天然植物源农药除虫菊酯的杀虫特性、作用机制及应用

郑凯元 黄慧明 张 瑜 汤 健

（1.佛山市蓝启科技有限公司，广东 佛山 528000；2.梅州市汇农优品生态农林专业合作社，广东 梅州 514021）

1 除虫菊酯概述

目前，世界上已知的除虫菊酯有15种，但只有4种对害虫具有明显的杀伤力，其中以白花除虫菊、红花除虫菊最为突出，两者均可应用于家庭防治蟑螂等害虫，效果显著。

最早关于除虫菊酯的研究始于学者从除虫菊花中分离出具有杀虫活性的糖浆状酯，并将命名为“除虫菊酮”。尹江平［1］整理相关研究发现，山本（Yamamoto）将除虫菊酮的水解产品经臭氧氧化，分离得反式蒈酸和蒈酮，当时他无法确定反式蒈酸的性质，将其假设为“除虫菊酸”。但1923年他证实了天然除虫菊酯中含有环丙烷的环状结构。后来，STAUDINGER等［2］对除虫菊酯进行了研究，通过分离获得了2种有效成分，分别将其命名为除虫菊酯Ⅰ和除虫菊酯Ⅱ。随后越来越多的学者开始研究天然除虫菊酯，LAFORGE等［3］在20世纪40年代又取得了突破，证实了除虫菊酯Ⅰ、除虫菊酯Ⅱ和瓜叶菊酯Ⅰ、瓜叶菊酯Ⅱ为天然除虫菊酯中的有效杀虫活性物质，并阐明了还有2种成分，分别为茉酮菊酯Ⅰ和茉酮菊酯Ⅱ。

除虫菊酯是除虫菊分离出的各种成分的总称。除虫菊酯可以溶入许多有机溶剂中，从中提取质量较好的黄色油状物，质量不好的一般为深棕色黏稠液体。除虫菊酯的主要活性成分有6种，分别为除虫菊酯Ⅰ（PyrethrinⅠ）、除虫菊酯Ⅱ（PyrethrinⅡ）、瓜叶菊酯Ⅰ（CinerineⅠ）、瓜叶菊酯Ⅱ（CinerineⅡ）、茉酮菊酯Ⅰ（JasmalinⅠ）和茉酮菊酯Ⅱ（JasmalinⅡ），均为酯类化合物，其结构包括醇和酸两部分（见 图1）［4］。除虫菊酯各组分的相对分子质量与分子式如表1所示。

表1 除虫菊酯各组分的相对分子质量与分子式

图1 除虫菊酯各组分化学式

这6种杀虫成分中，除虫菊酯Ⅰ、瓜叶菊酯Ⅰ和茉酮菊素Ⅰ的击倒性强，而除虫菊酯Ⅱ、瓜类叶酯Ⅱ和茉酮菊素Ⅱ的致死活性强［5］。

除虫菊酯的杀虫成分受到很多因素的影响，因品种、栽培、气候、土壤等条件的不同而不同。除虫菊酯的各种组分构成中，除虫菊酯Ⅰ、除虫菊酯Ⅱ分别占除虫菊酯的35%和30%，是杀虫活性最高的部分；瓜叶菊酯Ⅰ占10%，瓜叶菊酯Ⅱ占15%，茉莉菊酯Ⅰ、茉莉菊酯Ⅱ的占比分别为6%和4%。除虫菊酯的主要成分和主要的作用因子是除虫菊酯Ⅰ、除虫菊酯Ⅱ，而中除虫菊酯Ⅰ的结构式相对较为简单，可以以此作为合成模板。

2 除虫菊酯的杀虫特性

2.1 广谱高效杀虫性

除虫菊酯是一种高效广谱杀虫剂，对大部分害虫都有较强的灭杀效果。除虫菊酯主要是通过触杀来杀死害虫，且击倒力强，药效快速。对咀嚼式口器类害虫和吸刺式口器类害虫都具有明显的防治效果。

GIANNETTI等［6］研究0.3%除虫菊酯对蚜虫的杀伤情况，结果表明大量蚜虫被杀死，蚜虫死亡率超过75%。而将这一物质应用在玫瑰上，对蚜虫的杀伤力更大，蚜虫死亡率超过90%。他还将其应用于菊花上，能充分杀死其上附着的蚜虫，蚜虫死亡率高达84.6%。他在研究中设立了抗蚜碱对照组，对比两组物质对蚜虫的杀伤情况，使用除虫菊酯后蚜虫死亡率明显较高，与另一组差异显著。SUDOI等［7］针对除虫菊酯进行了研究，将25%除虫菊酯乳油喷在有蓟马的茶叶上，茶叶产量增加了306 kg/hm2，蓟马数量也由单位面积内156.0头降至13.5头。尹可锁等［8］开展试验探究了5%除虫菊酯乳油2 500倍液对甘蓝蚜虫的防治效果，并设立对照组（喷洒10%氯氰菊酯溶液），结果表明喷洒5%除虫菊酯乳油2 500倍液的蚜虫减退率达80%，比10%氯氰菊酯效果好。牛赡光等［9］发现，美国白蛾幼虫在除虫菊酯的防治下的半数致死量（LD50）为3.75 μg/g。韩盛等［10］试验表明，5%除虫菊素乳油对番茄棉铃虫的防效为68.21%。陆继军等［11］试验表明，5%除虫菊酯800倍液对黄瓜美洲斑潜蝇的防治效果在90%以上。耿小丽等［12］试验表明，5%除虫菊酯对食用菌菇蝇具有较好的灭杀作用，使用除虫菊酯制剂后1、3、7 d的防治效果依次为76.81%、84.04%、65.74%。张志武等［13］试验表明，5%除虫菊酯对东亚飞蝗的防治效果效果较持久，使用除虫菊酯后12 d的防治效果仍有75%。

2.2 低残留低毒性

除虫菊酯使用后易分解为水和二氧化碳，在自然界和农产品中的残留量较低，污染较少。使用除虫菊酯进行杀虫可以最大限度地减少农药对环境的污染，除虫菊酯是国际上公认的安全环保杀虫剂之一。此外，除虫菊酯对温血动物及人畜毒性较低，并且一般用量较少，使用起来较安全。除虫菊酯在人畜体内容易被分解，进入身体后会被身体中的酶分解排出体外，不会残留在身体内。

2.3 低抗药性

天然除虫菊酯不会对哺乳动物带来毒副反应，也不会让害虫产生抗药性。害虫吸收天然除虫菊酯后，其体内不会产生分解除虫菊酯的酶，导致原本对其的伤害作用有所减弱［14］。同时，除虫菊酯的组成成分较多，害虫难以对其产生抗药性。

2.4 受温度影响

除虫菊酯在高温下和光照下易分解，若用量不足，则无法灭杀害虫。但如果用量足够，那么随着温度的增高，其作用逐渐增强，害虫死亡率随之提高。

2.5 对害虫的生理、行为影响

除虫菊酯对害虫的生理效应主要表现在幼虫蜕皮化蛹过程中，使害虫化蛹时间延长。而对有害生物行为的影响，主要表现在影响其味觉神经等感官器官，使其产生拒食的排斥行为。

3 除虫菊酯的作用机制

除虫菊酯是一种神经毒性杀虫剂，可通过影响有害生物的神经系统来影响其生理习性。昆虫受到除虫菊酯的刺激诱导后，其神经传导被阻断，会经历痉挛、瘫痪和死亡3个阶段［15］。所以，将除虫菊酯的作用机制概况为2种。一是在害虫轴突膜上存在一类拟除虫菊酯受体，拟除虫菊酯类杀虫剂与受体物理性结合后，改变了膜的三维结构，从而改变了膜的通透性，具体是使Na+通道延迟关闭，负后电位延长并加强，导致产生重复后放，从而对虫体造成伤害，引发其出现麻痹症状，最终死亡。二是除虫菊素不溶于水，易溶于有机溶剂，并且可以附着于蛋白质和害虫的脂肪结合层，作用于氧化酶，能迅速击倒昆虫。此外，除虫菊酯可以通过气管液体溶解并循环到神经，麻痹害虫并杀死害虫［16］。除虫菊酯对三磷酸腺苷酶（ATP酶）的影响随除虫菊酯浓度的变化而变化，除虫菊酯浓度越高，酶的活性越低。

4 除虫菊酯在虫害防治中的应用

5%除虫菊酯乳油对于甘蓝蚜虫的防治效果比3%啶虫脒好。使用5%除虫菊酯乳油300、375、450 g/hm2，3 d后烟蚜防治效果分别为85.5%、93.9%和95.3%，且对农产品没有副作用。除虫菊酯是一种速效、安全、环保的烟蚜杀虫剂［17］。5%除虫菊酯乳油使用7 d后可以使大部分蚜虫被杀死，杀虫率接近90%［18］。除虫菊酯乳油对棉田烟粉虱的灭杀效果则一般，施药后5 d的防治效果为50.3%［19］。王向阳等［20］使用5%除虫菊酯乳油1 000倍液防治桃树红蜘蛛，杀虫效果良好，与20%甲氰菊酯乳油2 000倍液效果相似，药效持续7 d左右。此外。1.5%除虫菊酯600～800倍水乳剂、3%微囊悬浮剂800倍液对小绿叶蝉均具有较好的防治效果。天然除虫菊酯与鱼藤酮一起复配施药可以互相增强对害虫的杀虫效果。将1%天然除虫菊素加入害虫信息素中，会对其雄性个体的交配能力产生影响，并且可以促使大部分个体迅速死亡。

5 展望

除虫菊酯作为农药具有农用和卫生用两大用途。研究表明，除虫菊酯作为新型农药在各领域的应用前景非常广阔。近年来，随着环境卫生要求越来越高，高效、安全及环保将是除虫菊酯类农药的主要发展方向。另外，随着除虫菊酯市场需求的不断增加，可尝试利用基因工程，使用数量庞大的微生物来生产除虫菊酯。