Инсектицид - Insecticide

FLIT ручной распылитель для инсектицидов с 1928 г.
Фермер распыляет инсектицид на орехе кешью в Танзания
Бытовой инсектицид

Инсектициды вещества, используемые для убийства насекомые.[1] Они включают овициды и ларвициды используется против насекомых яйца и личинки, соответственно. Инсектициды используются в сельское хозяйство, лекарство, промышленность и потребителями. Инсектициды считаются основным фактором повышения продуктивности сельского хозяйства в 20 веке.[2] Практически все инсектициды способны существенно 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.

В образ действий описывает, как пестицид убивает или инактивирует вредителей. Это другой 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.[3]

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

Тип активности

Системный инсектициды внедряются и распределяются системно по всему растению. Когда насекомые питаются растением, они проглатывают инсектицид. Системные инсектициды производства трансгенный растения называются встроенными в растения защитными средствами (PIP). Например, ген, кодирующий определенный Bacillus thuringiensis биоцидный белок вводили в кукурузу (кукуруза ) и другие виды. Растение производит белок, который убивает насекомых при употреблении.[4]

Контакт инсектициды токсичны для насекомых при прямом контакте. Это могут быть неорганические инсектициды, которые являются металлами и включают обычно используемые сера, и менее часто используемые арсенаты, медь и фтор соединения. 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 применение пестицидов, с небольшими каплями, такими как аэрозоли часто улучшая производительность.[5]

Биологические пестициды

Многие органические соединения вырабатываются растениями с целью защиты растения-хозяина от хищников. Тривиальный случай - дерево канифоль, который является естественным инсектицидом. В частности, производство олеорезин к хвойные породы компонент защиты от нападения насекомых и грибков возбудитель инфекционное заболевание.[6] Многие ароматы, например масло грушанки, на самом деле являются антифедантами.

В коммерческом использовании находятся четыре экстракта растений: пиретрум, ротенон, масло нима, и различные эфирные масла[7]

Другие биологические подходы

Защитные средства, содержащиеся в растениях

Трансгенные культуры, которые действуют как инсектициды, появились в 1996 г. генетически модифицированный картофель который произвел Крик белок, полученный из бактерии Bacillus thuringiensis, который токсичен для жуков личинки такой как Колорадский жук. Техника была расширена и теперь включает использование РНК вмешательство РНКи это фатально тишина решающее насекомое гены. RNAi, вероятно, возникла как защита от вирусы. 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 одну из четырех плодовая муха разновидность. Ожидается, что этот метод заменит многие другие инсектициды, которые теряют эффективность из-за распространения устойчивость к пестицидам.[8]

Ферменты

Многие растения выделяют вещества, отпугивающие насекомых. Лучшими примерами являются вещества, активируемые фермент мирозиназа. Этот фермент преобразует глюкозинолаты к различным соединениям, которые токсичны для травоядный насекомые. Одним из продуктов этого фермента является аллилизотиоцианат, острый ингредиент в соусы из хрена.

mechanism of glucosinolate hydrolysis by myrosinase
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.[9]

Бактериальный

Bacillus thuringiensis бактериальное заболевание, поражающее Чешуекрылые и некоторые другие насекомые. Токсины, продуцируемые штаммами этой бактерии, используются в качестве ларвицид против гусеницы, жуки и комары. Токсины от Saccharopolyspora spinosa изолированы от ферментации и продаются как Спиносад. Поскольку эти токсины мало влияют на другие организмы, они считаются более экологически чистый чем синтетические пестициды. Токсин от B. thuringiensis (Bt токсин ) был введен непосредственно в растения за счет использования генная инженерия.

Другой

К другим биологическим инсектицидам относятся продукты на основе энтомопатогенные грибы (например., Боверия бассиана, Metarhizium anisopliae ), нематоды (например., Steinernema feltiae ) и вирусы (например., Cydia pomonella грануловирус).[нужна цитата ]

Синтетический инсектицид и натуральные инсектициды

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

Хлорорганические соединения

Самый известный хлорорганические соединения, ДДТ, был создан швейцарским ученым Пауль Мюллер. За это открытие он был награжден премией 1948 г. Нобелевская премия по физиологии и медицине.[10] ДДТ был введен в производство в 1944 году. Он действует путем открытия натриевые каналы в насекомых нервные клетки.[11] Одновременный рост химической промышленности способствовал крупномасштабному производству ДДТ и связанных с ним хлорированные углеводороды.

Органофосфаты и карбаматы

Органофосфаты - еще один большой класс контактных инсектицидов. Они также нацелены на нервную систему насекомого. Органофосфаты мешают ферменты ацетилхолинэстераза и другие холинэстеразы, нарушая нервные импульсы и убивая или выводя из строя насекомое. Фосфорорганические инсектициды и химическая война нервно-паралитические агенты (такие как зарин, табун, зоман, и VX ) работают точно так же. Органофосфаты обладают кумулятивным токсическим действием на диких животных, поэтому многократное воздействие химических веществ усиливает токсичность.[12] В США использование фосфорорганических соединений сократилось с увеличением количества заменителей.[13]

Карбамат инсектициды имеют механизмы, аналогичные органофосфатам, но имеют гораздо более короткую продолжительность действия и несколько менее токсичны.[нужна цитата ]

Пиретроиды

Пиретроид пестициды имитируют инсектицидную активность природного соединения пиретрум, то биопестицид нашел в пиретрины. Эти соединения являются непостоянными модуляторами натриевых каналов и менее токсичны, чем органофосфаты и карбаматы. Соединения этой группы часто применяется против домашних вредителей.[14]

Неоникотиноиды

Неоникотиноиды синтетические аналоги натурального инсектицида никотин (с гораздо меньшей острой токсичностью для млекопитающих и большей стойкостью в полевых условиях). Эти химические вещества ацетилхолин рецептор агонисты. Это системные инсектициды широкого спектра действия с быстрым действием (минуты-часы). Их применяют в виде спреев, поливок, семян и почва лечения. У обработанных насекомых наблюдается дрожание ног, быстрое движение крыльев, стилет снятие (тля ), дезориентация движения, паралич и смерть.[15] Имидаклоприд может быть самым распространенным. Недавно он подвергся тщательной проверке на предмет предположительно пагубного воздействия на пчелы[16] и его потенциал для повышения восприимчивости риса к саженец атаки.[17]

Бутенолиды

Бутенолид пестициды представляют собой новую группу химических веществ, аналогичных неоникотиноидам по принципу действия, у которых пока есть только один представитель: флупирадифурон. Они есть ацетилхолин рецептор агонисты, подобно неоникотиноиды, но с другим фармакофором.[18] Это системные инсектициды широкого спектра действия, применяемые в виде спреев, поливок, семян и почва лечения. Хотя классический оценка рисков считает эту группу инсектицидов (и в частности флупирадифурон) безопасными для пчелы, новое исследование[19] выразили обеспокоенность по поводу своих смертельный и сублетальные эффекты, отдельно или в сочетании с другими химическими веществами или факторами окружающей среды.[20][21]

Рианоиды

Рианоиды синтетические аналоги с тем же механизмом действия, что и рианодин, природный инсектицид, извлеченный из Ryania speciosa (Salicaceae ). Они привязаны к кальциевые каналы в сердечных и скелетных мышцах, блокируя нервную передачу. Первым зарегистрированным инсектицидом этого класса был Ринаксипир, родовое название. хлорантранилипрол.[22]

Регуляторы роста насекомых

Регулятор роста насекомых (IGR) - термин, предназначенный для обозначения насекомых. гормон имитирует и более ранний класс химических веществ, бензоилфенилмочевины, которые ингибируют хитин (экзоскелет) биосинтез в насекомых[23] Дифлубензурон является членом последнего класса и используется в основном для управления гусеницы это вредители. Наиболее успешными инсектицидами этого класса являются ювеноиды (ювенильный гормон аналоги). Из этих, метопрен наиболее широко используется. Он не имеет наблюдаемой острой токсичности у крыс и одобрен Всемирная организация здоровья (ВОЗ) для использования в питьевой воде цистерны сражаться малярия. В основном он используется для борьбы с насекомыми, где взрослые являются вредителями, в том числе комары, несколько летать виды, и блохи. Два очень похожих продукта, гидропрен и кинопрен, используются для борьбы с такими видами, как тараканы и белые мухи. Метопрен был зарегистрирован Агентством по охране окружающей среды в 1975 году. Практически никаких сообщений о резистентности не поступало. Более свежий тип IGR - это экдизон агонист тебуфенозид (MIMIC), который используется в лесное хозяйство и другие приложения для борьбы с гусеницами, которые гораздо более чувствительны к его гормональным эффектам, чем другие отряды насекомых.

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.[12] Распыленный инсектицид может дрейфовать из области, на которую он наносится, в районы дикой природы, особенно когда он распыляется с воздуха.[12]

ДДТ

Разработка ДДТ была мотивирована желанием заменить более опасные или менее эффективные альтернативы. ДДТ был введен для замены вести и мышьяк соединения на основе соединений, которые широко использовались в начале 1940-х годов.[24]

ДДТ был доведен до сведения общественности Рэйчел Карсон книга 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 ДДТ и родственными соединениями из-за процесса биоаккумуляция, при этом химическое вещество, благодаря своей стабильности и растворимости в жирах, накапливается в организмах. жировые ткани. Также ДДТ может биоусиление, что вызывает все более высокие концентрации в жировой ткани у животных, находящихся дальше пищевая цепочка. Практически всемирный запрет на использование ДДТ и связанных с ним химикатов в сельском хозяйстве позволил некоторым из этих птиц, например, сапсан, чтобы восстановиться в последние годы. Номер хлорорганические соединения пестициды были запрещены к использованию во всем мире. Глобально они контролируются через Стокгольмская конвенция на стойкие органические загрязнители. К ним относятся: альдрин, хлордан, ДДТ, дильдрин, эндрин, гептахлор, мирекс и токсафен.[нужна цитата ]

Сток и просачивание

Твердая наживка и жидкие инсектициды, особенно при неправильном применении в 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, перемещающегося над землей и через нее, вода собирает примененные инсектициды и откладывает их в более крупные водоемы, реки, заболоченные земли, подземные источники ранее питьевой воды и просачивается в водоразделы.[25] 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 убивают пчел и может быть причиной сокращение опылителей, гибель пчел, опылять растения и коллапс колонии (CCD),[26] в котором рабочие пчелы из улей или же Западная медоносная пчела колония внезапно исчезает. Потеря опылителей означает сокращение урожайность.[26] Сублетальные дозы инсектицидов (например, имидаклоприда и других неоникотиноидов) влияют на поведение пчел при кормлении.[27] Однако исследования причин CCD по состоянию на июнь 2007 г. не дали результатов.[28]

Упадок птиц

Помимо воздействия прямого потребления инсектицидов, популяции насекомоядных птиц сокращаются из-за сокращения их популяций-жертв. Считается, что опрыскивание особенно пшеницы и кукурузы в Европе привело к сокращению числа летающих насекомых на 80 процентов, что, в свою очередь, привело к сокращению популяции местных птиц на одну-две трети.[29]

Альтернативы

Вместо использования химических инсектицидов, чтобы избежать повреждения урожая насекомыми, сейчас существует множество альтернативных вариантов, которые могут защитить фермеров от крупных экономических потерь.[30] Некоторые из них:

  1. Разведение посевы устойчивы или, по крайней мере, менее восприимчивы к атакам вредителей.[31]
  2. Освобождение хищники, паразитоиды, или же патогены для борьбы с популяциями вредителей как одной из форм биологический контроль.[32]
  3. Химический контроль, например, высвобождение феромоны в поле, чтобы насекомые не могли найти себе пару и воспроизвести потомство.[33]
  4. Комплексная борьба с вредителями: использование нескольких техник в тандеме для достижения оптимальных результатов.[34]
  5. Техника Push-Pull: совмещение с «толкающей» культурой, которая отталкивает вредителей, и посадка «тянущей» культуры на границе, которая привлекает и улавливает их.[35]

Примеры

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ ИЮПАК (2006). «Глоссарий терминов, относящихся к пестицидам» (PDF). ИЮПАК. п. 2123. Получено 28 января, 2014.
  2. ^ van Emden, H.F .; Пиколл, Дэвид Б. (30 июня 1996 г.). За пределами тихой весны. Springer. ISBN  978-0-412-72800-6.
  3. ^ «Не репеллентные инсектициды». Борьба с вредителями своими руками. Получено 20 апреля 2017.
  4. ^ "Агентство по охране окружающей среды США - Агентство по охране окружающей среды США".
  5. ^ "dropdata.org". dropdata.org. Получено 2011-01-05.[нужен лучший источник ]
  6. ^ Трапп, С .; Крото, Р. (2001). «Защитный биосинтез смолы в хвойных деревьях». Ежегодный обзор физиологии растений и молекулярной биологии растений. 52 (1): 689–724. Дои:10.1146 / annurev.arplant.52.1.689. PMID  11337413.
  7. ^ Исман Мюррей Б. (2006). «Ботанические инсектициды, сдерживающие средства и репелленты в современном сельском хозяйстве и во все более регулируемом мире». Ежегодный обзор энтомологии. 51: 45–66. Дои:10.1146 / annurev.ento.51.110104.151146. PMID  16332203.
  8. ^ Купфершмидт, К. (2013). «Смертельная доза РНК». Наука. 341 (6147): 732–3. Bibcode:2013Наука ... 341..732K. Дои:10.1126 / science.341.6147.732. PMID  23950525.
  9. ^ Коул Розмари А (1976). «Изотиоцианаты, нитрилы и тиоцианаты как продукты автолиза глюкозинолатов в Крестоцветные". Фитохимия. 15 (5): 759–762. Дои:10.1016 / S0031-9422 (00) 94437-6.
  10. ^ Карл Грандин, изд. (1948). "Биография Пауля Мюллера". Les Prix Nobel. Нобелевский фонд. Получено 2008-07-24.
  11. ^ Виджверберг; и другие. (1982). «Похожий механизм действия пиретроидов и ДДТ на блокировку натриевых каналов в миелинизированных нервах». Природа. 295 (5850): 601–603. Bibcode:1982Натура.295..601В. Дои:10.1038 / 295601a0. PMID  6276777. S2CID  4259608.
  12. ^ а б c Палмер, США, Бромли, штат Пенсильвания, и Бранденбург, штат Род-Айленд. Дикая природа и пестициды - арахис. Кооперативная служба поддержки Северной Каролины. Проверено 14 октября 2007 года.
  13. ^ «Инфографика: планета пестицидов». Наука. 341 (6147): 730–731. 2013. Bibcode:2013Научный ... 341..730.. Дои:10.1126 / science.341.6147.730. PMID  23950524.
  14. ^ Класс, Томас Дж .; Кинтруп, Дж. (1991). «Пиретроиды как бытовые инсектициды: анализ, воздействие в помещении и стойкость». Журнал аналитической химии Фрезениуса. 340 (7): 446–453. Дои:10.1007 / BF00322420. S2CID  95713100.
  15. ^ Фишел, Фредерик М. (9 марта 2016 г.). «Профиль токсичности пестицидов: неоникотиноидные пестициды».
  16. ^ Инсектициды уничтожают пчел В архиве 2012-03-18 в Wayback Machine
  17. ^ Яо, Чэн; Ши, Чжао-Пэн; Цзян, Ли-Бен; Ге, Линь-Цюань; Ву, Цзинь-Цай; Ян, Гэри К. (20 января 2012 г.). «Возможная связь между изменениями профилей транскрипции генов риса, вызванными имидаклопридом, и восприимчивостью к личинкам коричневого растения Nilaparvata lugens Stål (Hemiptera: Delphacidae)». Биохимия и физиология пестицидов. 102 (3): 213–219. Дои:10.1016 / j.pestbp.2012.01.003. ISSN  0048-3575. ЧВК  3334832. PMID  22544984. Архивировано из оригинал 24 мая 2013 г.
  18. ^ Науэн, Ральф; Йешке, Питер; Фельтен, Роберт; Бек, Майкл Э; Эббингауз-Кинчер, Ульрих; Тилерт, Вольфганг; Вельфель, Катарина; Хаас, Матиас; Кунц, Клаус; Раупах, Георг (июнь 2015 г.). «Флупирадифурон: краткий обзор нового инсектицида бутенолида». Наука о борьбе с вредителями. 71 (6): 850–862. Дои:10.1002 / пс 3932. ЧВК  4657471. PMID  25351824.
  19. ^ "Пестициды, продаваемые как безопасные для пчел, вредит им, в исследовании". Журнал Scientist Magazine®. Получено 2020-08-01.
  20. ^ Tosi, S .; Ние, Дж. К. (10 апреля 2019 г.). «Смертельные и сублетальные синергические эффекты нового системного пестицида флупирадифурона (Сиванто®) на медоносных пчел». Труды Королевского общества B: биологические науки. 286 (1900): 20190433. Дои:10.1098 / rspb.2019.0433. ЧВК  6501679. PMID  30966981.
  21. ^ Тонг, Линда; Nieh, Джеймс С.; Този, Симона (01.12.2019). «Комбинированный пищевой стресс и новый системный пестицид (флупирадифурон, Сиванто®) снижают выживаемость пчел, потребление пищи, успешность полета и терморегуляцию». Атмосфера. 237: 124408. Дои:10.1016 / j.chemosphere.2019.124408. ISSN  0045-6535. PMID  31356997.
  22. ^ «Информационный бюллетень о пестицидах - хлорантранилипрол» (PDF). epa.gov. Получено 2011-09-14.
  23. ^ Крысан, Джеймс; Данли, Джон. «Регуляторы роста насекомых». Получено 20 апреля 2017.
  24. ^ Меткалф, Роберт Л. (2002). «Борьба с насекомыми». Энциклопедия промышленной химии Ульмана. Wiley-VCH. Дои:10.1002 / 14356007.a14_263. ISBN  978-3527306732.
  25. ^ Агентство по охране окружающей среды (2005 г.). «Защита качества воды от сельскохозяйственных стоков» (PDF). EPA.gov. Получено 2019-11-19.
  26. ^ а б Уэллс М. (11 марта 2007 г.). «Исчезающие пчелы угрожают посевам США». www.bbc.co.uk. Новости BBC. Получено 19 сентября 2007.
  27. ^ Colin, M.E .; Bonmatin, J.M .; Moineau, I .; и другие. (2004). «Метод количественной оценки и анализа кормовой активности медоносных пчел: актуальность сублетальных эффектов, вызванных системными инсектицидами». Архивы загрязнения окружающей среды и токсикологии. 47 (3): 387–395. Дои:10.1007 / s00244-004-3052-у. PMID  15386133. S2CID  18050050.
  28. ^ Олдройд, Б. (2007). "Что убивает американских медоносных пчел?". PLOS Биология. 5 (6): e168. Дои:10.1371 / journal.pbio.0050168. ЧВК  1892840. PMID  17564497.
  29. ^ «Катастрофический крах популяций птиц на сельскохозяйственных угодьях по всей Франции». BirdGuides. 21 марта 2018 г.. Получено 27 марта 2018.
  30. ^ Эйдли, Дэвид (лето 1976). «Альтернативы инсектицидам». Научный прогресс. 63 (250): 293–303. JSTOR  43420363. PMID  1064167.
  31. ^ Рассел, GE (1978). Селекция растений на устойчивость к вредителям и болезням. Эльзевир. ISBN  978-0-408-10613-9.
  32. ^ «Руководство по биологическому контролю и естественным врагам беспозвоночных - УНЦ ИПМ». ipm.ucanr.edu. Получено 2018-12-12.
  33. ^ «Нарушение спаривания». jenny.tfrec.wsu.edu. Получено 2018-12-12.
  34. ^ «Определение IPM | Комплексная борьба с вредителями в штате Нью-Йорк». nysipm.cornell.edu. Получено 2018-12-12.
  35. ^ Повар, Саманта М .; Khan, Zeyaur R .; Пикетт, Джон А. (2007). «Использование двухтактных стратегий в интегрированной борьбе с вредителями». Ежегодный обзор энтомологии. 52: 375–400. Дои:10.1146 / annurev.ento.52.110405.091407. ISSN  0066-4170. PMID  16968206.
  36. ^ а б c d «Масло корицы убивает комаров». www.sciencedaily.com. Получено 5 августа 2008.
  37. ^ "Корнелия Дик-Пфафф: Wohlriechender Mückentod, 19.07.2004".
  38. ^ Комплексная химия натуральных продуктов (1-е изд.). Амстердам: Эльзевир. 1999. с. 306. ISBN  978-0-08-091283-7.
  39. ^ Бентли, Рональд (2008). «Свежий взгляд на природные трополоноиды». Nat. Prod. Представитель. 25 (1): 118–138. Дои:10.1039 / B711474E.
  40. ^ "ФАКТЫ О R.E.D.: Лимонен" (PDF). EPA - Агентство по охране окружающей среды США.
  41. ^ "РЕГИСТРАЦИОННЫЙ ДОКУМЕНТ БИОПЕСТИЦИДОВ" (PDF). Агентство по охране окружающей среды США.
  42. ^ Агентство по охране окружающей среды США, OCSPP (10 августа 2020 г.). «Нооткатон теперь зарегистрирован EPA». Агентство по охране окружающей среды США.
  43. ^ «Масло орегано, а также синтетические инсектициды для борьбы с обычными насекомыми-вредителями». www.sciencedaily.com. Получено 23 мая 2008.
  44. ^ «Фермеры, выращивающие миндаль, ищут здоровых пчел». Новости BBC. 2006-03-08. Получено 2010-01-05.

дальнейшее чтение

  • Маквильямс Джеймс Э. (2008). "'Горизонт очень широко раскрылся »: Леланд О. Ховард и переход к химическим инсектицидам в США, 1894–1927». История сельского хозяйства. 82 (4): 468–95. Дои:10.3098 / ах.2008.82.4.468. PMID  19266680.

внешняя ссылка