1、第五章 農藥對生態(tài)環(huán)境的影響,我國是一個農業(yè)大國，農藥使用品種多、用量大，其中70-80的農藥直接滲透到環(huán)境中，對十壤、地表水、地下水和農產品造成污染，并進一步進入生物鏈，對所有環(huán)境生物和人類健康都具有嚴重的、長期的和潛在的危害性。農藥及其在自然環(huán)境中的降解產物，污染大氣、水體和土壤，會破壞生態(tài)系統(tǒng)，引起人和動、植物的急性或慢性中毒。,第一節(jié) 農藥對有害生物群落的影響,一、對害蟲群落的影響 施用農藥對害蟲生物群落的影響大體上分為直接影響和間接影響兩大類。 （一）直接影響 即直接接受了施用農藥而產生的影響。這種影響并不只限于防治對象，也影響到非防治目標生物。,（二）二次影響 動物因取食體內含有農

2、藥的生物而中毒或死亡稱二次影響。 （三）遲發(fā)性影響 這種影響并不立即發(fā)生，在食物鏈中逐漸富集，處于食物鏈高位的生物容易產生遲發(fā)型影響。 （四）食餌種群的減少 由于大量使用除草劑，使某些種類的雜草大為減少，以至于影響到以此種雜草為食的昆蟲群，進而影響到這類昆蟲的天敵。,（五）提供棲息的生物減少 植物常常是一些昆蟲及其它生物的棲息場所，由于大量施用農藥，破壞了它們的棲息環(huán)境，從而使其不適應。 （六）競爭性種群被消滅 生物間具有相同生活習性的種群必然要進行競爭，由于農藥對某一種群的抑制，而使其它種群數量增加。 （七）大量捕食性天敵被消滅,二、靶標生物的抗藥性 在使用農藥防治有害生物的過程中，值得重視

3、的重要問題之一是防治對象產生抗藥性。因為抗藥性一旦產生不僅給防治帶來經濟上的損失，而且由于大量用藥而產生環(huán)境污染以及對有益生物的危害。,（一）、害蟲抗藥性的發(fā)展狀況 昆蟲對農藥抗藥性的歷史，通常從1908年美國發(fā)現(xiàn)梨圓蚧對石流合劑，產生抗藥性之后算起的，1917年又發(fā)現(xiàn)蘋果蠹蛾對砷酸鉛的抗藥性，直到1938年前，僅有7種害蟲產生抗藥性，當時并未引起人們的足夠重視。 直到上世紀40年代后有機殺蟲劑的合成應用之后，瑞士人發(fā)現(xiàn)DDT防治家蠅失效，家蠅對DDT的抗性達到了100-200倍，這時才引起國際上的重視。,害蟲對殺蟲劑的抗藥性,縱觀歷史，害蟲抗性的發(fā)展大致經過了三個時期： (1)1940年以前

4、無機殺蟲劑時代，農藥種類很少，農藥的靶標很廣，抗性發(fā)展緩慢； (2)20世紀4070年代末，有機氯、有機磷農藥廣泛使用時代，農藥靶標明確，作用機制單一，農藥種類相對較少，抗性發(fā)展快，很多害蟲出現(xiàn)了無藥可治的局面； (3)80年代以后，擬除蟲菊酯、生長抑制劑等農藥出現(xiàn)，它們的靶標單一，容易被害蟲代謝酶降解，抗性發(fā)展十分迅速。,椐FAO統(tǒng)計，19541985年，抗性害蟲已由10種猛增到432種。唐振華（2002）報道，全世界至今已有600多種害蟲及害螨對一種或多種農藥產生了抗性，其中絕大多數是農業(yè)害蟲。自1963年首次報道我國淡色庫蚊對氯化烴類殺蟲劑產生抗性以來，至今我國已有45種害蟲產生了抗性，

5、其中農業(yè)害蟲36種，衛(wèi)生害蟲9種（唐振華，2000）。抗性突出的害蟲有棉蚜、棉鈴蟲、二化螟、小菜蛾、家蠅、淡色庫蚊、德國小蠅等，這些害蟲對不同類型的多種殺蟲劑產生了抗性，并且抗性水平較高。,至1986年止，各種昆蟲和螨類歷年發(fā)生抗性的情況見表1（唐振華，1993）。,表1 節(jié)肢動物對一種或幾種藥劑發(fā)生抗性的情況（1908-1986） Table 1 The numbers of arthropod species developed resistance to pesticides,就1984年后報道的同翅目抗性害蟲作粗略估計，約44種（其中以蚜蟲居多），對不同藥劑產生了抗性，約占統(tǒng)計數量的5

6、2.3%，對各類藥劑產生抗性的種類比例依次為：有機磷（86.4%）氨基甲酸酯（54.5%）擬除蟲菊酯（43.2）有機氯（27.3%）其它（20.5%）昆蟲生長調節(jié)劑（4.5%）。,從殺蟲劑發(fā)展的歷史來看，各種昆蟲和螨類對各類殺蟲劑產生抗性的速度越來越快，從表2可以看出，對各藥劑產生抗性的蟲數以5為基數，則從5160種止，平均翻一翻所需的時間依次為越來越少，對近20年來新發(fā)展的氨基甲酸酯類和擬除蟲菊酯發(fā)生抗性蟲種的速度越來越快（唐振華，1993）。,表2 昆蟲對不同殺蟲劑的抗性增長速度 Table 2 The increasing speed of resistance to different

7、 class insecticides in insect pests,（二）、害蟲抗藥性的概念,世界衛(wèi)生組織（WHO）1957年對害蟲抗藥性的定義是：“昆蟲具有耐受殺死正常種群大部分個體的藥量的能力并在其種群中發(fā)展起來的現(xiàn)象”。這個定義指出的抗性是種群的特性，而不是個體昆蟲改變的結果，我們通常所指的害蟲抗藥性是指使用過一段農藥后，用同樣的劑量防治害蟲效果明顯的下降，可以說害蟲對此藥產生了抗性。不能一次見到防效不好，就認為產生了抗性。,（三）、抗性分類,由于在同一地區(qū)連續(xù)使用藥劑而引起的害蟲抗藥性的提高，而形成了抗藥性。藥劑不同產生的抗藥性也不同，分為以下幾種抗性： 1.單一抗性 2.交互抗性

8、 3.多種抗性 4.負交互抗性,2.交互抗性 昆蟲的一個品系由于同一機制，對某種藥劑產抗性后而對其它從未用過的藥劑也發(fā)生了抗性，這種現(xiàn)象稱為交互抗性。 主要是由于殺蟲劑的作用機理相同造成的?？箖任椎拿扪翆饭?，磷胺，對硫磷。西維因等都產了抗性?？骨栉炀挣サ挠衩酌鴮︿迩杈挣ビ薪换タ剐?。,1.單一抗性 只表現(xiàn)對起作用的藥劑有抗性，稱為單一抗性。,3.多種抗性,是指昆蟲的單一品系由于不同機制，對各種藥劑產生了抗藥性，也就是指某些昆蟲對用過的多種殺蟲劑同時產生抗藥性。 是由于長期的、連續(xù)的大量地使用不同藥劑造成的，是對多種作用機理相同或不同的藥劑的抗性。例如小菜蛾對有機氯（DDT）、有機磷（敵百蟲）

9、、氨基甲酸酯類（西維因）殺蟲劑產生了抗性。,4.負交互抗性,是指有些昆蟲對一種殺蟲劑產生抗后，反而對另一種殺蟲劑表現(xiàn)特別敏感的現(xiàn)象，稱為負交互抗性。 如中科院北京動物研究所測定甲基1605對內吸磷抗性棉蚜有負交互抗性，抗有機磷的山楂紅蜘蛛對殺螨酯有負交互抗性。,但是并不是一種害蟲對各種藥劑都能產生交互抗性，一般來說，凡是作用機制相同或相近的藥劑就容易產生交互抗性，而不同類型的藥劑，由于對昆蟲毒殺機制的不同，因而不易產生交互抗性，如抗內吸磷的棉紅蜘蛛對有機氯殺螨劑三氯殺螨醇就不易產生交互抗性。有些不是同一類殺蟲劑，但作用機制一致，也可產生交互抗性。,（四）、影響害蟲抗性發(fā)展的因素,1 遺傳因素

10、支配抗性機制的基因可能是單一基因，也可能是多基因。害蟲抗性發(fā)展的快慢，遺傳基因在種群中的數量或出現(xiàn)的頻率是重要的決定因素。 2 生物學因素 世代周期長短、每一代的個體數等 昆蟲種群的遷移性 3 施藥因素 施藥次數與劑量 藥劑本身,BACK,BACK,害 年世 產生抗性 蟲 代數 所需時間 根腫蠅 3-4 5-6年 馬鈴薯金針蟲 2 6 年 北方玉米根葉蟲甲 1 8-10年 日本麗蠅 1 10 年 臺灣甘蔗金針蟲 1/2 20 年,Gerogion（1980）報道，用艾氏劑、狄氏劑進行土壤處理，不同世代周期的土壤害蟲，產生抗性需要的時間有很大差別。,（五）、抗藥性的生理生化機制 1 增加解毒作用

11、的速率 這是大多數昆蟲抗藥性的主要機制，解毒酶的量增加，活性提高。 解毒酶主要有以下幾種酶： （1）氧化酶： 微粒體多功能氧化酶（MFO） （2）水解酶系：磷酸酯酶、羧酸酯酶、酰胺酶 （3）轉移酶：谷胱甘肽轉移酶 （4）DDT脫氯化氫酶,（1）氧化酶 是解毒酶中最重要的一種，如：微粒體多功能氧化酶 （MFO）是非專一性的酶，它能代謝很多種殺蟲劑，如有機磷，氨基甲酸酯，有機氯及擬除蟲菊酯等。是許多昆蟲對殺蟲劑產生抗性以及交互抗性的重要原因之一。 它可以活化殺蟲劑，如將對硫磷變成（活化）對氧磷。 MFO酶除了活化作用外，還可使許多殺蟲劑被氧化降解，或者活化和降解同時進行，如上述對硫磷也可以氧化降解

12、（脫芳基作用）。 另一方面，MFO酶能代謝一些脂溶性強的雜環(huán)化合物，反過來，這些雜環(huán)化合物能激發(fā)MFO酶的活性，如DDT、六六六等都有這些作用。,（2）水解酶系 是脊椎動物體內能水解農藥的酯酶的統(tǒng)稱，它包括磷酸酯酶、羧酸酯酶，酰胺酶等，尤其是羧酸酯酶在昆蟲對有機磷和擬除蟲菊酯抗性中有著重要作用。 1）磷酸三酯水解酶：芳基水解酶， O烷基水解酶， 磷酸酯酶， 磷酸二酯水解酶等,R-CO-O-R+ H2O R-COOH + HOR,2）酰胺水解酶,R-CONH2 + H2O R-COOH + NH3,3）磷酸酯酶 （C2H5O）2PO-O- -NO2 （C2H5O）2 PO-OH + HO- -N

13、O2,3）羧酸酯酶 能使馬拉松水解成馬拉松單酸與馬拉松二酸，而失去活性。,馬拉松單酸,馬拉松二酸,馬拉松,（3）轉移酶 轉移酶中最重要的一類酶就是谷胱甘肽轉移酶，它同殺蟲劑的代謝密切相關。 現(xiàn)在知道它大致分為五類。 A: 谷胱甘肽S烷基轉移酶 B: 谷胱甘肽S芳基轉移酶 C: 谷胱甘肽S鏈烯轉移酶 D: 谷胱甘肽S芳烷基轉移酶 E: 谷胱甘肽S環(huán)氧基基轉移酶,這些酶尤其在對有機磷降解中有重要意義，它能使有機磷農藥在烷基上或苯環(huán)上裂開，并且它與裂化后的一部分相結合成為可溶性的物質而排出體外。對甲基1605、殺螟松等主要起脫甲基作用，對1605主要在苯環(huán)上裂開，并與硝基苯相結合。,是DDT降解代謝

14、的重要酶，也是昆蟲對DDT抗性的原因之一，它可使DDT脫 HCl成為 DDE，從而變?yōu)闊o毒物。（如家蠅、28星瓢蟲、小菜粉蝶、煙草天蛾、墨西哥豆象等）。,有機磷中硝基結構的化合物，如對硫磷等可被硝基還原酶代謝為無毒物。,H Cl - C - Cl Cl C - Cl Cl,（4）DDT脫氯化氫酶,BACK,（六）、對付抗藥性的途徑,1983年，Georghiou曾提出三種原則性的對策： 適度防治（management moderation） 飽和防治（management by saturation） 多點攻擊（management by multiple attack）,BACK,適度防治（

15、management moderation）,出發(fā)點是通過降低藥劑的選擇壓力來保持害蟲的敏感性，充分利用種群中有價值的敏感性資源，能促進敏感純合子個體存活的措施。 主要是減少總選擇壓，可以有許多具體方法，例如提高防治指標，減少藥劑劑量使部分敏感昆蟲得以存活，以達到稀釋抗性基因的目的；也可以減少施藥次數，使用短殘效劑或進行局部施藥等。,BACK,飽和防治（management by saturation）,出發(fā)點是應用高劑量殺死抗性雜合子個體，淘汰抗性基因，以達到延緩抗性發(fā)展的目的。這個策略主要對付未經藥劑處理過的種群或抗性發(fā)展正處于雜合子階段的種群，若想用來挽救一些抗性的農藥，這一策略是不適合

16、的。 飽和治理的必要條件是種群內一部分敏感個體要能逃避殺蟲劑的選擇，或有一部分敏感個體從未遷入處理區(qū)；否則，該策略反而會加快對抗性基因的選擇，促進抗性發(fā)展。 主要措施是使用增效劑提高藥劑對抗性害蟲的防治效果，以達到飽和治理。,BACK,多點攻擊（management by multiple attack）,出發(fā)點是采用化學結構和作用位點不同的兩種以上的藥劑來防治害蟲，使其受到或長或短的多種作用方向的化學選擇壓，并使得其中任何一個藥劑的選擇壓力都低于抗性發(fā)展所需的選擇壓力，通過多種部位的攻擊達到延緩抗性的目的。 主要措施是把兩種或兩種以上作用位點不同的農藥進行混用、輪用或交替使用。,概念：是指本

17、來對農藥敏感的野生型植物病原菌個體 或群體，由于遺傳變異而對藥劑出現(xiàn)敏感性下降的現(xiàn)象。,抗 藥 性 包 含 的 函 義,病原菌遺傳物質發(fā)生變化， 抗藥性狀可以穩(wěn)定遺傳,抗藥突變體對環(huán)境有一定的適合度， 即與敏感野生群體具有生存競爭力,植物病原菌對殺菌劑的抗性,20世紀40年代，美國James G. Horsfall提出病原 菌對殺菌劑敏感性下降的問題,60年代末，高效、選擇性強的苯并咪唑類內吸性殺菌 劑被開發(fā)和廣泛用于植物病害防治,70年代初，開展了對植物病原物抗藥性的系統(tǒng)研究，,（一）、 病原菌抗性發(fā)展歷史,80年代初成立了殺菌劑抗性行動委員會（FRAC）， 開辟了植物病理學和植物化學保護學

18、新的研究領域。,在20世紀40年代就有微生物對化學藥劑的抗藥性報道。 1940年，一年后就出現(xiàn)了抗藥性的青霉菌和色孢霉菌-殺菌劑歷史上首例病原菌產生的抗藥性。,20世紀60年代初期，五氯硝基苯和多果定的抗性菌系的陸續(xù)出現(xiàn)。 抗藥性真正成為病害防治的突出問題是20世紀60年代中后期大量使用內吸殺菌劑以后，最典型的實例是苯并咪唑類內吸殺菌劑。,1967年大量生產并廣泛使用苯來特，1969年就有報道用于防治黃瓜白粉病時出現(xiàn)抗性菌，隨后出現(xiàn)的抗性菌有十幾種。 1956年，Horsfall(J.G)-殺菌劑作用原理提出警告： “不要等待抗藥性在田間的出現(xiàn)!”,對病原物特殊生化位點發(fā)生作用,農藥對病原菌的

19、毒理,生化 位點 由單 基因 調節(jié),藥劑化學防治完全失效,表現(xiàn)抗藥性,病原菌群 體中存在 抗藥個體 或抗藥 基因,抗性個體少， 繼續(xù)生長繁 殖、侵染寄主,提高抗藥病原菌在 群體中的比例， 藥劑防治效果下降,導致抗藥性病害流行,用戶加大用藥劑量 和用藥頻率,抗藥性病害流行，藥 劑化學防治完全失效,病原菌抗藥性發(fā)生原理,（二）抗性的生化機制,補償作用或改變代謝途徑,增加解毒或降低致死合成作用,減少吸收或增加排泄,降低親和性,在相應的作用靶點如-微管蛋白、核糖體等發(fā)生構象改變，降低藥劑與靶點的親和性而表現(xiàn)抗藥性。,通過代謝變化，阻礙藥劑到達作用靶點，或利用生物能量通過載體將細胞內的藥劑排出體外，阻止

20、藥劑積累而表現(xiàn)抗藥性。,將有毒的農藥轉化成無毒化合物，或者在藥劑到達作用位點之前就與細胞內其他生化成分結合而鈍化。,病原物可以改變某些生理代謝，使藥劑的抑制作用得到補償。,； ； 。,基本措施包括,（三）克服病原菌抗性的對策,使用最低有效劑量,在病害發(fā)生和流行的關鍵時期用藥，以化學保護代替化學治療,避免在較大范圍內使用同種或同類藥劑（防止產生交互抗性）；,不同作用機制的殺菌劑混用或交替使用，但應避免兩種高度危險性的藥劑混用或輪用，防止多重抗藥性發(fā)生,在抗性發(fā)生嚴重的地區(qū)回收藥劑，停止用藥,第二節(jié) 農藥對非靶標生物群落的影響 一、 農藥施用對害蟲天敵的影響 農藥施用常發(fā)生兩種現(xiàn)象引起了人們的注意

21、。一是防治對象的再猖獗，二是次要害蟲上升為主要害蟲。引起這類現(xiàn)象可能的情況為： 殺蟲劑刺激害蟲的繁殖 對寄住植物有刺激生長作用 競爭種群被大量滅殺 捕食性天敵大量殺滅,減輕對天敵傷害的施藥措施有： 1、選用適當的藥劑或劑型，減少對主要天敵昆蟲的傷害。 2、根據具體情況，選擇合適的施藥時期。 3、改進施藥方法，保留少量害蟲作為天敵的食料或寄住。,二、 農藥對傳粉昆蟲的影響及防救措施 1.農藥對蜜蜂的毒性 2.防治農藥對蜜蜂中毒的措施 選擇合適的施藥時間 選擇合適的藥劑種類和施藥方式 在噴灑農藥期間，養(yǎng)蜂場可采取將蜂群 暫時遷移或幽閉、覆蓋等方式預防中毒。 在不影響藥效和不損害農作物的前提下，在農藥內添加適量石炭酸、煤焦油等作驅避劑。 發(fā)現(xiàn)蜜蜂農藥中毒時，首先將蜂群撤離毒物區(qū)，同時清除混有毒物的飼料，并立即用1：1的糖漿和甘草水進行補充飼喂。,三、農藥對土壤生物的影響,（一）農藥對土壤微生物的影響 1.農藥對土壤微生物區(qū)系的影響 一般說來殺蟲劑在推薦用量下，對土壤中的微生物群落影響不大，有的還使與土壤肥力有關的微生物區(qū)系集團的成分增加，有益于作物的生長。 藥劑的大量和長期施用，會抑制或破壞土壤微生物的區(qū)系。 殺菌劑和熏蒸劑對微生物數量影響最大。殺線蟲劑大部分都有弱的殺菌性，絲狀菌對殺線蟲劑的敏感性