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1、第五章 农药对生态环境的影响,我国是一个农业大国，农药使用品种多、用量大，其中70-80的农药直接渗透到环境中，对十壤、地表水、地下水和农产品造成污染，并进一步进入生物链，对所有环境生物和人类健康都具有严重的、长期的和潜在的危害性。农药及其在自然环境中的降解产物，污染大气、水体和土壤，会破坏生态系统，引起人和动、植物的急性或慢性中毒。,第一节 农药对有害生物群落的影响,一、对害虫群落的影响 施用农药对害虫生物群落的影响大体上分为直接影响和间接影响两大类。 （一）直接影响 即直接接受了施用农药而产生的影响。这种影响并不只限于防治对象，也影响到非防治目标生物。,（二）二次影响 动物因取食体内含有农
2、药的生物而中毒或死亡称二次影响。 （三）迟发性影响 这种影响并不立即发生，在食物链中逐渐富集，处于食物链高位的生物容易产生迟发型影响。 （四）食饵种群的减少 由于大量使用除草剂，使某些种类的杂草大为减少，以至于影响到以此种杂草为食的昆虫群，进而影响到这类昆虫的天敌。,（五）提供栖息的生物减少 植物常常是一些昆虫及其它生物的栖息场所，由于大量施用农药，破坏了它们的栖息环境，从而使其不适应。 （六）竞争性种群被消灭 生物间具有相同生活习性的种群必然要进行竞争，由于农药对某一种群的抑制，而使其它种群数量增加。 （七）大量捕食性天敌被消灭,二、靶标生物的抗药性在使用农药防治有害生物的过程中，值得重视的
3、重要问题之一是防治对象产生抗药性。因为抗药性一旦产生不仅给防治带来经济上的损失，而且由于大量用药而产生环境污染以及对有益生物的危害。,（一）、害虫抗药性的发展状况昆虫对农药抗药性的历史，通常从1908年美国发现梨圆蚧对石流合剂，产生抗药性之后算起的，1917年又发现苹果蠹蛾对砷酸铅的抗药性，直到1938年前，仅有7种害虫产生抗药性，当时并未引起人们的足够重视。直到上世纪40年代后有机杀虫剂的合成应用之后，瑞士人发现DDT防治家蝇失效，家蝇对DDT的抗性达到了100-200倍，这时才引起国际上的重视。,害虫对杀虫剂的抗药性,纵观历史，害虫抗性的发展大致经过了三个时期：(1)1940年以前无机杀虫
4、剂时代，农药种类很少，农药的靶标很广，抗性发展缓慢；(2)20世纪4070年代末，有机氯、有机磷农药广泛使用时代，农药靶标明确，作用机制单一，农药种类相对较少，抗性发展快，很多害虫出现了无药可治的局面；(3)80年代以后，拟除虫菊酯、生长抑制剂等农药出现，它们的靶标单一，容易被害虫代谢酶降解，抗性发展十分迅速。,椐FAO统计，19541985年，抗性害虫已由10种猛增到432种。唐振华（2002）报道，全世界至今已有600多种害虫及害螨对一种或多种农药产生了抗性，其中绝大多数是农业害虫。自1963年首次报道我国淡色库蚊对氯化烃类杀虫剂产生抗性以来，至今我国已有45种害虫产生了抗性，其中农业害虫
5、36种，卫生害虫9种（唐振华，2000）。抗性突出的害虫有棉蚜、棉铃虫、二化螟、小菜蛾、家蝇、淡色库蚊、德国小蝇等，这些害虫对不同类型的多种杀虫剂产生了抗性，并且抗性水平较高。,至1986年止，各种昆虫和螨类历年发生抗性的情况见表1（唐振华，1993）。,表1 节肢动物对一种或几种药剂发生抗性的情况（1908-1986） Table 1 The numbers of arthropod species developed resistance to pesticides,就1984年后报道的同翅目抗性害虫作粗略估计，约44种（其中以蚜虫居多），对不同药剂产生了抗性，约占统计数量的52.3%，对
6、各类药剂产生抗性的种类比例依次为：有机磷（86.4%）氨基甲酸酯（54.5%）拟除虫菊酯（43.2）有机氯（27.3%）其它（20.5%）昆虫生长调节剂（4.5%）。,从杀虫剂发展的历史来看，各种昆虫和螨类对各类杀虫剂产生抗性的速度越来越快，从表2可以看出，对各药剂产生抗性的虫数以5为基数，则从5160种止，平均翻一翻所需的时间依次为越来越少，对近20年来新发展的氨基甲酸酯类和拟除虫菊酯发生抗性虫种的速度越来越快（唐振华，1993）。,表2 昆虫对不同杀虫剂的抗性增长速度 Table 2 The increasing speed of resistance to different class
7、 insecticides in insect pests,（二）、害虫抗药性的概念,世界卫生组织（WHO）1957年对害虫抗药性的定义是：“昆虫具有耐受杀死正常种群大部分个体的药量的能力并在其种群中发展起来的现象”。这个定义指出的抗性是种群的特性，而不是个体昆虫改变的结果，我们通常所指的害虫抗药性是指使用过一段农药后，用同样的剂量防治害虫效果明显的下降，可以说害虫对此药产生了抗性。不能一次见到防效不好，就认为产生了抗性。,（三）、抗性分类,由于在同一地区连续使用药剂而引起的害虫抗药性的提高，而形成了抗药性。药剂不同产生的抗药性也不同，分为以下几种抗性：1.单一抗性 2.交互抗性3.多种抗性
8、4.负交互抗性,2.交互抗性 昆虫的一个品系由于同一机制，对某种药剂产抗性后而对其它从未用过的药剂也发生了抗性，这种现象称为交互抗性。主要是由于杀虫剂的作用机理相同造成的。抗内吸磷的棉蚜对乐果，磷胺，对硫磷。西维因等都产了抗性。抗氰戊菊酯的玉米螟对溴氰菊酯有交互抗性。,1.单一抗性 只表现对起作用的药剂有抗性，称为单一抗性。,3.多种抗性,是指昆虫的单一品系由于不同机制，对各种药剂产生了抗药性，也就是指某些昆虫对用过的多种杀虫剂同时产生抗药性。是由于长期的、连续的大量地使用不同药剂造成的，是对多种作用机理相同或不同的药剂的抗性。例如小菜蛾对有机氯（DDT）、有机磷（敌百虫）、氨基甲酸酯类（西维
9、因）杀虫剂产生了抗性。,4.负交互抗性,是指有些昆虫对一种杀虫剂产生抗后，反而对另一种杀虫剂表现特别敏感的现象，称为负交互抗性。如中科院北京动物研究所测定甲基1605对内吸磷抗性棉蚜有负交互抗性，抗有机磷的山楂红蜘蛛对杀螨酯有负交互抗性。,但是并不是一种害虫对各种药剂都能产生交互抗性，一般来说，凡是作用机制相同或相近的药剂就容易产生交互抗性，而不同类型的药剂，由于对昆虫毒杀机制的不同，因而不易产生交互抗性，如抗内吸磷的棉红蜘蛛对有机氯杀螨剂三氯杀螨醇就不易产生交互抗性。有些不是同一类杀虫剂，但作用机制一致，也可产生交互抗性。,（四）、影响害虫抗性发展的因素,1 遗传因素支配抗性机制的基因可能是
10、单一基因，也可能是多基因。害虫抗性发展的快慢，遗传基因在种群中的数量或出现的频率是重要的决定因素。 2 生物学因素世代周期长短、每一代的个体数等昆虫种群的迁移性 3 施药因素施药次数与剂量药剂本身,BACK,BACK,害 年世 产生抗性虫 代数 所需时间根肿蝇 3-4 5-6年马铃薯金针虫 2 6 年北方玉米根叶虫甲 1 8-10年日本丽蝇 1 10 年台湾甘蔗金针虫 1/2 20 年,Gerogion（1980）报道，用艾氏剂、狄氏剂进行土壤处理，不同世代周期的土壤害虫，产生抗性需要的时间有很大差别。,（五）、抗药性的生理生化机制 1 增加解毒作用的速率 这是大多数昆虫抗药性的主要机制，解毒
11、酶的量增加，活性提高。解毒酶主要有以下几种酶：（1）氧化酶： 微粒体多功能氧化酶（MFO）（2）水解酶系：磷酸酯酶、羧酸酯酶、酰胺酶（3）转移酶：谷胱甘肽转移酶（4）DDT脱氯化氢酶,（1） 氧化酶是解毒酶中最重要的一种，如：微粒体多功能氧化酶 （MFO）是非专一性的酶，它能代谢很多种杀虫剂，如有机磷，氨基甲酸酯，有机氯及拟除虫菊酯等。是许多昆虫对杀虫剂产生抗性以及交互抗性的重要原因之一。它可以活化杀虫剂，如将对硫磷变成（活化）对氧磷。MFO酶除了活化作用外，还可使许多杀虫剂被氧化降解，或者活化和降解同时进行，如上述对硫磷也可以氧化降解（脱芳基作用）。另一方面，MFO酶能代谢一些脂溶性强的杂环
12、化合物，反过来，这些杂环化合物能激发MFO酶的活性，如DDT、六六六等都有这些作用。,（2）水解酶系是脊椎动物体内能水解农药的酯酶的统称，它包括磷酸酯酶、羧酸酯酶，酰胺酶等，尤其是羧酸酯酶在昆虫对有机磷和拟除虫菊酯抗性中有着重要作用。1）磷酸三酯水解酶：芳基水解酶， O烷基水解酶，磷酸酯酶， 磷酸二酯水解酶等,R-CO-O-R+ H2O R-COOH + HOR,2）酰胺水解酶,R-CONH2 + H2O R-COOH + NH3,3）磷酸酯酶 （C2H5O）2PO-O- -NO2 （C2H5O）2 PO-OH + HO- -NO2,3）羧酸酯酶 能使马拉松水解成马拉松单酸与马拉松二酸，而失去
13、活性。,马拉松单酸,马拉松二酸,马拉松,（3）转移酶转移酶中最重要的一类酶就是谷胱甘肽转移酶，它同杀虫剂的代谢密切相关。现在知道它大致分为五类。A: 谷胱甘肽S烷基转移酶B: 谷胱甘肽S芳基转移酶C: 谷胱甘肽S链烯转移酶D: 谷胱甘肽S芳烷基转移酶E: 谷胱甘肽S环氧基基转移酶,这些酶尤其在对有机磷降解中有重要意义，它能使有机磷农药在烷基上或苯环上裂开，并且它与裂化后的一部分相结合成为可溶性的物质而排出体外。对甲基1605、杀螟松等主要起脱甲基作用，对1605主要在苯环上裂开，并与硝基苯相结合。,是DDT降解代谢的重要酶，也是昆虫对DDT抗性的原因之一，它可使DDT脱 HCl成为 DDE，从
14、而变为无毒物。（如家蝇、28星瓢虫、小菜粉蝶、烟草天蛾、墨西哥豆象等）。,有机磷中硝基结构的化合物，如对硫磷等可被硝基还原酶代谢为无毒物。,H Cl - C - Cl Cl C - ClCl,（4）DDT脱氯化氢酶,BACK,（六）、对付抗药性的途径,1983年，Georghiou曾提出三种原则性的对策： 适度防治（management moderation） 饱和防治（management by saturation） 多点攻击（management by multiple attack）,BACK,适度防治（management moderation）,出发点是通过降低药剂的选择压力来保持
15、害虫的敏感性，充分利用种群中有价值的敏感性资源，能促进敏感纯合子个体存活的措施。 主要是减少总选择压，可以有许多具体方法，例如提高防治指标，减少药剂剂量使部分敏感昆虫得以存活，以达到稀释抗性基因的目的；也可以减少施药次数，使用短残效剂或进行局部施药等。,BACK,饱和防治（management by saturation）,出发点是应用高剂量杀死抗性杂合子个体，淘汰抗性基因，以达到延缓抗性发展的目的。这个策略主要对付未经药剂处理过的种群或抗性发展正处于杂合子阶段的种群，若想用来挽救一些抗性的农药，这一策略是不适合的。 饱和治理的必要条件是种群内一部分敏感个体要能逃避杀虫剂的选择，或有一部分敏感个体从未迁入处理区；否则，该策略反而会加快对抗性基因的选择，促进抗性发展。 主要措施是使用增效剂提高药剂对抗性害虫的防治效果，以达到饱和治理。,BACK,多点攻击（management by multiple attack）,出发点是采用化学结构和作用位点不同的两种以上的药剂来防治害虫，使其受到或长或短的多种作用方向的化学选择压，并使得其中任何一个药剂的选择压力都低于抗性发展所需的选择压力，通过多种部位的攻击达到延缓抗性的目的。 主要措施是把两种或两种以上作用位点不同的农药进行混用、轮用或交替使用。,
