我国已经合成了一批重要昆虫性信息素和性诱剂。其中果树害虫有梨小食心虫、桃小食心虫、桃蛀螟、苹小卷蛾、苹果蠹蛾、金纹细蛾、枣黏虫等;森林害虫马尾松毛虫、油松毛虫、白杨透翅蛾、槐尺蠖、松梢螟、蒙古木蠹蛾等;粮棉害虫亚洲玉米螟、二化螟、三化螟、大螟、稻显纹纵卷叶螟、黏虫、棉红铃虫、棉铃虫等;甘蔗害虫二点螟及甘蔗条螟、黄螟、白螟等;蔬菜害虫小菜蛾、烟青虫、茄黄班螟等。我国还研究与试验了一些其他种类昆虫的信息素和引诱剂。其中有日本松干蚧、甘薯小象甲、长角血蜱、家蝇、蚜虫、实蝇、靖远松叶蜂等性信息素;家白蚁、土白蚁、散白蚁等示踪信息素;谷盗聚集信息素;蚜虫报警信息素;库蚊产卵引诱信息素;蜜蜂蜂王信息素和那氏信息素等。
我国昆虫信息素研究的一个突出特点是与实际应用紧密结合。我国鉴定与合成的多数是重大农林害虫的信息素或引诱剂,有些已经在害虫的综合治理中发挥重要作用。
在过去的30年里,尤其是改革开放以来,我国的昆虫信息素研究与应用取得了重要进展。已经鉴定和合成一批主要农林害虫信息素,有些已在害虫的测报和防治上大面积推广应用,创造了显著的经济效益和社会效益,取得了一批重大科技成果,有些已获得国家和省部级奖励。其中,获得国家发明奖的有棉红铃虫(中国科学院上海有机化学研究所,上海昆虫研究所)、梨小食心虫(中国科学院动物研究所)、亚洲玉米螟(广东省测试分析研究所,江苏省激素研究所)等昆虫性信息素研究成果。获得国家科技进步奖的有桃小食心虫(中国科学院动物研究所)、二点螟(中国科学院动物研究所)及“若干昆虫信息素结构鉴定、合成及应用”(中国科学院上海有机化学研究所等)等研究成果。获中国科学院和省部级重大科技成果奖的有棉红铃虫、梨小食心虫、桃小食心虫、二点螟、甘蔗条螟、小菜蛾、白杨透翅蛾、枣黏虫、二化螟、稻纵卷叶螟、棉铃虫、粟灰螟等20多项昆虫信息素研究成果。
不难看出,上述获奖成果大多是我国鉴定与合成并已大面积推广应用的鳞翅目昆虫性信息素。令人高兴的是,近年来鳞翅目以外的一些重要昆虫的性信息素、聚集信息素、示踪信息素和报警信息素等,也已成为我国的研究课题并取得了可喜进展。毋庸置疑,我国的昆虫信息素研究与应用已取得重要进展,有些方面(如一些昆虫性信息素在虫情测报和诱捕法防治上的大面积试验与推广应用等)已达到国际同类研究的先进水平。但总体来讲,同发达国家相比还有不少差距,离我国现代化农业和林业发展的需要还差得很远。我们应继续多单位团结协作,不断加强昆虫信息素基础研究,随着更多主要害虫信息素的鉴定、合成与应用研究的进展,昆虫信息素必将在我国农林等害虫的综合防治中发挥越来越大的作用。
4.4.3农用抗生素
在农药的发展历史上,天然产物具有不可磨灭的功劳。除了植物源的仿生农药外,一些微生物的发酵产物也同样为杀虫杀螨剂和杀菌剂的发现做出了重大贡献。特别是20世纪70年代以来,具有杀虫、杀菌活性的农用抗生素的开发十分引人注目。其具有高效、高选择性、易降解等特点,故发展十分迅速。农用抗生素中主要杀虫剂品种有阿维菌素、甲维盐、氟虫腈、虫螨腈、多杀菌素等,主要杀菌剂产品有井冈霉素、多抗霉素类(多氧霉素、有效霉素)、春雷霉素、庆丰霉素等。
(1)阿维菌素类杀虫杀螨剂
1976年,美国默克公司和日本北里大学合作,从日本静冈县伊东市川奈地区的土壤放线菌——灰色链霉菌的发酵液中分离得到了具有优良杀虫和驱蠕虫活性的阿维菌素。阿维菌素对叶螨和许多种类的昆虫具有非常强的杀灭效力。现在阿维菌素已在世界上许多国家应用,防治大多数农作物和园艺作物的害虫和害螨。在阿维菌素的化学结构基础上改造成功了伊维菌素,也已经在世界上许多国家登记用于防治家畜寄生虫。虽然阿维菌素对叶螨类和一些昆虫防效优良,但不能满足市场需求。这种状况促使人们去研究价廉物美的阿维菌素系列化合物,并于1984年发现了半合成的阿维菌素——埃玛菌素,并制成了埃玛菌素的盐酸盐,这个产品是在阿维菌素的基础上,经五步合成获得的衍生物。随后的研究发现,埃玛菌素******盐的稳定性和水溶性好于其盐酸盐,并于1997年在美国进行登记用于植物保护。河北省石家庄化工厂在国内首先合成了埃玛菌素******盐,并于1999年取得登记防治棉铃虫。
(2)吡咯(吡唑)类杀虫杀螨剂
吡咯(吡唑)类杀虫杀螨剂是美国氰胺公司以微生物链霉菌的代谢产物二吡咯霉素为先导化合物开发的高效杀虫杀螨剂。二吡咯霉素对为数众多的昆虫和蜱螨目的蜘蛛表现中等程度的生物活性,但对哺乳动物的毒性却非常高。这些研究结果激发了人们对其化学结构进行改造的兴趣。1987年法国罗纳-普朗克公司以二吡咯霉素为先导物,开发成功了广谱性杀虫杀螨剂——氟虫腈(锐劲特);1988年美国氰胺公司又向世界推出了一个全新的广谱性杀虫、杀螨剂——虫螨腈(溴虫腈、除尽),其对烟芽夜蛾幼虫的效果与氯氰菊酯相当,比常规药剂效果高4~16倍。溴虫腈在我国被广泛用于蔬菜害虫的防治,尤其对小菜蛾、甜菜夜蛾及斜纹夜蛾三种害虫具有很好的防治效果。我国大连瑞泽农药股份公司于2005年研制成功了丁烯氟虫腈(瑞得金)。
(3)农用抗生素
农用抗生素的研究始于美国、英国、日本等国科学家用医用抗生素如链霉素、土霉素、灰黄霉素等来防治植物病害。1958年,日本成功研制出杀稻瘟菌素S,并于1961年大面积应用于稻瘟病的防治,基本上取代了有机汞制剂在防治稻瘟病上的应用。杀稻瘟菌素S的发现和工业化,使农用抗生素的开发进入了一个新的时期。之后,日本又相继开发了春雷霉素、多氧霉素、有效霉素等一系列高效、低毒的抗真菌农药新品种。日本在这方面的研究已经走在世界的前面。世界抗生素研究在经历了20世纪70年代的高速发展期和80年代新品迭出期以后,进入90年代已迈入市场成熟期。
中国是农用抗生素生产和应用大国,也是农用抗生素研究开展较早的国家,早在20世纪50年代就已经开始此类研究,由于当时经济条件的限制,进展比较缓慢,到20世纪70年代以后逐渐取得较大突破,进入了蓬勃发展时期。中国研制成功并在生产上推广应用的农用抗生素主要有井冈霉素、多抗霉素、庆丰霉素、农抗120、武夷菌素、中生菌素等10多个品种。目前,大规模生产并且应用面积最大的品种是井冈霉素,年产值达到5亿多元。进入20世纪90年代,中国的抗生素研究开发又进入一个新的发展高潮,科研水平处于世界先进国家之列。
4.5农药的发展趋势〖1〗4.5.1现代农药的概念农药是人类生产和生活中不可或缺的生产资料。随着人类的进步,人们对生活质量和生存环境的要求越来越高,促使了农药的不断发展和进步,它在人类的社会和经济活动中起着越来越重要的作用。尤其在当前,世界人口不断增长,耕地面积难以发展,而对粮食的需求却日益增加的情况下,这就需要更多、更好地符合当今环境需要的农药以确保农业的稳产、丰收。
对于农药的含义和范围,20世纪80年代以前,人们偏重于强调对有害生物的“杀死”,但20世纪80年代后,随着人们对环境质量要求的不断提高,对农药的要求也越来越严格,因此,农药的概念也随之发生了很大的变化。今天,我们并不注重“杀死”,而是更注重于“控制”和“调节”。因此,农药便出现了各种各样的代名词,如“生物合理农药”“理想的环境化合物”“生物调节剂”“抑虫剂”“抗虫剂”“环境和谐农药”“环境友好型农药”等。尽管对农药有各种各样的表达,但今后农药的内涵必然是“对害物高效、对非靶标生物及环境安全”。
对于农药的含义和范围,不同的国家和地区有所差异。美国最早将这些物质称为经济毒剂,将农药和化学肥料一起合称为农用化学品;大多欧洲国家多称为农业化学品;德国又称之为植物保护剂;法国曾称为植物药剂和植物消毒剂;日本称为农药,且其范围很广,把天敌也包括在内。目前,中国与国际上的现代农药词意基本上是一致的,不但包括天敌昆虫等活体生物,生物体中有效成分的提取物及人工模拟合成物(如昆虫保幼激素、性诱激素等),甚至把某些转基因植物(如抗虫棉等)也称为“农药植物”。我国现代农药的概念是指“用于预防、消灭或者控制危害农林业的病、虫、草和其他有害生物以及有目的地调节、控制、影响植物和有害生物代谢、生长、发育、繁殖过程的化学合成或者来源于生物、其他天然产物及应用生物技术生产的一种物质或者几种物质的混合物及其制剂”。
4.5.2今后农药发展趋向
世界人口在不断增多,但可耕土地面积却不断减少,世界粮食问题变得越来越严峻。如今,人类对环境的要求越来越高。为此,对于农药的发展,应在确保世界粮食供应的前提下,也要保证对人类和环境的健康要求。因此,今后世界农药将呈现以下发展趋向。
(1)化学农药仍将是全球农药的主体
农药是病、虫、草等有害生物防治中必不可少的农资产品,是提高作物产量,保证粮食安全,解决全球粮食危机的重要物资。没有农药,就难以保证全球的粮食供应。人类离不开粮食,农业离不开农药。据报道,在英国,如果停用农药,将使水果减产78%,蔬菜减产54%,谷物减产32%;在美国,投入1美元的农药可获3~4美元的回报;在中国,每年农作物病虫害发生面积40多亿亩,农药使用量高达100万吨制剂,可减少经济损失300亿人民币。
随着1996年转基因作物诞生到大面积推广应用,并由于人们对环境质量的要求等社会压力,对化学农药产生了一定的冲击。但由于转基因作物并不普遍,天然产物农药有其局限性,因此,化学合成农药仍将保持其在有害生物防治中的重要地位。况且,目前全世界有8亿人口处于饥饿状态,每天有2万人死于饥饿。
(2)有害生物控制的新方法及新概念不断出现,调控型农药备受关注随着社会的发展,人们对有害生物防治观念发生了很大变化,为适应这些变化,使农药的范畴和使用目的也出现了极大改变。20世纪70年代,为了解决农药残留和害虫抗性等问题,也为了尽量减少化学农药用量,以更合理地控制有害生物,美国的几位昆虫学家提出了“有害生物综合治理(IPM)”的概念。所谓IPM,就是协调运用各种适宜的技术和方法(包括使用农药),把有害生物种群控制在经济阈值之下的一种管理体系。在IPM体系中,并没有排斥农药的使用。但此时农药使用的目的并不是完全杀死所有的害物,而是将其控制在一定水平,且不造成经济损失。为了充分发挥农药的作用,并最有效地防治害物,有人提出了“知情防治”的概念,即在防治之前要对农药特性、混用后药效变动情况、病虫害防治指标、药剂喷洒方法及药液附着情况和防效、药剂敏感性下降的对策、耕种防治方法及其有效性以及改进栽培管理方法以避免病虫害等诸多情况进行详细了解,做到心中有数。有人从自然保护立场出发,对害物防治提出了“生物多样性综合治理”的新概念。该法系以IPM为基础,结合物种保护、保全等情况,以“保护—防治—管理—共存”的理念,达到物种的控制与延续的目的。此外,还出现了有害生物生态治理(EPM)、强化生物因子的综合治理(BPM)、合理有害生物治理(RPM)和有害生物可持续治理(SPM)等很多有害生物控制的新概念。
在有害生物控制新方法和新概念的实施中所使用的农药也应符合上述几种概念的需求,希望更多地开发和应用调控型农药,如昆虫生长调节剂、作物抗病激活剂、类激素类农药、各种昆虫信息素以及各种害物特殊酶的抑制剂等。由于这类农药对人类与环境绝对安全,并有利于对害物的调控,符合当今人们所谓的“绿色”概念。目前此类农药已成为新农药开发的热点。
(3)仿生环保型农药将是新农药开发的主体
由于仿生农药具有高度的安全性、选择性,越来越成为人们开发新农药的主要方向,同时也越来越受到农药使用者的青睐。仿生农药有两类,一类是以天然产物为先导化合物,进行结构改造;另一类则以害物特有靶标或特有物质为目标,进行新农药的开发。