Инсектицид - Insecticide

Ручной распылитель для инсектицидов FLIT с 1928 г.
Фермер распыляет инсектицид на орехе кешью в Танзании

Инсектициды представляют собой вещество , используемое для уничтожения насекомых . К ним относятся овициды и ларвициды, используемые соответственно против яиц и личинок насекомых . Инсектициды используются в сельском хозяйстве , медицине , промышленности и потребителями. Инсектициды считаются основным фактором повышения продуктивности сельского хозяйства в 20 веке. Почти все инсектициды могут значительно изменить экосистемы; многие из них токсичны для людей и / или животных; некоторые становятся концентрированными по мере распространения по пищевой цепочке.

Инсектициды можно разделить на две основные группы: системные инсектициды с остаточным или долгосрочным действием; и контактные инсектициды, не обладающие остаточной активностью.

Режим действий описывает , как пестицид убивает или инактивирует вредитель. Это еще один способ классификации инсектицидов. Способ действия может иметь важное значение для понимания того, будет ли инсектицид токсичным для неродственных видов, таких как рыбы, птицы и млекопитающие.

Инсектициды могут быть репеллентными или не репеллентными. Социальные насекомые, такие как муравьи, не могут обнаружить нерепелленты и легко пролезть через них. Когда они возвращаются в гнездо, они берут с собой инсектицид и передают его своим товарищам по гнезду. Со временем это уничтожит всех муравьев, включая королеву. Это медленнее, чем некоторые другие методы, но обычно полностью уничтожает колонию муравьев.

Инсектициды отличаются от неинсектицидных репеллентов , которые отталкивают, но не убивают.

Тип активности

Системные инсектициды

Системные инсектициды внедряются и распределяются системно по всему растению. Когда насекомые питаются растением, они проглатывают инсектицид. Системные инсектициды, продуцируемые трансгенными растениями, называются средствами защиты растений (PIP). Например, ген, кодирующий определенный биоцидный белок Bacillus thuringiensis, был введен в кукурузу ( кукурузу ) и другие виды. Растение производит белок, который убивает насекомых при употреблении.

Контактные инсектициды

Контактные инсектициды токсичны для насекомых при прямом контакте. Это могут быть неорганические инсектициды, которые представляют собой металлы и включают обычно используемую серу , а также менее часто используемые соединения арсенатов , меди и фтора . Контактные инсектициды также могут быть органическими инсектицидами, то есть органическими химическими соединениями, произведенными синтетическим путем и содержащими наибольшее количество пестицидов, используемых сегодня. Или это могут быть природные соединения, такие как пиретрум, масло нима и т. Д. Контактные инсектициды обычно не обладают остаточной активностью.

Эффективность может быть связана с качеством применения пестицидов с небольшими каплями, такими как аэрозоли, часто улучшающие производительность.

Синтетические инсектициды

Хлорорганические соединения

Наиболее известные хлорорганических , DDT , был создан швейцарский ученый Поль Мюллер . За это открытие он был удостоен Нобелевской премии 1948 года по физиологии и медицине . ДДТ был введен в 1944 году функций открытия натриевых каналов в насекомого нервных клеток . Одновременный рост химической промышленности способствовал крупномасштабному производству ДДТ и связанных с ним хлорированных углеводородов .

Органофосфаты

Органофосфаты - еще один большой класс контактных инсектицидов. Они также нацелены на нервную систему насекомого. Органофосфаты влияют на ферменты ацетилхолинэстеразу и другие холинэстеразы , нарушая нервные импульсы и убивая или выводя из строя насекомых. Фосфорорганические инсектициды и боевые отравляющие вещества нервно-паралитического действия (такие как зарин , табун , зоман и VX ) действуют одинаково. Органофосфаты обладают кумулятивным токсическим действием на дикую природу, поэтому многократное воздействие химических веществ усиливает токсичность. В США использование органофосфатов сократилось с ростом количества заменителей.

Карбаматы

Карбаматные инсектициды имеют схожие механизмы для органофосфатов, но имеют гораздо меньшую продолжительность действия , и несколько менее токсичны.

Пиретроиды

Пиретроидные пестициды имитируют инсектицидную активность природного соединения пиретрина , биопестицида, содержащегося в разновидностях Pyrethrum (теперь Chrysanthemum and Tanacetum ). Эти соединения являются непостоянными модуляторами натриевых каналов и менее токсичны, чем органофосфаты и карбаматы. Соединения этой группы часто применяются против бытовых вредителей .

Неоникотиноиды

Неоникотиноиды являются синтетическими аналогами природного инсектицида никотина (с гораздо более низким острой токсичностью для млекопитающих и более полевой персистенции). Эти химические вещества являются агонистами рецепторов ацетилхолина . Это системные инсектициды широкого спектра действия с быстрым действием (минуты-часы). Их применяют в виде опрыскивателей, поливов, семян и обработки почвы . У обработанных насекомых наблюдаются тремор ног, быстрое движение крыльев, отдергивание стилета ( тля ), дезориентация движения, паралич и смерть. Имидаклоприд может быть наиболее распространенным. В последнее время объекта пристального внимания за якобы пагубные воздействия на пчела и его потенциал для повышения чувствительности риса долгоносика атак.

Бутенолиды

Бутенолидные пестициды представляют собой новую группу химических веществ, аналогичных неоникотиноидам по механизму действия, у которых пока есть только один представитель: флупирадифурон  [ fr ] . Они являются агонистами рецепторов ацетилхолина , как и неоникотиноиды , но с другим фармакофором. Это системные инсектициды широкого спектра действия, применяемые в виде спреев, полива, семян и обработки почвы . Хотя классическая оценка риски считается этим инсектицидом группой (и flupyradifurone специально) безопасна для пчел , роман исследования вызвало озабоченность по поводу их летальных и сублетальных эффектов, отдельно или в сочетании с другими химическими веществами или факторами окружающей среды.

Рианоиды / диамиды

Диамиды - синтетические аналоги рианоидов с тем же механизмом действия, что и рианодин , природный инсектицид, извлекаемый из Ryania speciosa ( Salicaceae ). Они связываются с кальциевыми каналами в сердечных и скелетных мышцах, блокируя нервную передачу. Первым зарегистрированным инсектицидом этого класса был Ринаксипир, генерическое название хлорантранилипрол .

Регуляторы роста насекомых

Регулятор роста насекомых (IGR) - это термин, придуманный для включения имитаторов гормонов насекомых и более раннего класса химических веществ, бензоилфенилмочевины, которые ингибируют биосинтез хитина (экзоскелета) у насекомых. Дифлубензурон является членом последнего класса и используется в основном для борьбы с гусеницами, которые вредители. Наиболее успешными инсектицидами этого класса являются ювеноиды ( аналоги ювенильного гормона ). Из них наиболее широко используется метопрен . Он не имеет наблюдаемой острой токсичности у крыс и одобрен Всемирной организацией здравоохранения (ВОЗ) для использования в цистернах с питьевой водой для борьбы с малярией . В основном он используется для борьбы с насекомыми, где взрослые насекомые являются вредителями, включая комаров , несколько видов мух и блох . Два очень похожих продукта, гидропрен и кинопрен, используются для борьбы с такими видами, как тараканы и белокрылки . Метопрен был зарегистрирован в EPA в 1975 году. Фактически не было зарегистрировано никаких сообщений о резистентности. Более поздним типом IGR является агонист экдизона тебуфенозид (MIMIC), который используется в лесном хозяйстве и других областях для борьбы с гусеницами, которые гораздо более чувствительны к его гормональным эффектам, чем другие отряды насекомых.

Биологические пестициды

Более естественные инсектициды были интересными объектами исследований по двум основным причинам: во-первых, из-за того, что наиболее распространенные химические вещества теряют эффективность , а во-вторых, из-за их токсического воздействия на окружающую среду. Многие органические соединения уже производятся растениями с целью защиты растения-хозяина от хищников, и их можно использовать в человеческих целях.

В промышленности используются четыре экстракта растений: пиретрум , ротенон , масло нима и различные эфирные масла.

Тривиальный случай - канифоль из дерева , являющаяся естественным инсектицидом. В частности, производство живицы от хвойных пород является составной частью защитной реакции против нападения насекомых и грибковых патогенов инфекции. Многие ароматизаторы, например масло грушанки , на самом деле являются антифедантами.

Другие биологические подходы

Защитные средства, содержащиеся в растениях

Трансгенные культуры, которые действуют как инсектициды , появились в 1996 году с генетически модифицированного картофеля, который продуцировал белок Cry , полученный из бактерии Bacillus thuringiensis , которая токсична для личинок жуков, таких как колорадский жук . Методика была расширена , чтобы включить использование РНК - интерференции РНК - интерференции , что смертельно заглушает важных насекомых генов . РНКи, вероятно, возникли как защита от вирусов . Клетки средней кишки у многих личинок захватывают молекулы и помогают распространять сигнал. Технология может быть нацелена только на насекомых, у которых есть заглушенная последовательность, как было продемонстрировано, когда конкретная РНКи воздействовала только на один из четырех видов плодовых мух . Ожидается, что этот метод заменит многие другие инсектициды, которые теряют эффективность из-за распространения устойчивости к инсектицидам . Пептидные фракции яда пауков - еще один класс потенциальных трансгенных признаков, которые могут расширить репертуар способов действия и помочь ответить на вопрос о резистентности.

Ферменты

Многие растения выделяют вещества, отпугивающие насекомых. Яркими примерами являются вещества, активируемые ферментом мирозиназой . Этот фермент превращает глюкозинолаты в различные соединения, токсичные для травоядных насекомых. Один продукт этого фермента является аллилизотиоцианат , едкий ингредиент хрена соусов .

механизм гидролиза глюкозинолатов мирозиназой
Биосинтез антифедантов под действием мирозиназы.

Мирозиназа высвобождается только после измельчения мякоти хрена. Поскольку аллилизотиоцианат вреден как для растений, так и для насекомых, он хранится в безвредной форме глюкозинолата отдельно от фермента мирозиназы.

Бактериальный

Bacillus thuringiensis - это бактериальное заболевание, поражающее чешуекрылых и некоторых других насекомых. Токсины, продуцируемые штаммами этой бактерии, используются в качестве ларвицида против гусениц , жуков и комаров. Токсины Saccharopolyspora зртоза изолированы от брожений и продаются как Спинозадо . Поскольку эти токсины мало влияют на другие организмы , они считаются более экологически безопасными, чем синтетические пестициды. Токсин B. thuringiensis ( токсин Bt ) был введен непосредственно в растения с помощью генной инженерии .

Другой

Другие биологические инсектициды включают продукты на основе энтомопатогенных грибов (например, Beauveria bassiana , Metarhizium anisopliae ), нематод (например, Steinernema feltiae ) и вирусов (например, Cydia pomonella granulovirus).

Синтетический инсектицид и натуральные инсектициды

Основное внимание в органической химии уделяется разработке химических инструментов для повышения продуктивности сельского хозяйства. Основное внимание уделяется инсектицидам. Многие из основных инсектицидов созданы на основе биологических аналогов. Многие другие не встречаются в природе.

Экологический вред

Воздействие на нецелевые виды

Некоторые инсектициды убивают или наносят вред другим существам в дополнение к тем, для которых они предназначены. Например, птицы могут быть отравлены, когда они едят пищу, недавно обработанную инсектицидами, или когда они принимают гранулу инсектицида на земле за еду и съедают ее. Распыленный инсектицид может дрейфовать из области, на которую он наносится, в районы дикой природы, особенно когда он распыляется с воздуха.

ДДТ

Разработка ДДТ была мотивирована желанием заменить более опасные или менее эффективные альтернативы. ДДТ был введен для замены соединений на основе свинца и мышьяка , которые широко использовались в начале 1940-х годов.

Внимание общественности было обращено на ДДТ благодаря книге Рэйчел Карсон « Тихая весна» . Одним из побочных эффектов ДДТ является уменьшение толщины скорлупы яиц хищных птиц. Раковины иногда становятся слишком тонкими, чтобы оставаться жизнеспособными, что сокращает популяцию птиц. Это происходит с помощью ДДТ и родственных соединений вследствие процесса бионакопления , в котором химический, из - за ее стабильность и растворимость жира, накапливается в организмах жировых тканей . Кроме того, ДДТ может биоусиление , что приводит к постепенному увеличению концентрации в жировой ткани животных, находящихся на более высоких уровнях пищевой цепи . Практически всемирный запрет на использование ДДТ и связанных с ним химикатов в сельском хозяйстве позволил некоторым из этих птиц, например, сапсану , выздороветь в последние годы. Многие хлорорганические пестициды запрещены к использованию во всем мире. В глобальном масштабе они контролируются Стокгольмской конвенцией о стойких органических загрязнителях . К ним относятся: альдрин , хлордан , ДДТ, диэльдрин , эндрин , гептахлор , мирекс и токсафен .

Сток и просачивание

Твердая приманка и жидкие инсектициды, особенно при неправильном применении в каком-либо месте, перемещаются потоком воды. Часто это происходит из-за неточечных источников, где сточные воды переносят инсектициды в более крупные водоемы. По мере таяния снега и дождя, проходящего через землю, вода собирает примененные инсектициды и откладывает их в более крупных водоемах, реках, заболоченных территориях, подземных источниках ранее питьевой воды и просачивается в водоразделы. Этот сток и просачивание инсектицидов может повлиять на качество источников воды, нанести ущерб естественной экологии и, таким образом, косвенно повлиять на человеческое население через биомагнификацию и биоаккумуляцию.

Уменьшение опылителей

Инсектициды могут убивать пчел и могут быть причиной сокращения опылителей , гибели пчел, опыляющих растения, и расстройства распада колонии (CCD), при котором рабочие пчелы из улья или колонии западных медоносных пчел внезапно исчезают. Потеря опылителей означает снижение урожайности сельскохозяйственных культур . Сублетальные дозы инсектицидов (т.е. имидаклоприда и других неоникотиноидов) влияют на поведение пчел при кормлении. Однако по состоянию на июнь 2007 года исследования причин CCD были безрезультатными.

Упадок птиц

Помимо последствий прямого потребления инсектицидов, популяции насекомоядных птиц сокращаются из-за сокращения их популяций-жертв. Считается, что опрыскивание особенно пшеницы и кукурузы в Европе привело к 80-процентному сокращению числа летающих насекомых, что, в свою очередь, привело к сокращению местной популяции птиц на одну-две трети.

Альтернативы

Вместо использования химических инсектицидов, чтобы избежать повреждения урожая насекомыми, сейчас доступно множество альтернативных вариантов, которые могут защитить фермеров от крупных экономических потерь. Некоторые из них:

  1. Размножение культуры устойчивы, или по крайней мере , менее восприимчивы к нападениям вредителей.
  2. Высвобождение хищников , паразитоидов или патогенов для борьбы с популяциями вредителей в качестве формы биологической борьбы .
  3. Химический контроль, такой как выброс феромонов в поле, чтобы сбить насекомых с толку и заставить их не находить себе пару и воспроизводить потомство.
  4. Комплексная борьба с вредителями : использование нескольких методов в тандеме для достижения оптимальных результатов.
  5. Техника «толкай -тяни» : совмещение культур с «толкающей» культурой, которая отталкивает вредителей, и посев «тянущей» культуры на границе, которая привлекает и улавливает их.

Примеры

Смотрите также

использованная литература

дальнейшее чтение

  • Маквильямс Джеймс Э. (2008). « « Горизонт открылся очень широко »: Леланд О. Ховард и переход к химическим инсектицидам в США, 1894–1927». История сельского хозяйства . 82 (4): 468–95. DOI : 10,3098 / ah.2008.82.4.468 . PMID  19266680 .

внешние ссылки