双酰胺杀虫剂也叫鱼尼丁受体抑制剂,与传统杀虫剂的作用方式不同,无交互抗性。对非靶标生物安全和对环境相容性好等特点,其最负盛名就是氯虫苯甲酰胺(康宽),是近年来水稻上使用量最大的杀虫剂。
从氟虫双酰胺问世到目前为止,已有8个产品商品化或即将商品化,成为目前最有市场潜力的杀虫剂品种。其中最具市场能力的为氟虫双酰胺与氯虫苯甲酰胺这两个产品。氟虫双酰胺与氯虫苯甲酰胺分别于2005、2006年获首次报道。2007-2008年,2种产品在多个国家同时登记用于防治鳞翅目、鞘翅目等害虫。
1、发展过程
20世纪中期,美国科学家在南美大枫子科灌木尼亚那(Ryaniaspeciosa)中提取到植物碱鱼尼汀(ryanodine),可以作为天然杀虫剂,并有50多年的历史。这种植物对人畜剧毒,当地的印第安人常将它捣碎涂到箭头上用来制作毒箭,动物被射中后表现为全身肌肉抽搐紧张,最后像僵尸一样而死亡。其提取剂对鳞翅目害虫,包括欧洲玉米螟、甘蔗螟、苹果小卷蛾、苹果食心虫、舞毒蛾等十分有效。但由于鱼尼汀对人畜的毒性很大,引起哺乳动物僵直性麻痹,因而推广应用受到限制。
鱼尼汀受体抑制剂的发展,其实就是以氯虫苯甲酰胺的发展为索引：
1989年,日本的Tsuda博士就在其博士论文中报道了一种化学合成的作用于鱼尼汀受体的化合物,具有杀菌和除草活性但没有杀虫活性。日本农药公司对此化合物进行了大量的研发工作,期间拜耳公司参与进来,最终在1998年报道了第一个鱼尼汀受体调节剂类杀虫剂―氟虫双酰胺(flubendiamide)。杜邦公司为了绕开日本农药公司和拜耳的专利,在活性结构及基团上进行了较大的修饰,最终在2000年推出氯虫苯甲酰胺(chlorantraniliprole)。这2个化合物对几乎所有的鳞翅目害虫有杰出的防效,但对其他目的害虫无效。
氟虫双酰胺于2007年在日本(登记于多种蔬菜和果树)最先上市,2008年在印度(登记于水稻、棉花)、韩国(蔬菜、果树和水稻)、中国先后取得登记,并陆续开始上市销售；氯虫苯甲酰胺于2007年在菲律宾上市(水稻),随后在全球范围内推广销售,其上市时间表、登记作物、宣传推广力度要优于氟虫双酰胺。杜邦公司溴氰虫酰胺(cyantraniliprole)于2012年上市,这是杜邦公司继氯虫苯甲酰胺之后成功开发的第二代鱼尼汀受体抑制剂类杀虫剂,溴氰虫酰胺是通过改变苯环上的各种极性基团而成,更高效,适用作物更广泛,可有效防治鳞翅目、半翅目和鞘翅目害虫。
2、作用机理
双酰胺类杀虫剂具有全新的作用机理,国际抗性行动委员会为此开辟了杀虫剂新分类-第28类。
双酰胺类杀虫剂作用于昆虫体内的鱼尼汀受体(RyR)。鱼尼汀受体是一类最主要的钙离子释放通道(CRC),因能与鱼尼汀发生高亲和性结合,故得名鱼尼汀受体(RyR)。双酰胺类杀虫剂是一种肌肉毒剂,通过对钙离子通道发挥作用,抑制了鱼尼汀受体(RyR)和钙离子的调控。对于肌肉细胞而言,由于钙离子浓度的上升可引起肌肉收缩。对此,为控制钙离子向细胞外流出,可将其贮放于细胞的特定场所(小胞体)中,鱼尼汀受体具有此功能,负责调控从小胞体内经钙离子通道释出钙离子。
杀虫药剂首先与鱼尼汀受体结合,致使通道固定为开口状,以使贮于小胞体内的钙离子释出,导致昆虫肌肉组织中钙离子浓度上升。随即钙离子与肌钙蛋白结合,诱发肌动朊与肌球朊之间的收缩反应,使肌肉纤维收缩。另外,通过钙离子的释出,迅速激活了钙离子泵,不可逆地打开钙离子通道,大量钙离子持续不断被释放出来,刺激昆虫肌肉持续收缩,昆虫停止活动和取食,呕吐、饥饿、脱水、脱粪,最终僵缩而死。
鱼尼汀受体不仅存在于昆虫体内,也存在于哺乳动物中。但是昆虫鱼尼汀受体和哺乳动物鱼尼汀受体结构存在较大的差异,双酰胺类杀虫剂和鱼尼汀及其类似化合物也有很大差异,因此双酰胺类杀虫剂对哺乳动物安全。事实也如此,将鱼尼汀碱投予哺乳动物后,也和昆虫一样会出现萎缩、呕吐等症状,而同为鱼尼汀受体的双酰胺类杀虫剂对哺乳动物的毒性却很低。试验表明兔子的钙离子泵活性及细胞内钙离子的浓度并不受影响。因此,以双酰胺类杀虫剂为代表的一些鱼尼汀受体抑制剂在昆虫与哺乳动物之间具有很好的选择性。
3、作用靶标
双酰胺类杀虫剂的优点在于：防效卓越,持效期长。
其对鳞翅目害虫的表现非常突出,在卵孵盛期-低龄幼虫期使用,防效优于目前绝大多数杀虫剂,持效期长,保叶效果显著；毒性极低,安全性高。双酰胺类杀虫剂产品对蜜蜂、鱼类、天敌生物、人畜、鸟类等高度安全,对甲壳类动物有一定风险；成虫、幼虫均有效果。对幼虫主要通过胃毒作用,兼有触杀作用(胃毒作用强于触杀作用,其触杀作用不低于其他触杀性杀虫剂)；对成虫主要通过触杀作用。对低龄幼虫极高活性,对高龄高活性,对成虫中等活性。具有极高卵/幼活性。所谓卵/幼活性不同于卵活性。由于该类杀虫剂作用于鱼尼汀受体,使肌肉不可逆收缩。而卵无肌肉,所以对卵无效。卵/幼是指卵即将孵化出幼虫的阶段,此时卵壳尚未破裂,但里面已经孵化形成幼虫。卵幼活性包括两方面,一是该类杀虫剂渗透进入卵壳内,触杀幼虫；二是幼虫咬破或吞食卵壳时胃毒致死。
面临的问题1--抗性风险
随着双酰胺类杀虫剂的大量推广使用,其抗性问题也日益突出。双酰胺类杀虫剂自2008年进入我国后,因其独特的杀虫机制被广泛应用于防治小菜蛾。到2010年5月,就已经监测到江西信丰小菜蛾种群对氯虫苯甲酰胺产生了12倍的抗性,这也是首例害虫田间种群对双酰胺类杀虫剂产生抗性的报道。到2011年广州增城小菜蛾田间种群对氯虫苯甲酰胺的抗性已达606倍,而Wangetal．(2013)检测到广州增城小菜蛾对氯虫苯甲酰胺的抗性达2040倍,对氟苯虫酰胺也产生了800倍的抗性。在国外,小菜蛾对双酰胺类杀虫剂也产生了高水平抗性,据Troczkaetal．(2012)报道,泰国小菜蛾田间种群对氯虫苯甲酰胺的抗性倍数大于200倍,对氟苯虫酰胺的抗性倍数超过750倍；菲律宾小菜蛾田间种群对氯虫苯甲酰胺和氟苯虫酰胺的抗性分别超过4100倍和1300倍。
随着氯虫苯甲酰胺在田间的大量使用,甜菜夜蛾Spodopteraexigua和斜纹夜蛾Spodopteralitura对其产生了不同程度的抗性,广东东莞甜菜夜蛾种群对氯虫苯甲酰胺的抗性为17.1倍(Laietal．,2011)；在华东地区,12个斜纹夜蛾田间种群对氯虫苯甲酰胺的敏感性降低(Suetal．,2012)。到2014年,湖北武穴地区二化螟对氯虫苯甲酰胺的抗性已超过20倍(Suetal．,2014)。
双酰胺类杀虫剂虽然因其独特的作用机制对多种害虫具有优异的防治效果,但害虫也很容易在较短时间内对其产生抗性。
根据已有报道,该类药剂在大田使用最多2年即可导致害虫产生中高等水平的抗性。因此,为更好地应用此类杀虫药剂,延长其使用寿命,在已经产生明显抗性的地区,应暂时停止使用；在尚未产生抗性或者抗性水平较低的地区,应与其它类型且无交互抗性的杀虫药剂合理轮换使用,坚决避免双酰胺类药剂单一种类的长期重复使用。
面临的风险2--环境毒性
双酰胺类杀虫剂其特点之一就是环境友好,但该类杀虫剂在具有卓越杀虫效果的同时,也逐渐暴露出对环境非靶标生物例如天敌昆虫、家蚕、捕食螨以及水生生物等的潜在风险。
双酰胺类杀虫剂对水生生物的急性毒性总体趋势为:小型甲壳类(溞)(剧毒)＞大型甲壳类(虾/蟹)/水生昆虫(摇蚊幼虫)(中等毒至剧毒)＞鱼类(低毒至中等毒)＞藻类(低毒)。全部5个典型品种(氟苯虫酰胺、氯虫苯甲酰胺、溴氰虫酰胺、四氯虫酰胺、环溴虫酰胺)对大型溞均为剧毒,对藻类均为低毒。氟苯虫酰胺、氯虫苯甲酰胺对水生无脊椎动物的毒性最高,除对小型甲壳类(大型溞)剧毒外,对大型甲壳类(虾)亦为剧毒,对水生昆虫(摇蚊幼虫)分别为剧毒和中等毒。此外,溴氰虫酰胺对大型甲壳类和水生昆虫也均为高毒。四氯虫酰胺对大型甲壳类(虾/蟹)的毒性相对最低。生物富集性风险方面,该类化合物对鱼类的富集性风险可接受(BCF均＜100)。
陆生生物中,氟苯虫酰胺、四氯虫酰胺对家蚕的急性毒性最高,均为剧毒级,对土壤生物蚯蚓毒性最低,均为低毒。部分品种如溴氰虫酰胺、环溴虫酰胺对蜜蜂的急性经口毒性和接触毒性表现为高毒。该类杀虫剂对鸟类急性毒性均为低毒,风险较低,但慢性风险值得关注。氯虫苯甲酰胺、环溴虫酰胺和溴氰虫酰胺3个产品对鸟类的毒性急慢性比达223、222和24.1,尤其是氯虫苯甲酰胺和环溴虫酰胺,如参照急性毒性划分毒性等级,属高毒级,其长期暴露可能对鸟类繁殖产生潜在风险。
4、环境毒性
5种典型双酰胺杀虫剂的难降解性排序为氟苯虫酰胺和环溴虫酰胺＞氯虫苯甲酰胺＞四氯虫酰胺和溴氰虫酰胺。其中,氟苯虫酰胺、氯虫苯甲酰胺、环溴虫酰胺在土壤中难降解,四氯虫酰胺较难降解,溴氰虫酰胺为易降解(厌氧条件)至中等降解(好氧条件)。5种农药在土壤表面均难光解；氟苯虫酰胺、环溴虫酰胺在水中难光解；氯虫苯甲酰胺、溴氰虫酰胺、四氯虫酰胺在水中依次表现为中等光解性、较易光解和易光解。pH7条件下,氟苯虫酰胺、氯虫苯甲酰胺、环溴虫酰胺具有水解稳定性,溴氰虫酰胺、四氯虫酰胺为中等降解性。水沉积物系统中,氟苯虫酰胺、环溴虫酰胺难降解,氯虫苯甲酰胺为中等降解性(厌氧条件下)至较难降解(好氧条件下),溴氰虫酰胺和四氯虫酰胺易降解。土壤吸附性方面,5种农药的土壤吸附性排序为氟苯虫酰胺(中等吸附性)＞四氯虫酰胺＞环溴虫酰胺＞氯虫苯甲酰胺＞溴氰虫酰胺(难吸附)。
5、总结
双酰胺类杀虫剂是继新烟碱类杀虫剂之后,最受市场关注的一类产品。该类产品以独特的作用机理,杰出的产品性能,迅速占领市场,尤其是在鳞翅目害虫防治领域已经构建了很强的市场地位。其中龙头老大氯虫苯甲酰胺在数年前就赶超了吡虫啉和噻虫嗪,成为全球杀虫剂市场的第一大产品。目前上市的5个双酰胺类杀虫剂已经实现了近20亿美元的销售额。
而且其新产品也不断的面世。但其抗药性方面的短板应引起注意。那么合理轮作和科学用药是其使用过程中必须要注意的点。其与新烟碱类等其他作用机理杀虫剂的复配也将成为开发的重点。
参考文献：
1.二化螟对双酰胺类杀虫剂的抗药性监测和交互抗性研究赵丹丹等中国水稻科学2017
2.双酰胺类杀虫剂的现状与展望赵平等农药科学与管理2015
3.双酰胺类杀虫剂环境风险问题浅析陈朗等农药科学与管理2019
4.双酰胺类杀虫剂市场增长迅猛销售额已接近20亿美元2018柏亚罗
5.昆虫对双酰胺类杀虫剂抗性机制研究进展李秀霞等植物保护学报2015