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新烟碱类杀虫剂发展概述

来源:北京市植物保护站 罗雪婷,吴 迪,尹 硕 浏览 697 次 发布时间:2022-10-17

新烟碱类农药是继有机磷类、氨基甲酸酯类、拟除虫菊酯类杀虫剂之后的第四代杀虫剂,随着高毒农药在全球市场的退出,新烟碱类杀虫剂逐渐成为防治刺吸式口器害虫、小型鳞翅目和鞘翅目害虫最有效的一类杀虫剂。


据相关文献报道,部分新烟碱类农药对蜜蜂的急性毒性为高毒或剧毒,会导致蜜蜂种群减少,存活与繁殖能力降低;甚至有报道称,新烟碱类农药对土壤生态系统代表生物蚯蚓高毒。因此2020年来不断有国家组织传来取消新烟碱类产品登记或禁使用新烟碱类产品的禁令。另外,新烟碱类农药的抗性问题也是阻止其进一步发展的绊脚石,但作为当今全球最大的一类植物源杀虫剂,其优秀的防治效果,在短时间内还无法找到替代的产品。


1、发展历史


自从1978年soloway等报道了具有杀虫活性的硝基亚甲基杂环化合物以来,通过对该类化合物官能团的变换,20世纪80年代中期德国拜耳公司成功开发出第一个烟碱类农药——吡虫啉,其新颖的作用方式、选择毒性强、高效、广谱和对环境相容性好等特点,立即引起了人们的注意,国外一些大的农药公司相继进入了烟碱类似物研究领域,参与了此类化合物的合成研究,从而使其成为杀虫剂研究开发的一大热点。


烟碱作为杀虫剂使用的历史可以追溯到17世纪,最初人类用烟草浸取液作为杀虫剂。1828年确定该浸取液有效成分为烟碱(S-nicotine),1904年成功合成出烟碱。烟碱作为杀虫剂主要用于防治果树、蔬菜和水稻等的害虫,去甲烟碱(nornicotine)和毒藜碱(anabasine)也曾有一定范围的使用。1970年壳牌发展公司先后发现化合物SD-031588[2-(二溴硝甲基)-3-甲基吡啶]、SD-033420、SD-035347、SD-035651(即nithiazine,SKI-71)和噻虫醛(WL-108477)等。这些化合物虽然均存在较易水解、较差的光稳定性、对哺乳动物毒性高等问题,但其较好的生物活性引起研究人员的重视,拜耳公司于1984年将硝虫噻嗪结构衍生出化合物NTN32692,在此基础上,吡虫啉(imidacloprid)在1991年被成功开发上市。1993年,为将吡虫啉等通过天然生物碱结构优化得到的杀虫剂区别以前的烟碱类杀虫剂,提出了“新烟碱类”概念。吡虫啉超高的杀虫活性,立即引起全球范围内类似结构化合物的研发热潮,开发出多个高效杀虫剂,目前在全球范围内开发和使用的新烟碱类农药主要有12种。新烟碱类和烟碱类杀虫剂作用机理相同,区别在于两者的选择性差异大,前者杀虫活性高、对哺乳动物低毒,后者杀虫活有限、对哺乳动物毒性高。


2、作用机理


新烟碱类杀虫剂的作用机理是其作为烟碱乙酰胆碱受体(nAChRs)激动剂与乙酰胆碱受体选择性结合,与昆虫乙酰胆碱(ACh)产生竞争,阻断中枢神经正常传导,进而导致昆虫麻痹、死亡。由于该类杀虫剂具有独特的作用机制,与常规杀虫剂没有交互抗性,其不仅具有高效、广谱及良好的根部内吸性、触杀和胃毒作用,而且对哺乳动物毒性低,可有效防治同翅目、鞘翅目、双翅目和鳞翅目等害虫,对用传统杀虫剂防治产生抗药性的害虫也有良好的活性。新烟碱类杀虫剂既可用于茎叶处理,也可用于土壤、种子处理。相对而言,新烟碱类杀虫剂是一类高效、安全、高选择性的新型杀虫剂。


3、结构


从新烟碱类农药的结构来看,目前有2种分类的方法:①根据环状结构将现有的新烟碱类农药分为两种系统,即五元环和六元环系统,五元环和非环状系统;②根据取代基的不同将新烟碱类农药分为三代,第一代为氯代烟碱型,第二代为硫代烟碱型,第三代为呋喃型,这也是新烟碱类农药的发展过程。


4、主要产品开发情况


目前,在全球范围内开发或已使用的新烟碱类农药主要有13种,详细信息见表1。


表1新烟碱类农药品种信息



5、新烟碱农药在我国登记剂型分析


农药的原药一般不能直接在生产上使用,通常需经过加工配制成各种类型的制剂。新颁布的GB/T 19387—2017《农药剂型名称及代码》对农药剂型重新进行了科学分类,目前我国的农药剂型共有61种。


5.1、登记剂型品种繁多


新烟碱类农药目前在我国登记的剂型有38种,共登记3 209个产品。占到我国农药剂型的62.3%。其中可湿性粉剂694个,乳油463个,水分散粒剂449个,悬浮剂295个等(表2)。


表2新烟碱类农药目前在我国登记的剂型及数目汇总


5.2、环境友好型剂型品种较多


随着科技的进步和国家农药管理的深入,农药剂型的研发以高效、安全、环保、方便为主要目标,向水基化、颗粒化、低毒化、多功能化方向发展,新烟碱类农药环境友好农药占到已登记农药品种的59%以上,以悬浮剂、水分散粒剂、悬浮种衣剂等环保剂型作为农药制剂主体。


6、新烟碱类农药发展存在的问题


新烟碱类农药的发展近几年遇到了严重的瓶颈,尤其是在毒性和抗性方面。据相关报道新贵氟吡呋喃酮在我国褐飞虱田间种群已产生中等水平抗性。


6.1、毒性


随着高毒农药在全球市场的退出,新烟碱类杀虫剂逐渐成为防治刺吸式口器害虫、小型鳞翅目和鞘翅目害虫最有效的一类杀虫剂。但近年来,研究者们发现,部分新烟碱类杀虫剂(如吡虫啉、噻虫嗪、噻虫胺、呋虫胺等)对蜜蜂的急性毒性为高毒或剧毒,且具有亚致死效应;有效成分及代谢物在花粉和花蜜中残留,导致蜜蜂种群减少,存活与繁殖能力降低;此外,吡虫啉、啶虫脒、烯啶虫胺、噻虫胺、噻虫啉等还对土壤生态系统代表生物蚯蚓高毒。鉴于此,多个国家和组织对部分新烟碱类杀虫剂的环境风险进行再评价或限制使用,甚至禁用。例如:欧盟成员国于2018年5月通过投票,确定将于2018年年底前禁止户外施用对蜜蜂有害的3种新烟碱类杀虫剂(吡虫啉、噻虫胺和噻虫嗪);美国环境保护署取消了12种会伤害蜜蜂的新烟碱类农药产品登记,2019年5月20日起生效,包含先正达、拜耳旗下产品。取消的12项产品登记中包含7项种衣剂,含噻虫胺、噻虫嗪的产品登记。


6.2、抗性


根据相关研究报道,新烟碱类农药在防治某些害虫时不同程度出现了抗药性,对第1代新烟碱类药剂吡虫啉表现高水平抗性(抗性倍数>1 000),对烯啶虫胺表现低至中等水平抗性(抗性倍数5.1~12);对第2代新烟碱类药剂噻虫嗪表现高水平抗性(抗性倍数>200);对第3代新烟碱类药剂呋虫胺表现中等至高水平抗性(抗性倍数24~201)。


7、结语


新烟碱类杀虫剂由于其广谱、高效、内吸好、且与常规农药无交互抗性等特点,深受用户喜爱,在杀虫剂市场占据了主要地位。但是其暴露出来的风险也应引起足够重视,下一步开发农药新产品时,需要解决相应问题,尽量开发出一些可替代产品或交替使用的产品,近年来复配产品的陆续上市或许会给新烟碱类杀虫剂带来新的机会和活力。总之,新烟碱类杀虫剂的未来何去何从,只能且行且看。