杀虫剂的耐药性问题

弗莱明首次“模具汁”。从假期归来,苏格兰细菌学家看到特殊的模具在培养皿的葡萄球菌。没有细菌在这些斑点;看起来好像“模具汁”扫清了道路。它了,它有一个复杂的名字之后——青霉素、第一个抗生素。青霉素是批量生产的1941年自然,但不久进行反击。在1942年,抗金黄色葡萄球菌被发现。今天,细菌进化和抗力移转到多个抗生素快速提高的担忧世界抗生素不再工作。多个公共活动和倡议了抗生素耐药性的对话无处不在。然而,另一个抗威胁是潜伏在我们的眼皮底下,在我们的盘子:农药抵抗。

在1878年,法国酿酒师是失去两个葡萄害虫:昆虫和暴食。而葡萄根瘤蚜bug,黄色吸引昆虫,美联储在经过葡萄园葡萄树的根,人会吃葡萄,公路旁边。容易达到零食减少生产和农民担心。欺骗这些旅行者,葡萄园的主人混合石灰乳和硫酸铜和撒这种混合葡萄,着色藤蔓的蓝色,给葡萄腐烂的外观。这阻止盗窃旅行者和启发Pierre-Marie-Alexis Millardet,波尔多大学的化学教授,第一次杀真菌剂。路过波尔多葡萄酒的葡萄园,Millardet注意到靠近公路边的葡萄没有受到与其余的霜霉病真菌。当他听说了石灰混合,他认为它可以阻止真菌,他是对的。使用相同的成分,他的波尔多混合剂,杀菌剂酿酒师已经使用了几十年。今天,农民仍在使用这个DIY杀菌剂攻击害虫,尽管下严格的规定。但在这成功的时期,人类的历史使用化学抗害虫和杂草可以追溯到更早。

很长的历史

“最早可能是在公元前400年时花的菊花瓜叶菊叶说,显然是用在商店吗格雷厄姆·马修斯英国伦敦帝国理工学院的教授和作家的书农药的历史。一旦干,花生产除虫菊,天然杀虫剂有效对抗家蝇等昆虫。马修斯在他的书中提到其他自然杀虫剂:醋和牛尿,以防止溃疡的树木与街水开植物杀死西班牙苍蝇。种植植物和不同的溶剂和经常创造性地使用,都有一个共同的目标增长更多的食物。”毫无疑问,农民想要获得更高的收益,”Matthews说。“尤其是在棉花,我工作,收益率一般不超过500公斤/公顷。但随着杀虫剂,即使在合理的降雨,我们会得到1500到1600公斤。与灌溉,它每公顷3000公斤。如果有化学物质,农民会使用它们,这引起了一些担忧当农药从相对无害的植物转移到危险的化学物质。滴滴涕是真的大幅改变的情况,”他补充说。

滴滴涕,简称滴滴涕第一个现代合成杀虫剂。虽然农业变得至关重要,最初的意图是抵抗虫媒疾病,如疟疾。很难想象这些天,但更多的士兵死于疟疾战争在热带地区比从战争本身,”马修斯说。滴滴涕是非常成功的在控制蚊子和随后的疾病带来的。鉴于它的价值,它的创造者保罗·穆勒收到了1948年诺贝尔医学奖。滴滴涕在瑞士成立,它的生产迅速蔓延在战区,主要是因为它的有效使用。进一步刺激了更多的行业发现新的化学物质,马修斯描述了。二战后的化学家产生一系列新的杀虫剂,它启用了“绿色革命”农民种植主要农作物新品种,可以防止害虫袭击,从而避免饥荒。“当然,DDT的缺点——包括它的灾难性的影响在许多鸟类,导致它被禁止在美国在1970年代,与其他国家。但是农药的研究不断向前发展,在1970年代,最畅销的除草剂介绍了草甘膦。

草甘膦,也被其商业名称摘要,破坏了一个复杂的代谢途径在杂草,抑制蛋白质和至关重要的增长造成广泛的入侵植物。自发现以来,草甘膦在全球范围内使用应用程序从农业到体育设施,公园和铁路线。这是其中的一个最研究农药今天,农民仍然依赖于它。然而,随着全球对草甘膦的依赖,这样第一个阻力开始出现的迹象。在1996年,二十年后其发明,草甘膦不再杀人Lolium rigidum,一个类型的草。这一事件也与DDT发生了什么事50年前当研究人员第一次记录家蝇抵制农药。同样的保持与其他农药发生:迟早害虫发展阻力。创新的化学改变了农业,但农药阻力也在改变。

电阻的崛起

耐药性是导致这个问题的控制措施,我们依靠几十年不再工作,”解释道达纳·麦格雷戈植物分子遗传学家,洛桑研究在赫特福德郡,英国。农民会去,他们会喷洒,他们最终将只有农作物,这是那么容易。现在,出去的传统措施和使用的可以不工作。更加努力在农民的一面去实现这些真正高水平的健康的作物和高收益”。

杂草是具有适应性的生物和发展抵抗除草剂随着时间的推移,由于两种遗传和代谢适应。有两种主要类型的阻力:特定的阻力和总阻力。在特定的抵抗,抵抗除草剂杂草通过基因突变。某些除草剂杀死杂草绑定到特定位置的入侵植物的DNA。然而,通过突变,杂草DNA变化,干扰除草剂是如何工作的。如果一个除草剂可以不再绑定到一个杂草的DNA,它不再是有效和杂草抗性。一般电阻更加复杂。抗除草剂杂草通过多个进程,可能包括代谢和遗传方面。因此,更多的农民使用相同的除草剂杀死杂草,杂草就越有可能发展和抗拒。这增加耐化学品危害各种类型的作物,在英国,小麦作物面临风险。

英国是其中一个顶级生产商在欧洲的小麦。最近的一次报告表明抗black-grass (等myosuroide,一个杂草,减少粮食作物的产量达800000吨,占每年£3.8亿的成本损失的收入给农民。这是16亿块面包。这些都是巨大的数字。我不是一个农场的人,我不是一个农学家,但我理解16亿块面包是什么样子。这是在一个国家只有一个抗性杂草,麦格雷戈补充道。

遗传的解决方案

麦格雷戈的工作集中在理解抗除草剂通过观察杂草的基因组。她比较抗性杂草的破车。要解决这个问题,必须首先理解做什么伤害。虽然力学可以打开车,看看错误的组件是什么阻止汽车工作,植物科学家们不熟悉植物抵抗农药。当我们看一个工厂,我们看到绿色和开花。但里面是什么?什么是遗传学基础(阻力)特征,我们看到了什么?”麦格雷戈在分子水平上比较植物死于相同植物抵抗除草剂,除草剂。根据这些信息,她会理解什么使杂草抗性,更可行的应对策略。麦格雷戈没有直接努力创造新的除草剂,但她与化学公司将通过杂草研究她收集的信息。

另一个研究小组在德国试图带着除草剂小说市场的行为模式。在Targenomix,科学家们确定化学物质的作用方式与herbicidal效应。Sabine Kahlau除草剂研究、科学协调该公司解释说,她和她的同事们从他们的客户公司接收化学除草活性,像拜耳。然后他们确定这些小分子的分子靶点。这些分子仍在研究的早期阶段管道,而其他市场上已经可用。这是aclonifen的情况。

你失去了很多化合物在实际的市场产品

Aclonifen使用除草剂自1960年代中期。它能抑制色素合成,破坏叶绿素和漂白杂草等sp。直到去年,这种除草剂是未知的目标。工业生产,农民使用它,但是没有人知道这是什么目标工厂内。Kahlau和她的同事们终于确定solanesyl二磷酸合酶(SPS),一种酶,aclonifen的目标——这一发现表明有史以来第一次SPS herbicidal目标,她补充道。尽管抗aclonifen不是(只有一个令人担忧的问题六种杂草对到目前为止),这一发现有助于显示潜在的研究蛋白质在植物和看着他们作为潜在herbicidal目标。

“植物有20000到30000种不同的蛋白质编码的基因。除草剂,因为并不是所有的目标植物可以放弃一些他们没有真的太痛苦。但很多都是目标,洛萨Willmitzer说。研究主管Willmitzer Targenomix解释说,目前商业化除草剂只有目标约100蛋白在植物可用的数千人。为了克服抗除草剂,他说,识别蛋白呈现新的除草剂的目标是必须的。

但即使在发现新的途径和行动模式,采取从板凳上除草剂作物可能需要更长的时间比预期的多个原因。从毒理学、环境影响、除草剂必须符合监管机构的严格标准和必须完成许多参数达到作物。Willmitzer描述失去成千上万的潜在分子失败很多标准和Kahlau同意。你失去了很多化合物在实际市场的产品,”她说。

马丁·克劳夫,农用化学品公司技术和数字集成主管先正达公司的标准列表很长一段路。不仅仅是我们要克服阻力,所有其他的事情,我们必须找到。(新除草剂)必须有效,安全,有最小环境影响,不能离开残留等等。有很多设计参数,电阻是一个重要的一个,但不是唯一的一个。它就像找到一个海里捞针”。

先正达,新产品还在测试,已经好多年了。根据水闸,大约需要10年和2亿美元(£1.4亿)开发新农药。尽管严格的指导方针,巨大的成本和速度缓慢的过程,研发公司热衷于发现新模式的行动。然而,当这些新模式的行动来现实,不会再次杂草产生抗药性?

阻力是不可避免的吗?

研究得出结论认为,电阻可能是不可避免的,和杂草产生抗药性,任何新产品引入市场。虽然花了几年DDT-resistant家蝇出现后发现,目前的情况是匆忙:抵抗不同物种之间和化学品,但只有后可以开发三个年的连续使用一个单一的产品。所以找到新化学物质的点是什么?

克劳夫提到,在市场上的行为模式,农民不会被迫一次又一次地使用相同的除草剂——这样的重复使用电阻的选择。此外,放弃除草剂完全可以解决耐药性问题,然而开始新项目。如果我们依靠种植传统农业策略来控制杂草,然后我们有其他的问题,如破坏土壤结构、侵蚀和破坏土壤中的微生物群,可为作物和环境有害,”他解释说。“农业已不再深机械耕作,土壤结构状况要好得多。如果你回到机械耕作,你也会释放更多的二氧化碳,增加温室气体的产量。”

所以创新之路可以涉及传统。抵抗害虫,农民可以不再完全依赖化学物质也在传统的实践。这个任务需要一个跨学科的方法,结合了化学除草和非化学方法。在害虫综合治理策略,种植者预计计划,使用除草剂,定期测试杂草,化学品和旋转耕作作物和实践。新模式的行动将增加这个计划至关重要。然而,从50年前的区别在于种植者使用这些新的行为模式。Kahlau倡导聪明使用除草剂避免阻力:应用仔细,旋转动作机制,并应用适当的剂量。克劳夫表示同意。“你作为一个农民不能自满。你真的必须使用所有的工具,你可以得到你的手。 There are things you can do from an agronomic perspective which will sustainably keep the pressure of weeds down.’

与抗生素一样,没有灵丹妙药来解决耐药性问题。解决抗生素耐药性的要求行为行动和正在进行的研究虽然战斗抗除草剂结合化学和非化学策略。这些斗争可能会耗尽,事实是,我们正在失去进化的种族之间的杂草,细菌和人类。只有创新和研究可以给人类必要的工具来击败了虫子和杂草。

芭芭拉Pinho是一个基于科学作家在波尔图,葡萄牙