆素類化合物Apgelicin能降低黑尾風(fēng)蝶的生長(zhǎng)速率，并發(fā)現(xiàn)Xanthotoxin對(duì)這種昆蟲(chóng)無(wú)毒，而Angelicin有毒。最近，Ivie（1983）發(fā)現(xiàn)黑尾風(fēng)蝶的申腸組織，未吸收Xanthotoxin之前，通過(guò)代謝已經(jīng)變成無(wú)毒物質(zhì)，Angelicin毒性高是由于它被水解的速度慢。

1.3 多元醌和金絲桃素類化合物

Yamazaki等 （1975） 報(bào)道了用Cercosporin處理的老鼠和細(xì)菌被光照后，死亡率增加；同時(shí)還發(fā)現(xiàn)了Cercosporin對(duì)植物組織也有毒害作用。Daub（1982a，1983a，1983）報(bào)道了這類化合物的作用機(jī)理，發(fā)現(xiàn)脂肪鏈上的脂類是其作用的靶標(biāo)，結(jié)果使膜的結(jié)構(gòu)和功能破壞，引起生物體死亡。單線態(tài)氧和過(guò)氧化物自由基不僅作用于膜，而且影響醇的正常代謝。

1.4 α-T

C-K、Wat等（1977）首先闡明了α-T作用機(jī)制和先前研究過(guò)的光活化物質(zhì)（呋喃香豆Furancoumarin）不同，α-T不作用于核酸而引起DNA鏈交鏈。α-T在光反應(yīng)中最重要的靶標(biāo)是膜組成部分，并且膜蛋白能被α-T 破壞。Bakker等（1979）探討了α-T光活化作用，結(jié)果證明α-T光活化作用必須有氧氣參與，而且量要足。

α-T作用機(jī)制的光化學(xué)原埋：紫外光提供光子，把能量傳遞給α-T，使其從基態(tài)躍遷至激發(fā)態(tài)，激發(fā)態(tài)的α-T可能是單線態(tài)，也可能是三線態(tài)。而使基態(tài)三線態(tài)（氧分子非常特殊，它在基態(tài)時(shí)是三線態(tài)的，而有機(jī)化合物全部是單線態(tài)的）的氧被激發(fā)成單線態(tài)的氧使基質(zhì)即重要生物分子被氧化而遭到破壞甚至死亡。

2 光活化殺蟲(chóng)劑特點(diǎn)

光活化殺蟲(chóng)劑最顯著的特點(diǎn)是具有殺蟲(chóng)的高效性和速效性。一個(gè)光敏活性化合物分子從基態(tài)吸收光子躍遷至激發(fā)態(tài)，再釋放能量回到基態(tài)大約需10 ms或更短時(shí)間。昆蟲(chóng)食入光敏活性化合物后，暴露在光照下數(shù)小時(shí)便大量死亡。光活性化合物的另一重要特點(diǎn)是不易產(chǎn)生抗藥性。在昆蟲(chóng)生命活動(dòng)中，諸多代謝途徑或環(huán)節(jié)都需要氧的參與，因此光敏活性化合物產(chǎn)生的活性氧在昆蟲(chóng)體內(nèi)生化作用位點(diǎn)很多，而昆蟲(chóng)卻不易產(chǎn)生抗藥性。

光敏活性化合物還是一類對(duì)人畜安全且不污染環(huán)境的化合物。它們?cè)诤诎淡h(huán)境中一般處于基態(tài)，非常穩(wěn)定，很少對(duì)生物體產(chǎn)生傷害。事實(shí)上，目前在化妝品、食物和藥物中被批準(zhǔn)使用的許多染料都屬于這類化合物。以常用光敏活性化合物殺蟲(chóng)劑根皮紅（PhloxineB）為例，美國(guó)食品和藥物局規(guī)定每天接受量為1.25 mg/kg。當(dāng)用于殺蟲(chóng)時(shí)，根皮紅的建議使用量只有農(nóng)藥馬拉硫磷的5%，對(duì)人畜的安全性超過(guò)馬拉硫磷的10萬(wàn)倍。連續(xù)飼喂哺乳動(dòng)物含1%根皮紅的食物2年，從觀察到病理測(cè)定都未發(fā)現(xiàn)副作用，長(zhǎng)期皮內(nèi)注射也無(wú)明顯毒性。這些事實(shí)足以幫助消除人們對(duì)其安全性的疑慮，它自身不會(huì)對(duì)環(huán)境帶來(lái)殘留或污染。光敏活性化合物還有一個(gè)顯著特點(diǎn)，毒性可被光照激活和控制。光活性在黑暗環(huán)境中并不表現(xiàn)，但卻可被光照激活，并且隨光照強(qiáng)度增大毒性增強(qiáng)，這一類似毒性調(diào)控開(kāi)關(guān)的特點(diǎn)是光活性化合物所獨(dú)有，對(duì)其深入研究和開(kāi)發(fā)能為害蟲(chóng)治理提出一種全新的策略。從以上特點(diǎn)可以看出，光敏活性化合物集化學(xué)農(nóng)藥的優(yōu)點(diǎn)于一身。它摒棄了化學(xué)農(nóng)藥的諸多副作用，再加上可被光照激活的特性，是一種比較埋想的治理害蟲(chóng)的新途徑。它被用于害蟲(chóng)治理的探索將開(kāi)創(chuàng)一個(gè)全新的跨學(xué)科研究應(yīng)用領(lǐng)域。

3 國(guó)內(nèi)外研究歷史和現(xiàn)狀

光活性化合物主要被用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，尤其是人類癌癥的治療，被稱作光動(dòng)治療。在害蟲(chóng)防治中研究最多的是它們對(duì)衛(wèi)生害蟲(chóng)的作用，通常被稱為光活化農(nóng)藥，屬于綠色農(nóng)藥一類。最初的主要防治對(duì)象是蚊蠅和蟑螂等衛(wèi)生害蟲(chóng)。光活化殺蟲(chóng)劑的嘗試性工作是Barbier,Schildmadher利用染料對(duì)家蠅進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，Yohoeral用熒光素和幾種染料對(duì)家蠅進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。20世紀(jì)90年代國(guó)外開(kāi)始探索光活化殺蟲(chóng)劑用于重要的農(nóng)林害蟲(chóng)的治理。近年又有關(guān)于光敏化合物與微生物制劑聯(lián)合應(yīng)用的途徑。

國(guó)內(nèi)關(guān)于光活化殺蟲(chóng)劑的研究比較滯后，1997年中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所馬金石先生和中國(guó)農(nóng)科院植保所錢益新先生等合作測(cè)定光活化染料對(duì)粘蟲(chóng)的殺傷效果，1999年開(kāi)始與中國(guó)科學(xué)院動(dòng)物研究所合作研究探索光敏活性化合物用于我國(guó)重大致災(zāi)害蟲(chóng)治理的可行性。光敏活性化合物殺蟲(chóng)在我國(guó)，將是一種很有潛力的害蟲(chóng)治理新技術(shù)。

4 展望

遺憾的是，至今掌握光活化殺蟲(chóng)技術(shù)的只是光化學(xué)家和醫(yī)學(xué)家，研究害蟲(chóng)治理的工作者對(duì)其了解還很少，這點(diǎn)從已發(fā)表文獻(xiàn)選定的害蟲(chóng)也可反映出來(lái)。無(wú)論蚊蠅、蟑螂等衛(wèi)生害蟲(chóng)，還是小地老虎、南瓜十二星葉甲等鉆蛀性農(nóng)林害蟲(chóng)，都不是喜歡生活在光照環(huán)境中的昆蟲(chóng)種類，依賴光能殺蟲(chóng)的光活性化合物在這些害蟲(chóng)中的推廣應(yīng)用難免會(huì)受到影響。其實(shí)，農(nóng)林害蟲(chóng)中生活在光照環(huán)境中的種類很多，譬如近年卷土重來(lái)的蝗蟲(chóng)，出口蔬菜蘆筍上的十四點(diǎn)負(fù)泥蟲(chóng)，果樹(shù)春天嫩梢上的額桃蚜，農(nóng)田中危害小麥的麥葉蜂等等。光活化殺蟲(chóng)劑的運(yùn)用，可在害蟲(chóng)防治理論上，使傳統(tǒng)的以幼蟲(chóng)為主的防治策略向以成蟲(chóng)為主的防治策略傾斜，從而讓防治能起到事半功倍的效果；可使實(shí)現(xiàn)無(wú)公害、可持續(xù)的集約化農(nóng)業(yè)這一多年夙愿成為可能，從根本上改變害蟲(chóng)防治中的過(guò)分依賴化學(xué)農(nóng)藥的局面，減緩由此導(dǎo)致的日趨嚴(yán)重的害蟲(chóng)抗藥性和環(huán)境污染等一系列經(jīng)濟(jì)生態(tài)學(xué)問(wèn)題，為未來(lái)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。