光活化杀虫剂机理研究现状综述

武福生

（山西省关帝山国有林管理局， 山西 文水 032104）

光活化杀虫剂是一类光敏活性化合物，亦称光活性化合物或光敏化合物，对于许多从事害虫治理的人来说还是一个新名词。它们是指在可见光和近红外光区有较强吸收能力的一类有色化合物，化学家称其为光敏剂。国内关于光敏活性化合物用于害虫治理的研究刚刚起步，很少有涉及该领域的文章。开展光敏活性化合物用于我国重大致灾害虫治理的探索研究很有必要。利用光敏活性化合物杀虫治害必将成为一种极具潜力的害虫治理新技术。

1 光活化杀虫剂概述及毒杀机理

1.1 类化合物

到目前为止，已经报道具有光活化作用的染料主要是类化合物，供试昆虫以卫生昆虫为主。Yoho和Weaver（1971）报道了家蝇经几种光活化毒杀处理后，在自然和人工光源照射下的死亡率以及不同照射时间对死亡率的影响。他们发现，经碱性玫瑰精（0.625%）处理的幼虫在太阳光下照射l h的死亡率为10%，2 h死亡率为100%，而未经太阳光照射的死亡率为零。用玫瑰红处理家蝇，在太阳光下照射l h、2 h、3 h的死亡率分别为 50%、70%、89%，照射时间增加死亡率也增加。此外，Krinsky 1979年报道，太阳光照射后死亡率略高于人工光源。此类光活化杀虫剂的作用机理，是可见光能吸收后通过能量转移产生单线态氧与细胞组成成分，包括代谢中间体、蛋白质和膜作用，导致昆虫的死亡。

1.2 呋喃香豆素类化合物

Berenbanum（1978）首先报道了呋喃香豆素类化合物对亚热带粘虫Spodopterdamia幼虫的光活化毒性，同时延长幼虫化蛹的时间。她同时阐明呋喃香豆素的生物活性是由于DNA双螺旋链与之交链以共价键形式和嘧啶相连。Berenbanum（1981）又报道了另一种呋喃香豆素类化合物Apgelicin能降低黑尾风蝶的生长速率，并发现Xanthotoxin对这种昆虫无毒，而Angelicin有毒。最近，Ivie（1983）发现黑尾风蝶的申肠组织，未吸收Xanthotoxin之前，通过代谢已经变成无毒物质，Angelicin毒性高是由于它被水解的速度慢。

1.3 多元醌和金丝桃素类化合物

Yamazaki等 （1975） 报道了用Cercosporin处理的老鼠和细菌被光照后，死亡率增加；同时还发现了Cercosporin对植物组织也有毒害作用。Daub（1982a，1983a，1983）报道了这类化合物的作用机理，发现脂肪链上的脂类是其作用的靶标，结果使膜的结构和功能破坏，引起生物体死亡。单线态氧和过氧化物自由基不仅作用于膜，而且影响醇的正常代谢。

1.4 α-T

C-K、Wat等（1977）首先阐明了α-T作用机制和先前研究过的光活化物质（呋喃香豆Furancoumarin）不同，α-T不作用于核酸而引起DNA链交链。α-T在光反应中最重要的靶标是膜组成部分，并且膜蛋白能被α-T 破坏。Bakker等（1979）探讨了α-T光活化作用，结果证明α-T光活化作用必须有氧气参与，而且量要足。

α-T作用机制的光化学原埋：紫外光提供光子，把能量传递给α-T，使其从基态跃迁至激发态，激发态的α-T可能是单线态，也可能是三线态。而使基态三线态（氧分子非常特殊，它在基态时是三线态的，而有机化合物全部是单线态的）的氧被激发成单线态的氧使基质即重要生物分子被氧化而遭到破坏甚至死亡。

2 光活化杀虫剂特点

光活化杀虫剂最显著的特点是具有杀虫的高效性和速效性。一个光敏活性化合物分子从基态吸收光子跃迁至激发态，再释放能量回到基态大约需10 ms或更短时间。昆虫食入光敏活性化合物后，暴露在光照下数小时便大量死亡。光活性化合物的另一重要特点是不易产生抗药性。在昆虫生命活动中，诸多代谢途径或环节都需要氧的参与，因此光敏活性化合物产生的活性氧在昆虫体内生化作用位点很多，而昆虫却不易产生抗药性。

光敏活性化合物还是一类对人畜安全且不污染环境的化合物。它们在黑暗环境中一般处于基态，非常稳定，很少对生物体产生伤害。事实上，目前在化妆品、食物和药物中被批准使用的许多染料都属于这类化合物。以常用光敏活性化合物杀虫剂根皮红（PhloxineB）为例，美国食品和药物局规定每天接受量为1.25 mg/kg。当用于杀虫时，根皮红的建议使用量只有农药马拉硫磷的5%，对人畜的安全性超过马拉硫磷的10万倍。连续饲喂哺乳动物含1%根皮红的食物2年，从观察到病理测定都未发现副作用，长期皮内注射也无明显毒性。这些事实足以帮助消除人们对其安全性的疑虑，它自身不会对环境带来残留或污染。光敏活性化合物还有一个显著特点，毒性可被光照激活和控制。光活性在黑暗环境中并不表现，但却可被光照激活，并且随光照强度增大毒性增强，这一类似毒性调控开关的特点是光活性化合物所独有，对其深入研究和开发能为害虫治理提出一种全新的策略。从以上特点可以看出，光敏活性化合物集化学农药的优点于一身。它摒弃了化学农药的诸多副作用，再加上可被光照激活的特性，是一种比较埋想的治理害虫的新途径。它被用于害虫治理的探索将开创一个全新的跨学科研究应用领域。

3 国内外研究历史和现状

光活性化合物主要被用于医学领域，尤其是人类癌症的治疗，被称作光动治疗。在害虫防治中研究最多的是它们对卫生害虫的作用，通常被称为光活化农药，属于绿色农药一类。最初的主要防治对象是蚊蝇和蟑螂等卫生害虫。光活化杀虫剂的尝试性工作是Barbier,Schildmadher利用染料对家蝇进行实验，Yohoeral用荧光素和几种染料对家蝇进行实验。20世纪90年代国外开始探索光活化杀虫剂用于重要的农林害虫的治理。近年又有关于光敏化合物与微生物制剂联合应用的途径。

国内关于光活化杀虫剂的研究比较滞后，1997年中国科学院化学研究所马金石先生和中国农科院植保所钱益新先生等合作测定光活化染料对粘虫的杀伤效果，1999年开始与中国科学院动物研究所合作研究探索光敏活性化合物用于我国重大致灾害虫治理的可行性。光敏活性化合物杀虫在我国，将是一种很有潜力的害虫治理新技术。

4 展望

遗憾的是，至今掌握光活化杀虫技术的只是光化学家和医学家，研究害虫治理的工作者对其了解还很少，这点从已发表文献选定的害虫也可反映出来。无论蚊蝇、蟑螂等卫生害虫，还是小地老虎、南瓜十二星叶甲等钻蛀性农林害虫，都不是喜欢生活在光照环境中的昆虫种类，依赖光能杀虫的光活性化合物在这些害虫中的推广应用难免会受到影响。其实，农林害虫中生活在光照环境中的种类很多，譬如近年卷土重来的蝗虫，出口蔬菜芦笋上的十四点负泥虫，果树春天嫩梢上的额桃蚜，农田中危害小麦的麦叶蜂等等。光活化杀虫剂的运用，可在害虫防治理论上，使传统的以幼虫为主的防治策略向以成虫为主的防治策略倾斜，从而让防治能起到事半功倍的效果；可使实现无公害、可持续的集约化农业这一多年夙愿成为可能，从根本上改变害虫防治中的过分依赖化学农药的局面，减缓由此导致的日趋严重的害虫抗药性和环境污染等一系列经济生态学问题，为未来农业可持续发展奠定基础。