天然植物源農藥除蟲菊酯的殺蟲特性、作用機制及應用

鄭凱元 黃慧明 張 瑜 湯 健

（1.佛山市藍啟科技有限公司，廣東 佛山 528000；2.梅州市匯農優品生態農林專業合作社，廣東 梅州 514021）

1 除蟲菊酯概述

目前，世界上已知的除蟲菊酯有15種，但只有4種對害蟲具有明顯的殺傷力，其中以白花除蟲菊、紅花除蟲菊最為突出，兩者均可應用于家庭防治蟑螂等害蟲，效果顯著。

最早關于除蟲菊酯的研究始于學者從除蟲菊花中分離出具有殺蟲活性的糖漿狀酯，并將命名為“除蟲菊酮”。尹江平［1］整理相關研究發現，山本（Yamamoto）將除蟲菊酮的水解產品經臭氧氧化，分離得反式蒈酸和蒈酮，當時他無法確定反式蒈酸的性質，將其假設為“除蟲菊酸”。但1923年他證實了天然除蟲菊酯中含有環丙烷的環狀結構。后來，STAUDINGER等［2］對除蟲菊酯進行了研究，通過分離獲得了2種有效成分，分別將其命名為除蟲菊酯Ⅰ和除蟲菊酯Ⅱ。隨后越來越多的學者開始研究天然除蟲菊酯，LAFORGE等［3］在20世紀40年代又取得了突破，證實了除蟲菊酯Ⅰ、除蟲菊酯Ⅱ和瓜葉菊酯Ⅰ、瓜葉菊酯Ⅱ為天然除蟲菊酯中的有效殺蟲活性物質，并闡明了還有2種成分，分別為茉酮菊酯Ⅰ和茉酮菊酯Ⅱ。

除蟲菊酯是除蟲菊分離出的各種成分的總稱。除蟲菊酯可以溶入許多有機溶劑中，從中提取質量較好的黃色油狀物，質量不好的一般為深棕色黏稠液體。除蟲菊酯的主要活性成分有6種，分別為除蟲菊酯Ⅰ（PyrethrinⅠ）、除蟲菊酯Ⅱ（PyrethrinⅡ）、瓜葉菊酯Ⅰ（CinerineⅠ）、瓜葉菊酯Ⅱ（CinerineⅡ）、茉酮菊酯Ⅰ（JasmalinⅠ）和茉酮菊酯Ⅱ（JasmalinⅡ），均為酯類化合物，其結構包括醇和酸兩部分（見 圖1）［4］。除蟲菊酯各組分的相對分子質量與分子式如表1所示。

表1 除蟲菊酯各組分的相對分子質量與分子式

圖1 除蟲菊酯各組分化學式

這6種殺蟲成分中，除蟲菊酯Ⅰ、瓜葉菊酯Ⅰ和茉酮菊素Ⅰ的擊倒性強，而除蟲菊酯Ⅱ、瓜類葉酯Ⅱ和茉酮菊素Ⅱ的致死活性強［5］。

除蟲菊酯的殺蟲成分受到很多因素的影響，因品種、栽培、氣候、土壤等條件的不同而不同。除蟲菊酯的各種組分構成中，除蟲菊酯Ⅰ、除蟲菊酯Ⅱ分別占除蟲菊酯的35%和30%，是殺蟲活性最高的部分；瓜葉菊酯Ⅰ占10%，瓜葉菊酯Ⅱ占15%，茉莉菊酯Ⅰ、茉莉菊酯Ⅱ的占比分別為6%和4%。除蟲菊酯的主要成分和主要的作用因子是除蟲菊酯Ⅰ、除蟲菊酯Ⅱ，而中除蟲菊酯Ⅰ的結構式相對較為簡單，可以以此作為合成模板。

2 除蟲菊酯的殺蟲特性

2.1 廣譜高效殺蟲性

除蟲菊酯是一種高效廣譜殺蟲劑，對大部分害蟲都有較強的滅殺效果。除蟲菊酯主要是通過觸殺來殺死害蟲，且擊倒力強，藥效快速。對咀嚼式口器類害蟲和吸刺式口器類害蟲都具有明顯的防治效果。

GIANNETTI等［6］研究0.3%除蟲菊酯對蚜蟲的殺傷情況，結果表明大量蚜蟲被殺死，蚜蟲死亡率超過75%。而將這一物質應用在玫瑰上，對蚜蟲的殺傷力更大，蚜蟲死亡率超過90%。他還將其應用于菊花上，能充分殺死其上附著的蚜蟲，蚜蟲死亡率高達84.6%。他在研究中設立了抗蚜堿對照組，對比兩組物質對蚜蟲的殺傷情況，使用除蟲菊酯后蚜蟲死亡率明顯較高，與另一組差異顯著。SUDOI等［7］針對除蟲菊酯進行了研究，將25%除蟲菊酯乳油噴在有薊馬的茶葉上，茶葉產量增加了306 kg/hm2，薊馬數量也由單位面積內156.0頭降至13.5頭。尹可鎖等［8］開展試驗探究了5%除蟲菊酯乳油2 500倍液對甘藍蚜蟲的防治效果，并設立對照組（噴灑10%氯氰菊酯溶液），結果表明噴灑5%除蟲菊酯乳油2 500倍液的蚜蟲減退率達80%，比10%氯氰菊酯效果好。牛贍光等［9］發現，美國白蛾幼蟲在除蟲菊酯的防治下的半數致死量（LD50）為3.75 μg/g。韓盛等［10］試驗表明，5%除蟲菊素乳油對番茄棉鈴蟲的防效為68.21%。陸繼軍等［11］試驗表明，5%除蟲菊酯800倍液對黃瓜美洲斑潛蠅的防治效果在90%以上。耿小麗等［12］試驗表明，5%除蟲菊酯對食用菌菇蠅具有較好的滅殺作用，使用除蟲菊酯制劑后1、3、7 d的防治效果依次為76.81%、84.04%、65.74%。張志武等［13］試驗表明，5%除蟲菊酯對東亞飛蝗的防治效果效果較持久，使用除蟲菊酯后12 d的防治效果仍有75%。

2.2 低殘留低毒性

除蟲菊酯使用后易分解為水和二氧化碳，在自然界和農產品中的殘留量較低，污染較少。使用除蟲菊酯進行殺蟲可以最大限度地減少農藥對環境的污染，除蟲菊酯是國際上公認的安全環保殺蟲劑之一。此外，除蟲菊酯對溫血動物及人畜毒性較低，并且一般用量較少，使用起來較安全。除蟲菊酯在人畜體內容易被分解，進入身體后會被身體中的酶分解排出體外，不會殘留在身體內。

2.3 低抗藥性

天然除蟲菊酯不會對哺乳動物帶來毒副反應，也不會讓害蟲產生抗藥性。害蟲吸收天然除蟲菊酯后，其體內不會產生分解除蟲菊酯的酶，導致原本對其的傷害作用有所減弱［14］。同時，除蟲菊酯的組成成分較多，害蟲難以對其產生抗藥性。

2.4 受溫度影響

除蟲菊酯在高溫下和光照下易分解，若用量不足，則無法滅殺害蟲。但如果用量足夠，那么隨著溫度的增高，其作用逐漸增強，害蟲死亡率隨之提高。

2.5 對害蟲的生理、行為影響

除蟲菊酯對害蟲的生理效應主要表現在幼蟲蛻皮化蛹過程中，使害蟲化蛹時間延長。而對有害生物行為的影響，主要表現在影響其味覺神經等感官器官，使其產生拒食的排斥行為。

3 除蟲菊酯的作用機制

除蟲菊酯是一種神經毒性殺蟲劑，可通過影響有害生物的神經系統來影響其生理習性。昆蟲受到除蟲菊酯的刺激誘導后，其神經傳導被阻斷，會經歷痙攣、癱瘓和死亡3個階段［15］。所以，將除蟲菊酯的作用機制概況為2種。一是在害蟲軸突膜上存在一類擬除蟲菊酯受體，擬除蟲菊酯類殺蟲劑與受體物理性結合后，改變了膜的三維結構，從而改變了膜的通透性，具體是使Na+通道延遲關閉，負后電位延長并加強，導致產生重復后放，從而對蟲體造成傷害，引發其出現麻痹癥狀，最終死亡。二是除蟲菊素不溶于水，易溶于有機溶劑，并且可以附著于蛋白質和害蟲的脂肪結合層，作用于氧化酶，能迅速擊倒昆蟲。此外，除蟲菊酯可以通過氣管液體溶解并循環到神經，麻痹害蟲并殺死害蟲［16］。除蟲菊酯對三磷酸腺苷酶（ATP酶）的影響隨除蟲菊酯濃度的變化而變化，除蟲菊酯濃度越高，酶的活性越低。

4 除蟲菊酯在蟲害防治中的應用

5%除蟲菊酯乳油對于甘藍蚜蟲的防治效果比3%啶蟲脒好。使用5%除蟲菊酯乳油300、375、450 g/hm2，3 d后煙蚜防治效果分別為85.5%、93.9%和95.3%，且對農產品沒有副作用。除蟲菊酯是一種速效、安全、環保的煙蚜殺蟲劑［17］。5%除蟲菊酯乳油使用7 d后可以使大部分蚜蟲被殺死，殺蟲率接近90%［18］。除蟲菊酯乳油對棉田煙粉虱的滅殺效果則一般，施藥后5 d的防治效果為50.3%［19］。王向陽等［20］使用5%除蟲菊酯乳油1 000倍液防治桃樹紅蜘蛛，殺蟲效果良好，與20%甲氰菊酯乳油2 000倍液效果相似，藥效持續7 d左右。此外。1.5%除蟲菊酯600～800倍水乳劑、3%微囊懸浮劑800倍液對小綠葉蟬均具有較好的防治效果。天然除蟲菊酯與魚藤酮一起復配施藥可以互相增強對害蟲的殺蟲效果。將1%天然除蟲菊素加入害蟲信息素中，會對其雄性個體的交配能力產生影響，并且可以促使大部分個體迅速死亡。

5 展望

除蟲菊酯作為農藥具有農用和衛生用兩大用途。研究表明，除蟲菊酯作為新型農藥在各領域的應用前景非常廣闊。近年來，隨著環境衛生要求越來越高，高效、安全及環保將是除蟲菊酯類農藥的主要發展方向。另外，隨著除蟲菊酯市場需求的不斷增加，可嘗試利用基因工程，使用數量龐大的微生物來生產除蟲菊酯。