农药,是天使还是魔鬼

翩翩起舞的蝴蝶----农药,是天使还是魔鬼作者：徐晓勇1,张一宾2,钱旭红1来源：1华东理工大学上海市化学生物学重点实验室,2上海市农药研究所日期：2014-12-12蝴蝶美丽而高贵,常常让人爱不释手,有的做成标本；而人们可能忘了它要产仔生虫,危害植物。而农药就成为人们心目中的蝴蝶。人们不禁要问,农药,是天使还是魔鬼?长年来,农药为农业丰收、确保人类粮食供应和保护环境安全做出了巨大的贡献,是人类生产和生活中不可或缺的重要物资。有人把农药誉作“天使”,因为它有效控制了人类生产和生活中的众多害物；但是,几十年来,农药也遭到不少指责和怀疑,也有人把农药比作“魔鬼”,因为一些农药的毒性和残留对人类环境带来了不少不良影响。1认识的提高,使一些原为“天使”的农药沦为“魔鬼”一个农药问世之时,往往多为“天使”。如20世纪40~50年代上市的有机氯类杀虫剂是人类历史上最早出现的有机合成农药,其典型产品为六六六和滴滴涕。滴滴涕最早在1874年被合成,于1939年缪勒才发现其杀虫活性,1942年上市。滴滴涕在第二次世界大战时期和战后,在世界各地对防治疟疾、伤寒和霍乱的主要病媒--疟蚊和苍蝇做出了重大贡献,为此该药剂发明者获得了诺贝尔医学奖。当时,这类杀虫剂在人类历史上防治害虫,特别在卫生防疫上发挥了重大作用。由于此类杀虫剂活性高、杀虫谱广、对哺乳动物毒性低、持效期长、价格低廉,在一定时间内被人们誉为“天使”。但它们不易分解,会因残留严重污染环境及易产生抗性；此外,这类化合物有很高的亲脂性,会经食物链在生物体脂肪中富集和积累,对人类健康和环境产生危害。有研究显示,在北冰洋50m深的冰层中也测得这类杀虫剂残留于内。对此,美国海洋生物学家卡尔逊女士在《寂静的春天》一书中向人们提出了警示。她揭露了人们为追逐利润而滥用农药,从而对生物环境造成严重危害。该书的出版为人们敲响了警钟,激发了人们对环境安全的认识。为此,一批对环境有不良影响农药在全球范围内被禁止或限制使用。这些农药由“天使”沦为“恶魔”。随着上述这些“魔鬼”被驱除的同时,为了确保农业收成,又开发了不少农药,孕育了新的“天使”。当发现所使用的这些农药对人类和环境有不良影响时,立即予以停止或限制使用。如除草剂2,4,5-涕和杀虫剂杀虫脒,就因有致畸和致突变问题,很快就被禁用。这些“天使”也沦为了“魔鬼”。随后,又有一些高毒、高残留的农药被判定为“魔鬼”而被禁限使用,如甲胺磷、甲基对硫磷、对硫磷、磷胺、久效磷、毒鼠强、磷化钙、磷化锌等。在我国几十年来使用的一些“高污染、高环境风险”的农药产品或其工艺,也被列入“魔鬼”的禁、限行列。表1即为我国被禁限停的农药产品和工艺。表1我国被禁限停的农药产品及工艺目前状态产品名称禁用品种福美胂、甲基硫环磷、磷化钙、特丁磷、磷化锌、林丹、甲胺磷、甲基对硫磷、对硫磷、久效磷、磷胺、滴滴涕、治螟磷、10%草甘膦水剂、蝇毒磷、苯线磷、含汞农药、硫线磷限制使用品种水胺硫磷、甲拌磷、甲基异硫磷、涕灭威、灭多威、溴甲烷、杀扑磷、硫丹、氧乐果、三氯乙酰氯法工艺生产的毒死蜱已无登记和生产品种毒菌锡、内吸磷、三环锡、灭蚁灵、五氯酚(钠)、灭鼠灵、多硫化钡在这些品种中,有的因高毒而被禁用,如甲胺磷等；有的因致癌等而禁用,如灭蚁灵；有的因对环境生物有严重影响而不准使用,如五氯酚(钠)、溴甲烷；也有由于工艺上会产生对环境不利的物质而遭淘汰。近年来,我国通过一系列的驱“魔”工作,为环境和食品起了很好的推动作用。2必须认识和利用一些农药品种“天使”和“魔鬼”的双重性任何认识会有一个过程,对于农药亦如此。一些农药品种有很好的效果,对人畜十分安全,是美丽的“天使”。但经过一段时间后发现其有某些不足,这些农药被认为具有“天使”和“魔鬼”的双重性。例如,现居各类杀虫剂市场之首的新烟碱类杀虫剂,其中噻虫嗪和吡虫啉又是在杀虫剂品种中鳌居前二。它们为灭除害虫,确保农业丰收做出了重大贡献,在杀虫剂中起着举足轻重的作用。但是最近,由于它们对蜜蜂的不良作用,影响了生态环境,在欧盟被暂时禁限用3年,其中在荷兰和澳大利亚先后被禁用,在印度亦考虑禁用。对于这类具有双重性的农药,人们正充分利用它“天使”的一面,同时,尽量发挥其有效作用。另一方面也尽力遏制它们不利作用。为此,人们将此类药剂加工成种子处理剂及宠物、家畜等用药剂,以使其与蜜蜂接触的程度降到最低。目前,噻虫嗪、吡虫啉等对蜜蜂毒性较高的新烟碱类杀虫剂已成为种子处理剂用杀虫剂的主要药剂之一。又如著名杀菌剂吡唑醚菌酯,该药剂具有很高的杀菌活性,同时又有极佳的促进作物生长的作用。但是,由于该药剂对一些水生动物毒性较高,无法在水稻中应用。对此,巴斯夫公司开发了专用于水田的颗粒剂,其在湛水时,药剂很稳定,有效成分不会释出,当田中水被排去时,则可释放,从而使该药剂发挥杀菌活性。此为通过制剂技术来掩避其“魔鬼”的一面。在我国,氟虫腈由于对水生生物毒性较高,禁止在农田、特别是水田上喷施,但允许作为玉米等作物的种子处理及非农上应用。现氟虫腈已是宠物治虫的重要药剂。现今,开发一个新农药的难度越来越大,成本越来越高。如最早的鱼尼汀受体抑制剂类杀虫剂氟虫双酰胺,日本农药公司于1993~1998年设计、合成并筛选了成千上万个化合物,最后在1998年发现了氟虫双酰胺,此工作历时5年,以后又经历了9年于2007年才上市。也就是说从研究至商品化共花了14年才得以完成。总之,开发一个新农药要耗时15年左右,花费1.5亿美元以上,一个新农药的诞生往往要付出很大的代价。为此,一个农药上市后必须充分发挥其应用的“天使”价,规避它的不良影响。对于农药,可从剂型加工上、使用对象或方法予以改进,避免其“魔鬼”的副作用发生。同时,亦应不断开发新的“天使”以适应社会发展的需要。3不断开创新农药,培育新的“天使”随着社会的发展,科技的进步,某些原先并未察觉有不良作用的农药亦会逐渐暴露其缺陷；同时,农药的长期使用也会产生抗性；更者,由于人类对自然界有些害物目前尚无有效的方法予以解决,只能使用一些明知有某些不良影响的药剂进行防治。这些极需要有新的农药品种予以替代,并不断孕育新的“天使”,这也是每一个农药科技工作者的神圣职责。从1997年至2012年,全球居前6位的超级大公司共开发88个农药新品种。其中,拜耳公司32个,年均2.13个；巴斯夫19个,年均1.27个；陶农科16个,年均1.07个；先正达12个,年均0.8个；杜邦公司7个,年均0.47个；孟山都共2个,年均0.13个。另外,日本的农药公司共开发了39个新农药品种,其中住友化学公司开发了14个,其他公司25个。以上6大公司和日本农药公司共开发了166个,年均1.1个。同样,在我国也积极从事新农药的开发,并不断孕育新的“天使”,表2即为我国至2013年近10余年登记的具有我国自主知识产权的新农药品种。表2近10余年登记的具有我国自行开发登记的新农药品种类别品种杀菌剂(16个)氟吗啉、氯啶菌酯、丁香菌酯、唑菌酯、唑胺菌酯、烯肟菌胺、烯肟菌酯、啶菌噁唑、噻菌铜、氰烯菌酯、丁吡吗啉、毒氟磷、苯醚菌酯、金核霉素、申嗪霉素、长川霉素杀虫剂(8个)丁虫腈、硝虫硫磷、呋喃虫酰肼、硫肟醚、氯胺磷、哌虫啶、倍速菊酯、氯氟醚菊酯除草剂和植物生长调节剂(9个)单嘧磺隆、单嘧磺酯、丙酯草醚、异丙酯草醚、双甲胺草磷、氯酰草麟、甲硫嘧磺隆、苯哒嗪丙酯、氟苯硫脲另外,还有几个品种正在登记中。为了更好地抚育“天使”,并使我国成为农药生产和研发的“强国”,我国的农药科技人员正从理论、机制上进行深入研究,以能培育出更加符合时代要求的新“天使”。其中值得一提的是国家基础研究规划973计划项目--分子靶标导向的绿色化学创新研究,该项目汇集了我国农药研发的精英,他们以生态环境友好为背景,从我国农林植物保护的重要实际需求出发,以候选农药的化学多样性与生物合理性、候选靶标生物特异性及化学成药性、高活性先导与候选靶标间相互验证等关键科学问题为切入点,进行分子靶标为导向的绿色化学农药创制研究,从而进一步完善和发展新农药的创制体系。由此,开发出具有自主知识产权、对环境安全的超高效农药,使我国农药优美转身,适时转型。在该项目中,有基于新分子靶标导向进行杀虫剂的研究,包括对新颖结构--顺硝烯新烟碱杀虫剂的先导衍生和优化,通过研究已开发的几个化合物已获登记或正在登记中；也有通过对新靶标调控或与昆虫生长与行为调控相关的绿色杀虫杀螨剂的创制；同时,还进一步从分子水平进行靶标研究开发新先导。除了寻求新的靶标并进行研究外,该项目中还对害物候选靶标的生物特异性及化学成药性进行广泛和深入的研究,即通过对机制研究来启发绿色农药靶标分子的创新,建立农药靶标比较生物学研究方法。对于植物病害防御的研究中,该项目针对最令人棘手的病毒及菌害调控的候选药物与分子靶标为切入点进行研究,在南方黑条矮缩病的防治方面已取得相当成效；此外,环保型的植物诱导抗病剂的创制亦是其研究目标之一,基于对机制的研究,已开发一些颇有成效的药物。同样,对于除草剂也注重与植物调控相关的药物和分子靶标的研究。这些研究包括有害植物特有的酶作为靶标进行抑制剂的设计和开发,通过计算机辅助设计,建立新的先导发现和筛选的方法或模型用于新的除草剂先导发现。再加上国家“863”、“十二五”等其他有关农药项目的研究、开发,使我国在新颖害物靶标的探索和对新农药分子的设计和创制方面夯下了坚实的基础,在全球产生了相当的影响,并已逐渐成为新农药创制的主要国家之一。经过多年的努力,已取得了相当成效,也已培育或正在培育一批美丽的“天使”。4正确认识农药,纠正人们对农药的偏见和误解现今,不少人一提到农药即认为都是“有毒、有害”,将其视为“洪水猛兽”,是十恶不赦的“魔鬼”。我们不否认,由于时代的发展,科技的进步,认识的提高,一旦发现确有不良作用的农药立即予以禁限使用。目前使用的农药均经过各种相关的毒性试验和环境安全试验,其复杂和严格程度绝不亚于医药,确认对人类和环境安全后方可上市。然而,农药工作者在不断驱赶“魔鬼”,孕育“天使”的同时,也有义务和责任向广大老百姓进行宣传和普及农药相关知识,以能及时纠正人们对农药的偏见和误解。⑴“农药都是有毒的”在我国,把农药毒性分为剧毒、高毒、中等毒、低毒和微毒。以急性口服为例,LD50≤5mg/kg列为剧毒,LD50＞5~50mg/kg为高毒,LD50＞50~500mg/kg为中等毒,LD50＞500~5000mg/kg为低毒,LD50＞5000mg/kg为微毒。经过几十年的努力,一些高毒农药的品种逐步被取代。然而新开发的农药品种毒性则越来越低,表3即为21世纪上市重大农药品种与人们常涉及的食物、药物及日用品的毒性比较。表321世纪上市的重要农药代表品种及人们常用食品、药物及日用品的急性毒性物质*大鼠急性毒性LD50/(mg•kg-1)除草剂五氟磺草胺(2005年)＞5000甲酰胺磺隆(2002年)8865硝磺草酮(2001年)＞5000唑啉草酯(2007年)＞5000杀虫剂噻虫胺(2002年)＞5000氯虫苯甲酰胺(2008年)＞5000螺螨乙酯(2003年)＞2500杀菌剂吡唑醚菌酯(2002年)＞5000啶酰菌胺(2003年)＞5000表面活性剂烷基苯基磺酸钠2000霉变谷类、豆类黄曲霉素7霉变苹果果汁棒曲霉素15烟草组分烟碱50~60辣椒的辛辣成分辣椒辣素60~75医药品、茶的组分之一咖啡因174~210日用品牙膏平均250医药品阿司匹林1000调味品食盐3000酒乙醇7000甜味剂砂糖29700注：*括号内为农药上市日期。由上可见,近年开发的绝大多数农药的毒性远低于人们常用的食品、医药品和日用品。⑵“农药会致癌”这又是人们对农药缺乏认识,引起担忧的又一原因,导致谈“农药”色变。目前,一个农药在开发过程中要进行大量的各种毒性试验,包括致畸、致癌、致突变等,一旦发现有问题即不予开发,更不能成为商品。例如上海市农药研究所在进行微生物农药开发中,发现有一抗生物质--变构霉素,它对众多植物病原菌具有极高的杀菌活性,为此进行了深入开发,同时也进行了毒性测试。