Инсектициды — это пестициды , используемые для уничтожения насекомых . [1] Они включают в себя овициды и ларвициды, используемые против яиц и личинок насекомых соответственно. Акарициды , которые убивают клещей и клещей , не являются строго инсектицидами, но обычно классифицируются вместе с инсектицидами. Основное применение инсектицидов — сельское хозяйство , но они также используются в домах и садах, промышленных зданиях, для борьбы с переносчиками и контроля насекомых- паразитов животных и людей. Утверждается, что инсектициды являются основным фактором, обусловившим рост производительности сельского хозяйства в 20 веке. [2] Почти все инсектициды обладают потенциалом значительного изменения экосистем; многие из них токсичны для людей и/или животных; некоторые концентрируются по мере распространения по пищевой цепи.
Способ действия описывает, как пестицид убивает или дезактивирует вредителя. Это еще один способ классификации инсектицидов. Способ действия может быть важен для понимания того, будет ли инсектицид токсичным для неродственных видов, таких как рыбы, птицы и млекопитающие.
Инсектициды отличаются от репеллентов , которые отпугивают, но не убивают.
В 2016 году инсектициды, по оценкам, составляли 18% от мировых продаж пестицидов. [3] Мировые продажи инсектицидов в 2018 году оценивались в 18,4 млрд долларов США, из которых 25% составляли неоникотиноиды, 17% — пиретроиды, 13% — диамиды, а остальное составляли многие другие классы, каждый из которых продавался менее чем за 10% рынка. [4]
Инсектициды могут быть системными или несистемными (контактные инсектициды). [3] [5] [6]
Системные инсектициды проникают в растение и перемещаются (транслокируются) внутри растения. Транслокация может быть вверх по ксилеме или вниз по флоэме или и то, и другое. Инсектицид с достаточно высокой концентрацией во флоэме особенно эффективен для уничтожения насекомых, таких как тля, которые питаются флоэмой. Таких насекомых часто называют насекомыми, питающимися соком, или сосущими насекомыми. Системность является предпосылкой для использования пестицида в качестве обработки семян .
Контактные инсектициды (несистемные инсектициды) остаются на поверхности листьев и действуют при непосредственном контакте с насекомым.
Эффективность может быть связана с качеством применения пестицидов , при этом небольшие капли, такие как аэрозоли, часто повышают эффективность. [7]
Самый известный хлорорганический агент , ДДТ , был создан швейцарским ученым Паулем Мюллером . За это открытие он был удостоен Нобелевской премии по физиологии и медицине 1948 года . [8] ДДТ был представлен в 1944 году. Он функционирует, открывая натриевые каналы в нервных клетках насекомых . [9] Одновременное развитие химической промышленности способствовало крупномасштабному производству хлорированных углеводородов, включая различные циклодиеновые и гексахлорциклогексановые соединения. Хотя они широко использовались в прошлом, многие старые химикаты были удалены с рынка из-за их воздействия на здоровье и окружающую среду ( например, ДДТ , хлордан и токсафен ). [10] [11]
Органофосфаты — еще один большой класс контактных инсектицидов. Они также воздействуют на нервную систему насекомых. Органофосфаты мешают ферментам ацетилхолинэстеразы и другим холинэстеразам , вызывая увеличение синаптического ацетилхолина и чрезмерную стимуляцию парасимпатической нервной системы [12] и убивая или выводя из строя насекомое. Органофосфатные инсектициды и боевые нервно-паралитические агенты (такие как зарин , табун , зоман и VX ) имеют тот же механизм действия. Органофосфаты оказывают кумулятивное токсическое действие на диких животных, поэтому многократное воздействие химикатов усиливает токсичность. [13] В США использование органофосфатов сократилось с появлением заменителей. [14] Многие из этих инсектицидов, впервые разработанных в середине 20-го века, очень ядовиты. [15] Многие органофосфаты не сохраняются в окружающей среде.
Карбаматные инсектициды имеют схожие механизмы действия с органофосфатами, но имеют гораздо более короткую продолжительность действия и несколько менее токсичны. [ необходима цитата ]
Пиретроидные инсектициды имитируют инсектицидную активность природного соединения пиретрина , биопестицида, обнаруженного в видах Pyrethrum (теперь Chrysanthemum и Tanacetum ). Они были модифицированы для повышения их стабильности в окружающей среде. Эти соединения являются нестойкими модуляторами натриевых каналов и менее токсичны, чем органофосфаты и карбаматы. Соединения этой группы часто применяются против домашних вредителей . [16] Некоторые синтетические пиретроиды токсичны для нервной системы. [17]
Неоникотиноиды — это класс нейроактивных инсектицидов, химически схожих с никотином (с гораздо более низкой острой токсичностью для млекопитающих и большей полевой стойкостью). Эти химические вещества являются агонистами ацетилхолиновых рецепторов . Они являются системными инсектицидами широкого спектра действия с быстрым действием (минуты-часы). Они применяются в виде спреев, обрызгивания, обработки семян и почвы . Обработанные насекомые демонстрируют тремор ног, быстрое движение крыльев, отдергивание стилета ( тля ), дезориентированное движение, паралич и смерть. [18] Имидаклоприд из семейства неоникотиноидов является наиболее широко используемым инсектицидом в мире. [19] В конце 1990-х годов неоникотиноиды стали объектом все более пристального внимания из-за их воздействия на окружающую среду и были связаны в ряде исследований с неблагоприятными экологическими эффектами, включая синдром разрушения колонии медоносных пчел (CCD) и потерю птиц из-за сокращения популяции насекомых. В 2013 году Европейский союз и несколько стран, не входящих в ЕС, ограничили использование некоторых неоникотиноидов. [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] и их потенциал для повышения восприимчивости риса к атакам цикад . [28]
Фенилпиразольные инсектициды , такие как фипронил, представляют собой класс синтетических инсектицидов, которые действуют путем воздействия на рецепторы ГАМК. [29]
Бутенолидные пестициды — это новая группа химических веществ, схожих по способу действия с неоникотиноидами, у которых пока есть только один представитель: флупирадифурон . Они являются агонистами ацетилхолиновых рецепторов , как и неоникотиноиды , но с другим фармакофором. [30] Они являются системными инсектицидами широкого спектра действия, применяемыми в виде спреев, обрызгивания, обработки семян и почвы . Хотя классическая оценка риска считала эту группу инсектицидов (и флупирадифурон в частности) безопасной для пчел , новые исследования [31] вызвали обеспокоенность по поводу их летальных и сублетальных эффектов, как по отдельности, так и в сочетании с другими химическими веществами или факторами окружающей среды. [32] [33]
Диамиды — это синтетические аналоги рианоидов с тем же механизмом действия, что и рианодин , природный инсектицид, извлеченный из Ryania speciosa ( Salicaceae ). Они связываются с кальциевыми каналами в сердечной и скелетной мышце, блокируя нервную передачу. Первым зарегистрированным инсектицидом из этого класса был Rynaxypyr, общее название — хлорантранилипрол . [34]
Регулятор роста насекомых (РРН) — это термин, придуманный для обозначения имитаторов гормонов насекомых и более раннего класса химических веществ, бензоилфенилмочевины, которые подавляют биосинтез хитина (экзоскелета) у насекомых [35]. Дифлубензурон является представителем последнего класса, используемого в основном для борьбы с гусеницами , которые являются вредителями. Из них наиболее широко используется метопрен . Он не имеет наблюдаемой острой токсичности для крыс и одобрен Всемирной организацией здравоохранения (ВОЗ) для использования в цистернах с питьевой водой для борьбы с малярией . Большинство его применений направлено на борьбу с насекомыми, где вредителем является взрослая особь, 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 Агентстве по охране окружающей среды в 1975 году. Практически не было подано никаких сообщений о резистентности. Более современным типом ИРР 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 натуральные инсектициды стали интересными объектами исследований по двум основным причинам: во-первых, потому что наиболее распространенные химикаты теряют эффективность , а во-вторых, из-за их токсического воздействия на окружающую среду. [36] Многие органические соединения уже производятся растениями с целью защиты растения-хозяина от хищников и могут быть использованы в интересах человека.
В коммерческих целях используются четыре экстракта растений: пиретрум , ротенон , масло нима и различные эфирные масла [37]
Тривиальный случай — древесная смола , которая является естественным инсектицидом. В частности, производство олеорезина хвойными видами является компонентом защитной реакции против нападения насекомых и заражения грибковыми патогенами . [38] Многие ароматизаторы, например, масло грушанки , на самом деле являются антифидантами.
Трансгенные культуры, действующие как инсектициды, появились в 1996 году с генетически модифицированного картофеля , который производил белки Cry , полученные из бактерии Bacillus thuringiensis , которая токсична для личинок жуков, таких как колорадский жук . [39]
Метод был расширен за счет использования инсектицидов РНК-интерференции, которые фатально подавляют важные гены насекомых. (РНК-интерференция, вероятно, изначально развилась как защита от вирусов .) [39] Это было впервые продемонстрировано Баумом и др. в 2007 году, которые включили V-APTase в качестве защитного средства в трансгенную Zea mays и продемонстрировали эффективность против Diabrotica virgifera virgifera . Это говорит о том, что пероральная доставка против Coleoptera в целом, вероятно, будет эффективной. Аналогичные исследования следовали методике Баума для защиты с помощью dsRNAs, нацеленных на детоксикацию, особенно насекомых P450s . Bolognesi et al. 2012 является одним из таких последующих исследований, однако они обнаружили, что dsRNA перерабатываются в siRNA самими растениями (в данном случае Solanum tuberosum ), а siRNA менее эффективно поглощаются клетками насекомых. Поэтому Болоньези произвел дополнительные трансгенные растения S. tuberosum , которые вместо этого производили более длинные dsRNA в хлоропластах , которые естественным образом накапливают dsRNA, но не имеют механизмов для преобразования их в siRNA. [40] Клетки средней кишки у многих личинок принимают молекулы и помогают распространять сигнал. Технология может быть нацелена только на насекомых, которые имеют подавленную последовательность, как было продемонстрировано, когда конкретная РНКi поразила только один из четырех видов плодовых мушек . Ожидается, что эта технология заменит многие другие инсектициды, [ сомнительные – обсудить ] , которые теряют эффективность из-за распространения устойчивости к инсектицидам . [39]
Пептидные фракции яда паука представляют собой еще один класс потенциальных трансгенных признаков, которые могли бы расширить репертуар способов действия и помочь ответить на вопрос устойчивости . [41]
Многие растения выделяют вещества, отпугивающие насекомых. Главными примерами являются вещества, активируемые ферментом мирозиназой . Этот фермент преобразует глюкозинолаты в различные соединения, токсичные для травоядных насекомых. Одним из продуктов этого фермента является аллилизотиоцианат , острый ингредиент в соусах из хрена .
Мирозиназа высвобождается только при раздавливании мякоти хрена. Поскольку аллилизотиоцианат вреден как для растения, так и для насекомого, он хранится в безвредной форме глюкозинолата, отдельно от фермента мирозиназы. [42]
Bacillus thuringiensis — это бактериальное заболевание, поражающее чешуекрылых и некоторых других насекомых. Токсины, вырабатываемые штаммами этой бактерии, используются в качестве ларвицида против гусениц , жуков и комаров. Токсины из Saccharopolyspora spinosa выделяются из ферментаций и продаются как Spinosad . Поскольку эти токсины оказывают незначительное воздействие на другие организмы , они считаются более экологически чистыми , чем синтетические пестициды. Токсин из B. thuringiensis ( Bt-токсин ) 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 ). [ необходима цитата ]
Основной акцент органической химии делается на разработке химических инструментов для повышения производительности сельского хозяйства. Инсектициды представляют собой важную область акцента. Многие из основных инсектицидов вдохновлены биологическими аналогами. Многие другие не встречаются в природе.
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 гранулы инсектицида на земле за еду и едят ее. [13] Распыленный инсектицид может дрейфовать из области, на которую он был нанесен, в зоны обитания диких животных, особенно когда он распыляется с воздуха. [13]
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. [43]
ДДТ был представлен общественности книгой Рэйчел Карсон «Безмолвная весна» . Одним из побочных эффектов ДДТ является уменьшение толщины скорлупы яиц хищных птиц. Скорлупа иногда становится слишком тонкой, чтобы быть жизнеспособной, что сокращает популяции птиц. Это происходит с ДДТ и родственными соединениями из-за процесса биоаккумуляции , когда химическое вещество из-за своей стабильности и жирорастворимости накапливается в жировых тканях организмов . Кроме того, ДДТ может биомагнифицироваться , что вызывает постепенно более высокие концентрации в жире тела животных, находящихся дальше по пищевой цепи . Почти всемирный запрет на сельскохозяйственное использование ДДТ и родственных химикатов позволил некоторым из этих птиц, таким как сапсан , восстановиться в последние годы. Ряд хлорорганических пестицидов были запрещены для большинства видов использования во всем мире. Во всем мире они контролируются Стокгольмской конвенцией о стойких органических загрязнителях . К ним относятся: альдрин , хлордан , ДДТ, дильдрин , эндрин , гептахлор , мирекс и токсафен . [ необходима ссылка ]
Твердые приманки и жидкие инсектициды, особенно если они неправильно применены в определенном месте, перемещаются потоком воды. Часто это происходит через неточечные источники, где сток переносит инсектициды в более крупные водоемы. По мере таяния снега и прохождения осадков по земле и сквозь нее вода подхватывает примененные инсектициды и откладывает их в более крупных водоемах, реках, водно-болотных угодьях, подземных источниках ранее питьевой воды и просачивается в водоразделы. [44] Этот сток и просачивание инсектицидов могут влиять на качество источников воды, нанося вред естественной экологии и, таким образом, косвенно влиять на население посредством биоусиления и биоаккумуляции.
Инсектициды могут убивать пчел и могут быть причиной снижения численности опылителей , потери пчел, опыляющих растения, и синдрома краха колонии (CCD), [45] при котором рабочие пчелы из улья или колонии западных медоносных пчел внезапно исчезают. Потеря опылителей означает снижение урожайности . [45] Сублетальные дозы инсектицидов (т. е. имидаклоприд и другие неоникотиноиды) влияют на поведение пчел при поиске пищи. [46] Однако исследования причин CCD были неубедительными по состоянию на июнь 2007 года. [47]
Помимо последствий прямого потребления инсектицидов, популяции насекомоядных птиц сокращаются из-за краха популяций их добычи. Считается, что опрыскивание пшеницы и кукурузы в Европе вызвало 80-процентное сокращение летающих насекомых, что в свою очередь сократило местные популяции птиц на одну-две трети. [48]
Вместо использования химических инсектицидов для предотвращения повреждения урожая насекомыми, сейчас доступно множество альтернативных вариантов, которые могут защитить фермеров от крупных экономических потерь. [49] Вот некоторые из них:
Источник: [55]