吡虫啉是什么？关于吡虫啉的科普介绍

创闻用户 2022-07-27 14:32:05

吡虫啉是系统性的杀虫剂，发挥昆虫神经毒素的作用，属于新烟碱类化合物。它作用于昆虫的中枢神经系统，工作原理是干扰昆虫神经系统中刺激的传递。具体来说，通过阻断尼古丁能量神经元通路，吡虫啉将阻断烟碱乙酰胆碱受体，防止乙酰胆碱在神经之间传递神经冲动，导致昆虫瘫痪，最终死亡。它通过接触和胃摄入起效。因为吡虫啉与昆虫神经元受体的结合比与哺乳动物神经元受体的结合强得多，所以这种杀虫剂对昆虫的毒性大于对哺乳动物的毒性。

截至1999年，吡虫啉是世界上使用最广泛的杀虫剂。虽然这种化学物质现在已经没有专利，但它的主要制造商是拜耳作物科学公司（拜耳公司旗下）。它以多种名称出售，具有多种用途：它可以通过土壤注射施用、树木注射施用、敷到植物的表皮、以颗粒或液体制剂或农药包衣的形式撒布在叶面或地面上、种子处理。吡虫啉广泛用于农业害虫控制。其他用途包括应用于地基以防止白蚁损害、花园和草坪的害虫控制、处理家养宠物以控制跳蚤，保护树木免受蛀蚀昆虫的侵害，以及某些类型木材产品的防腐处理。

授权用途

吡虫啉是世界上使用最广泛的杀虫剂。其主要用途包括：

农业：控制蚜虫、藤甲虫、蓟马、蝽象、蝗虫和其他各种破坏农作物的昆虫
园林：控制绿宝石灰蛀虫、铁杉绵蚜、以及其它攻击树木（包括铁杉、枫树、橡树和桦树）的昆虫
家庭保护：控制白蚁、木匠蚂蚁、蟑螂和喜湿昆虫
家畜：跳蚤控制（应用于颈部）
草皮：日本甲虫幼虫的控制（实验对象：蛴螬）
园艺：防治蚜虫和其他害虫

当用于植物时，吡虫啉被植物根部系统性缓慢吸收，并通过木质部组织缓慢转移到植物上。

对树的应用

当在树上使用时，可能需要30-60天才能到达顶部（取决于大小和高度），并以足够高的浓度进入叶子以产生效果。吡虫啉可以在树干、树枝、小枝、叶子、小叶和种子中找到。许多树都是风媒传粉的，但是其他以蜜蜂和风媒传粉的植物（比如果树、椴树、楸树和刺槐），吡虫啉在花中的含量很可能极少，必须使用比其他种类更高的剂量来控制昆虫。

背景

1986年1月21日，吡虫啉由日本东京的Nihon Tokushu Noyaku Seizo K.K在美国申请了专利，并于1988年5月3日被授予专利（美国专利编号：4，742，060)。 1992年3月25日，迈尔斯公司（后来的拜耳作物科学公司）申请在美国登记吡虫啉用于草坪草和观赏植物。1994年3月10日，美国环境保护署批准了吡虫啉的注册。

2005年1月26日，美国联邦注册局批准了（农药容许量）吡虫啉的紧急豁免许可，授权夏威夷在香蕉上，明尼苏达州、内布拉斯加州和北达科他州在向日葵上使用这种杀虫剂。

生物化学

吡虫啉是一种系统性的氯化烟碱基杀虫剂，属于新烟碱类化合物杀虫剂。它通过不可逆地结合特定的传递烟碱乙酰胆碱受体来干扰昆虫神经冲动的传递。作为一种系统性杀虫剂，吡虫啉很容易在植物的木质部中从土壤移动到植物的叶子、果实、花粉和花蜜中。吡虫啉在植物中也表现出优异的跨层运动，可以穿透叶表皮并容易进入叶组织。

因为吡虫啉在非常低的水平（纳克和皮克）下有效，所以可以在较低的浓度（例如，0.05-0.125 磅/英亩或55-140 克/公顷）下施用。20世纪90年代，吡虫啉与市场上其他杀虫剂相比，具有更小的毒性，使得美国环保局批准其可以取代更有毒的杀虫剂，包括乙酰胆碱酯酶抑制剂、有机磷化合物和甲基氨基甲酸酯。

环境降解

吡虫啉在环境中降解的主要途径是水光解（半衰期为1-4小时）和植物吸收。主要的光代谢产物包括吡虫啉硝基、吡虫啉烯烃、吡虫啉尿素和五种次要代谢产物。光降解的最终产物是氯烟酸（CNA），最终是二氧化碳。因为吡虫啉具有低的蒸汽压，所以它通常不容易挥发。尽管吡虫啉在有光的水中分解迅速，但在没有光的水中它仍然保持持久性。它的水溶性为0.61克/升，相对较高。在黑暗中，pH值在5至7之间，它分解得非常缓慢，在pH值为9时，半衰期约为1年。在有氧条件下的土壤中，吡虫啉具有大约1-3年的半衰期。在土壤表面，半衰期为39天。主要的土壤代谢物包括吡虫啉硝基二胺、吡虫啉硝基和吡虫啉尿素，它们最终降解为6-氯烟酸、CO₂和其他残留物。6-氯烟酸最近被证明通过土壤细菌中的烟酸（维生素B3）途径被矿化。

在土壤中，吡虫啉与有机物有很强的结合力。当不暴露在光照下时，吡虫啉在水中缓慢分解，因此有可能在地下水中长时间存活。然而，在美国已经在经过吡虫啉处理过的地下水中发现绿宝石灰蛀虫，但通常没有检测到吡虫啉。它被检测到的含量非常低，浓度低于1十亿分之一（ppb），最高为7 ppb，低于对人类健康产生危险的浓度。检测的样本通常来自多孔岩石或砂质土壤中有机质含量低的地区，浸出风险高，和/或地下水位接近地表。

基于吡虫啉的高水溶性（0.5-0.6克/升）和持久性，美国环境保护署和加拿大害虫防治管理局都认为吡虫啉很有可能流入地表水并渗入地下水，因此警告不要将其应用于土壤可渗透的地区，特别是地下水位较低的地方。

根据加拿大环境部制定的标准，如果正确使用（以建议的速度，不灌溉，并且在预计不会有大雨的情况下），吡虫啉虽然具有很高的水溶性，但不会渗透到较深的土壤层（Rouchaud et al. 1994；Tomlin 2000；Krohn and Hellpointner 2002）。在Rouchaud等人（1994，1996）进行的一系列田间试验中，将吡虫啉施用于甜菜地，一致证明没有检测到吡虫啉淋溶到10-20厘米的土壤层中。将吡虫啉施用于明尼苏达州的玉米田，在0-15.2 厘米深度段以下的样品柱段中没有发现吡虫啉残留物（Rice et al. 1991，Mulye在1995年重审）。

然而，加利福尼亚州在2012年进行的一项水监测研究发现在2010年和2011年生长季节收集的农业径流中，89%的样品中含有吡虫啉，含量范围为0.1-3.2 ug/L，19%的样品超过了美国环保局对水生无脊椎动物的慢性毒性阈值1.05，作者还指出加拿大和欧洲的数据要低得多（0.23 ug/L和0.067 ug/L，分别占有73%和88%的样品）。作者得出结论，“吡虫啉通常转移离开原位、污染地表水，并可能达到伤害水生无脊椎动物的浓度”。

毒物学

根据实验室大鼠研究，世界卫生组织和美国环境保护局将吡虫啉对哺乳动物的急性口服毒性评级为“中毒性”，皮肤毒性评级为低毒性（二级或三级，需要“警告”或“注意”标签）。它被美国环保局列为“不太可能的”致癌物和轻度致突变性（E组）。它没有被列为具有生殖毒性或发育毒性，但根据内分泌干扰素筛选计划（EDSP）的测试，被列入了美国环保局的一级化学品筛选令。食物中吡虫啉残留量的允许范围为鸡蛋中0.02毫克/千克至啤酒花中3.0毫克/千克。口服摄入动物毒性中等，经皮施用毒性较低。它对兔子和豚鼠的眼睛或皮肤没有刺激性（尽管一些商业制剂含有粘土作为惰性成分，它可能是一种刺激物）。在老鼠中急性吸入LD₅₀未达到，实验条件已达最大浓度（每立方米空气中有69毫克气溶胶，和5323 mg a.i./m像灰尘一样的空气）。在接受两年喂养研究的大鼠中，在百万分之100（ppm）使用量下，未观察到的明显效果。在大鼠中，甲状腺是受吡虫啉影响最大的器官。雄性大鼠甲状腺损伤的LOAEL（最低有害作用水平）为16.9毫克活性成分/千克/天。在对狗进行的为期一年的喂养研究中，在1250 ppm的浓度下没有观察到明显的影响，而在高达2500 ppm的浓度下则导致血胆脂醇过多和肝脏细胞色素p-450测量值上升。

蜜蜂和其他昆虫

对西方的蜜蜂种群Apis mellifera，吡虫啉是有史以来最毒的杀虫剂之一。吡虫啉的急性口服LD₅₀范围为每只蜜蜂5至70纳克。蜂群代谢毒素的能力各不相同，这也解释了这种大范围的变化。吡虫啉对蜜蜂的毒性比有机磷酸酯乐果（口服LD₅₀ = 152 ng/bee）或拟除虫菊酯氯氰菊酯（口服LD₅₀ = 160 ng/bee)更高。吡虫啉对蜜蜂的毒性不同于大多数杀虫剂，因为它的口服毒性大于接触毒性。每只蜜蜂接触急性LD₅₀ = 0.024 ug a.i.。

吡虫啉于1996年首次在美国广泛使用，因为它取代了三大类杀虫剂。2006年，美国商业迁徙养蜂人报告说，他们的蜜蜂群落急剧下降。这种下降在过去曾经发生过；然而与之前的损失不同的是，成年蜜蜂放弃了它们的蜂巢。科学家将这种现象命名为蜂群崩坏症候群（CCD）。报告显示，大多数州的养蜂人都受到了CCD的影响。尽管尚未确定导致CCD的单一因素，但美国农业部（USDA）在其CCD进展报告中指出，CCD可能是“由许多不同因素共同或协同作用造成的综合征”。几项研究发现，亚致死水平的吡虫啉增加了蜜蜂对病原体Nosema的敏感性。

斯特灵大学的戴夫·古尔松（Dave Goulson） (2012）表示，实验室和温室实验中吡虫啉的微不足道的影响可以转化为实地的巨大影响。研究发现，食用这种杀虫剂的蜜蜂，其蜂箱生产的蜂后数量减少了85%，而没有从觅食之旅中返回的蜜蜂数量增加了一倍。

Lu等人（2012年）报告说，他们能够用亚致死剂量的吡虫啉重现蜂群崩坏症候群。吡虫啉处理的蜂箱几乎是空的，与CCD一致，作者排除了Varroa或者Nosema作为致病原因。

2012年5月，圣地亚哥大学的研究人员发布了一项研究，表明用小剂量（与它们在花蜜中得到的数量相当，以前被认为是安全的数量）吡虫啉处理过的蜜蜂，变得“挑食”，拒绝低甜度的蜜腺，而更喜欢只吃更甜的花蜜。还发现，暴露于吡虫啉的蜜蜂以较低的速度表现出“摇摆舞”（蜜蜂用这种动作通知蜂房同伴觅食植物的位置）。

加拿大林务局的研究人员表明，由于对非目标陆地无脊椎动物有不利的亚致死效应，在实际田间浓度下，在树上使用吡虫啉会减少枯叶分解。该研究没有发现明显的证据证明通常分解落叶的无脊椎动物更喜欢未受污染的树叶，并得出结论，无脊椎动物无法检测到吡虫啉。

2012年原位研究提供了强有力的证据，表明在没有饲料供应的情况下，食用含有亚致死水平吡虫啉的高果糖玉米糖浆（HFCS）的蜜蜂，会在吡虫啉给药后23周出现与CCD一致的症状。研究人员建议，“在HFCS观察到的由吡虫啉引起的蜜蜂延迟死亡是一种新颖的和可信的CCD机制，应该在未来的研究中加以验证”。

亚致死剂量（< 10 ppb）吡虫啉已被发现导致蚜虫行为改变，如游荡并最终饿死。非常低的浓度也降低了若虫的生活力。暴露于10 ppb的吡虫啉的熊蜂会减少自然觅食行为，吡虫啉增加了工蜂死亡率，并导致幼虫发育减少。2013年的一项研究表明，暴露于10 ppb吡虫啉的大黄蜂群体，死亡率上升和出生率下降，在三周后开始衰竭。研究人员将这归因于暴露的群体执行基本任务，如觅食、体温调节和育雏护理，不如未暴露的群体好。这表明亚致死吡虫啉通过降低菌落功能导致菌落失败。

2013年1月，欧洲食品安全局指出，新烟碱类化合物对蜜蜂构成不可接受的高风险，监管机构的安全声明所依赖的行业赞助的科学研究可能存在缺陷，并得出结论认为，"蜜蜂的高急性风险是通过暴露在玉米、油菜和谷物种子处理中的粉尘飘移而确定的，同时还在花蜜和/或花粉中的残留物发现了高急性风险。”一位科学杂志研究学者支持欧洲食品安全局的结论，认为与新烟碱类化合物相关的工业科学可能是故意骗人的，英国议会要求制造商拜耳作物学解释他们提交的调查证据中的差异。

鸟

在山鹑（Colinus virginianus）中，吡虫啉被确定为中度毒性，并伴有急性口服LD₅₀= 152 mg a.i./kg。在一项为期5天的饮食研究中，吡虫啉具有轻微毒性，急性口服LC₅₀ = 1420 mg a.i./kg膳食，NOAEC（无可观察效应浓度）< 69 mg a.i./kg膳食，并且LOAEC（最低观察效应浓度）= 69 mg a.i./kg膳食。暴露的鸟类表现出共济失调、翅膀下垂、角弓反张、不动、多动症、充满液体的庄稼残留物和肠子，以及变色的肝脏。在对山鹑的生殖毒性研究中，NOAEC = 120 mg a.i./kg膳食和LOAEC = 240 mg a.i./kg膳食。在240 mg a.i./kg膳食条件下，观察到蛋壳变薄和成年体重下降。

吡虫啉对四种鸟类有很高的毒性：日本鹌鹑鸟、家雀、金丝雀和鸽子。在日本鹌鹑（Coturnix coturnix）的急性口腔LD₅₀ = 31 mg a.i./kg，NOAEL（无可见有害作用水平）= 3.1 mg a.i./kg。麻雀（Passer domesticus）急性口腔LD₅₀ = 41 mg a.i./kg，NOAEL = 3 mg a.i./kg或6mg a.i./kg。鸽子（Columba livia）和金丝雀(Serinus canaria)的LD₅₀ = 25–50 mg a.i./kg。野鸭对吡虫啉的抗性更强，5天的食物LC₅₀> 4797 ppm。体重变化和饲料消耗的NOAEC为69 mg a.i./kg。对野鸭的繁殖研究表明，在240 mg a.i./kg克的饮食中，出现蛋壳变薄后果。根据欧洲食品安全局，吡虫啉对食草性和食虫性鸟类和嗜粒性哺乳动物构成潜在的高急性风险。慢性风险尚未完全确定。吡虫啉对食虫鸟类种群具有负面影响的假设得到了荷兰鸟类种群趋势研究的支持，在荷兰，已经确定了吡虫啉地表水浓度与种群下降之间的相关性。当吡虫啉浓度超过每升20纳克时，鸟类数量平均每年下降3.5%。这项研究中的其他分析表明，鸟类种群下降的空间特征只是在1990年代中期荷兰引进吡虫啉之后才出现的，而且这种相关性与任何其他土地利用因素都没有联系。

水生生物

吡虫啉对水生无脊椎动物有很高的急性毒性，其中EC₅₀ = 0.037-0.115 ppm。它对水生无脊椎动物也有很高的慢性毒性（对生长和运动的影响）：NOAEC/LOAEC = 1.8/3.6 ppm（在水蚤体内）；在Chironomus体内NOAEC = 0.001；在糠虾中，NOAEC/LOAEC = 0.00006/0.0013 ppm。它对鱼类的毒性相对较低；然而，美国环保局要求审查对在食物链中（包括敏感的水生无脊椎动物）的鱼类的二级影响。

植物寿命

吡虫啉已经被证明可以关闭一些水稻品种用来生产防御性化学物质的某些基因。虽然吡虫啉用于防治褐飞虱和其他水稻害虫，但有证据表明，吡虫啉实际上增加了水稻对稻飞虱侵扰和攻击的敏感性。吡虫啉已被证明能在36摄氏度以上的温度下提高陆地棉的光合作用速率。

健康影响

吡虫啉及其硝基亚胺代谢物（WAK 3839）的影响已在大鼠、小鼠和狗身上得到很好的研究。在哺乳动物中，急性高剂量口服吡虫啉后的主要影响是死亡率变化、短暂的胆碱能效应（头晕、情感淡漠、运动效应、呼吸困难）和短暂的生长迟缓。暴露于高剂量的影响可能与睾丸、胸腺、骨髓和胰腺的退化变化有关。在较高剂量下也观察到了心血管和血液学效应。长期、低剂量接触吡虫啉的主要影响是对肝脏、甲状腺和体重（减轻）的影响。低到中剂量的口服暴露与大鼠和兔子的生殖毒性、发育迟缓和神经行为缺陷有关。吡虫啉在实验室动物中既不致癌，在标准实验室试验中也不致突变。

咪达氯普胺具有中等毒性，与神经毒性、生殖和诱变效应有关。已经发现它对蜜蜂和其他益虫动物有很高的毒性。它对高地猎禽也有毒，通常在土壤中持久存在，并能渗透到地下水中。加拿大卫生部表示，该化学物质对蜜蜂和其他昆虫的毒性没有科学争议。

吡虫啉对人体健康和环境的影响取决于吡虫啉的含量以及暴露时间和频率。影响还取决于一个人的健康和/或某些环境因素。

一项对从新生大鼠采集的神经元的组织培养研究表明，吡虫啉和另一种新烟碱类化合物啶虫脒以类似于烟碱的方式激发神经元，因此新烟碱对哺乳动物大脑发育的影响可能类似于烟碱的副作用。

超剂量

人口服摄入急性量的吡虫啉，会导致呕吐、发汗、睡意和昏迷。此剂量需有意摄入，因为需要摄入足够大量才能发生毒性反应。在狗身上LD₅₀为450毫克/千克体重（即在任何体重为13 kg中型犬样本中，一半会在摄入5850 mg吡虫啉后被杀死）。可以测量血液中吡虫啉的浓度，以确认中毒入院患者，或者在死后调查中确定死亡原因。