光活化殺蟲劑機理研究現狀綜述

武福生

（山西省關帝山國有林管理局， 山西 文水 032104）

光活化殺蟲劑是一類光敏活性化合物，亦稱光活性化合物或光敏化合物，對于許多從事害蟲治理的人來說還是一個新名詞。它們是指在可見光和近紅外光區有較強吸收能力的一類有色化合物，化學家稱其為光敏劑。國內關于光敏活性化合物用于害蟲治理的研究剛剛起步，很少有涉及該領域的文章。開展光敏活性化合物用于我國重大致災害蟲治理的探索研究很有必要。利用光敏活性化合物殺蟲治害必將成為一種極具潛力的害蟲治理新技術。

1 光活化殺蟲劑概述及毒殺機理

1.1 類化合物

到目前為止，已經報道具有光活化作用的染料主要是類化合物，供試昆蟲以衛生昆蟲為主。Yoho和Weaver（1971）報道了家蠅經幾種光活化毒殺處理后，在自然和人工光源照射下的死亡率以及不同照射時間對死亡率的影響。他們發現，經堿性玫瑰精（0.625%）處理的幼蟲在太陽光下照射l h的死亡率為10%，2 h死亡率為100%，而未經太陽光照射的死亡率為零。用玫瑰紅處理家蠅，在太陽光下照射l h、2 h、3 h的死亡率分別為 50%、70%、89%，照射時間增加死亡率也增加。此外，Krinsky 1979年報道，太陽光照射后死亡率略高于人工光源。此類光活化殺蟲劑的作用機理，是可見光能吸收后通過能量轉移產生單線態氧與細胞組成成分，包括代謝中間體、蛋白質和膜作用，導致昆蟲的死亡。

1.2 呋喃香豆素類化合物

Berenbanum（1978）首先報道了呋喃香豆素類化合物對亞熱帶粘蟲Spodopterdamia幼蟲的光活化毒性，同時延長幼蟲化蛹的時間。她同時闡明呋喃香豆素的生物活性是由于DNA雙螺旋鏈與之交鏈以共價鍵形式和嘧啶相連。Berenbanum（1981）又報道了另一種呋喃香豆素類化合物Apgelicin能降低黑尾風蝶的生長速率，并發現Xanthotoxin對這種昆蟲無毒，而Angelicin有毒。最近，Ivie（1983）發現黑尾風蝶的申腸組織，未吸收Xanthotoxin之前，通過代謝已經變成無毒物質，Angelicin毒性高是由于它被水解的速度慢。

1.3 多元醌和金絲桃素類化合物

Yamazaki等 （1975） 報道了用Cercosporin處理的老鼠和細菌被光照后，死亡率增加；同時還發現了Cercosporin對植物組織也有毒害作用。Daub（1982a，1983a，1983）報道了這類化合物的作用機理，發現脂肪鏈上的脂類是其作用的靶標，結果使膜的結構和功能破壞，引起生物體死亡。單線態氧和過氧化物自由基不僅作用于膜，而且影響醇的正常代謝。

1.4 α-T

C-K、Wat等（1977）首先闡明了α-T作用機制和先前研究過的光活化物質（呋喃香豆Furancoumarin）不同，α-T不作用于核酸而引起DNA鏈交鏈。α-T在光反應中最重要的靶標是膜組成部分，并且膜蛋白能被α-T 破壞。Bakker等（1979）探討了α-T光活化作用，結果證明α-T光活化作用必須有氧氣參與，而且量要足。

α-T作用機制的光化學原埋：紫外光提供光子，把能量傳遞給α-T，使其從基態躍遷至激發態，激發態的α-T可能是單線態，也可能是三線態。而使基態三線態（氧分子非常特殊，它在基態時是三線態的，而有機化合物全部是單線態的）的氧被激發成單線態的氧使基質即重要生物分子被氧化而遭到破壞甚至死亡。

2 光活化殺蟲劑特點

光活化殺蟲劑最顯著的特點是具有殺蟲的高效性和速效性。一個光敏活性化合物分子從基態吸收光子躍遷至激發態，再釋放能量回到基態大約需10 ms或更短時間。昆蟲食入光敏活性化合物后，暴露在光照下數小時便大量死亡。光活性化合物的另一重要特點是不易產生抗藥性。在昆蟲生命活動中，諸多代謝途徑或環節都需要氧的參與，因此光敏活性化合物產生的活性氧在昆蟲體內生化作用位點很多，而昆蟲卻不易產生抗藥性。

光敏活性化合物還是一類對人畜安全且不污染環境的化合物。它們在黑暗環境中一般處于基態，非常穩定，很少對生物體產生傷害。事實上，目前在化妝品、食物和藥物中被批準使用的許多染料都屬于這類化合物。以常用光敏活性化合物殺蟲劑根皮紅（PhloxineB）為例，美國食品和藥物局規定每天接受量為1.25 mg/kg。當用于殺蟲時，根皮紅的建議使用量只有農藥馬拉硫磷的5%，對人畜的安全性超過馬拉硫磷的10萬倍。連續飼喂哺乳動物含1%根皮紅的食物2年，從觀察到病理測定都未發現副作用，長期皮內注射也無明顯毒性。這些事實足以幫助消除人們對其安全性的疑慮，它自身不會對環境帶來殘留或污染。光敏活性化合物還有一個顯著特點，毒性可被光照激活和控制。光活性在黑暗環境中并不表現，但卻可被光照激活，并且隨光照強度增大毒性增強，這一類似毒性調控開關的特點是光活性化合物所獨有，對其深入研究和開發能為害蟲治理提出一種全新的策略。從以上特點可以看出，光敏活性化合物集化學農藥的優點于一身。它摒棄了化學農藥的諸多副作用，再加上可被光照激活的特性，是一種比較埋想的治理害蟲的新途徑。它被用于害蟲治理的探索將開創一個全新的跨學科研究應用領域。

3 國內外研究歷史和現狀

光活性化合物主要被用于醫學領域，尤其是人類癌癥的治療，被稱作光動治療。在害蟲防治中研究最多的是它們對衛生害蟲的作用，通常被稱為光活化農藥，屬于綠色農藥一類。最初的主要防治對象是蚊蠅和蟑螂等衛生害蟲。光活化殺蟲劑的嘗試性工作是Barbier,Schildmadher利用染料對家蠅進行實驗，Yohoeral用熒光素和幾種染料對家蠅進行實驗。20世紀90年代國外開始探索光活化殺蟲劑用于重要的農林害蟲的治理。近年又有關于光敏化合物與微生物制劑聯合應用的途徑。

國內關于光活化殺蟲劑的研究比較滯后，1997年中國科學院化學研究所馬金石先生和中國農科院植保所錢益新先生等合作測定光活化染料對粘蟲的殺傷效果，1999年開始與中國科學院動物研究所合作研究探索光敏活性化合物用于我國重大致災害蟲治理的可行性。光敏活性化合物殺蟲在我國，將是一種很有潛力的害蟲治理新技術。

4 展望

遺憾的是，至今掌握光活化殺蟲技術的只是光化學家和醫學家，研究害蟲治理的工作者對其了解還很少，這點從已發表文獻選定的害蟲也可反映出來。無論蚊蠅、蟑螂等衛生害蟲，還是小地老虎、南瓜十二星葉甲等鉆蛀性農林害蟲，都不是喜歡生活在光照環境中的昆蟲種類，依賴光能殺蟲的光活性化合物在這些害蟲中的推廣應用難免會受到影響。其實，農林害蟲中生活在光照環境中的種類很多，譬如近年卷土重來的蝗蟲，出口蔬菜蘆筍上的十四點負泥蟲，果樹春天嫩梢上的額桃蚜，農田中危害小麥的麥葉蜂等等。光活化殺蟲劑的運用，可在害蟲防治理論上，使傳統的以幼蟲為主的防治策略向以成蟲為主的防治策略傾斜，從而讓防治能起到事半功倍的效果；可使實現無公害、可持續的集約化農業這一多年夙愿成為可能，從根本上改變害蟲防治中的過分依賴化學農藥的局面，減緩由此導致的日趨嚴重的害蟲抗藥性和環境污染等一系列經濟生態學問題，為未來農業可持續發展奠定基礎。