科普| 田间“药”事(2)——“兵分三路”：除草、杀虫、杀菌的三国演义

编者语：

“农药按防治目标与功能分为 9 大类，每类用途清晰，不可混用替代，本文主要介绍3种。”

杀虫剂：防治鳞翅目、鞘翅目等各类害虫

杀螨剂：专杀红蜘蛛、白蜘蛛等螨类害虫

杀菌剂：防治真菌、卵菌类、土传类病害

杀细菌剂：针对性防治细菌性软腐、溃疡等病害

除草剂：防除田间各类杂草，分封闭、苗后专用

杀线虫剂：防治根结线虫、胞囊线虫等地下线虫

植物生长调节剂：调控作物生长、保花保果、控旺

生物农药：微生物、植物源农药，绿色低毒

卫生杀虫剂：用于仓储、环境防虫，不可用于作物

01

引言

广袤的田野上，农作物时刻面临着来自四面八方的挑战：杂草争夺养分，害虫啃食叶片，病菌侵蚀果实。为了保障粮食安全和农业生产，人类与这些“敌人”的斗争从未停止。在这场旷日持久的战役中，除草剂、杀虫剂和杀菌剂如同“兵分三路”的精锐部队，各自肩负使命，共同构筑起农业生产的防线。

02

除草剂

1.历史沿革

人类与杂草的斗争历史悠久。早期，主要依靠人工拔除或机械耕作来控制杂草。随着农业生产规模的扩大和劳动力成本的增加，人们开始寻求更高效的解决方案。化学除草剂的出现，标志着除草技术的一次革命。早期的除草剂多为无机化合物，如硫酸铜、硫酸亚铁等，作用原理为通过破坏植物细胞、抑制生长代谢等方式杀灭杂草，但选择性较差，易对农作物造成药害，并可能导致土壤和水体污染。20世纪中期，有机合成除草剂如2,4-二氯苯氧乙酸（2,4-D，布洛芬的发现与该类化合物的渊源颇深，见）的问世，极大地推动了除草剂的发展，使其成为现代农业不可或缺的一部分。

图1. 硫酸铜

2.作用机制

除草剂的作用机制多种多样，但核心目标都是干扰杂草的正常生理代谢，最终导致其死亡，2026年，HRAC（除草剂抗性行动委员会）发布了一份更新版海报（包含最新进展），内容涵盖全球除草剂按作用机制分类（图2）。常见的机制包括：

（1）光合作用抑制剂：这类除草剂通过阻断杂草的光合作用过程，使其无法合成能量，从而枯萎死亡。例如，一些尿素类除草剂就是通过抑制光系统II的电子传递来发挥作用。

（2）氨基酸合成抑制剂：许多除草剂靶向杂草体内特有的氨基酸合成途径，如草甘膦（Glyphosate）通过抑制EPSP合酶，阻止芳香族氨基酸的合成，对杂草产生广谱杀灭效果。

（3）激素类除草剂：这类除草剂模拟植物内源激素（如生长素）的作用，导致杂草细胞过度生长和紊乱，最终因生理失调而死亡，例如2,4-D就属于此类。

图2. 2026年HRAC全球除草剂MOA分类海报

3.发展与挑战

现代除草剂正朝着高效、低毒、环境友好的方向发展。抗性杂草的出现是当前除草剂面临的主要挑战，这促使科学家不断研发新型除草剂，并推广除草剂轮换使用和综合管理策略。此外，精准农业技术的发展，如无人机喷洒和智能识别系统，也使得除草剂的使用更加精准和高效。

03

杀虫剂

1.历史沿革

早在3000年前，我国人民就开始了与虫害的斗争，《本草纲目》里就至少叙述了1890种药品，其中有很多就是防治病虫害的农药，古苏美尔人也曾使用硫化合物防治害虫。17世纪，烟草、松脂、鱼藤等植物提取物被用作杀虫剂。1763年，法国用烟级石灰粉防治蚜虫，这是世界上首次明确报导的杀虫剂。1800年，美国人Jimtikoff发现高加索部族用除虫菊粉灭杀害虫。1828年，除虫菊被加工出售，1848年，T.Oxley制造了鱼藤根粉。19世纪70年代~20世纪40年代中期，发展了一批人工制造的无机农药。1851年法国M.Grlson用等星的石灰与硫磺加水共煮制取的石硫合剂雏型一一Grison水，这是最早开发的无机农药。1882年，法国人发现硫酸铜与石灰水混合也有防治效果，由此为灵感研发了波尔多液，并从1885年起广泛应用（图3）。20世纪40年代，滴滴涕（DDT）和六六六（BHC）等有机氯杀虫剂的发现，开启了化学农药的黄金时代，它们高效广谱，但高残留和环境污染问题也随之而来。

图3. 波多尔液的配置方法

2.作用机制

杀虫剂的作用机制主要集中在干扰害虫的神经系统、代谢过程或生长发育（图4）：

（1）神经毒剂：这是最常见的一类杀虫剂，通过干扰害虫的神经信号传递来发挥作用。例如，有机磷和氨基甲酸酯类杀虫剂抑制乙酰胆碱酯酶，导致神经递质乙酰胆碱积累，使害虫持续兴奋直至死亡。新烟碱类杀虫剂则作用于烟碱型乙酰胆碱受体，引起神经功能紊乱。

（2）呼吸抑制剂：这类杀虫剂干扰害虫的呼吸链，抑制能量产生，导致害虫窒息死亡。

（3）几丁质合成抑制剂：几丁质是昆虫外骨骼的主要成分。这类杀虫剂通过抑制几丁质的合成，阻碍昆虫的正常蜕皮和生长，最终导致其死亡。

图4. 杀虫剂的作用机制分类

3.发展与挑战

随着对环境和人类健康关注度的提高，高残留杀虫剂逐渐被淘汰。现代杀虫剂的研发更注重选择性、低毒性和环境友好性。生物农药（如苏云金杆菌）、植物源农药以及昆虫生长调节剂等新型杀虫剂逐渐成为主流。抗药性问题同样困扰着杀虫剂领域，综合虫害管理（IPM）策略的实施，包括生物防治、农业防治和合理使用化学农药，是应对这一挑战的关键。

04

杀菌剂

1.历史沿革

植物病害对农业生产的威胁同样巨大。早在17世纪中叶，人们就发现用盐水浸泡谷物可以防治黑穗病。1882年，法国人米拉德特发现了著名的波尔多液（硫酸铜与石灰的混合物），其广谱的杀菌效果使其迅速推广，成为最早广泛使用的化学杀菌剂之一。此后，硫磺、有机汞等无机杀菌剂也相继被应用。

2.作用机制

杀菌剂的作用机制旨在破坏病原真菌的细胞结构或抑制其生命活动（图5）：

（1）保护性杀菌剂：这类杀菌剂在病原菌侵染作物之前施用，在作物表面形成一层保护膜，直接杀死或抑制病原菌的萌发和侵入。波尔多液和代森锰锌等属于此类。

（3）内吸性杀菌剂：这类杀菌剂能够被植物吸收并在体内传导，从而在植物内部发挥杀菌作用，对已经侵入植物体内的病原菌也有防治效果。例如，三唑类杀菌剂通过抑制真菌麦角甾醇的生物合成，破坏细胞膜结构。

（3）呼吸抑制剂：与杀虫剂类似，一些杀菌剂也通过干扰真菌的呼吸作用，阻止其能量供应，从而达到杀菌目的。

图5. 杀菌剂的作用机制分类

3.发展与挑战

杀菌剂的发展同样面临着病原菌抗药性的挑战。为了延缓抗药性的产生，杀菌剂的轮换使用、混合使用以及与抗病品种的结合应用变得尤为重要。生物杀菌剂、植物免疫诱导剂等绿色防治技术也日益受到重视，为植物病害的综合防治提供了新的途径。

05

结语

除草剂、杀虫剂和杀菌剂，这“三路大军”在农业生产中各司其职，共同维护着作物的健康生长。它们的发展史，是人类智慧与自然挑战不断博弈的缩影。从最初的经验性防治，到现代的精准化学合成，再到未来的绿色、智能防治，每一步都凝聚着科学家的心血。

然而，这场“三国演义”并非没有代价（图6和7）。农药的滥用曾导致环境污染、生物多样性下降以及食品安全问题。这些深刻的教训促使我们反思，并推动农业向更可持续的方向发展。综合病虫草害管理（IPM）理念应运而生，它强调将化学防治与生物防治、农业防治、物理防治等多种手段相结合，以最小的环境代价，实现最佳的防治效果。

图6. 长期暴露对人体的危害

图7. 全球农药残留量分布图（Nat. Geosci., 2021, 14, 206–210.）

展望未来，农业的“三国演义”将更加注重科技创新与绿色发展。基因编辑技术有望培育出更具抗性的作物，人工智能和大数据将助力农药的精准施用，生物农药和生物防治技术将进一步成熟，减少对化学农药的依赖。最终，我们期待构建一个更加和谐、可持续的农业生态系统，让农作物在健康的环境中茁壮成长，为人类提供安全、丰富的食物。

参考文献

[1] Pardo C, Bellati A, Polverino G, Canestrelli D. The dark side of organic farming: Copper sulphate compromises the life history and behaviour of the walking stick insect, Bacillus rossius. Science of The Total Environment. 2024, 942: 173626.

[2] 岳宗. 中国土农药历史资料摘录. 昆虫知识, 1959, (1): 37.

[3] 张洁, 樊志民, 张兴. 中国植物源杀虫剂发展历程研究[M]. 西北农林科技大学出版社, 2017.

[4] Tang FH, Lenzen M, McBratney A, Maggi F. Risk of pesticide pollution at the global scale. Nature geoscience. 2021, 14(4):206-10.

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