农药的快速发展是在什么时候?

从20世纪50年代到70年代,有机合成农药发展迅速。各种新型化学农药的发展,极大地满足了农业生产和卫生防疫的需要,极大地增强了人们征服害虫、病菌和杂草的能力。同时,随着化学农药的大量使用,对人类和环境的一些负面影响日益暴露,人们逐渐关注农药对人畜的急慢性毒性、农药对环境的污染、农药对有益生物的危害、农副产品中农药残留的增加等问题。

1962年,美国海洋生物学家卡森出版了《寂静的春天》一书,以夸张的手法描述了农药滥用的悲惨前景,在世界范围内引起强烈震动。农药的使用一度成为热门话题,甚至有极端势力主张从现在开始禁止一切化学农药。在巨大的压力下,农药研究人员没有退缩。20世纪70年代以来,通过加强对农药的法律管理和科学使用的研究,开发出了一系列高效、低毒、易降解、与环境相容性好的农药新品种和新剂型,其中最具代表性的是生物农药拟除虫菊酯和昆虫几丁质合成抑制剂。从此,农药的春天来了。

早在1800年,人们就认识到了除虫菊的杀虫作用,并作为杀虫植物被引入世界各地进行大规模栽培。1942年,瑞士化学家斯托丁格和劳斯卡首次发表了除虫菊素的化学结构。1949年,美国化学家谢科特等合成了第一个拟除虫菊酯农药——丙烯菊酯。而丙烯菊酯和后来发现的一系列拟除虫菊酯类农药,容易被光分解,所以只用于室内害虫防治,而不用于田间农业害虫防治。1973年,英国洛桑实验站的Elliott成功合成了第一个光稳定的拟除虫菊酯——氯菊酯,为拟除虫菊酯农药在农业生产中的应用做出了突破性贡献。

与同期其他有机合成农药相比,拟除虫菊酯类农药的用量大大减少。如溴氰菊酯每公顷用量仅为15g,比常规高100倍,而对人、畜等哺乳动物的毒性分别降低了432.3倍(经皮毒性)和43.6倍(经口毒性)。此外,拟除虫菊酯类农药与天然除虫菊酯结构相似,在环境中容易降解。由于这些优异的优点,自20世纪80年代以来,拟除虫菊酯类杀虫剂的研究和开发成为一股热潮。目前已商品化的品种有40多个,占农用杀虫剂总使用面积的25%,成为防治农林卫生害虫的主要农药品种。

昆虫几丁质合成抑制剂是一种昆虫生长调节剂。20世纪70年代初,范·德·阿廉等人在筛选新的除草剂时,假设敌草隆和敌草隆的组合可能具有更高的除草活性,于是他们去掉了敌草隆上的两个甲基,用苯甲酰基代替苄腈,合成了DU-1911。然而事与愿违,Du-19111没有表现出除草活性,却意外地发现它能影响昆虫的几丁质合成,导致菜青虫幼虫死亡。这一重大发现导致了一大类新杀虫剂的开发。昆虫几丁质合成抑制剂因其独特的作用方式和较高的杀虫活性,对哺乳动物低毒,对鱼类、害虫天敌和蜜蜂安全,不用担心残留毒性和环境污染,被称为“生物农药”。30年来,除虫脲、除虫脲、氟啶脲、灭蚁灵等10多个品种商品化,成为保护农作物的新“武器”。

随着拟除虫菊酯和昆虫几丁质合成抑制剂的发展,一些内吸高效低毒的杀菌剂和除草剂也相继问世,如麦角固醇抑制剂如三唑酮,苯并咪唑类杀菌剂如甲霜灵、多菌灵,磺酰脲类除草剂如绿磺隆。由于这一时期研制的农药药效大大提高,田间用药量大大减少,有效降低了农药对环境的不良影响和残留毒性。

自20世纪70年代以来,生物源农药的研究和开发取得了突破性进展,特别是农用抗生素和活体微生物农药的开发和应用。农用抗生素是微生物发酵产生的具有农药功能的次生代谢产物,如用作杀菌剂的春雷霉素、灭蚁灵和井冈霉素,用作除草剂的吡啶基膦,用作植物生长调节剂的赤霉素,以及被认为是近10年来农药领域最令人振奋的农药阿维菌素。

活微生物农药,即利用一些对有害生物致病的微生物作为农药,通过工业方法大量繁殖其活体,加工成制剂应用,如商品化的苏云金芽孢杆菌(Bt)、球孢白僵菌、核多角体病毒、颗粒体病毒、病原线虫、微孢子虫等。由于生物农药来源于自然界,在环境中容易自然降解,对环境无污染,因此显示出广阔的应用前景。

20世纪90年代以来,生物技术被应用于农药领域,并取得了突出的成就。如苏云金芽孢杆菌制剂(Bt)是一种对鳞翅目害虫有特效,对有益生物和人畜安全的杀虫剂,但由于活体微生物受紫外线影响较大,在田间很难充分发挥药效。最近,人们将Bt杀虫蛋白毒素基因转入荧光假单胞菌,使荧光假单胞菌产生Bt杀虫蛋白。由于荧光假单胞菌产生的色素可以防止紫外线对杀虫毒素的破坏,因此可以大大提高苏云金芽孢杆菌制剂(Bt)的田间药效。更有甚者,人们已经成功地将改造后的Bt蛋白毒素基因转入烟草、番茄、棉花等作物,获得了抗虫植物。毫无疑问,生物技术赋予了农药新的含义。

随着社会的进步和科技的飞速发展,农药也在不断发展和完善。目前,农药品种正朝着高效、低毒、低残留和与环境相容的方向发展。农药的创制也突破了传统的直接杀死害虫的观念,强调农药的使用对害虫的生理或行为有中度的长期影响,即农药的作用不是直接杀死害虫,而是通过调节害虫的生长、发育和繁殖来控制其危害。在施药技术方面,近年来提出了“环境兼容的剂型和施药技术”,大大提高了农药在靶标上的沉积速率,大大降低了农药的用量,减少了对环境的影响。此外,随着农药安全风险评估管理的完善,生物合理农药将成为人们对抗害虫不可替代的武器。正如1970年诺贝尔和平奖得主N.E.Borlaug所预言的,“我们的首要任务是吃饭和保持健康,所以我们必须有杀虫剂。没有农药,世界会挨饿!”