殺蟲劑發(fā)展史的簡述

葉 萱 編譯

(上海農(nóng)藥研究所，上海 200032)

殺蟲劑發(fā)展史的簡述

葉 萱 編譯

(上海農(nóng)藥研究所，上海 200032)

人們在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，會遭遇許多害蟲的危害，面臨作物保護的問題。雖然不知道第一個使用殺蟲劑的人是誰，但在很久以前人們就開始使用殺蟲劑防治害蟲。人們觀察到自然界生物間相克相生的現(xiàn)象，天然物質(zhì)對多種害蟲具有不利的影響，可用于日常的生活中。

1 從古時硫磺、除蟲菊到合成殺蟲劑和DNA殺蟲劑

植物制劑應(yīng)該是古人使用的第一類殺蟲劑，例如達爾馬提亞除蟲菊花含有1.5%除蟲菊酯(活性殺蟲物質(zhì))，此活性物首先被中國古代用作殺蟲劑，隨后中世紀在波斯被用作殺蟲劑。200多年前，亞美尼亞商人以波斯粉在歐洲售賣干的達爾馬提亞除蟲菊，此物質(zhì)能防除蜚蠊、臭蟲、蒼蠅和蚊子。一些其他的植物也被作為常用的殺蟲劑。例如，接骨木花被用于防除蜚蠊，煙草水提物防治蚜蟲，苦艾草水提物防治象鼻蟲。

自公元前1000年，人們使用天然化學(xué)物質(zhì)防治害蟲。無機物硫磺就是其中的一個物質(zhì)(通過熏蒸)。荷馬在《伊里亞特與奧德賽》中寫到利用硫磺去除體虱的“神力凈化(divine cleansing)”儀式。在公元10世紀，砷開始被用，之后砷酸鉛(PbHAsO4)和冰晶石(Na3AlF6)作為細胞毒素，硼砂(Na2B4O7)作為脫水劑，用于昆蟲誘餌。

在19世紀中期開始廣泛應(yīng)用化學(xué)物質(zhì)進行作物保護。在1871年，巴黎綠(乙酰亞砷酸銅)被成功用于防治馬鈴薯甲蟲。在20世紀中期前，巴黎綠一直在全球許多國家被廣泛使用，特別是用于防治瘧疾傳播媒介瘧蚊屬蚊。

在1874年，當(dāng)時還是奧地利學(xué)生，后來成為化學(xué)家的Othmar Tseidler合成了DDT，這可能是最著名的化學(xué)殺蟲劑。1939年，工作于J. R. Geigy有限公司的瑞士化學(xué)家Paul Müller發(fā)現(xiàn)了DDT的殺蟲活性。在1948年，Paul Müller因發(fā)現(xiàn)DDT高觸殺活性而被授予“醫(yī)學(xué)諾貝爾獎”。但后來發(fā)現(xiàn)，DDT不但對害蟲有活性，而且對其他生物如哺乳動物、鳥類和爬行動物也有毒害作用。

植物保護中DDT的時代一直持續(xù)到20世紀后半期，之后進入有機磷(敵敵畏、殺螟腈、地蟲硫磷等)和氨基甲酸酯(甲萘威、克百威、涕滅威等)被廣泛使用的時期。盡管有機磷和氨基甲酸酯對環(huán)境有不利影響，但這些殺蟲劑仍然是使用最廣泛的殺蟲劑類別(占全球市場份額的19%)，在害蟲防治中具有重要的作用。應(yīng)注意到，甲萘威的生產(chǎn)造成了全球曾經(jīng)最大的人為災(zāi)難。此災(zāi)難在1984年發(fā)生于博帕爾(印度)，聯(lián)合碳化物公司的農(nóng)藥廠發(fā)生爆炸，泄露了有毒的甲基異氰酸酯氣體，當(dāng)天就造成約3800人死亡。

在1949年，丙烯菊酯合成后，以除蟲菊酯為基礎(chǔ)的第一代擬除蟲菊酯出現(xiàn)了。此類物質(zhì)對溫血動物低毒，上市后很快受到歡迎。在20世紀70年代早期，在全球殺蟲劑市場，氯菊酯、氯氰菊酯和溴氰菊酯具有很大的缺陷，即在環(huán)境中被紫外線照射后很快喪失活性。雖然此特性使擬除蟲菊酯的使用較復(fù)雜，但此類物質(zhì)不會在環(huán)境中蓄積。因此，這類殺蟲劑仍然被廣泛地用于植物保護。目前，擬除蟲菊酯占全球殺蟲劑市場的17%。

現(xiàn)在，應(yīng)用最普遍的殺蟲劑為新煙堿類。此類物質(zhì)具有內(nèi)吸性，可遷移到植物的所有組織中，能保護植物的所有部分。對大多數(shù)的節(jié)肢動物的神經(jīng)系統(tǒng)有毒性，新煙堿類殺蟲劑能夠有效地防治害蟲，與煙堿型乙酰膽堿受體不可逆轉(zhuǎn)地結(jié)合，對神經(jīng)細胞產(chǎn)生過度刺激作用，使昆蟲麻痹。第一個上市的新煙堿殺蟲劑為吡蟲啉，其在1993年在日本以

Hachikusan商品名登記?，F(xiàn)在吡蟲啉是全球使用最頻繁的殺蟲劑。在過去20多年中，新煙堿殺蟲劑的市場一直在擴展，現(xiàn)在市場上有許多代表性的產(chǎn)品，如啶蟲脒、噻蟲嗪、呋蟲胺和噻蟲啉。在2008年，新煙堿殺蟲劑占全球殺蟲劑市場的份額為24%。此類殺蟲劑被成功地用于防治許多農(nóng)作物的害蟲。但也必須指出，新煙堿殺蟲劑不僅影響昆蟲，可能也影響非靶標生物，如包括蜜蜂在內(nèi)的傳粉媒介。

今天，研究者還在不停地開發(fā)新的殺蟲劑，改進老的殺蟲劑。幾乎所有種類的昆蟲對應(yīng)用的殺蟲劑產(chǎn)生了抗性。面對此現(xiàn)實，科學(xué)家只能不斷開發(fā)新的產(chǎn)品來應(yīng)對?，F(xiàn)在許多新的化學(xué)殺蟲劑正在被報道，正在上市。例如，苯基吡唑類、第4代擬除蟲菊酯類、阿維菌素類、二酰芳胺類、多殺菌素類，也有昆蟲生長調(diào)節(jié)劑、吡唑殺蟲劑、大環(huán)內(nèi)脂殺蟲劑、甲醚類殺蟲劑(雙甲脒)、植物源殺蟲劑(如印楝素)等。植物保護后基因組時代的出現(xiàn)，為新農(nóng)藥的創(chuàng)制帶來了新的機遇。例如對桿狀病毒正在進行基因修飾，以提高其對害蟲的活性。正在開發(fā)昆蟲病原細菌的重組體和更有效的血清型。能夠在細胞內(nèi)合成細菌毒素(cry蛋白)的轉(zhuǎn)基因植物在不斷生產(chǎn)中。

以下為最新的殺蟲劑類別。

1.1 大環(huán)內(nèi)脂類(阿維菌素和彌拜霉素)

這類是由天然的、半合成的16元大環(huán)內(nèi)酯物組成。它們抑制靶標生物細胞內(nèi)鈉離子的流動，阻斷了神經(jīng)細胞內(nèi)的信號傳導(dǎo)，影響細胞的功能。天然、新穎的大環(huán)內(nèi)酯物有阿維菌素類、甲胺基阿維菌素苯甲酸鹽和米爾貝霉素。大環(huán)內(nèi)酯類殺蟲劑在防治螨、昆蟲和線蟲方面具有重要作用，此類產(chǎn)品沒有內(nèi)吸性，應(yīng)用后在環(huán)境中很快就全部代謝掉。已報道阿維菌素會阻礙人體內(nèi)脂多糖(LPS)誘導(dǎo)的腫瘤壞死因子、一氧化氮和前列腺素E2的分泌，也阻礙細胞內(nèi)鈣離子濃度的增加。

1.2 苯基吡唑類殺蟲劑

苯基吡唑類殺蟲劑代表性的產(chǎn)品為氟蟲腈，可應(yīng)用葉面、土壤和種子，具有廣譜殺蟲活性。此類殺蟲劑阻斷γ-氨基丁酸門控氯離子通道和谷氨酸門控氯離子通道，破壞了昆蟲中樞神經(jīng)系統(tǒng)的正常功能。然而，其在植物體內(nèi)遷移能力有限。氟蟲腈對鱗翅目(蛾)、鞘翅目(甲蟲)和雙翅目(蠅和蚊)等昆蟲有活性，也被用于防治螞蟻和蜚蠊等城市有害昆蟲，對螨類也有效。也用于動物健康的保護，防除貓和狗的虱和蚤。然而，氟蟲腈對魚和水生無脊椎動物和蜜蜂高毒。

1.3 沙蠶毒素類似物

這類殺蟲劑抑制煙堿型乙酰膽堿受體，使其不能正常發(fā)揮功能。產(chǎn)品有巴丹、thiosultap、殺蟲磺和殺蟲環(huán)等。它們在水或光的作用下產(chǎn)生沙蠶毒素，使昆蟲癱瘓死亡。沙蠶毒素最先是從海生蠕蟲沙蠶體內(nèi)分離得到。

1.4 新煙堿殺蟲劑

新煙堿是又一類型的殺蟲劑，其作用于煙堿型乙酰膽堿受體，是目前增長最快的殺蟲劑類型，也是用于害蟲管理的最重要類型殺蟲劑之一。其具有觸殺和胃毒作用，對多種昆蟲有防效。此類殺蟲劑對害蟲活性高，對環(huán)境安全，據(jù)稱對有益昆蟲影響小，很快被大面積地用于農(nóng)田中快速防治許多咀嚼式和刺吸食害蟲。已有的產(chǎn)品有呲蟲啉、噻蟲嗪、噻蟲胺、噻蟲啉和啶蟲脒等。

1.5 雙酰胺類殺蟲劑

這是一類新的殺蟲劑，包括鄰苯二甲酰胺類和鄰甲酰氨基苯甲酰胺類(氯蟲苯甲酰胺)。雙酰胺激活魚尼丁受體，使鈣從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)過度釋放，引起昆蟲肌肉不能正常收縮，昆蟲癱瘓死亡。氟蟲雙酰胺為鄰苯二甲酰胺類，氯蟲苯甲酰胺為鄰甲酰氨基苯甲酰胺類。雙酰胺類殺蟲劑能保護果樹和蔬菜免受甲蟲、象鼻蟲、潛葉蛾和毛毛蟲(caterpillar)的危害。此類殺蟲劑對脊椎動物的魚尼丁受體作用很弱，對昆蟲具有專一活性，對哺乳動物、鳥和魚無毒。

1.6 苯甲酰脲類

苯甲酰脲類已被商業(yè)化用作昆蟲生長調(diào)節(jié)劑，其抑制昆蟲幾丁質(zhì)的生物合成。除蟲脲是最早商業(yè)化的此類殺蟲劑之一，被用于防治果樹、棉花、大豆和蔬菜的咀嚼式和鞘翅目害蟲(甲蟲和象鼻蟲)。

相對而言，此類物質(zhì)對脊椎動物無毒，所以虱螨脲和殺鈴脲等苯甲酰脲類物質(zhì)也被用于獸藥和家用防治跳蚤、虱子和蜚蠊。需要說明的是，苯甲酰脲類物質(zhì)在食物鏈中生物蓄積的潛力大，對水生生物的風(fēng)險也高。

1.7 環(huán)狀酮-烯醇類

這是新的化學(xué)類型殺蟲劑，通過抑制昆蟲體內(nèi)乙酰輔酶A羧化酶的活性以及隨后的脂類生物合成而致效。例如，螺螨酯是優(yōu)秀的持效期長的殺蟲殺螨劑，能夠有效防治整個生長季節(jié)的螨/昆蟲。它正被開發(fā)用于全球的仁果類水果(如蘋果和梨)、核果、柑橘類水果、葡萄、杏樹和堅果果樹害蟲，對于螨類非常有效。螺螨酯是新的葉用觸殺型殺螨劑，在全球廣范圍用于蔬菜、水果、棉花、玉米、豆科植物、茶樹和一些觀賞植物。

化學(xué)殺蟲劑主要受化學(xué)科學(xué)發(fā)展的影響。除了化學(xué)殺蟲劑，人們也已使用生物制劑防治害蟲。在19世紀70年代，Louis Pasteur和Ilya Metchnikov首先使用微生物制劑防治害蟲。

1.8 細菌制劑

細菌制劑中，最重要的是普遍存在的革蘭氏陽性產(chǎn)孢土壤細菌蘇云金桿菌。在20世紀20年代晚期在美國首次成功地用蘇云金桿菌制劑防治舞毒蛾。此細菌的內(nèi)生孢子和晶體內(nèi)毒素蛋白用于防治不同的害蟲。Cry蛋白與靶標害蟲(鱗翅目、雙翅目、鞘翅目和膜翅目)的作用有高度專一性，而對脊椎動物和其他害蟲無不利影響。目前市場上有許多蘇云金桿菌制劑，如Biobit、Agree、Crymax、Lepinox、和Novodor。這些產(chǎn)品占生物制劑市場的75%，殺蟲劑市場的4%。就細菌制劑而言，殺蟲劑的結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，其選擇性越高，生產(chǎn)成本越高，病毒制劑也是如此。

1.9 病毒制劑

用于保護植物的幾乎所有登記的病毒制劑都是桿狀病毒產(chǎn)品。桿狀病毒開始被廣泛用作殺蟲劑是在1945年美國微生物學(xué)家Edward Steinhaus用核型多角體病毒防治苜蓿毛蟲之后。病毒制劑成本高，有選擇性，有效但作用慢。作用慢與病毒在侵入細胞內(nèi)后有潛伏期有關(guān)。桿狀病毒在生活史中有2種表型，芽生型病毒和包埋型病毒。芽生型病毒是從細胞到細胞進行侵染，包埋型病毒是從昆蟲到昆蟲進行侵染。病毒多面體的形成過程一直持續(xù)到被侵入細胞的細胞核內(nèi)完全充滿病毒，導(dǎo)致一個幼蟲體內(nèi)約含有1010個多角體，占昆蟲干生物量的30%多。病毒的多角體由中間包埋病毒粒子的多角體蛋白組成，對各種環(huán)境因素耐性高。桿狀病毒制劑主要為多角體病毒產(chǎn)品，經(jīng)植食性昆蟲取食而侵染，其應(yīng)用要比Bt制劑晚很多時間。

1.10 真菌制劑

與化學(xué)農(nóng)藥相比，真菌制劑作用慢，藥效不穩(wěn)定，所以現(xiàn)在不常用真菌殺蟲劑。但與一些化學(xué)殺蟲劑相比，真菌制劑成本低，對環(huán)境幾乎沒有不利影響。近年，作物保護管理也應(yīng)用真菌進行綜合害物管理。約有750種真菌對昆蟲有致病性，一般用作殺蟲劑的真菌有白僵菌、綠僵菌、萊氏野村菌(Nomuraea rileyi)、蠟蚧輪枝菌(Vericillium lecanii)、大鏈壺菌(Lagenidium giganteum)和湯氏多毛菌(Hirsutella thompsonii)。

1.11 DNA殺蟲劑

目前已有全新的方法來防治害蟲，以核酸為基礎(chǔ)開發(fā)的殺蟲劑就是其中之一，特別是核型多角體病毒的抗凋亡(IAP)基因的短單鏈片段的DNA殺蟲劑和長雙鏈RNA片段制劑。這些制劑開發(fā)和應(yīng)用的理念相似于用RNR干擾、DNA干擾和反義技術(shù)阻礙對昆蟲重要的基因表達的方法。首次研究就表明這些核酸殺蟲劑具有防治害蟲的潛力。Oberemok和korokhod (2014)研究表明病毒DNA片段具有殺蟲潛力，能被用于開發(fā)安全的、相對成本低的、作用快的DNA殺蟲劑防控舞毒蛾的種群數(shù)量。舞毒蛾是重要的農(nóng)業(yè)和森林害蟲，其種群可被舞毒蛾核型多角體病毒(LdMNPV)控制。他們的研究結(jié)果表明以舞毒蛾核型多角體病毒的抗凋亡基因的DNA片段為基礎(chǔ)的DNA殺蟲劑具有選擇性，對煙草天蛾(Manduca sexta)和小地老虎(Agrotis ipsilon)無不利影響。與舞毒蛾核型多角體病毒制劑相比，相對應(yīng)的DNA制劑可能只需使用少量的病毒基因就能得到相同的防效，因此，此類殺蟲劑具有很好的發(fā)展前景。最近，筆者也發(fā)現(xiàn)用病毒凋亡抑制基因的正反義DNA寡核苷酸處理桿狀病毒侵染的舞毒蛾毛蟲，毛蟲的死亡率顯著增加。此處理也使桿狀病毒制劑得到更有效地利用。相關(guān)研究數(shù)據(jù)表明專一性DNA寡核苷酸可能會干擾病毒凋亡抑制基因的表達，誘導(dǎo)被侵染昆蟲細胞凋亡。病毒的Oligo-IAPs影響昆蟲的體重和上調(diào)寄主的促凋亡基因，這一發(fā)現(xiàn)支持以上假設(shè)。

證明DNA殺蟲劑對環(huán)境安全很重要?？茖W(xué)文獻討論了RNAi農(nóng)藥和轉(zhuǎn)基因作物對非靶標生物具有的潛在風(fēng)險，包括非靶基因沉默、非目標生物的靶標基因沉默、免疫刺激作用、RNA機器的飽和。目前，還沒有有關(guān)DNA殺蟲劑對環(huán)境具有副作用的證據(jù)。筆者最近研究了DNA殺蟲劑對小麥和小麥苗生物量的負面影響，沒有發(fā)現(xiàn)對一些重要的生化參數(shù)(葡萄糖濃度和堿性磷酸酶活力)有不利影響。把對昆蟲具有特異性的短單鏈DNA片段作為DNA殺蟲劑為“智力”殺蟲劑的開發(fā)鋪平了道路。

2 總 結(jié)

殺蟲劑在不斷發(fā)展，新制劑在不斷上市。世界人口在未來50年中持續(xù)增加，將達到90億。更多的糧食生產(chǎn)離不開更多農(nóng)藥的使用，包括殺蟲劑。預(yù)期在2050年農(nóng)藥的使用量將是2000年的2.7倍，這將使人和環(huán)境置于更危險的境況。為此，科學(xué)家和殺蟲劑生產(chǎn)商要攜手，共同努力，開發(fā)最優(yōu)的害蟲防治方案，同時開發(fā)安全、經(jīng)濟、有效的殺蟲劑產(chǎn)品。

10.16201/j.cnki.cn31-1827/tq.2017.01.03

TQ450

A

1009-6485(2017)01-0015-03

葉萱，女，工程師。Tel: 021-64387891-201。

2016-12-26。