高希武

（中國農(nóng)業(yè)大學昆蟲學系，北京 100193）

我國是一個在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中生物災害頻發(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)生不可避免地導致農(nóng)藥的使用量加大，這除了進一步加劇抗藥性發(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，最終導致包括一些新型高效、環(huán)境友好的農(nóng)藥品種在內的大部分農(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，導致這些藥劑被淘汰，以至于到了無藥可用的地步。世界化學農(nóng)藥銷售額在300億美元，生物農(nóng)藥所占比例極低［1］。盡管化學防治面臨嚴重的3R問題，但是農(nóng)藥的應用還是為病蟲害防治、保證食物生產(chǎn)做出了重要貢獻。在可預見的將來，化學防治仍然是解決農(nóng)業(yè)生物災害的關鍵技術。尤其是近期，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)追求高產(chǎn)優(yōu)質，農(nóng)村勞動力大量向城鎮(zhèn)轉移，使許多有害生物綜合治理措施無法實施，實際上化學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，化學農(nóng)藥及化學防治在病蟲草鼠害控制中仍將占有重要地位。

1 化學防治的發(fā)展規(guī)律和特點

化學防治學科是一門化學和生物學的交叉學科，也是理論和實踐結合緊密的學科。相關學科的發(fā)展對該學科起到了極大的促進作用。

盡管農(nóng)藥已經(jīng)應用了幾個世紀，但其普遍使用還是在20世紀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以及使用方法和注意事項。1940年以前，應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農(nóng)藥都是毒性很高的。二戰(zhàn)以后隨著DDT等有機合成的藥劑在農(nóng)業(yè)、衛(wèi)生領域的大量使用，有機磷、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農(nóng)藥的使用，化學農(nóng)藥的負面影響逐漸顯露出來。但農(nóng)藥的應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。

在20世紀早期，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，這就是所謂的“after natural pesticides”的研究與應用［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40年代中DDT用于害蟲防治以來，化學防治隨著新類型農(nóng)藥以及相關學科的發(fā)展得到了迅速的發(fā)展。從最初的劑量－反應關系研究到現(xiàn)在的基因組學、蛋白質組學的研究，化學防治的各分支學科同樣得到了迅速發(fā)展。對于指導環(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和指導作用。昆蟲體內專一性分子靶標的利用是創(chuàng)制環(huán)境相容性殺蟲藥劑的基礎。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。幾丁質是昆蟲、真菌、甲殼類等生物所特有的。昆蟲連續(xù)的幾丁質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控，是昆蟲體內專一性的調控系統(tǒng)。該系統(tǒng)對尋找理想的選擇性靶標，開發(fā)選擇性藥劑具有重要的指導作用。昆蟲外骨骼幾丁質合成降解過程中的關鍵環(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。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防治發(fā)展的趨勢是采用新的技術手段并與IPM有機結合，使化防措施具有環(huán)境相容性。

2 國內研究現(xiàn)狀與存在差距

目前全國從事該學科領域的研究人員主要分布在高等學校（特別是農(nóng)業(yè)大學）、農(nóng)業(yè)科學院系統(tǒng)、中國科學院等單位。其中中國農(nóng)業(yè)大學、南京農(nóng)業(yè)大學、西北農(nóng)林科技大學、西南大學、浙江大學等高等院校，中國農(nóng)業(yè)科學院植物保護研究所、省屬農(nóng)業(yè)科學院以及中國科學院動物研究所等單位均有化學防治相關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、害蟲抗藥性以及化學防治與其他防治協(xié)調等方面都做了大量的研究工作，取得了顯著進展。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］害蟲對相應藥劑的抗藥性機制、抗藥性基因的檢測技術以及抗藥性治理策略研究方面取得了顯著的進展。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注。通過國際交流、論文發(fā)表等顯著提高了我國在該領域的影響力。

我國對化學防治研究一直比較重視，在“六五”科技攻關至“十一五”支撐計劃、“973”、“863”、國家自然科學基金以及農(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)害蟲猖獗危害的機制及可持續(xù)控制的基礎研究”、科技支撐計劃“農(nóng)林重大生物災害防控技術研究”項目中都設置了化學防治研究的課題。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防治中存在的問題設置了農(nóng)藥科學合理使用的課題。在“863”計劃中專門設置害蟲抗藥性基因檢測的內容。國家自然科學基金除了面上項目專門有化學防治以外，重點基金也有支持。化學防治盡管在不同層面上得到了支持，但是就整個植物保護領域看，化學防治在植物保護中的作用與獲得的資助是不相符的。也就是說化學防治所占比例比較低，有待進一步加大資助力度。

我國科學家在與化學防治相關的國際雜志上發(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。從論文平均質量看我們的優(yōu)勢并不突出，主要原因是我國科學家跟蹤研究仍然占主體。在新殺蟲藥劑發(fā)現(xiàn)方面我國遠遠滯后，與之相關的新藥劑的毒理機制研究也落后于發(fā)達國家。自從有機合成藥劑問世以來，抗藥性的研究份額直線上升，在抗藥性品系選育、抗藥性治理技術等方面我國略占優(yōu)勢，這與我國的國情有關。在抗藥性機制蛋白質水平、相關基因克隆、監(jiān)測等方面與國外相當；在抗藥性基因異源表達、功能鑒定、調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域

化學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。化學防治法是一把“雙刃劍”，需要花大力氣通過重點研究使化學防治滿足國家農(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，今后本學科亟待加強的優(yōu)先研究領域包括：（1）有害生物體內專一性農(nóng)藥分子靶標和新靶標的研究；（2）有害生物抗藥性、再猖獗以及藥劑的選擇性機理研究；（3）圍繞新藥創(chuàng)制進行的天然活性化合物的分離鑒定、生物大分子的結構與功能研究；（4）化學防治新方法與新技術（例如通過植物表達農(nóng)藥活性成分、農(nóng)藥納米劑型、有效成分控制釋放技術等）以及（5）化學防治對天敵等非靶標生物影響的機制和評價體系研究。

4 促進化學防治發(fā)展的策略

4.1 持續(xù)支持該學科研究的科學家，穩(wěn)定從事化學防治基礎研究的隊伍

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

4.2 加強國際交流，增加國際合作項目研究的份額，促進我國科學家占領新的研究生長點

由于我國農(nóng)藥化學工業(yè)起步較晚，導致我國農(nóng)藥品種以仿制為主。新化合物的缺乏使得相關的農(nóng)藥生物學、生物化學以及分子生物學的研究也落后于世界發(fā)達國家。增加國際交流、國際合作研究有利于我國在化學防治領域尋找或占領新的學科生長點。

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術研討會，鼓勵并資助國內學者赴海外參加高水平學術會議或調研；加大國際合作項目的力度；派出和請進相結合，設立派出、請進一流科學家的基金；設立引進、消化國際有關先進技術基金。

開展國際合作的需求和優(yōu)先領域：加強化學防治學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。瞄準科學技術發(fā)展前沿，以“原始創(chuàng)新，引進和消化創(chuàng)新”為目標，發(fā)展具有自主知識產(chǎn)權的新化合物。需要合作的優(yōu)先領域有：（1）有害生物體內新農(nóng)藥分子靶標的挖掘與利用；（2）基于蛋白質水平和基因水平的高通量篩選技術；（3）有害生物特有的分子靶標和農(nóng)藥選擇性分子機理；（4）納米技術等新技術、新材料在農(nóng)藥劑型及其與施藥靶標互作研究中的應用。

4.3 建設化學防治研究的公共平臺，并進行重點支持

雖然在國家或部級相關的重點實驗室、重點學科有相應的從事化學防治研究的科學家以及儀器設備保障，但是多處于比較低的地位。國家還沒有相應的從事化學防治基礎研究的重點實驗室或平臺，農(nóng)藥化學生物學基礎研究是新農(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。國家應有意識地建立該領域基礎研究的重點實驗室或平臺（中心），為相關科學家創(chuàng)造一個良好的科學研究環(huán)境。

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

［1］高希武，王道全，宋敦倫，等.農(nóng)藥與化學防治學科發(fā)展［M］∥中國科學技術協(xié)會主編.植物保護學學科發(fā)展報告.北京：中國科學技術出版社，2008：31－144.

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