昆虫生长调节剂的种类和作用机理

摘要：昆虫生长调节剂是通过干扰昆虫正常生长发育，致使昆虫个体活动能力下降或死亡，从而导致种群灭绝的一类特异性杀虫剂。本文综合介绍昆虫生长调节剂的发展概况，详述保幼激素类似物、蜕皮激素类似物、几丁质合成抑制种类及其开发应用研究情况，并对其毒理作用机制进行了论述，目前研究表明该类药剂对害虫具高效，对环境污染小，保护害虫天敌，具有明显的选择活性。昆虫生长调节剂虽然发展缓慢，但是应用前景广阔。

关键词：昆虫生长调节剂；毒理机制；研究应用

1. 昆虫生长调节剂的发展概况

昆虫生长调节剂(Insect Growth Regulators)是通过抑制昆虫生理发育，如抑制蜕皮、抑制新表皮形成、抑制取食等导致害虫死亡的一类药剂。1967年威廉姆斯提出以保幼激素(JH)及蜕皮激素(MH)为主的昆虫生长调节剂作为第三代杀虫剂。1985年赵善欢认为昆虫生长调节剂应包括保幼激素(JH)、蜕皮激素(MH)及其类似物、抗保幼激素(JH)、几丁质合成抑制剂、植物源次生物的拒食剂、昆虫源信息素、引诱剂等干扰害虫行为及抑制生长发育特异性作用的缓效型“软农药”，从而拓宽了昆虫生长调节剂的范畴。由于应用此类药剂有利于无公害绿色食品生产，符合人们保护生态要求，曾一度广泛受到人们的关注，并进行开发研究。后因第二代有机合成杀虫剂(有机磷类、氨基甲酸酯类和拟除虫菊酯类杀虫剂)能高效、经济地防治害虫，致使昆虫生长调节剂步入低谷。但随着“农药万能论”思潮的蔓延，“3R”不断加剧，人们对农药的概念又从“杀生物剂”转向寻找“生物合理农药”或“环保和谐农药”的新型杀虫剂，昆虫生长调节剂重新得到重视。由于其作用机理不同于以往作用于神经系统的传统杀虫剂，毒性低、污染少、对天敌和有益生物影响小，有助于可持续农业的发展，有利于无公害绿色食品生产，有益于人类健康，因此被誉为“第三代农药”、“二十一世纪的农药”、“非杀生性杀虫剂”、“生物调节剂” ,“特异性昆虫控制剂”，由于它们符合人类保护生态环境的总目标，迎合各国政府和各阶层人民所关注的农药污染的解决途径这一热点，成为全球农药研究与开发的一个重点领域。

2. 昆虫生长调节剂的种类及开发应用

根据其作用方式以及化学结构主要分为保幼激素类似物、几丁质合成抑制剂和蜕皮激素类似物等(白小军等，2006)。

2.1 保幼激素类似物

保幼激素类似物是指以昆虫体内保幼激素为先导化合物开发的具有保幼激素活性的化合物。这类化合物与几丁质合成抑制剂及蜕皮类活性物质相比较，对昆虫显示药剂活性的生理期更短。因此，要获得最佳杀虫效果必须选择最佳施药时期。因而在昆虫生长调节剂中，该类化合物的商品化品种较少。目前能够广泛应用于农业和卫生害虫防治的主要产品有：

(1)吡丙醚(pyriproxyfen)，属苯醚类化合物，能抑制幼虫的发育，在我国登记的有日本住友公司生产的灭幼宝(Sumilarv)0.5%颗粒剂，用于防治蚊、蝇、蜚蠊等卫生害虫，对蜚蠊有特效。据报道吡丙醚对同翅目、缨翅目、双翅目、鳞翅目害虫均有高效，用量少，持效期长，对作物环境安全。

(2)双氧威(fenoxycarb)，又名苯氧威，属氨基甲酸酯类，但具有保幼激素类似物的活性，能抑制卵的发育、幼虫的蜕皮和成虫的羽化，可有效地防治果树上的木虱、蚧虫和多种鳞翅目害虫，5~10mg/kg可用于防治仓储害虫和卫生害虫。

(3)哒幼酮(NC-170)属哒嗪酮类化合物，是日产化学公司开发的新型保幼激素类似物，能抑制胚胎发生，抑制昆虫的发育、变态，尤其对叶蝉和飞虱具有高选择性，用于防治水稻主要害虫黑尾叶蝉和褐飞虱，有效成分50mg/L，其活性可维持40天。

2.2 蜕皮激素类似物

蜕皮激素是昆虫前胸腺分泌的调控昆虫蜕皮和变态的一种物质，(刘永杰等，2007)。多年来发现了数以百计的植物性蜕皮甾酮，但这些化合物对害虫的控制作用有限(Dinan et al. ，1997)。随着科学技术的发展，科学家由昆虫体内分离出了蜕皮激素类似物，可以鉴定结构的有15种以上。由于其成分复杂，难以合成，因此研究进展较缓慢，主要产品有：

(1)抑食肼(RH-5849)，国产商品名称为虫死净，由罗门哈斯公司开发，为20%可湿性粉剂，可通过根系内吸杀虫，对鳞翅目及某些同翅目和双翅目害虫有高效，如二化螟、稻纵卷叶螟、粘虫、马铃薯甲虫、苹果蠹蛾、舞毒蛾、卷叶蛾等，750~1500倍液喷洒，可迅速降低幼虫和成虫取食能力，能使昆虫发生异常的早蜕皮而死亡，并能抑制产卵，但幼虫死亡速度慢，应提前用药。

(2)虫酰肼（tebufenozide）,罗门哈斯公司商品名米满(Mimic),已在我国登记。该药能够干扰昆虫的正常生长发育，20%悬浮剂1000倍液可用于防治我国南方甘蓝上抗药性极强的甜菜夜蛾，此外可用于防治苹果卷叶蛾（2000~5000倍液)、松毛虫(24%悬浮剂2000~4000倍液)。

此类制剂开发中的还有活性更高、选择性更好、安全性更大的RH-0345 , RH-2485等品种。

2.3 几丁质合成抑制剂

几丁质合成抑制剂简称几丁质抑制剂，它能够抑制昆虫几丁质合成酶的活性，抑制几丁质合成，即阻碍新表皮的形成，从而使昆虫的蜕皮、化蛹受阻，活动减缓，取食减少，直到死亡。目前，形成或开发中的几丁质合成抑制剂商品制剂约20种以上，按其化学结构可分为以下几类:

2.3.1 三嗪（嘧啶）胺类：

灭蝇胺( cyromazine )由瑞士汽巴嘉基公司开发的，它是一种新型的1,3,5-三嗪类昆虫生长调节剂，对蝇类幼虫有特效，可诱使幼虫和蛹在形态上发生畸形变异，对害虫具触杀、胃毒及内吸渗透作用，可用于防治蔬菜及卫生上的双翅目害虫。

2.3.2 噻二嗪类：

噻嗪酮( buprofezin )是开发最为成功的，由日本特殊农药公司开发又名灭幼酮、优乐得，其结构与苯甲酞基脲类不同，但作用机制类似，同样是抑制几丁质的合成。它对同翅目的飞虱、蚜虫、粉虱以及介壳虫防治效果较好，具有内渗作用。

2.3.3 苯甲酰脲类：

该类化合物具有抗蜕皮激素的生物活性，能抑制昆虫表皮几丁质合成酶和尿核苷辅酶的活化率，抑制N-乙酞基氨基葡萄糖在几丁质中结合，能影响卵的呼吸代谢及胚胎发育过程中的DNA和蛋白质代谢，使卵内幼虫缺乏几丁质而不能孵化或孵化后随即死亡;在幼虫期施用，使害虫新表皮形成受阻，延缓发育，或缺乏硬度，不能正常蜕皮而导致死亡或成畸形蛹死亡。它们是几丁质抑制剂中发展最早、成熟品种最多的一类药剂，已商品化生产实际应用的主要种类有:

(1)除虫脲（diflubenzuron）。别名:灭幼脲一号、敌灭灵、氟脲杀、二氟脲。国产品为20%悬浮剂，用于防治菜青虫(3000倍液)、粘虫(7000倍液)、柑桔潜叶蛾(2000倍液)、松毛虫(2000倍液)。

(2)灭幼脲（chlorbenzuron）。别名:灭幼脲三号、苏脲一号。是国内生产厂家多、生产量最大、价格最低廉的几丁质抑制剂，但药效也是该类制剂较低的，商品为25%悬浮剂，防治菜青虫需用500倍液。

(3)氟虫脲（flufenoxuron）。别名:卡死克，Cascade。美国氰胺公司产品为5%可分散液剂,2000倍液用于防治我国南方抗药性很强的小菜蛾、斜纹夜蛾、甜菜夜蛾等有较好效果，与同类药相比，具速效性并耐雨淋持效长。此外1000倍液用于防治柑桔叶螨、锈螨、潜叶蛾和苹果叶螨。

(4)氟啶脲（chlorfluazuron）。别名:抑太保、定虫隆、咙虫脉、氯氟脉。日本石原产业株式会社产品5%乳油，1000~2000倍液防治我国高抗的蔬菜害虫效果明显，销量较大，此外用于防治棉铃虫、红铃虫、柑桔潜叶蛾等。

(5)氟铃脲（hexaflumuron）。别名:伏虫灵、盖虫散、 Undecided。陶氏-益农公司开发，国内产品为5%乳油，用于防治高抗的棉铃虫(500~1000倍液)和小菜蛾(1000~2000倍液)。

(6)杀铃脲（triflumuron）。别名:杀虫脲、杀虫隆、氟幼灵、Alsystin。由拜耳公司开发，国内吉林省通化市化工所、农药公司产品为20%悬浮剂，用于防治抗性棉铃虫，常规喷雾为2000~3000倍液。

(7)氟苯脲（teflubenzuron）。别名:农梦特、伏虫隆、伏虫脲、特氟脲, CME-134。为本类制剂早期开发产品，1984年在泰国投产，在东南亚广泛用于防治高抗的小菜蛾效果显著，但多年单一使用后，已明显产生抗性。1990年以后已经停止了在我国的登记。

苯甲酰脲类几丁质抑制剂除上述商品化品种外，开发研究的品种还有三氯脲 、氟幼脲、几噻唑等。

2.4 其他昆虫生长调节剂

从楝科植物提取的印楝素和川楝素，具有抑制昆虫生长，使之发生畸变的作用。对印楝素杀虫机理的研究较多，大多数人认为它对多种组织和器官都有直接作用，可以干扰昆虫内分泌和神经内分泌系统，使之功能紊乱，抑制生长发育，但这也可能不是印楝素毒杀机理的全部(许荣满，2002)。此外，1996年在日本作为豆科潜叶蝇的杀灭剂获得登记的三嗪类化合物和一类对叶螨类害虫具有高活性的二苯基恶唑啉类化合物，以及2007年获得临时登记的氟啶虫酰胺(刘刚，2008)也均属于昆虫生长调节剂。

3. 昆虫生长调节剂的作用机制

3.1保幼激素类似物的作用机制

目前，对于保幼激素类似物的作用机制均有报道，但没有统一明确的结论。部分学者认为，保幼激素类似物对酚氧化酶的活性有诱导或激活作用，也可能是对酚氧化酶原激活系统中的有关步骤有激活作用，从而促进了酚氧化酶的活性。冯从经等(2004)研究了烯虫酯对亚洲玉米螟幼虫的酚氧化酶活性的影响，结果表明，用烯虫酯处理亚洲玉米螟5龄幼虫可以诱导其体壁组织、血清和血细胞中酚氧化酶的活性上升。另有学者认为，许多种昆虫中保幼激素类似物能调控特定基因的复制，通过调控某些DNA结合蛋白来控制依赖保幼激素的基因表达。王厚伟等(2001)研究发现，保幼激素类似物能促进家蚕杆状病毒系统的基因表达。刘永平等(2007)报道，用烯虫酯处理斜纹夜蛾淋巴后，可以明显促进幼虫血淋巴液中多角体蛋白的合成;此外，还发现保幼激素类似物对其表皮的色素沉积和硬化有明显影响。

3.2蜕皮激素类似物的作用机制

昆虫通过分泌蜕皮激素和保幼激素来调控以蜕皮为特征的生长发育和变态，这些激素也参与调控成虫的性成熟。蜕皮激素（主要是20-羟基蜕皮酮，20E）滴度的变化对昆虫蜕皮具有十分重要的作用。昆虫幼虫随着体内蜕皮激素滴度的上升，停止取食，内外表皮层分离、上皮细胞重组，大量蛋白质合成，并分泌形成新的外表皮和上表皮;当20E滴度开始下降，脱皮液中的几丁质酶即被活化，消解旧表皮，外表皮开始鞣化和硬化;当20E降低到一个基础水平时，释放羽化激素(EH)。这些激素共同作用于若干靶标而使蜕皮完成(腾宏等，2001)。

昆虫生长发育期间表皮形态和结构的变化依赖于保幼激素基因表达的有无及20E滴度的变化。虽然合成的蜕皮激素类似物在化学结构上已不同于昆虫天然蜕皮激素，但它们仍具有天然蜕皮激素的特性。不同种类的蜕皮激素类似物的毒力和杀虫谱不同，但其引起昆虫中毒的症状却非常相似。作为一种昆虫蜕皮激素拮抗剂，合成的蜕皮激素类似物如甲氧虫酰肼可与虫体内源蜕皮激素发生竞争性抑制。昆虫的蜕皮、变态和繁殖受到蜕皮激素的严格调控。甲氧虫酰肼进入虫体后，很快与EcR/USP复合体的EcR结合从而启动蜕皮，且一旦结合就很难再分离，可持续诱导蜕皮反应(刘永杰等，2007)。

合成的蜕皮激素类似物如甲氧虫酰肼与20E一样，在EcR-USP的异源二聚体形成后，才能结合到EcR上形成复合体。组合的配体受体复合体与靶标基因启动子的蜕皮素应答元件结合，并反式激活级联基因。在正常情况下，发生于激素存在的事件之后，20E就从该系统中清除，以便于后面不需20E的事件得以进行，上无20E时出现的事件就成为:DDC不表达→不合成几丁质→无EH释放→不完全的过早脱皮→幼虫死亡(唐振华等，2002)。

Wing(1998)曾经用抑食肼作为蜕皮激素竞争剂，研究发现，抑食肼杀死幼虫外，还可引起鳞翅目、鞘翅目和双翅目靶标害虫产卵量下降，对欧洲玉米螟有杀卵活性，虫酰肼还能阻断鳞翅目害虫的精子生成过程(Mikitani et al.，1996)。

3.3几丁质合成抑制剂的作用机制

自20世纪70年代发现具有抑制昆虫几丁质生物合成的化合物苯甲酰基苯基脲类以来，该类化合物发展迅速，对其作用机理的研究也很多，但其具体的作用机制尚不明确，关于作用机制的假设也很多。最初，人们认为这类化合物可使昆虫表皮的几丁质(一种昆虫生长所不能缺少的乙酰葡萄糖胺均聚体)合成受阻，沉积受抑制(何佳等，2003)。迟德富等(1997)曾经研究了杀铃脲对美国白蛾的作用机制，结果表明，用杀铃脲处理美国白蛾幼虫后，幼虫表现出蜕皮困难和新表皮变薄，从而证明了杀铃脲对美国白蛾幼虫的一种特殊作用方式，即妨碍几丁质的生物合成和沉积作用，使新表皮硬度减小，幼虫生长和发育受阻。但是也有学者认可Post等最早提出的“灭幼脉的毒杀作用是由于抑制了几丁质合成酶，从而阻断了几丁质的最后聚合步骤”的理论(Deul，1978)。也有推断认为，几丁质合成抑制剂涉及催化前的一些步骤，如与几丁质合成酶系统失活相关的蛋白磷酸化或包含几丁质合成酶的囊状结构的转运及该结构与质膜的融合过程等(林友伟等，2003)。另有学者认为，这类化合物还可以影响虫体内DNA的合成。Deloach et al. (1981)报道除虫脲造成厩鳌蝇成虫表皮组织细胞DNA减少。王文全等(1995)的试验表明，灭幼脲除了影响粘虫的几丁质沉积外，还可改变几丁质-蛋白复合体的结构，影响氨基酸的含量和比例，以及蛋白质、DNA和RNA的含量。以上关于作用机制的假说都不能完全解释该类化合物的作用因此至今仍难以将其机理阐明。

4. 发展前景

在日益强调保护环境和发展可持续农业的今天，开发结构新、活性高、选择性强且具有较好环境相容性的新型无公害农药，是人类要解决的迫在眉睫的问题。昆虫生长调节剂特殊的作用机制和适应于可持续农业的种种优越性，无疑将继续成为今后研究的热点。但是其与化学农药相比也存在许多本身固有的弱点，比如防治效果缓慢、易受到环境因素的制约和干扰、产品有效期短、质量稳定性较差、速效性差、残留性等，也将为今后昆虫生长调节剂的研究和筛选提出了新的要求。另外，任何新型农药的使用，都必须考虑随着这类杀虫剂使用面积的扩大和时间的延长，害虫不可避免要对其产生抗药性。因此，进行早期抗性监测和抗性机理的研究，制定预防性抗性治理策略显得尤为重要。

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