天然植物源農(nóng)藥除蟲菊酯的殺蟲特性、作用機(jī)制及應(yīng)用

鄭凱元 黃慧明 張 瑜 湯 健

（1.佛山市藍(lán)啟科技有限公司，廣東 佛山 528000；2.梅州市匯農(nóng)優(yōu)品生態(tài)農(nóng)林專業(yè)合作社，廣東 梅州 514021）

1 除蟲菊酯概述

目前，世界上已知的除蟲菊酯有15種，但只有4種對(duì)害蟲具有明顯的殺傷力，其中以白花除蟲菊、紅花除蟲菊最為突出，兩者均可應(yīng)用于家庭防治蟑螂等害蟲，效果顯著。

最早關(guān)于除蟲菊酯的研究始于學(xué)者從除蟲菊花中分離出具有殺蟲活性的糖漿狀酯，并將命名為“除蟲菊酮”。尹江平［1］整理相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，山本（Yamamoto）將除蟲菊酮的水解產(chǎn)品經(jīng)臭氧氧化，分離得反式蒈酸和蒈酮，當(dāng)時(shí)他無法確定反式蒈酸的性質(zhì)，將其假設(shè)為“除蟲菊酸”。但1923年他證實(shí)了天然除蟲菊酯中含有環(huán)丙烷的環(huán)狀結(jié)構(gòu)。后來，STAUDINGER等［2］對(duì)除蟲菊酯進(jìn)行了研究，通過分離獲得了2種有效成分，分別將其命名為除蟲菊酯Ⅰ和除蟲菊酯Ⅱ。隨后越來越多的學(xué)者開始研究天然除蟲菊酯，LAFORGE等［3］在20世紀(jì)40年代又取得了突破，證實(shí)了除蟲菊酯Ⅰ、除蟲菊酯Ⅱ和瓜葉菊酯Ⅰ、瓜葉菊酯Ⅱ?yàn)樘烊怀x菊酯中的有效殺蟲活性物質(zhì)，并闡明了還有2種成分，分別為茉酮菊酯Ⅰ和茉酮菊酯Ⅱ。

除蟲菊酯是除蟲菊分離出的各種成分的總稱。除蟲菊酯可以溶入許多有機(jī)溶劑中，從中提取質(zhì)量較好的黃色油狀物，質(zhì)量不好的一般為深棕色黏稠液體。除蟲菊酯的主要活性成分有6種，分別為除蟲菊酯Ⅰ（PyrethrinⅠ）、除蟲菊酯Ⅱ（PyrethrinⅡ）、瓜葉菊酯Ⅰ（CinerineⅠ）、瓜葉菊酯Ⅱ（CinerineⅡ）、茉酮菊酯Ⅰ（JasmalinⅠ）和茉酮菊酯Ⅱ（JasmalinⅡ），均為酯類化合物，其結(jié)構(gòu)包括醇和酸兩部分（見 圖1）［4］。除蟲菊酯各組分的相對(duì)分子質(zhì)量與分子式如表1所示。

表1 除蟲菊酯各組分的相對(duì)分子質(zhì)量與分子式

圖1 除蟲菊酯各組分化學(xué)式

這6種殺蟲成分中，除蟲菊酯Ⅰ、瓜葉菊酯Ⅰ和茉酮菊素Ⅰ的擊倒性強(qiáng)，而除蟲菊酯Ⅱ、瓜類葉酯Ⅱ和茉酮菊素Ⅱ的致死活性強(qiáng)［5］。

除蟲菊酯的殺蟲成分受到很多因素的影響，因品種、栽培、氣候、土壤等條件的不同而不同。除蟲菊酯的各種組分構(gòu)成中，除蟲菊酯Ⅰ、除蟲菊酯Ⅱ分別占除蟲菊酯的35%和30%，是殺蟲活性最高的部分；瓜葉菊酯Ⅰ占10%，瓜葉菊酯Ⅱ占15%，茉莉菊酯Ⅰ、茉莉菊酯Ⅱ的占比分別為6%和4%。除蟲菊酯的主要成分和主要的作用因子是除蟲菊酯Ⅰ、除蟲菊酯Ⅱ，而中除蟲菊酯Ⅰ的結(jié)構(gòu)式相對(duì)較為簡(jiǎn)單，可以以此作為合成模板。

2 除蟲菊酯的殺蟲特性

2.1 廣譜高效殺蟲性

除蟲菊酯是一種高效廣譜殺蟲劑，對(duì)大部分害蟲都有較強(qiáng)的滅殺效果。除蟲菊酯主要是通過觸殺來殺死害蟲，且擊倒力強(qiáng)，藥效快速。對(duì)咀嚼式口器類害蟲和吸刺式口器類害蟲都具有明顯的防治效果。

GIANNETTI等［6］研究0.3%除蟲菊酯對(duì)蚜蟲的殺傷情況，結(jié)果表明大量蚜蟲被殺死，蚜蟲死亡率超過75%。而將這一物質(zhì)應(yīng)用在玫瑰上，對(duì)蚜蟲的殺傷力更大，蚜蟲死亡率超過90%。他還將其應(yīng)用于菊花上，能充分殺死其上附著的蚜蟲，蚜蟲死亡率高達(dá)84.6%。他在研究中設(shè)立了抗蚜堿對(duì)照組，對(duì)比兩組物質(zhì)對(duì)蚜蟲的殺傷情況，使用除蟲菊酯后蚜蟲死亡率明顯較高，與另一組差異顯著。SUDOI等［7］針對(duì)除蟲菊酯進(jìn)行了研究，將25%除蟲菊酯乳油噴在有薊馬的茶葉上，茶葉產(chǎn)量增加了306 kg/hm2，薊馬數(shù)量也由單位面積內(nèi)156.0頭降至13.5頭。尹可鎖等［8］開展試驗(yàn)探究了5%除蟲菊酯乳油2 500倍液對(duì)甘藍(lán)蚜蟲的防治效果，并設(shè)立對(duì)照組（噴灑10%氯氰菊酯溶液），結(jié)果表明噴灑5%除蟲菊酯乳油2 500倍液的蚜蟲減退率達(dá)80%，比10%氯氰菊酯效果好。牛贍光等［9］發(fā)現(xiàn)，美國白蛾幼蟲在除蟲菊酯的防治下的半數(shù)致死量（LD50）為3.75 μg/g。韓盛等［10］試驗(yàn)表明，5%除蟲菊素乳油對(duì)番茄棉鈴蟲的防效為68.21%。陸繼軍等［11］試驗(yàn)表明，5%除蟲菊酯800倍液對(duì)黃瓜美洲斑潛蠅的防治效果在90%以上。耿小麗等［12］試驗(yàn)表明，5%除蟲菊酯對(duì)食用菌菇蠅具有較好的滅殺作用，使用除蟲菊酯制劑后1、3、7 d的防治效果依次為76.81%、84.04%、65.74%。張志武等［13］試驗(yàn)表明，5%除蟲菊酯對(duì)東亞飛蝗的防治效果效果較持久，使用除蟲菊酯后12 d的防治效果仍有75%。

2.2 低殘留低毒性

除蟲菊酯使用后易分解為水和二氧化碳，在自然界和農(nóng)產(chǎn)品中的殘留量較低，污染較少。使用除蟲菊酯進(jìn)行殺蟲可以最大限度地減少農(nóng)藥對(duì)環(huán)境的污染，除蟲菊酯是國際上公認(rèn)的安全環(huán)保殺蟲劑之一。此外，除蟲菊酯對(duì)溫血?jiǎng)游锛叭诵蠖拘暂^低，并且一般用量較少，使用起來較安全。除蟲菊酯在人畜體內(nèi)容易被分解，進(jìn)入身體后會(huì)被身體中的酶分解排出體外，不會(huì)殘留在身體內(nèi)。

2.3 低抗藥性

天然除蟲菊酯不會(huì)對(duì)哺乳動(dòng)物帶來毒副反應(yīng)，也不會(huì)讓害蟲產(chǎn)生抗藥性。害蟲吸收天然除蟲菊酯后，其體內(nèi)不會(huì)產(chǎn)生分解除蟲菊酯的酶，導(dǎo)致原本對(duì)其的傷害作用有所減弱［14］。同時(shí)，除蟲菊酯的組成成分較多，害蟲難以對(duì)其產(chǎn)生抗藥性。

2.4 受溫度影響

除蟲菊酯在高溫下和光照下易分解，若用量不足，則無法滅殺害蟲。但如果用量足夠，那么隨著溫度的增高，其作用逐漸增強(qiáng)，害蟲死亡率隨之提高。

2.5 對(duì)害蟲的生理、行為影響

除蟲菊酯對(duì)害蟲的生理效應(yīng)主要表現(xiàn)在幼蟲蛻皮化蛹過程中，使害蟲化蛹時(shí)間延長(zhǎng)。而對(duì)有害生物行為的影響，主要表現(xiàn)在影響其味覺神經(jīng)等感官器官，使其產(chǎn)生拒食的排斥行為。

3 除蟲菊酯的作用機(jī)制

除蟲菊酯是一種神經(jīng)毒性殺蟲劑，可通過影響有害生物的神經(jīng)系統(tǒng)來影響其生理習(xí)性。昆蟲受到除蟲菊酯的刺激誘導(dǎo)后，其神經(jīng)傳導(dǎo)被阻斷，會(huì)經(jīng)歷痙攣、癱瘓和死亡3個(gè)階段［15］。所以，將除蟲菊酯的作用機(jī)制概況為2種。一是在害蟲軸突膜上存在一類擬除蟲菊酯受體，擬除蟲菊酯類殺蟲劑與受體物理性結(jié)合后，改變了膜的三維結(jié)構(gòu)，從而改變了膜的通透性，具體是使Na+通道延遲關(guān)閉，負(fù)后電位延長(zhǎng)并加強(qiáng)，導(dǎo)致產(chǎn)生重復(fù)后放，從而對(duì)蟲體造成傷害，引發(fā)其出現(xiàn)麻痹癥狀，最終死亡。二是除蟲菊素不溶于水，易溶于有機(jī)溶劑，并且可以附著于蛋白質(zhì)和害蟲的脂肪結(jié)合層，作用于氧化酶，能迅速擊倒昆蟲。此外，除蟲菊酯可以通過氣管液體溶解并循環(huán)到神經(jīng)，麻痹害蟲并殺死害蟲［16］。除蟲菊酯對(duì)三磷酸腺苷酶（ATP酶）的影響隨除蟲菊酯濃度的變化而變化，除蟲菊酯濃度越高，酶的活性越低。

4 除蟲菊酯在蟲害防治中的應(yīng)用

5%除蟲菊酯乳油對(duì)于甘藍(lán)蚜蟲的防治效果比3%啶蟲脒好。使用5%除蟲菊酯乳油300、375、450 g/hm2，3 d后煙蚜防治效果分別為85.5%、93.9%和95.3%，且對(duì)農(nóng)產(chǎn)品沒有副作用。除蟲菊酯是一種速效、安全、環(huán)保的煙蚜殺蟲劑［17］。5%除蟲菊酯乳油使用7 d后可以使大部分蚜蟲被殺死，殺蟲率接近90%［18］。除蟲菊酯乳油對(duì)棉田煙粉虱的滅殺效果則一般，施藥后5 d的防治效果為50.3%［19］。王向陽等［20］使用5%除蟲菊酯乳油1 000倍液防治桃樹紅蜘蛛，殺蟲效果良好，與20%甲氰菊酯乳油2 000倍液效果相似，藥效持續(xù)7 d左右。此外。1.5%除蟲菊酯600～800倍水乳劑、3%微囊懸浮劑800倍液對(duì)小綠葉蟬均具有較好的防治效果。天然除蟲菊酯與魚藤酮一起復(fù)配施藥可以互相增強(qiáng)對(duì)害蟲的殺蟲效果。將1%天然除蟲菊素加入害蟲信息素中，會(huì)對(duì)其雄性個(gè)體的交配能力產(chǎn)生影響，并且可以促使大部分個(gè)體迅速死亡。

5 展望

除蟲菊酯作為農(nóng)藥具有農(nóng)用和衛(wèi)生用兩大用途。研究表明，除蟲菊酯作為新型農(nóng)藥在各領(lǐng)域的應(yīng)用前景非常廣闊。近年來，隨著環(huán)境衛(wèi)生要求越來越高，高效、安全及環(huán)保將是除蟲菊酯類農(nóng)藥的主要發(fā)展方向。另外，隨著除蟲菊酯市場(chǎng)需求的不斷增加，可嘗試?yán)没蚬こ蹋褂脭?shù)量龐大的微生物來生產(chǎn)除蟲菊酯。