储粮害虫接触性杀虫剂的现状与未来前景
引言
接触性杀虫剂在保护谷物、面粉、油籽、豆类、干果以及包装和加工食品在储存期间免受多种害虫侵害方面发挥着关键作用。几十年来，由于监管限制日益严格、消费者对化学残留物敏感、主要害虫物种产生抗药性以及新化学药剂开发和登记成本高昂，其使用量逐渐下降。然而，接触性杀虫剂仍然是整个粮食储存领域综合害虫管理（IPM）计划的重要组成部分。自1996年以来，尚未对其在害虫管理计划中的状况进行全面综述。熏蒸剂甲基溴的逐步淘汰导致对替代熏蒸剂磷化氢的过度依赖，进而引发了主要储粮害虫物种的抗性发展。对磷化氢使用和应用的限制，以及许多传统活性成分的撤销，重新激发了人们对接触性杀虫剂的兴趣。
储粮商品中害虫的重要性
- •
对耐储原材料和加工商品的物理损害
在昆虫的32个分类目中，只有鞘翅目（甲虫）、鳞翅目（蛾类）和啮虫目（书虱）的物种被确定为储粮害虫（SPPs），据报道会对所有类型的储粮商品造成损害。早期研究显示，谷蠹在2个月内直接取食可导致小麦累积重量损失高达56.9%。总结了六种主要储粮害虫对谷物造成损害评估的已发表数据，使用了两种公认的方法：（a）测量重量损失和（b）量化样品中受损谷物的比例。主要的检疫害虫谷斑皮蠹对小麦造成的潜在重量损失百分比最高（94%），以及麦蛾对大麦造成的接近100%的损害（99.4%），这证明了应用包括接触性杀虫剂在内的控制策略来管理储粮害虫侵染和减少储粮商品物理损害的必要性。
- •
储粮害虫造成的质量损害及对公共健康的影响
除了对储粮商品造成物理损害外，储粮害虫的侵染还会导致严重的质量退化，可能使商品不适合消费，并通过降低等级显著降低其市场价值。由于储粮害虫侵染导致的质量退化包括谷物、面粉和加工食品中存在昆虫碎片；种子发芽率降低和生化变质；谷物温度和水分含量升高以及真菌的协同发展，导致变色、异味和霉菌毒素的产生；以及通过肠球菌的传播诱导抗生素抗性。
储粮害虫可引发处理受侵染谷物和加工材料的人员的过敏反应。世界卫生组织和国际免疫学协会联盟（WHO/IUIS）过敏原命名小组委员会已将两种储粮害虫列入其过敏原名单：书虱和印度谷螟。此外，赤拟谷盗和杂拟谷盗可通过分泌具有致癌特性的苯醌构成严重的健康危害。在严重侵染的情况下，成群的书虱会使走道和储粮处理机械对粮食处理人员变得湿滑，从而使他们面临受伤的风险。
- •
若不保护储粮商品的经济损失估计
如果不保护收获的耐储商品，储粮害虫侵染造成的物理损害可能导致广泛的经济影响。美国在二十世纪五十年代进行的一项为期十年的监测计划报告称，即使在化学处理存在的情况下，主要储粮害虫的直接侵染每年仍导致3.25亿蒲式耳的全谷物商品损失。仅印度次大陆，因储粮害虫问题造成的损失估计约为3.64亿美元，而撒哈拉以南非洲地区年商品损失估计高达40亿美元，发展中国家总产量损失估计约为10-20%。
除了储粮害虫造成的物理损害可能导致经济损失外，它们在商品中的存在本身就会导致货物被拒收，市场的丧失可能产生深远的经济影响。例如，埃及曾因检测到活虫而拒收了一船价值8400万美元的美国软红小麦。据报道，美国在二十世纪五十年代对臭名昭著的检疫害虫谷斑皮蠹的遏制和根除花费了840万美元。
接触性杀虫剂在储粮害虫管理中的应用
- •
接触性杀虫剂在综合害虫治理中的作用
储粮害虫的IPM计划可能涉及明智地利用可用的控制方法，包括对储粮害虫的样品筛查和检查、诱捕、卫生、干燥和冷却、热处理、气调以及化学处理。其中，熏蒸剂和接触性杀虫剂等化学处理方法因其可测量和快速的影响而处于前沿。虽然接触性杀虫剂用于保护商品免受昆虫侵害，但熏蒸剂用于在检测到侵染时对商品进行除害处理。熏蒸剂虽然非常成功，但不适用于不气密的结构；此外，它们不提供长期保护，熏蒸后可能再次发生侵染。目前，储粮害虫对关键熏蒸剂磷化氢的抗性是一个全球性问题，这证明了扩大使用保护剂的合理性。通风虽然有效，但在温度不够低而无法有效利用通风的热带地区，其适用性也可能有限。澳大利亚很好地证明了在储粮商品中采用综合害虫和抗性管理（IPRM）决策模型的行业范例，在该模型中，目前登记的接触性杀虫剂正在以磷化氢为主的害虫管理系统中被战略性地使用。
使用接触性杀虫剂处理谷物和仓储结构以保护商品免受各种储粮害虫侵害的历史可以追溯到几十年前。这些处理特别用于储存在农场和散装仓储设施中的新收获谷物，最常用的活性成分属于有机磷化合物、拟除虫菊酯、氨基甲酸酯和昆虫生长调节剂。然而，由于监管限制，几种接触性杀虫剂被撤销，抗性广泛发展，以及开发和登记新化合物的困难，使得保护现有的接触性杀虫剂成为高度优先事项。
谷物保护剂通常定义为在谷物装入储存结构时直接施用于原粮的接触性杀虫剂，理论上会留下残留物，在储存期间保护谷物免受昆虫入侵和损害，而结构处理则作为卫生或清洁的一部分施用于空的储存结构和机械。这些最好被视为预防性处理，并用于多种类型的储存设施。
- •
散装原粮长期储存的保护剂（混合物）处理
当今世界保护剂的可用性在大多数发达国家之间存在很大差异。监管行动和市场因素可能会淘汰目前正在使用的一些谷物保护剂，尽管这些法规因国家和地区而异。旧的有机磷酸酯和氨基甲酸酯杀虫剂正在被撤销，只有少数实例被新的低风险杀虫剂所取代。更可能出现的情况是，已经登记用于大田、原粮和果园作物的杀虫剂将被扩展用于储存谷物。例如，在美国，昆虫生长调节剂烯虫酯可作为独立配方或与拟除虫菊酯溴氰菊酯联合使用，可添加或不添加增效剂胡椒基丁醚，用于储粮产品。对储存谷物使用烯虫酯的研究包括对各种商品的长期残留功效研究、不同的施用方法（如对谷物堆的分层处理）、亚致死效应（如暴露于烯虫酯配方后的移动）以及暴露后后代产量的减少。另一个例子是细菌源杀虫剂多杀菌素，它对各种储粮害虫有效，现已在多个国家登记。
- •
残留性结构处理
广义而言，残留性表面处理对应一系列应用场景，从空筒仓表面到储粮袋和包装。根据登记情况，目前用作织物、结构或缝隙处理的杀虫剂大致可分为三类，不同国家可能不同。第一类包括既登记为谷物保护剂又登记为结构处理的杀虫剂。两个例子是有机磷化合物甲基嘧啶磷和拟除虫菊酯溴氰菊酯，已在许多国家广泛使用。第二类包括仅登记用于储存结构的清洁和卫生结构处理的杀虫剂。例如包括活性成分如拟除虫菊酯氟氯氰菊酯和非神经毒性化合物虫螨腈，目前不允许直接施用于商品，但其使用已扩展到储存结构。最后，第三类杀虫剂仅登记为谷物保护剂，而非结构处理。多杀菌素就是这样一个例子，尽管其在处理过的结构上对储粮害虫具有已证实的有效性。
待处理表面的类型是决定特定接触性杀虫剂功效的关键参数。一般来说，迄今为止测试的许多杀虫剂在混凝土表面上似乎不如在其他类型的表面上有效；这是因为混凝土表面多孔且呈碱性，这两个特性对许多杀虫剂不利。尽管如此，一些杀虫剂在不同表面上同样有效。事实上，研究发现吡咯类杀虫剂虫螨腈在混凝土表面上比在瓷砖或胶合板上对赤拟谷盗和杂拟谷盗成虫的控制更有效。尽管上述研究证明了杀虫剂处理在不同基质表面上的生物功效存在差异，但仍需进一步研究以具体揭示这些表面对目前登记杀虫剂化学活性的影响。
在过去十年中受到越来越多关注的最有趣的案例之一是使用杀虫剂浸泡或杀虫剂涂层网。为此测试的首批配方之一是涂有拟除虫菊酯高效氯氰菊酯的网，最初成功测试用于防治储存烟草的害虫，如烟草甲和烟草粉斑螟，后来用于防治许多其他储粮害虫。浸泡杀虫剂的储粮袋可提供相当长的残留效果，甚至昆虫短时间暴露于处理过的基质也可能导致延迟死亡率增加。浸泡袋可以与气密袋结合在单一袋型中，这通过对储粮害虫的即时效果以及通过低氧环境提供的长期保护。
- •
用于食品加工设施和仓库空间处理的气雾剂
用于处理结构设施内部以控制储粮害虫的气雾剂是通过输送系统作为接触性杀虫剂雾化或喷雾的液体杀虫剂。它们旨在在整个设施中扩散和分散，但与熏蒸剂不同，它们几乎没有或没有渗透作用。对作为气雾剂施用的成虫杀灭剂和昆虫生长调节剂（如烯虫酯）的研究表明，16微米的颗粒尺寸在分散和粘附于昆虫体表或地板表面方面比2微米的更小颗粒尺寸更有效。过小的颗粒尺寸可能在接触暴露的昆虫或粘附到地板表面之前消散。在气雾剂喷雾操作期间，颗粒可能不会在目标区域均匀分布，导致分散不均并产生未处理区域，从而提供庇护所和逃避暴露的机会。
加工设施（如面粉厂）的结构复杂性可能会阻止气雾剂颗粒到达其目标，特别是在距离喷雾器位置较远的区域。此外，食物来源的存在预计会增加存活率，既因为昆虫取食，也因为食物庇护所内的昆虫可以避免接触杀虫剂。这一发现清楚地表明了在施用气雾剂前进行清洁卫生的重要性。最后，许多接触性杀虫剂在暴露于光时消散更快；因此，在照明区域进行的施用可能不如在黑暗区域进行的施用同样有效。
已深入研究但尚未或不太可能被行业采用的接触性杀虫剂
- •
硅藻土及相关惰性材料
硅藻土（DE）是过去25年来为管理收获后谷物和储存结构中的储粮害虫而研究得最彻底的非传统处理方法之一，自Korunić的综述以来已发表了数百篇研究报告。硅藻土对昆虫具有机械作用模式，因为它使表皮脂质失活，通过干燥导致死亡，尽管磨损被假定为次要作用模式。硅藻土的施用率大大高于传统的谷物保护剂/结构处理，可能超过1,000 ppm（即每公斤谷物1克）。硅藻土通常在高温下更有效，此时储粮害虫新陈代谢和活动更强，在相对湿度/水分含量水平降低时也更有效，此时昆虫面临更大的水分胁迫。在追求天然产物作为合成杀虫剂替代品的过程中，几种具有类似作用模式且施用率与硅藻土相当的惰性材料，包括沸石、火山灰和木灰、高岭土和凹凸棒石，也已被广泛评估用于防治各种储粮害虫。石墨烯是一种由单层原子组成的纳米材料，在低于其他惰性材料应用的浓度下已显示出控制储粮害虫的良好潜力。虽然这些惰性材料据称是食品级，并且它们在谷物上的存在被认为对人类消费是安全的，但这一说法从未通过已发表的报告得到证实，这是一个需要进一步研究的领域。
虽然这些天然存在的材料被推广为环境友好型，但一些缺点阻碍了它们被行业广泛采用登记，并将其使用限制在清洁卫生处理。这些缺点包括它们降低谷物容重的能力，导致工人吸入这些粉尘时引发呼吸问题，包括硅肺病和慢性支气管炎；干扰处理过的谷物机械处理的效率；以及在散装谷物上应用的困难。
- •
植物源杀虫剂
另一组与合成杀虫剂并行被广泛评估用于储粮产品保护的物料是植物衍生的植物性物质。由于该领域研究的巨大规模，自20世纪90年代以来定期发表全面的综述和书籍章节。用于防治储粮害虫的植物源产品是化学上多样的混合物（植物复合物），可以影响节肢动物的神经系统、繁殖或行为。广泛的实验室试验致力于配制以液体（喷雾、气雾剂、谷物混合物）或固体（叶子、粉末、粉尘、灰烬）形式施用或掺入包装中的植物复合物。迄今为止关于其有效性的信息表明，对储粮害虫的最高敏感性水平属于鞘翅目，其次是鳞翅目和啮虫目。不幸的是，除了印楝和除虫菊的成功商业登记外，植物提取物用于储粮产品保护，特别是用作谷物保护剂的未来仍然不确定，并且需要除初步杀虫价值之外的其他研究数据。大多数植物源产品面临的挑战是，小规模的验证研究大多局限于发展中国家，而全球性的工业验证在很大程度上缺乏。其他问题阻碍了植物性物质的更广泛接受，包括缺乏完整的毒理学和环境数据、功效报告不一致、不良气味、混合物的化学变异性、稳定性低、易降解，以及与有效使用所需的大量相关的相对较高成本。
关键害虫物种的抗性发展及其管理
- •
对主要类别接触性杀虫剂的抗性和交叉抗性
与其他昆虫类群一样，储粮害虫对接触性杀虫剂产生抗性是一种进化现象，即群体反复暴露于某种处理作用于基因型变异，从而选择该群体中个体耐受性的增加。过去三十年关于主要储粮害虫物种对几种接触性杀虫剂抗性发展各个方面的全球研究已通过综述和书籍章节得到综合和充分记录。抗性的发展和传播受多种生物和生态因素影响，包括遗传模式、携带抗性基因的个体害虫相关的适合度成本，以及抗性群体的时空移动。马拉硫磷在20世纪60年代控制储粮害虫的广泛失败导致了一项全球调查，揭示了许多国家普遍存在对该化合物的抗性。在接下来的二十年里，行业见证了属于有机磷酸酯、拟除虫菊酯和昆虫生长调节剂的几种替代处理的发现和登记，但对这些处理的抗性在广泛的储粮害虫谱中的发展严重限制了它们的有效使用。Arthur回顾了直到20世纪90年代中期的抗性趋势，自那时起，关键害虫物种出现了许多抗性案例，包括谷蠹、赤拟谷盗、米象和玉米象，最大抗性发生率报道来自澳大利亚、巴西和美国。。21世纪初多杀菌素的发现和登记已被行业成功用于管理具有多重抗性的谷蠹种群，但其对几种其他储粮害虫的有效性有限。尽管实验室筛选实验表明谷蠹对多杀菌素有潜在的抗性发展，但澳大利亚的全面抗性监测显示田间没有此类抗性事件。
特定化学组内的化合物通常共享昆虫体内共同的作用靶点，因此具有共同的作用模式，通常抗性的发展是基于该作用靶点的基因修饰。当这种情况发生时，该化合物失去其杀虫效力，并且当对一种农药的抗性赋予对另一种农药的抗性，而昆虫未暴露于后一种农药时，就会发生交叉抗性。交叉抗性的一个很好的例子是谷蠹在最初对马拉硫磷产生抗性后，对整个有机磷酸酯类杀虫剂产生了抗性。
- •
抗性机制
赤拟谷盗基因组的完整测序为生物学家解决众多课题提供了极好的工具，包括拟除虫菊酯抗性的遗传基础。研究的重点是三种主要抗性机制：代谢抗性、靶标抗性/不敏感性和表皮穿透减少抗性。代谢抗性是昆虫通过产生更多酶（如细胞色素P450依赖性单加氧酶、水解酶或谷胱甘肽-S-转移酶）来解毒或代谢杀虫剂的最常见机制。靶标抗性/不敏感性机制干扰杀虫剂分子与昆虫中枢神经系统中的靶点（如电压门控钠通道和γ-氨基丁酸（GABA）受体）结合。该机制包括（a）改变的乙酰胆碱酯酶抗性（ACHR）机制，提供对有机磷酸酯和氨基甲酸酯的抗性；（b）击倒抗性（kdr）机制，赋予对滴滴涕和拟除虫菊酯的抗性；（c）GABA受体敏感性降低机制，导致对苯基吡唑和环戊二烯类杀虫剂的抗性；以及（d）改变的nACHRs，提供对新烟碱类杀虫剂的抗性。表皮穿透减少抗性机制被认为不常见，它有助于减少进入昆虫体内的杀虫剂剂量，当昆虫通过改变表皮厚度或改变表皮成分形成表皮屏障时就会发生。例如，几种表皮蛋白与赤拟谷盗坚硬表皮的形成有关。
- •
抗性管理
Opit等人解释了战术性抗性管理策略的关键原则，该策略依赖于三个主要组成部分：（a）关于储存系统的信息，特别是侵染模式，包括抗性的强度和频率；（b）降低选择率的策略（例如，减少使用相同化学药剂的频率、降温、化学和物理清洁）；（c）消灭抗性昆虫和消除抗性病灶的策略[例如，替代化学品（保护剂或熏蒸剂）、热除害等物理方法]。以下三个实际步骤帮助行业在全球范围内缓解了几个抗性问题。
通过监测早期发现。 已有完善的已发表生物测定方法可用于早期检测储粮害虫的抗性发展。这些方法包括使用诊断浓度的化学品进行局部施用、将成虫暴露于杀虫剂浸泡的滤纸，或直接在测试昆虫上喷洒杀虫剂，以在5至20小时的短时间内提供抗性的指示性结果。然而，虽然耗时（2-6周），但涉及谷物混合物和结构处理的生物测定可以通过测量其在不同时间间隔对成虫和未成熟阶段的残留毒性，揭示农药促进长期保护目标物种的潜力。
轮换处理以尽量减少施用和减少选择。 在IPM策略中，应避免使用具有交叉抗性的农药，未能做到这一点会加速抗性的发展。理想情况下，应轮换使用两种或多种具有不同作用模式的农药，这样任何农药的选择期不会超过一代，并在大面积上进行协调，以便在功能上属于同一基因库的昆虫不会同时被选择对不同农药产生抗性。
联合使用不同化学药剂以控制储粮害虫间的多重抗性。 由于新处理的发现很少见，登记它们成本高且耗时，行业长期以来一直使用组合来最大化现有化学药剂的潜力，考虑可以控制多少物种以及物种内的抗性类型。在澳大利亚，已经成功评估了几种混合物，并被行业用来对抗广泛的储粮害虫谱中的多重抗性问题。评估的最有效组合是多杀菌素和甲基毒死蜱，它们控制了除有机磷抗性的锯谷盗外的所有品系，以及甲基毒死蜱和S-烯虫酯，它们控制了除烯虫酯抗性的谷蠹外的所有品系。为了在控制抗性害虫谱方面取得完全成功，目前澳大利亚正在将多杀菌素与甲基毒死蜱和S-烯虫酯以三元组合形式施用。已研究的其他组合处理示例包括增效联苯菊酯和甲基毒死蜱对抗几种甲虫和书虱物种；除虫脲和烯虫酯对抗米象和谷蠹；多杀菌素和甲基毒死蜱对抗书虱；甲基毒死蜱和溴氰菊酯对抗书虱；烯虫酯和增效除虫菊酯对抗赤拟谷盗；多杀菌素和几丁质合成抑制剂对抗米象；以及阿维菌素和溴氰菊酯与硅藻土和高岭土联合对抗谷斑皮蠹。
接触性杀虫剂可持续使用的挑战与机遇
正如前面章节所讨论的，科学文献表明，几十年来，多种合成化学物质和天然来源的化学物质已被研究作为控制储粮害虫的潜在处理剂。那么，为什么这么多被研究的化学物质没有得到行业的广泛采用呢？在本节中，我们分析了采用潜在的新型接触性杀虫剂的机遇和障碍。影响新发现的化学药剂被采用或可能被采用的因素分为四大类：生物、技术、法律和商业。生物因素包括化学物质的作用模式以及不同物种对产生抗性的易感性；技术因素，如适当应用技术的可用性和行业要求，包括最大残留限量（MRLs），至关重要。在新处理登记之前，重要的法律和商业驱动因素包括愿意登记的申请者、贸易要求、消费者对食品中杀虫剂残留的敏感性以及职业健康和安全问题。
- •
磷化氢抗性引发对接触性杀虫剂的新兴趣
行业对在收获后商品保护中使用接触性杀虫剂重新产生兴趣的两个主要原因是，由于关键熏蒸剂甲基溴消耗臭氧的性质导致其全球逐步淘汰，以及主要储粮害虫对主要熏蒸
