杀虫剂发展史的简述

叶 萱 编译

(上海农药研究所，上海 200032)

杀虫剂发展史的简述

叶 萱 编译

(上海农药研究所，上海 200032)

人们在农业生产中，会遭遇许多害虫的危害，面临作物保护的问题。虽然不知道第一个使用杀虫剂的人是谁，但在很久以前人们就开始使用杀虫剂防治害虫。人们观察到自然界生物间相克相生的现象，天然物质对多种害虫具有不利的影响，可用于日常的生活中。

1 从古时硫磺、除虫菊到合成杀虫剂和DNA杀虫剂

植物制剂应该是古人使用的第一类杀虫剂，例如达尔马提亚除虫菊花含有1.5%除虫菊酯(活性杀虫物质)，此活性物首先被中国古代用作杀虫剂，随后中世纪在波斯被用作杀虫剂。200多年前，亚美尼亚商人以波斯粉在欧洲售卖干的达尔马提亚除虫菊，此物质能防除蜚蠊、臭虫、苍蝇和蚊子。一些其他的植物也被作为常用的杀虫剂。例如，接骨木花被用于防除蜚蠊，烟草水提物防治蚜虫，苦艾草水提物防治象鼻虫。

自公元前1000年，人们使用天然化学物质防治害虫。无机物硫磺就是其中的一个物质(通过熏蒸)。荷马在《伊里亚特与奥德赛》中写到利用硫磺去除体虱的“神力净化(divine cleansing)”仪式。在公元10世纪，砷开始被用，之后砷酸铅(PbHAsO4)和冰晶石(Na3AlF6)作为细胞毒素，硼砂(Na2B4O7)作为脱水剂，用于昆虫诱饵。

在19世纪中期开始广泛应用化学物质进行作物保护。在1871年，巴黎绿(乙酰亚砷酸铜)被成功用于防治马铃薯甲虫。在20世纪中期前，巴黎绿一直在全球许多国家被广泛使用，特别是用于防治疟疾传播媒介疟蚊属蚊。

在1874年，当时还是奥地利学生，后来成为化学家的Othmar Tseidler合成了DDT，这可能是最著名的化学杀虫剂。1939年，工作于J. R. Geigy有限公司的瑞士化学家Paul Müller发现了DDT的杀虫活性。在1948年，Paul Müller因发现DDT高触杀活性而被授予“医学诺贝尔奖”。但后来发现，DDT不但对害虫有活性，而且对其他生物如哺乳动物、鸟类和爬行动物也有毒害作用。

植物保护中DDT的时代一直持续到20世纪后半期，之后进入有机磷(敌敌畏、杀螟腈、地虫硫磷等)和氨基甲酸酯(甲萘威、克百威、涕灭威等)被广泛使用的时期。尽管有机磷和氨基甲酸酯对环境有不利影响，但这些杀虫剂仍然是使用最广泛的杀虫剂类别(占全球市场份额的19%)，在害虫防治中具有重要的作用。应注意到，甲萘威的生产造成了全球曾经最大的人为灾难。此灾难在1984年发生于博帕尔(印度)，联合碳化物公司的农药厂发生爆炸，泄露了有毒的甲基异氰酸酯气体，当天就造成约3800人死亡。

在1949年，丙烯菊酯合成后，以除虫菊酯为基础的第一代拟除虫菊酯出现了。此类物质对温血动物低毒，上市后很快受到欢迎。在20世纪70年代早期，在全球杀虫剂市场，氯菊酯、氯氰菊酯和溴氰菊酯具有很大的缺陷，即在环境中被紫外线照射后很快丧失活性。虽然此特性使拟除虫菊酯的使用较复杂，但此类物质不会在环境中蓄积。因此，这类杀虫剂仍然被广泛地用于植物保护。目前，拟除虫菊酯占全球杀虫剂市场的17%。

现在，应用最普遍的杀虫剂为新烟碱类。此类物质具有内吸性，可迁移到植物的所有组织中，能保护植物的所有部分。对大多数的节肢动物的神经系统有毒性，新烟碱类杀虫剂能够有效地防治害虫，与烟碱型乙酰胆碱受体不可逆转地结合，对神经细胞产生过度刺激作用，使昆虫麻痹。第一个上市的新烟碱杀虫剂为吡虫啉，其在1993年在日本以

Hachikusan商品名登记。现在吡虫啉是全球使用最频繁的杀虫剂。在过去20多年中，新烟碱杀虫剂的市场一直在扩展，现在市场上有许多代表性的产品，如啶虫脒、噻虫嗪、呋虫胺和噻虫啉。在2008年，新烟碱杀虫剂占全球杀虫剂市场的份额为24%。此类杀虫剂被成功地用于防治许多农作物的害虫。但也必须指出，新烟碱杀虫剂不仅影响昆虫，可能也影响非靶标生物，如包括蜜蜂在内的传粉媒介。

今天，研究者还在不停地开发新的杀虫剂，改进老的杀虫剂。几乎所有种类的昆虫对应用的杀虫剂产生了抗性。面对此现实，科学家只能不断开发新的产品来应对。现在许多新的化学杀虫剂正在被报道，正在上市。例如，苯基吡唑类、第4代拟除虫菊酯类、阿维菌素类、二酰芳胺类、多杀菌素类，也有昆虫生长调节剂、吡唑杀虫剂、大环内脂杀虫剂、甲醚类杀虫剂(双甲脒)、植物源杀虫剂(如印楝素)等。植物保护后基因组时代的出现，为新农药的创制带来了新的机遇。例如对杆状病毒正在进行基因修饰，以提高其对害虫的活性。正在开发昆虫病原细菌的重组体和更有效的血清型。能够在细胞内合成细菌毒素(cry蛋白)的转基因植物在不断生产中。

以下为最新的杀虫剂类别。

1.1 大环内脂类(阿维菌素和弥拜霉素)

这类是由天然的、半合成的16元大环内酯物组成。它们抑制靶标生物细胞内钠离子的流动，阻断了神经细胞内的信号传导，影响细胞的功能。天然、新颖的大环内酯物有阿维菌素类、甲胺基阿维菌素苯甲酸盐和米尔贝霉素。大环内酯类杀虫剂在防治螨、昆虫和线虫方面具有重要作用，此类产品没有内吸性，应用后在环境中很快就全部代谢掉。已报道阿维菌素会阻碍人体内脂多糖(LPS)诱导的肿瘤坏死因子、一氧化氮和前列腺素E2的分泌，也阻碍细胞内钙离子浓度的增加。

1.2 苯基吡唑类杀虫剂

苯基吡唑类杀虫剂代表性的产品为氟虫腈，可应用叶面、土壤和种子，具有广谱杀虫活性。此类杀虫剂阻断γ-氨基丁酸门控氯离子通道和谷氨酸门控氯离子通道，破坏了昆虫中枢神经系统的正常功能。然而，其在植物体内迁移能力有限。氟虫腈对鳞翅目(蛾)、鞘翅目(甲虫)和双翅目(蝇和蚊)等昆虫有活性，也被用于防治蚂蚁和蜚蠊等城市有害昆虫，对螨类也有效。也用于动物健康的保护，防除猫和狗的虱和蚤。然而，氟虫腈对鱼和水生无脊椎动物和蜜蜂高毒。

1.3 沙蚕毒素类似物

这类杀虫剂抑制烟碱型乙酰胆碱受体，使其不能正常发挥功能。产品有巴丹、thiosultap、杀虫磺和杀虫环等。它们在水或光的作用下产生沙蚕毒素，使昆虫瘫痪死亡。沙蚕毒素最先是从海生蠕虫沙蚕体内分离得到。

1.4 新烟碱杀虫剂

新烟碱是又一类型的杀虫剂，其作用于烟碱型乙酰胆碱受体，是目前增长最快的杀虫剂类型，也是用于害虫管理的最重要类型杀虫剂之一。其具有触杀和胃毒作用，对多种昆虫有防效。此类杀虫剂对害虫活性高，对环境安全，据称对有益昆虫影响小，很快被大面积地用于农田中快速防治许多咀嚼式和刺吸食害虫。已有的产品有呲虫啉、噻虫嗪、噻虫胺、噻虫啉和啶虫脒等。

1.5 双酰胺类杀虫剂

这是一类新的杀虫剂，包括邻苯二甲酰胺类和邻甲酰氨基苯甲酰胺类(氯虫苯甲酰胺)。双酰胺激活鱼尼丁受体，使钙从内质网内过度释放，引起昆虫肌肉不能正常收缩，昆虫瘫痪死亡。氟虫双酰胺为邻苯二甲酰胺类，氯虫苯甲酰胺为邻甲酰氨基苯甲酰胺类。双酰胺类杀虫剂能保护果树和蔬菜免受甲虫、象鼻虫、潜叶蛾和毛毛虫(caterpillar)的危害。此类杀虫剂对脊椎动物的鱼尼丁受体作用很弱，对昆虫具有专一活性，对哺乳动物、鸟和鱼无毒。

1.6 苯甲酰脲类

苯甲酰脲类已被商业化用作昆虫生长调节剂，其抑制昆虫几丁质的生物合成。除虫脲是最早商业化的此类杀虫剂之一，被用于防治果树、棉花、大豆和蔬菜的咀嚼式和鞘翅目害虫(甲虫和象鼻虫)。

相对而言，此类物质对脊椎动物无毒，所以虱螨脲和杀铃脲等苯甲酰脲类物质也被用于兽药和家用防治跳蚤、虱子和蜚蠊。需要说明的是，苯甲酰脲类物质在食物链中生物蓄积的潜力大，对水生生物的风险也高。

1.7 环状酮-烯醇类

这是新的化学类型杀虫剂，通过抑制昆虫体内乙酰辅酶A羧化酶的活性以及随后的脂类生物合成而致效。例如，螺螨酯是优秀的持效期长的杀虫杀螨剂，能够有效防治整个生长季节的螨/昆虫。它正被开发用于全球的仁果类水果(如苹果和梨)、核果、柑橘类水果、葡萄、杏树和坚果果树害虫，对于螨类非常有效。螺螨酯是新的叶用触杀型杀螨剂，在全球广范围用于蔬菜、水果、棉花、玉米、豆科植物、茶树和一些观赏植物。

化学杀虫剂主要受化学科学发展的影响。除了化学杀虫剂，人们也已使用生物制剂防治害虫。在19世纪70年代，Louis Pasteur和Ilya Metchnikov首先使用微生物制剂防治害虫。

1.8 细菌制剂

细菌制剂中，最重要的是普遍存在的革兰氏阳性产孢土壤细菌苏云金杆菌。在20世纪20年代晚期在美国首次成功地用苏云金杆菌制剂防治舞毒蛾。此细菌的内生孢子和晶体内毒素蛋白用于防治不同的害虫。Cry蛋白与靶标害虫(鳞翅目、双翅目、鞘翅目和膜翅目)的作用有高度专一性，而对脊椎动物和其他害虫无不利影响。目前市场上有许多苏云金杆菌制剂，如Biobit、Agree、Crymax、Lepinox、和Novodor。这些产品占生物制剂市场的75%，杀虫剂市场的4%。就细菌制剂而言，杀虫剂的结构越复杂，其选择性越高，生产成本越高，病毒制剂也是如此。

1.9 病毒制剂

用于保护植物的几乎所有登记的病毒制剂都是杆状病毒产品。杆状病毒开始被广泛用作杀虫剂是在1945年美国微生物学家Edward Steinhaus用核型多角体病毒防治苜蓿毛虫之后。病毒制剂成本高，有选择性，有效但作用慢。作用慢与病毒在侵入细胞内后有潜伏期有关。杆状病毒在生活史中有2种表型，芽生型病毒和包埋型病毒。芽生型病毒是从细胞到细胞进行侵染，包埋型病毒是从昆虫到昆虫进行侵染。病毒多面体的形成过程一直持续到被侵入细胞的细胞核内完全充满病毒，导致一个幼虫体内约含有1010个多角体，占昆虫干生物量的30%多。病毒的多角体由中间包埋病毒粒子的多角体蛋白组成，对各种环境因素耐性高。杆状病毒制剂主要为多角体病毒产品，经植食性昆虫取食而侵染，其应用要比Bt制剂晚很多时间。

1.10 真菌制剂

与化学农药相比，真菌制剂作用慢，药效不稳定，所以现在不常用真菌杀虫剂。但与一些化学杀虫剂相比，真菌制剂成本低，对环境几乎没有不利影响。近年，作物保护管理也应用真菌进行综合害物管理。约有750种真菌对昆虫有致病性，一般用作杀虫剂的真菌有白僵菌、绿僵菌、莱氏野村菌(Nomuraea rileyi)、蜡蚧轮枝菌(Vericillium lecanii)、大链壶菌(Lagenidium giganteum)和汤氏多毛菌(Hirsutella thompsonii)。

1.11 DNA杀虫剂

目前已有全新的方法来防治害虫，以核酸为基础开发的杀虫剂就是其中之一，特别是核型多角体病毒的抗凋亡(IAP)基因的短单链片段的DNA杀虫剂和长双链RNA片段制剂。这些制剂开发和应用的理念相似于用RNR干扰、DNA干扰和反义技术阻碍对昆虫重要的基因表达的方法。首次研究就表明这些核酸杀虫剂具有防治害虫的潜力。Oberemok和korokhod (2014)研究表明病毒DNA片段具有杀虫潜力，能被用于开发安全的、相对成本低的、作用快的DNA杀虫剂防控舞毒蛾的种群数量。舞毒蛾是重要的农业和森林害虫，其种群可被舞毒蛾核型多角体病毒(LdMNPV)控制。他们的研究结果表明以舞毒蛾核型多角体病毒的抗凋亡基因的DNA片段为基础的DNA杀虫剂具有选择性，对烟草天蛾(Manduca sexta)和小地老虎(Agrotis ipsilon)无不利影响。与舞毒蛾核型多角体病毒制剂相比，相对应的DNA制剂可能只需使用少量的病毒基因就能得到相同的防效，因此，此类杀虫剂具有很好的发展前景。最近，笔者也发现用病毒凋亡抑制基因的正反义DNA寡核苷酸处理杆状病毒侵染的舞毒蛾毛虫，毛虫的死亡率显著增加。此处理也使杆状病毒制剂得到更有效地利用。相关研究数据表明专一性DNA寡核苷酸可能会干扰病毒凋亡抑制基因的表达，诱导被侵染昆虫细胞凋亡。病毒的Oligo-IAPs影响昆虫的体重和上调寄主的促凋亡基因，这一发现支持以上假设。

证明DNA杀虫剂对环境安全很重要。科学文献讨论了RNAi农药和转基因作物对非靶标生物具有的潜在风险，包括非靶基因沉默、非目标生物的靶标基因沉默、免疫刺激作用、RNA机器的饱和。目前，还没有有关DNA杀虫剂对环境具有副作用的证据。笔者最近研究了DNA杀虫剂对小麦和小麦苗生物量的负面影响，没有发现对一些重要的生化参数(葡萄糖浓度和碱性磷酸酶活力)有不利影响。把对昆虫具有特异性的短单链DNA片段作为DNA杀虫剂为“智力”杀虫剂的开发铺平了道路。

2 总 结

杀虫剂在不断发展，新制剂在不断上市。世界人口在未来50年中持续增加，将达到90亿。更多的粮食生产离不开更多农药的使用，包括杀虫剂。预期在2050年农药的使用量将是2000年的2.7倍，这将使人和环境置于更危险的境况。为此，科学家和杀虫剂生产商要携手，共同努力，开发最优的害虫防治方案，同时开发安全、经济、有效的杀虫剂产品。

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

TQ450

A

1009-6485(2017)01-0015-03

叶萱，女，工程师。Tel: 021-64387891-201。

2016-12-26。