高希武

（中國農(nóng)業(yè)大學(xué)昆蟲學(xué)系，北京 100193）

我國是一個在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中生物災(zāi)害頻發(fā)的國家，許多重要病蟲害的控制仍然依賴于農(nóng)藥的使用，特別是一些暴發(fā)性的害蟲。據(jù)估計，世界有害生物造成的潛在食物損失在45%左右，在產(chǎn)中由病蟲草害造成的損失占30%，另外15%的損失是在產(chǎn)后到餐桌的過程中。在不發(fā)達(dá)國家，有害生物引起糧食或纖維的損失至少在總產(chǎn)量的1／3以上。所以應(yīng)用農(nóng)藥防治病蟲草害是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的客觀需求和必然，農(nóng)藥在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的地位不容忽視。我國這些年來農(nóng)藥產(chǎn)量都在100萬t（折百）以上，其中約60%用于我國的病蟲草鼠害控制［1］。由于長期依賴于農(nóng)藥的使用，許多重要的病蟲害都產(chǎn)生了抗藥性，據(jù)估計目前世界上已有近600種昆蟲產(chǎn)生了抗藥性，抗藥性病原菌的數(shù)量近年來也一直在增加［2－3］。我國主要農(nóng)作物上至少有40種以上的病蟲害產(chǎn)生了抗藥性?？顾幮缘漠a(chǎn)生不可避免地導(dǎo)致農(nóng)藥的使用量加大，這除了進(jìn)一步加劇抗藥性發(fā)展外，還引發(fā)環(huán)境污染、生物多樣性降低等一系列問題，最終導(dǎo)致包括一些新型高效、環(huán)境友好的農(nóng)藥品種在內(nèi)的大部分農(nóng)藥品種使用壽命迅速縮短甚至被淘汰。如有些地區(qū)由于阿維菌素、吡蟲啉等一些新型高效殺蟲藥劑的不合理使用而使害蟲抗藥性迅速增強(qiáng)，導(dǎo)致這些藥劑被淘汰，以至于到了無藥可用的地步。世界化學(xué)農(nóng)藥銷售額在300億美元，生物農(nóng)藥所占比例極低［1］。盡管化學(xué)防治面臨嚴(yán)重的3R問題，但是農(nóng)藥的應(yīng)用還是為病蟲害防治、保證食物生產(chǎn)做出了重要貢獻(xiàn)。在可預(yù)見的將來，化學(xué)防治仍然是解決農(nóng)業(yè)生物災(zāi)害的關(guān)鍵技術(shù)。尤其是近期，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)追求高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)，農(nóng)村勞動力大量向城鎮(zhèn)轉(zhuǎn)移，使許多有害生物綜合治理措施無法實施，實際上化學(xué)防治幾乎成為目前農(nóng)業(yè)有害生物防治的唯一有效途徑。因此，在目前和將來一個很長的時期內(nèi)，化學(xué)農(nóng)藥及化學(xué)防治在病蟲草鼠害控制中仍將占有重要地位。

1 化學(xué)防治的發(fā)展規(guī)律和特點

化學(xué)防治學(xué)科是一門化學(xué)和生物學(xué)的交叉學(xué)科，也是理論和實踐結(jié)合緊密的學(xué)科。相關(guān)學(xué)科的發(fā)展對該學(xué)科起到了極大的促進(jìn)作用。

盡管農(nóng)藥已經(jīng)應(yīng)用了幾個世紀(jì)，但其普遍使用還是在20世紀(jì)40年代以后。早在公元前470年，希臘就用橄欖樹葉的提取物防治枯萎病。公元前200年，意大利用硫磺熏蒸防治葡萄害蟲。我國在明代“天工開物”中明確記載了砒霜的制備技術(shù)以及使用方法和注意事項。1940年以前，應(yīng)用的天然化合物主要有硫磺、銅制劑、各種油類、煙堿、砷制劑、甲醛、汞制劑等，這些化合物都是直接噴到作物上，當(dāng)時幾乎沒有人意識到這些天然化合物的危害。實際上許多所謂的天然化學(xué)農(nóng)藥都是毒性很高的。二戰(zhàn)以后隨著DDT等有機(jī)合成的藥劑在農(nóng)業(yè)、衛(wèi)生領(lǐng)域的大量使用，有機(jī)磷、氨基甲酸酯、擬除蟲菊酯類等一系列的神經(jīng)毒劑相繼問世和大范圍的應(yīng)用。由于在那個時代農(nóng)業(yè)、公共衛(wèi)生媒介昆蟲控制上專一性地依賴于化學(xué)農(nóng)藥的使用，化學(xué)農(nóng)藥的負(fù)面影響逐漸顯露出來。但農(nóng)藥的應(yīng)用為那個年代的食物生產(chǎn)和病蟲害防治做出了重要貢獻(xiàn)。

在20世紀(jì)早期，人們發(fā)現(xiàn)了農(nóng)藥使用帶來的一些問題。到1962年Carson的《寂靜的春天（Silent Spring）》一書出版后引起了各國政府及科學(xué)家對環(huán)境污染問題的重視，相繼限制了一些高毒和在環(huán)境中殘留長的農(nóng)藥的使用。同時科學(xué)家也積極探索與環(huán)境相容性農(nóng)藥的研制及其使用技術(shù)，這就是所謂的“after natural pesticides”的研究與應(yīng)用［1］。隨后出現(xiàn)了一些生物合理性農(nóng)藥（biorational pesticides）［4］。

自從20世紀(jì)40年代中DDT用于害蟲防治以來，化學(xué)防治隨著新類型農(nóng)藥以及相關(guān)學(xué)科的發(fā)展得到了迅速的發(fā)展。從最初的劑量－反應(yīng)關(guān)系研究到現(xiàn)在的基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)的研究，化學(xué)防治的各分支學(xué)科同樣得到了迅速發(fā)展。對于指導(dǎo)環(huán)境相容性殺蟲藥劑的發(fā)現(xiàn)、害蟲抗藥性的治理、殺蟲藥劑的合理使用等起到了重要的促進(jìn)和指導(dǎo)作用。昆蟲體內(nèi)專一性分子靶標(biāo)的利用是創(chuàng)制環(huán)境相容性殺蟲藥劑的基礎(chǔ)。昆蟲的生長、發(fā)育、變態(tài)顯然不同于其他生物，比較容易找到選擇性殺蟲藥劑靶標(biāo)。幾丁質(zhì)是昆蟲、真菌、甲殼類等生物所特有的。昆蟲連續(xù)的幾丁質(zhì)外骨骼決定了其需要定期蛻皮，以便生長發(fā)育。昆蟲的另外一個重要特征是變態(tài)，該過程需要保幼激素、蛻皮激素等激素的調(diào)控，是昆蟲體內(nèi)專一性的調(diào)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)對尋找理想的選擇性靶標(biāo)，開發(fā)選擇性藥劑具有重要的指導(dǎo)作用。昆蟲外骨骼幾丁質(zhì)合成降解過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)也是重要的選擇性藥劑例如除蟲脲、虱螨脲等開發(fā)的基礎(chǔ)。新煙堿類藥劑的創(chuàng)制為刺吸式口器害蟲的防治帶來了極大的好處［5］。

化學(xué)防治是IPM的重要組成部分，是許多害蟲控制的最重要手段?；瘜W(xué)防治發(fā)展的趨勢是采用新的技術(shù)手段并與IPM有機(jī)結(jié)合，使化防措施具有環(huán)境相容性。

2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀與存在差距

目前全國從事該學(xué)科領(lǐng)域的研究人員主要分布在高等學(xué)校（特別是農(nóng)業(yè)大學(xué)）、農(nóng)業(yè)科學(xué)院系統(tǒng)、中國科學(xué)院等單位。其中中國農(nóng)業(yè)大學(xué)、南京農(nóng)業(yè)大學(xué)、西北農(nóng)林科技大學(xué)、西南大學(xué)、浙江大學(xué)等高等院校，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所、省屬農(nóng)業(yè)科學(xué)院以及中國科學(xué)院動物研究所等單位均有化學(xué)防治相關(guān)的研究室以及不同分支方向的研究骨干。

我國研究人員在農(nóng)藥劑型、施用技術(shù)、害蟲抗藥性以及化學(xué)防治與其他防治協(xié)調(diào)等方面都做了大量的研究工作，取得了顯著進(jìn)展。在水稻褐飛虱、棉鈴蟲、瓜－棉蚜、小菜蛾、桃蚜、煙粉虱、溫室白粉虱、麥蚜等［6－17］害蟲對相應(yīng)藥劑的抗藥性機(jī)制、抗藥性基因的檢測技術(shù)以及抗藥性治理策略研究方面取得了顯著的進(jìn)展。特別是對水稻褐飛虱乙酰胺膽堿受體［6］、棉蚜乙酰膽堿酯酶［14－15］和羧酸酯酶［12－13］、棉鈴蟲細(xì)胞色素 P450［9，11］以及水稻害蟲、棉花害蟲、蔬菜害蟲等抗藥性的研究引起了國外同行的關(guān)注。通過國際交流、論文發(fā)表等顯著提高了我國在該領(lǐng)域的影響力。

我國對化學(xué)防治研究一直比較重視，在“六五”科技攻關(guān)至“十一五”支撐計劃、“973”、“863”、國家自然科學(xué)基金以及農(nóng)業(yè)部公益性行業(yè)科研專項等項目中都占有一定的地位。在科技部2006年啟動“973”項目“重大農(nóng)業(yè)害蟲猖獗危害的機(jī)制及可持續(xù)控制的基礎(chǔ)研究”、科技支撐計劃“農(nóng)林重大生物災(zāi)害防控技術(shù)研究”項目中都設(shè)置了化學(xué)防治研究的課題。在2009年農(nóng)業(yè)部公益性行業(yè)科研專項中針對目前化學(xué)防治中存在的問題設(shè)置了農(nóng)藥科學(xué)合理使用的課題。在“863”計劃中專門設(shè)置害蟲抗藥性基因檢測的內(nèi)容。國家自然科學(xué)基金除了面上項目專門有化學(xué)防治以外，重點基金也有支持?；瘜W(xué)防治盡管在不同層面上得到了支持，但是就整個植物保護(hù)領(lǐng)域看，化學(xué)防治在植物保護(hù)中的作用與獲得的資助是不相符的。也就是說化學(xué)防治所占比例比較低，有待進(jìn)一步加大資助力度。

我國科學(xué)家在與化學(xué)防治相關(guān)的國際雜志上發(fā)表的論文數(shù)量近幾年快速增長，數(shù)量高于英國、德國、法國、澳大利亞以及日本等國家，但是和美國相比差距還比較明顯。從論文平均質(zhì)量看我們的優(yōu)勢并不突出，主要原因是我國科學(xué)家跟蹤研究仍然占主體。在新殺蟲藥劑發(fā)現(xiàn)方面我國遠(yuǎn)遠(yuǎn)滯后，與之相關(guān)的新藥劑的毒理機(jī)制研究也落后于發(fā)達(dá)國家。自從有機(jī)合成藥劑問世以來，抗藥性的研究份額直線上升，在抗藥性品系選育、抗藥性治理技術(shù)等方面我國略占優(yōu)勢，這與我國的國情有關(guān)。在抗藥性機(jī)制蛋白質(zhì)水平、相關(guān)基因克隆、監(jiān)測等方面與國外相當(dāng)；在抗藥性基因異源表達(dá)、功能鑒定、調(diào)控等方面的研究則顯得不足［3］。

3 產(chǎn)業(yè)需求趨勢與重點研究領(lǐng)域

化學(xué)防治是有害生物防治中不可缺少的手段，是制約有害生物可持續(xù)治理的重要因子?；瘜W(xué)防治法是一把“雙刃劍”，需要花大力氣通過重點研究使化學(xué)防治滿足國家農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需求、保證糧食、蔬菜、水果的安全。根據(jù)國際發(fā)展趨勢和我國現(xiàn)狀，今后本學(xué)科亟待加強(qiáng)的優(yōu)先研究領(lǐng)域包括：（1）有害生物體內(nèi)專一性農(nóng)藥分子靶標(biāo)和新靶標(biāo)的研究；（2）有害生物抗藥性、再猖獗以及藥劑的選擇性機(jī)理研究；（3）圍繞新藥創(chuàng)制進(jìn)行的天然活性化合物的分離鑒定、生物大分子的結(jié)構(gòu)與功能研究；（4）化學(xué)防治新方法與新技術(shù)（例如通過植物表達(dá)農(nóng)藥活性成分、農(nóng)藥納米劑型、有效成分控制釋放技術(shù)等）以及（5）化學(xué)防治對天敵等非靶標(biāo)生物影響的機(jī)制和評價體系研究。

4 促進(jìn)化學(xué)防治發(fā)展的策略

4.1 持續(xù)支持該學(xué)科研究的科學(xué)家，穩(wěn)定從事化學(xué)防治基礎(chǔ)研究的隊伍

化學(xué)防治在可以預(yù)見的將來，仍然是有害生物綜合治理的一個重要手段?；瘜W(xué)防治的基礎(chǔ)研究雖然近年來發(fā)展速度比較快，但是和國外發(fā)達(dá)國家相比仍有差距。應(yīng)針對國家重大需求，瞄準(zhǔn)國際有害生物化學(xué)防治科技發(fā)展的前沿，凝練學(xué)科研究方向，抓好重大科研項目的設(shè)計，給予重點支持。通過重大項目的實施，組織開展全國化學(xué)防治領(lǐng)域科學(xué)家的協(xié)作和學(xué)術(shù)交流等，穩(wěn)定一支該領(lǐng)域研究隊伍，培養(yǎng)中青年骨干是使化學(xué)防治學(xué)科持續(xù)發(fā)展、趕超發(fā)達(dá)國家的保障。

4.2 加強(qiáng)國際交流，增加國際合作項目研究的份額，促進(jìn)我國科學(xué)家占領(lǐng)新的研究生長點

由于我國農(nóng)藥化學(xué)工業(yè)起步較晚，導(dǎo)致我國農(nóng)藥品種以仿制為主。新化合物的缺乏使得相關(guān)的農(nóng)藥生物學(xué)、生物化學(xué)以及分子生物學(xué)的研究也落后于世界發(fā)達(dá)國家。增加國際交流、國際合作研究有利于我國在化學(xué)防治領(lǐng)域?qū)ふ一蛘碱I(lǐng)新的學(xué)科生長點。

國際合作與交流的政策需求和保障措施：組織高水平的國際學(xué)術(shù)研討會，鼓勵并資助國內(nèi)學(xué)者赴海外參加高水平學(xué)術(shù)會議或調(diào)研；加大國際合作項目的力度；派出和請進(jìn)相結(jié)合，設(shè)立派出、請進(jìn)一流科學(xué)家的基金；設(shè)立引進(jìn)、消化國際有關(guān)先進(jìn)技術(shù)基金。

開展國際合作的需求和優(yōu)先領(lǐng)域：加強(qiáng)化學(xué)防治學(xué)科的國際合作與交流是加速我國農(nóng)藥原始創(chuàng)新的必經(jīng)之路。瞄準(zhǔn)科學(xué)技術(shù)發(fā)展前沿，以“原始創(chuàng)新，引進(jìn)和消化創(chuàng)新”為目標(biāo)，發(fā)展具有自主知識產(chǎn)權(quán)的新化合物。需要合作的優(yōu)先領(lǐng)域有：（1）有害生物體內(nèi)新農(nóng)藥分子靶標(biāo)的挖掘與利用；（2）基于蛋白質(zhì)水平和基因水平的高通量篩選技術(shù)；（3）有害生物特有的分子靶標(biāo)和農(nóng)藥選擇性分子機(jī)理；（4）納米技術(shù)等新技術(shù)、新材料在農(nóng)藥劑型及其與施藥靶標(biāo)互作研究中的應(yīng)用。

4.3 建設(shè)化學(xué)防治研究的公共平臺，并進(jìn)行重點支持

雖然在國家或部級相關(guān)的重點實驗室、重點學(xué)科有相應(yīng)的從事化學(xué)防治研究的科學(xué)家以及儀器設(shè)備保障，但是多處于比較低的地位。國家還沒有相應(yīng)的從事化學(xué)防治基礎(chǔ)研究的重點實驗室或平臺，農(nóng)藥化學(xué)生物學(xué)基礎(chǔ)研究是新農(nóng)藥創(chuàng)制的前提。這也是我國新農(nóng)藥創(chuàng)制研究落后的原因之一。國家應(yīng)有意識地建立該領(lǐng)域基礎(chǔ)研究的重點實驗室或平臺（中心），為相關(guān)科學(xué)家創(chuàng)造一個良好的科學(xué)研究環(huán)境。

化學(xué)防治是害蟲控制中不得不用的一種措施。隨著相關(guān)學(xué)科的發(fā)展以及新材料、新技術(shù)的利用，化學(xué)防治會向著人們期望的目標(biāo)發(fā)展，與環(huán)境協(xié)調(diào)。

［1］高希武，王道全，宋敦倫，等.農(nóng)藥與化學(xué)防治學(xué)科發(fā)展［M］∥中國科學(xué)技術(shù)協(xié)會主編.植物保護(hù)學(xué)學(xué)科發(fā)展報告.北京：中國科學(xué)技術(shù)出版社，2008：31－144.

［2］Whalon M，Mota－Sanchez D，Hollingworth R M.Global pesticide resistance in arthropods［M］.London：CABI International，UK，2008：1－23.

［3］高希武，韓召軍，邱星輝，等.昆蟲毒理學(xué)發(fā)展研究報告［M］∥中國科學(xué)技術(shù)協(xié)會.昆蟲學(xué)學(xué)科發(fā)展報告.北京：中國科學(xué)技術(shù)出版社，2009：76－90.

［4］Menn J J，Henrick C A.Rational and biorational design of pesticides［J］.Phil Trans R Soc Lond B，1981，195：57－71.

［5］Jeschke P，Nauen R.Neonicotinoids－fromzero to hero in insecticide chemistry［J］.Pest Management Science，2008，64（11）：1084－1098.

［6］Liu Z，Williamson MS，Lansdell S J，et al.A nicotinic acetylcholine receptor mutation conferring target－site resistance to imidacloprid inNilaparvatalugens（brown planthopper）［J］.PNAS，2005，102：8420－8425.

［7］Liu Z，Han Z，Wang Y，et al.Selection for imidacloprid resistance inNilaparvatalugens：cross resistance patterns and possible mechanisms［J］.Pest Manag Sci，2003，59：770－775.

［8］Chen S，Yang Y H，Wu Y D.Correlation between fenvalerate resistance and cytochrome P450 mediated O－demethylation activity inHelicoverpaarmigera（Lepidoptera：Noctuidae）［J］.Journal of Economic Entomology，2005，98（3）：943－946.

［9］Liu X N，Liang P，Gao X W，et al，Induction of the cytochrome P450 activity by plant allelochemicals in the cotton bollworm，Helicoverpaarmigera（Hübner）［J］.Pesticide Biochemistry and Physiology，2006，84：127－134.

［10］Ren X X，Han Z J.MechanisMof monocrotophos resistance in cotton Bollworm，Helicoverpaarmigera（Hübner）［J］.Arch Insect Biochem，2002，51：103－110.

［11］Yang Y H，Wu Y D，Chen S，et al.The involvement of microsomal oxidases in pyrethroid resistance inHelicoverpaarmigerafromAsia［J］.Insect Biochemistry and Molecular Biology，2004，34（8）：763－773.

［12］Cao C W，Zhang J，Gao X W，et al.Overexpression of carboxylesterase gene associated with organophosphorous insecticide resistance in cotton aphids，Aphisgossypii（Glover）［J］.Pesticide Biochemistry and Physiology，2008，90：175－180.

［13］Cao C W，Zhang J，Gao X W，et al.Differential mRNA expression levels and gene sequences of carboxylesterase in both deltamethrin resistant and susceptible strains of the cotton aphid，Aphisgossypii［J］.Insect Science，2008，15：209－216.

［14］Li F，Han Z J.Two different genes encoding acetylcholinesterase existing in cotton aphid （Aphisgossypii）［J］.Genome，2002，45：1134－1141.

［15］Li F，Han Z.Mutations in acetylcholinesterase associated with insecticide resistance in the cotton aphid，AphisgossypiiGlover［J］.Insect BiocheMMol Biol，2004，34（4）：397－405.

［16］Liang P，Gao X W.Genetic basis of resistance and studies on cross－resistance in a population of diamondback moth，Plutella xylostella（Lepidoptera：Plutellidae）［J］.Pest Management Science，2003，59：1232－1236.

［17］Chen M，Han Z.Cloning and sequence analysis of 2 different acetylcholinesterase genes inRhopalosiphumpadiandSitobion avenae［J］.Genome，2006，49（3）：239－43.