Инсектициды – это пестициды , используемые для уничтожения насекомых . [1] К ним относятся овициды и ларвициды , используемые против яиц и личинок насекомых соответственно. Инсектициды используются в сельском хозяйстве , медицине , промышленности и потребителями. Утверждается, что инсектициды являются основным фактором повышения производительности сельского хозяйства в 20-м веке. [2] Почти все инсектициды могут существенно изменить экосистемы; многие из них токсичны для людей и/или животных; некоторые становятся концентрированными по мере распространения по пищевой цепи.
Инсектициды можно разделить на две основные группы: системные инсектициды, которые проникают через растение после поглощения; и контактные инсектициды, которых нет. [3]
Механизм действия описывает, как пестицид убивает или инактивирует вредителя. Это обеспечивает еще один способ классификации инсектицидов. Способ действия может иметь важное значение для понимания того, будет ли инсектицид токсичным для несвязанных видов, таких как рыбы, птицы и млекопитающие.
Инсектициды могут быть репеллентными и нерепеллентными. Социальные насекомые, такие как муравьи, не могут обнаружить нерепелленты и с готовностью проползают сквозь них. Возвращаясь 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. [4]
Инсектициды отличаются от неинсектицидных репеллентов , которые отталкивают, но не убивают.
Системные инсектициды после поступления системно распределяются по всему растению. Когда насекомые питаются растением, они поглощают инсектицид. Системные инсектициды, производимые трансгенными растениями, называются растительными защитными средствами (PIP). Например, ген, который кодирует специфический биоцидный белок Bacillus thuringiensis , был введен в кукурузу ( маис ) и другие виды. Растение производит белок, который при употреблении убивает насекомое. [5]
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 арсенаты , соединения меди и фтора . Контактные инсектициды также могут представлять собой органические инсектициды, т.е. органические химические соединения, полученные синтетическим путем и составляющие наибольшее количество пестицидов, используемых сегодня. Или это могут быть натуральные соединения, такие как пиретрум, масло нима и т. д.
Эффективность может быть связана с качеством применения пестицидов : небольшие капли, такие как аэрозоли , часто улучшают эффективность. [6]
Самый известный хлорорганический продукт , ДДТ , был создан швейцарским учёным Паулем Мюллером . За это открытие он был удостоен Нобелевской премии по физиологии и медицине 1948 года . [7] ДДТ был открыт в 1944 году. Он действует, открывая натриевые каналы в нервных клетках насекомых . [8] Одновременное развитие химической промышленности способствовало крупномасштабному производству хлорированных углеводородов , включая различные соединения циклодиена и гексахлорциклогексана .
Органофосфаты — еще один большой класс контактных инсектицидов. Они также нацелены на нервную систему насекомого. Органофосфаты мешают ферментам ацетилхолинэстеразы и другим холинэстеразам , вызывая увеличение синаптического ацетилхолина и чрезмерную стимуляцию парасимпатической нервной системы . [9] и убийство или выведение из строя насекомого. Фосфорорганические инсектициды и боевые отравляющие вещества нервно- паралитического действия (такие как зарин , табун , зоман и VX ) имеют одинаковый механизм действия. Органофосфаты оказывают кумулятивное токсическое воздействие на дикую природу, поэтому многократное воздействие химикатов усиливает токсичность. [10] В США использование фосфорорганических соединений снизилось с появлением заменителей. [11] Многие из этих инсектицидов, впервые разработанных в середине 20 века, очень ядовиты. Хотя многие старые химические вещества широко использовались в прошлом, они были удалены с рынка из-за их воздействия на здоровье и окружающую среду ( например , ДДТ , хлордан и токсафен ). [12] [13] [14] Многие органофосфаты не сохраняются в окружающей среде.
Карбаматные инсектициды имеют механизм действия, аналогичный фосфорорганическим, но имеют гораздо более короткую продолжительность действия и несколько менее токсичны. [ нужна цитата ]
Пиретроидные инсектициды имитируют инсектицидную активность природного соединения пиретрина , биопестицида, обнаруженного в видах Pyrethrum (теперь Chrysanthemum и Tanacetum ). Они были модифицированы для повышения их устойчивости в окружающей среде. Эти соединения являются непостоянными модуляторами натриевых каналов и менее токсичны, чем органофосфаты и карбаматы. Составы этой группы часто применяются против домашних вредителей . [15] Некоторые синтетические пиретроиды токсичны для нервной системы. [16]
Неоникотиноиды представляют собой класс нейроактивных инсектицидов, химически сходных с никотином (с гораздо меньшей острой токсичностью для млекопитающих и большей стойкостью в полевых условиях). Эти химические вещества являются агонистами рецепторов ацетилхолина . Это системные инсектициды широкого спектра действия с быстрым действием (минуты-часы). Их применяют в виде опрыскиваний, пропиток, обработки семян и почвы . У обработанных насекомых наблюдается тремор ног, быстрое движение крыльев, отдергивание стилета ( тля ), дезориентация движений, паралич и смерть. [17] Имидаклоприд из семейства неоникотиноидов является наиболее широко используемым инсектицидом в мире. [18] В конце 1990-х годов неоникотиноиды стали объектом все более пристального внимания из-за их воздействия на окружающую среду, и в ряде исследований они были связаны с неблагоприятными экологическими последствиями, включая синдром коллапса колонии медоносных пчел (CCD) и гибель птиц из-за сокращения популяций насекомых. . В 2013 году Европейский Союз и несколько стран, не входящих в ЕС, ограничили использование некоторых неоникотиноидов. [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] и его потенциал повышения восприимчивости риса к атакам цикадок . [27]
Инсектициды фенилпиразола , такие как фипронил, представляют собой класс синтетических инсектицидов, которые действуют путем воздействия на рецепторы ГАМК. [28]
Бутенолидные пестициды — новая группа химических веществ, по механизму действия сходная с неоникотиноидами, имеющая пока только один представитель: флупирадифурон . Они являются агонистами рецепторов ацетилхолина , как и неоникотиноиды , но с другим фармакофором. [29] Это системные инсектициды широкого спектра действия, применяемые в виде спреев, пропиток, обработки семян и почвы . Хотя классическая оценка риска считала эту группу инсектицидов (и особенно флупирадифурон) безопасной для пчел , новое исследование [30] вызвало обеспокоенность по поводу их летального и сублетального воздействия, отдельно или в сочетании с другими химическими веществами или факторами окружающей среды. [31] [32]
Диамиды представляют собой синтетические аналоги рианоидов с тем же механизмом действия, что и рианодин , природный инсектицид, экстрагированный из Ryania speciosa ( Salicaceae ). Они связываются с кальциевыми каналами в сердечной и скелетных мышцах, блокируя нервную передачу. Первым зарегистрированным инсектицидом этого класса был Ринаксипир, непатентованное название хлорантранилипрол . [33]
Регулятор роста насекомых (IGR) — это термин, придуманный для обозначения имитаторов гормонов насекомых и более раннего класса химических веществ, бензоилфенилмочевины, которые ингибируют биосинтез хитина (экзоскелета) у насекомых [34] . Дифлубензурон — представитель последнего класса, используемый в основном для контролировать гусениц , которые являются вредителями. Наиболее успешными инсектицидами этого класса являются ювеноиды ( аналоги ювенильных гормонов ). Из них наиболее широко используется метопрен . Он не оказывает заметной острой токсичности на 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, вредителями которых являются взрослые особи, включая комаров , некоторые виды мух и блох . 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. Сообщений о резистентности практически не поступало. Более поздним типом IGR является агонист экдизона тебуфенозид (MIMIC), который используется в лесном хозяйстве и других целях для борьбы с гусеницами, которые гораздо более чувствительны к его гормональному воздействию, чем другие отряды насекомых.
Более естественные инсектициды стали интересными объектами исследований по двум основным причинам: во-первых, потому, что наиболее распространенные химические вещества теряют эффективность , и, во-вторых, из-за их токсичного воздействия на окружающую среду. [35] Многие органические соединения уже производятся растениями с целью защиты растения-хозяина от хищников и могут быть использованы в целях человека.
В коммерческом использовании используются четыре экстракта растений: пиретрум , ротенон , масло нима и различные эфирные масла [36].
Тривиальный случай — древесная канифоль , которая является природным инсектицидом. В частности, выработка олеорезина хвойными породами является компонентом защитной реакции против нападения насекомых и заражения грибковыми патогенами . [37] Многие ароматизаторы, например, масло грушанки , на самом деле являются антифидантами.
Трансгенные культуры, действующие как инсектициды, начались в 1996 году с генетически модифицированного картофеля , производящего белки Cry , полученные из бактерии Bacillus thuringiensis , которая токсична для личинок жуков, таких как колорадский жук . [38]
Этот метод был расширен и теперь включает использование инсектицидов РНКи, которые фатально подавляют важные гены насекомых. (РНКи, вероятно, изначально возникла как защита от вирусов .) [38] Впервые это было продемонстрировано Baum et al. 2007, которые включили V-APTase в качестве защитного средства в трансгенные Zea mays и продемонстрировали эффективность против Diabrotica virgifera virgifera . Это предполагает, что пероральная доставка против жесткокрылых в целом, вероятно, будет эффективной. В аналогичных исследованиях использовалась методика Баума для защиты с помощью дцРНК , направленных на детоксикацию, особенно P450 насекомых . Болоньези и др. 2012 год является одним из следующих исследований, однако они обнаружили, что дсРНК перерабатывается в миРНК самими растениями (в данном случае Solanum tuberosum ), а миРНК менее эффективно поглощаются клетками насекомых. Таким образом, Bolognesi произвела дополнительные трансгенные растения S. tuberosum , которые вместо этого производили более длинные дцРНК в хлоропластах , которые естественным образом накапливают дцРНК, но не имеют механизма для преобразования их в миРНК. [39] Клетки средней кишки у многих личинок поглощают молекулы и помогают распространять сигнал. Технология может быть нацелена только на насекомых, имеющих молчащую последовательность, как было продемонстрировано, когда конкретная РНКи затронула только один из четырех видов плодовых мух . Ожидается, что этот метод заменит многие другие инсектициды, [ сомнительно ] , которые теряют эффективность из-за распространения резистентности к инсектицидам . [38]
Пептидные фракции яда паука представляют собой еще один класс потенциальных трансгенных признаков, которые могут расширить репертуар механизма действия и помочь ответить на вопрос об устойчивости . [40]
Многие растения выделяют вещества, отпугивающие насекомых. Главными примерами являются вещества, активируемые ферментом мирозиназой . Этот фермент превращает глюкозинолаты в различные соединения, токсичные для травоядных насекомых. Одним из продуктов этого фермента является аллилизотиоцианат , острый ингредиент соусов из хрена .
Мирозиназа высвобождается только при измельчении мякоти хрена. Поскольку аллилизотиоцианат вреден как для растений, так и для насекомых, он хранится в безвредной форме глюкозинолата, отдельно от фермента мирозиназы. [41]
Bacillus thuringiensis — бактериальное заболевание, поражающее чешуекрылых и некоторых других насекомых. Токсины, вырабатываемые штаммами этой бактерии, используются как ларвициды против гусениц , жуков и комаров. Токсины Saccharopolyspora spinosa выделяют в результате ферментации и продают под названием «Спиносад» . Поскольку эти токсины мало влияют на другие организмы , они считаются более экологически чистыми , чем синтетические пестициды. Токсин B. thuringiensis ( токсин Bt ) был введен непосредственно в растения с помощью генной инженерии .
Другие биологические инсектициды включают продукты на основе энтомопатогенных грибов (например, Beauveria bassiana , Metarhizium anisopliae ), нематод (например, Steinernema Feltiae ) и вирусов (например, Cydia pomonella granulovirus ). [ нужна цитата ]
Основное внимание в органической химии уделяется разработке химических средств для повышения продуктивности сельского хозяйства. Инсектициды представляют собой одну из основных областей внимания. Многие из основных инсектицидов созданы на основе биологических аналогов. Многие другие не встречаются в природе.
Некоторые инсектициды убивают или причиняют вред другим существам помимо тех, для убийства которых они предназначены. Например, птицы могут отравиться, когда они едят пищу, которая недавно была обработана инсектицидами, или когда они принимают гранулу инсектицида, лежащую на земле, за еду и съедают ее. [10] Распыленный инсектицид может попасть из зоны, на которую он был нанесен, в районы дикой природы, особенно при распылении с воздуха. [10]
Разработка ДДТ была мотивирована желанием заменить более опасные или менее эффективные альтернативы. ДДТ был введен вместо соединений на основе свинца и мышьяка , которые широко использовались в начале 1940-х годов. [42]
ДДТ привлек внимание общественности благодаря книге Рэйчел Карсон «Безмолвная весна» . Одним из побочных эффектов ДДТ является уменьшение толщины скорлупы яиц хищных птиц. Панцири иногда становятся слишком тонкими, чтобы быть жизнеспособными, что сокращает популяцию птиц. Это происходит с ДДТ и родственными соединениями в результате процесса биоаккумуляции , при котором химическое вещество благодаря своей стабильности и жирорастворимости накапливается в жировых тканях организма . Кроме того, ДДТ может биомагнифицироваться , что приводит к постепенному повышению его концентрации в жировых отложениях животных, находящихся на более высоких уровнях пищевой цепи . Практически во всем мире запрет на использование ДДТ и связанных с ним химикатов в сельском хозяйстве позволил некоторым из этих птиц, таких как сапсан , выздороветь в последние годы. Ряд хлорорганических пестицидов запрещен к использованию в большинстве случаев во всем мире. Во всем мире они контролируются посредством Стокгольмской конвенции о стойких органических загрязнителях . К ним относятся: альдрин , хлордан , ДДТ, дильдрин , эндрин , гептахлор , мирекс и токсафен . [ нужна цитата ]
Твердые приманки и жидкие инсектициды, особенно при неправильном применении, смещаются потоком воды. Часто это происходит через неточечные источники, из которых сточные воды переносят инсектициды в более крупные водоемы. По мере таяния снега и прохождения осадков по земле вода собирает нанесенные инсектициды и откладывает их в более крупные водоемы, реки, водно-болотные угодья, подземные источники ранее пригодной для питья воды и просачивается в водоразделы. [43] Этот сток и просачивание инсектицидов могут влиять на качество источников воды, нанося вред природной экологии и, таким образом, косвенно воздействуя на человеческое население посредством биомагнификации и биоаккумуляции.
Инсектициды могут убивать пчел и могут быть причиной сокращения количества опылителей , гибели пчел, опыляющих растения, и синдрома распада колонии (CCD), [44] , при котором рабочие пчелы из улья или западной колонии медоносных пчел внезапно исчезают. Потеря опылителей означает снижение урожайности сельскохозяйственных культур . [44] Сублетальные дозы инсектицидов (например, имидаклоприда и других неоникотиноидов) влияют на поведение пчел при кормлении. [45] Однако по состоянию на июнь 2007 года исследования причин ПЗС не дали окончательных результатов. [46]
Помимо последствий прямого потребления инсектицидов, популяции насекомоядных птиц сокращаются из-за сокращения популяций их жертв. Считается, что опрыскивание пшеницы и кукурузы в Европе привело к сокращению численности летающих насекомых на 80 процентов, что, в свою очередь, привело к сокращению местных популяций птиц на одну-две трети. [47]
Вместо использования химических инсектицидов, чтобы избежать повреждения урожая насекомыми, сейчас существует множество альтернативных вариантов, которые могут защитить фермеров от крупных экономических потерь. [48] Некоторые из них:
Источник: [54]
