17.4B: Інсектициди

Last updated
Save as PDF

Page ID: 5753

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

неорганіка

Неорганічні сполуки миш'яку, такі як арсенат свинцю, здавна застосовуються проти комах-шкідників. Однак ці матеріали є високотоксичними для нецільових організмів і зберігаються в навколишньому середовищі. (Через роки після того, як виробники яблуні припинили використовувати арсенат свинцю, високі концентрації свинцю все ще можна знайти в садових грунтах.)

Рослинні

Це органічні молекули (або суміші), витягнуті з рослин. Популярні приклади:

піретрини
ротенон
нікотин
азадірахтін. Цей екстракт з дерева німу впливає на ріст комах і обговорюється далі під регуляторами росту.

Особливості:

дуже токсичний для комах
відносно нешкідливий для інших організмів (крім риб!)
легко розкладаються, щоб залишки не накопичувалися на посівах або в грунті
дорого, але можна отримати
більше удару за долар, додавши синергіста, як піперонілбутоксид. Синергісти мають незначну токсичність, але підвищують ефективність інсектициду, з яким вони змішуються.

піретроїди

Піретрини так швидко руйнуються на сонячному світлі, що на відкритому повітрі вони мало використовуються на урожаях. Однак ряд синтетичних піретриноподібних речовин, які називаються піретроїдами, не мають цього дефекту і є ефективними.

Приклад:

перметрин (засідка®, Pounce®)

Тюрінгенська паличка (B.T.)

Ця бактерія паразитує на багатьох гусеницях. Його спори та/або суміші білкових токсинів зараз використовуються проти різних комах-шкідників. Приклади:

Діпель®
Джавелин®
Згоден®

Це все шлункові отрути; тобто їх потрібно проковтнути, щоб працювати.

альт

Хлоровані вуглеводні

ДДТ був першим з довгої лінійки інсектицидів на основі вуглеводнів з атомами хлору, що заміщають деякі атоми водню. Хімічна назва його - дихлор, дифенил, трихлоретан (див. Малюнок).

Деякі інші:

метоксихлор
діельдрін (див. Малюнок)
дикофол (метан®)
ендосульфан (Тіодан®, Фазер®)

альт

ДДТ був введений під час Другої світової війни і, поряд з пеніциліном і сульфатними препаратами, був відповідальним за те, що це була перша війна в історії, коли травма вбила більше людей - учасників бойових дій і некомбатантів - як інфекційних захворювань.

ДДТ ефективний проти

переносники захворювань людини, таких як
- малярія та жовта лихоманка (обидва передаються комарами)
- чума (передається блохами)
багато шкідників культур

До введення ДДТ кількість випадків захворювання малярією на Цейлоні (нині Шрі-Ланка) становило понад мільйон на рік. До 1963 року хвороба була практично ліквідована з острова. Однак зростаюча стурбованість небезпекою ДДТ призвела до його відмови від нього в середині 1960-х років, і незабаром після цього малярія знову стала поширеною.

ДДТ був особливо ефективний проти малярійних комарів через свою стійкість і стійкість до руйнування в навколишньому середовищі. Один-два спрея на рік на стіни будинків тримали їх вільними від комарів. Але у ДДТ є кілька серйозних недоліків.

стійкість до інсектицидів

Ще в 1946 році шведські робітники виявили популяції кімнатних мух, стійких до ДДТ. За цим швидко пішли багато інших повідомлень про розвиток опору. Інші хлоровані вуглеводні (такі як діельдрін і метоксихлор) були розроблені як замінники, але з часом комахи розвинули стійкість і до них.

наполегливість

ДДТ стабільний і жиророзчинний. Ці властивості змушують його накопичуватися в жировій тканині. Люди, які піддавалися сильному впливу ДДТ (під час його виготовлення або застосування), часто виявляли концентрації ДДТ у своєму жирі в 1000 разів вище, ніж у крові. Навіть ці високі рівні, ймовірно, мало шкодили працівникам. На ранніх стадіях впливу рівень ДДТ в крові (і його метаболіту ДДЕ) спочатку швидко підвищується, а потім досягає стійкого рівня. З цього моменту організм виводить його так само швидко, як і набуває.

біомагніфікація

Хоча жодного шкідливого впливу від середнього впливу ДДТ у людини не спостерігалося, ДДТ та інші хлоровані вуглеводні, як було показано, шкодять іншим видам, таким як риби, дощові черв'яки та робіни. Небезпека ДДТ для нецільових тварин особливо гостро для тих видів, що живуть у верхній частині харчових ланцюгів. М'ясоїдні тварини на кінцях довгих харчових ланцюгів (наприклад, скопи, пелікани, соколи та орли) колись зазнали серйозного зниження плодючості, а отже, і чисельності популяції через це. Високий вміст хлорованих вуглеводнів перешкоджає утворенню яєчної шкаралупи нормальної товщини.

Кореляція між концентраціями ДДЕ в яйцях аляскинських соколів і яструбів і зменшення товщини їх яєчної шкаралупи (порівняно зі шкаралупою, зібраною до 1947 року). DDE є метаболітом ДДТ. Дані Т.Дж. Кейда та ін., Наука 172:955, 1971.
Види	Розташування	Середня концентрація DDE в яйцях (ppm)	Зменшення товщини оболонки
Сапсан	Аляскинська тундра (північний схил)	889	-21,7%
Сапсан	Центральна Аляска	673	-16,8%
Сапсан	Алеутські острови	167	-7,5%
Грубий яструб	Аляскинська тундра (північний схил)	22.5	-3,3%
кречетет	Півострів Сьюард, Аляска	3.88	0

Ще однією групою нецільових жертв ДДТ (та інших пестицидів) є комахи, які полюють на комах-шкідників; тобто природних ворогів шкідників. Вбивство їх має серйозні екологічні та економічні наслідки. Наприклад, як тільки виробники яблуні почали боротися з шкідниками за допомогою ДДТ, вони швидко виявили, що їхні сади піддаються нападу щитівки та кліщів. Причина: ДДТ вбив своїх природних ворогів.

Фосфороргнати

Фосфороргнати, наприклад, паратіон (праворуч), пов'язані з нервовими газами, розробленими під час Другої світової війни. Вони безповоротно реагують з ферментом ацетилхолінестеразою, який відповідає за інактивацію ацетилхоліну (АЧ) на нервово-м'язових з'єднаннях і при певних синапсах центральної і периферичної нервової систем.

Деякі інші приклади:

малатіон
діазинон
фосмет (Імідан®)
хлорпірифос (Лорсбан®)

Деякі з фосфороргатів дуже токсичні. Паратіон, наприклад, в 30 разів більш токсичний, ніж ДДТ. Щорічно фосфороргнати отруюють тисячі людей у всьому світі, спричиняючи сотні смертей. Медичний персонал, який доглядає за жертвами отруєння, також знаходиться в групі ризику. Вони можуть бути серйозно отруєні виділеннями і навіть випаровуванням, що виходять від своїх пацієнтів.

У цій таблиці наведені значення LD ₅₀ для деяких інсектицидів. У кожному конкретному випадку хімікат подавали лабораторним щурам. Відзначимо, що чим нижче LD ₅₀, тим токсичніше хімічна речовина.

Хімічна	Категорія	Пероральний ЛД ₅₀ у щурів (мг/кг)
Альдикарб («Темік»)	Карбамат	1
Карбарил («Севін»)	Карбамат	307
ДДТ	Хлорований вуглеводневий	87
Дільдрін	Хлорований вуглеводневий	40
Дифлубензурон («Дімілін»)	Інгібітор хітину	10 000
малатіон	Фосфорорганічні	885
Метопрен	JH імітувати	34 600
Метоксихлор	Хлорований вуглеводневий	5 000
Паратіон	Фосфорорганічні	3
Піперонілбутоксид	Синергіст	7 500
піретрини	рослинний екстракт	200
Ротенон	рослинний екстракт	60

На відміну від хлорованих вуглеводнів,

Фосфороргнати швидко руйнуються в навколишньому середовищі, і тому залишки на посівах рідше становлять проблему.
Вони не зберігаються в тканині тварин, тому біомагніфікація також не була проблемою.

З цих причин їх використання значно зменшило небезпеку для нецільових видів, таких як оспреї та орли (ціною набагато більшої небезпеки для людини). Розвиток стійкості є такою ж проблемою, як і з хлорованими вуглеводнями. Карбамати були введені в спробі триматися вперед.

Карбамати

Карбаматні інсектициди також є інгібіторами ацетилхолінестерази, але їх дія оборотно.

Деякі приклади:

карбарил (Севін®)
альдикарб (Темік®)
метоміл (Ланнат®)

Особливості:

Ці сполуки швидко детоксикуються та виводяться, тому їх ризик для теплокровних тварин менший, ніж інші агенти, які ми розглядали.
Вони швидко деградують у навколишньому середовищі, тому наполегливість не є проблемою.
Вони, однак, становлять небезпеку для багатьох корисних комах, особливо медоносних бджіл.

Регулятори росту

Члени цієї різноманітної групи так чи інакше заважають розвитку комах. Хоча більшість регуляторів росту комах не впливають на дорослих особин, для багатьох шкідників саме стадії личинки є найбільш згубними.

Інгібітори хітину

Ці речовини, як приклад дифлубензурон (Дімілін®), перешкоджають синтезу хітину - матеріалу, з якого складається екзоскелет комахи. Здається, він має дуже низьку токсичність для хребетних, але шкідливий для ракоподібних, а також комах. Його вплив на гриби, які також синтезують хітин, потребує вивчення.

Руйнувачі линьки

альт

Комахи повинні періодично скидати свій екзоскелет - званий линькою - для того, щоб рости. Кожна линька викликається стероїдним гормоном під назвою екдізон.

Кілька синтетичних екдізон

агоністи, наприклад,
- тебуфенозид (Confirm®)
- метоксифенозид (Інтрепід®)
інгібітори, наприклад, азадірахтін (Neemix®)

використовуються в даний час як інсектициди.

Ювенільний гормон (JH)

У деяких комах остаточна линька виробляє доросла особина, яка дуже схожа на більш ранні стадії личинки. У інших, як метелики і метелики, остаточна линька личинки (гусениці) виробляє лялечку. Після періоду метаморфоз з'являється доросла моль.

Екдізон викликає линьки личинки до личинки до тих пір, поки присутній інший гормон, званий ювенільний гормон (JH). При його відсутності екдізон сприяє линьці лялечки до дорослої людини. Таким чином, нормальна метаморфоза, здається, відбувається, коли вихід JH спонтанно зменшується у зрілої гусениці.

альт

При розпилюванні розчинів JH на зрілих гусениць, або на листя, на якій вони харчуються, порушується їх нормальний розвиток. Це підвищує можливість використання JH як інсектициду (такого, який може уникнути проблеми розвитку резистентності).

Як виявляється, JH занадто нестабільний, щоб бути практичним, але деякі синтетичні JH імітує, наприклад,

метопрен (Альтозід®)
пірипроксифен (Естем®, Кнак®, Відстань®)
діофенолан

зараз використовуються.

Прекоцени

Це речовини, вперше виявлені в рослині, які пошкоджують тіла аллата, таким чином запобігаючи ювенільний гормон (JH) робити свою нормальну роботу. Застосовуються на ранніх стадіях личинки, прекоцени викликають передчасні або передчасні метаморфози (як це, спричинене хірургічним видаленням тіл аллата). Не тільки скорочені метаморфози скорочують руйнівну личинкову фазу комахи, але й дорослі особини є ненормальними (крім того, що вони маленькі). Самки, наприклад, стерильні (тому що JH потрібен для розвитку яєчників).

Резюме

Часто говорять, що еволюція резистентності до інсектицидів вимагає введення все більш потужних інсектицидів. Але те, що дійсно потрібно, так це нова речовина, яка атакує якусь іншу щітку в броні комахи. Чи є грам на грам нова речовина більш-менш токсична для комахи (і чи є його LD ₅₀ для ссавців нижче або вище) - досить окреме питання.