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[八月份] 2018年物种日历 8月1日 除虫菊

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发表于 2018-8-2 07:53 | 显示全部楼层 |阅读模式
每一种植物都有特殊的身份,有一些可能还不止一个。对于除虫菊Tanacetum cinerariifolium来说,特殊的身份就是世界三大天然杀虫植物之一。

除虫菊,看起来和很多菊科花卉没什么区别,但是却给杀虫事业带来了曙光。图片:KENPEI / wikipedia
除虫菊的基源异名Pyrethrum cinerariifolium由鲁道夫·克里斯蒂安·特拉维拉努斯(Ludolph Christian Treviranus)于1820年命名,当时放在了匹菊属Pyrethrum里,后来匹菊属整个被归并进了菊蒿属Tanacetum。目前整个菊蒿属大约有100种,中国产19种。
随着战争的脚步
除虫菊又名白花除虫菊,顾名思义,它头状花序里的舌状花是白色的。其本身是一种多年生宿根花卉(冬季地上部分会凋零,但地下仍有存活的球根或球茎),基生叶在花期还存在,为二回羽状分裂,茎生叶与基生叶同型。每年5~8月是除虫菊的花果期,一边开花一边结果,开花和结果之间没有明显的时间间隔。

除虫菊植株的科学绘画。图片:Franz Eugen Köhler / Köhler's Medizinal-Pflanzen
除虫菊原产前南斯拉夫,当地居民很早就使用它来杀虫。19世纪中期开始,除虫菊在原产地被大规模种植,在第一次世界大战之前,除虫菊和达尔玛西亚(Dalmatian,今克罗地亚境内)几乎是固定搭配,即使现在,很多电商也将除虫菊称为达尔玛西亚除虫菊(Dalmatian Pyrethrum)。

电商销售的达尔玛西亚除虫菊的种子,看包装应该是产自中国的。图片:Amazon
当一战的战火席卷整个欧洲,除虫菊的栽培也受到了严重的打击。战后,新的栽培中心转移到了日本,在这期间,除虫菊也传入了中国,并开始在中国大规模栽培。二战结束后,由于日本在战争中受到了应有的打击,除虫菊的栽培中心又一次发生了转移,来到了东非坦桑尼亚、肯尼亚等地。
除虫事业的曙光
早期使用除虫菊杀虫,主要是将头状花序采收、晾干、研磨成粉使用,剩余的粉末需要密封避光保存。
研究人员从除虫菊中提取分离了6种杀虫的活性成分,分别是除虫菊素I和II(Pyrethrin I、II),瓜叶菊素I和II(Cinerin I、II)以及茉酮菊素I和II(Jasmalin I、II)。这些活性成分统称为天然除虫菊酯。
天然除虫菊酯作为卫生和农用杀虫剂具有天然的优势,高效、低毒、广谱、抵抗性、易分解、几乎不残留,因此大受欢迎。不过由于各成分有光敏性,易被空气氧化而导致活性成分失效,所以又限制了天然除虫菊酯的应用。据统计,保存超过一年的除虫菊干粉会有3成左右的除虫菊素分解,其杀虫效果大打折扣。

6种天然除虫菊酯的化学结构式。图片:wikipedia
为了解决这些问题,研究人员在天然除虫菊酯中加入了增效剂(如醚类),减缓其在虫体内的代谢速度,并加入紫外光屏蔽物质和抗氧化剂来降低其光敏性和被空气氧化的程度。
不过,除虫菊干花产量尚不能满足全世界对天然除虫菊酯的需求,因此人们又将目光放到了合成拟除虫菊酯上,希望在天然除虫菊酯的基础上,通过化学工业生产出具有天然除虫特性且产量更高,能够满足全世界需求的杀虫剂。
自1949年美国的谢克特(Schechter)合成了首个拟除虫菊酯——丙烯菊酯(Allethrin)以来,有近百种拟除虫菊酯问世,它们已经发展成为世界第二大杀虫剂,仅次于有机磷类。在高毒性的杀虫剂相继退出市场后,拟除虫菊酯类杀虫剂将进一步占领市场。

一些含有除虫菊酯或拟除虫菊酯的体外驱虫药物对狗相对安全,但由于猫缺乏必要的代谢途径,会引起中毒,因此给宠物驱虫时千万注意,不要用错。图片:blair.com
探索仍在继续
虽然凭借高产、低价等优势能够快速占领市场,然而拟除虫菊酯依然有着自身的问题,比如更易产生抗药性,分解慢,残留较高,对哺乳类等恒温动物具有较高的毒性等。这些问题不断地促使着研究人员进行新的探索,合成更好的拟除虫菊酯。
第二代拟除虫菊酯中加入了卤素,增强了其生物活性,尤其是含氟种类较难产生抗性。不过问题依然没有完全解决,对鱼类的毒性仍存在于第二代拟除虫菊酯当中,并且因为某些基团合成难度大,造成了整体的生产成本较高,所以探索的步伐还在继续。

氯氰菊酯是常用的拟除虫菊酯类农药之一,图片指出它对几种鱼类的蓄积毒性作用,包括共济失调、呼吸急促、过度兴奋,以及心包积液等。图片:Sana Ullah, et al. / Journal of Environmental Management(2018)
目前,最新一代拟除虫菊酯的酸和醇的部分已经与天然除虫菊酯有了很大差别,甚至有些种类已经和天然除虫菊酯的各部分完全不同。少数种类,如日本三井东亚化学公司开发的“多来宝”(Trebon)醚菊酯已经实现了对鱼类产生较低的毒性,因而能够在水稻害虫防治中得到应用。

醚菊酯能有效防治水稻害虫——稻飞虱。图片:翦翳翎
新困扰与新方向
无论除虫菊酯还是拟除虫菊酯都没能够完美解决卫生和农业害虫防治的问题,并且因为自身的缺点,在使用中给人们带来了新的困扰。
比如在提取除虫菊酯过程中使用有机溶剂带来的环境污染;又比如在动物实验中,拟除虫菊酯杀虫剂被证实具有雄性动物生殖毒性,能降低精子密度和活力,诱导精子头部畸形,损伤精子DNA等。虽然目前尚未确证对人类也有同样的生殖毒性,但也足以引起人们的注意。

我国销售的蚊香中添加的多为丙烯除虫菊酯,在动物实验中未检测到生殖毒性,所以使用各类蚊香防蚊依然是值得推荐的一个好方法。图片:wikipedia
事实上在寻找更好的杀虫剂时,我们不应该放弃其他途径来保证农业生产和食品安全,这其中转基因技术就是一个值得深入研究和大力推广的方向。
相比传统产品,目前尚没有证据表明转基因技术生产的动植物产品会带来额外的安全隐患。同时因为生物体自身抗虫性增强,杀虫剂等物质的使用相应减少,食品安全性也得到了提高。


除虫菊因为自身的特性而受到了广泛关注,与除虫菊相似的还有另一个物种,那就是红花除虫菊Tanacetum coccineum

红花除虫菊的叶。图片:余天一
19世纪前,波斯地区就大量栽培红花除虫菊,用于观赏和杀虫。现在园林上经常把秋英Cosmos bipinnatus称作波斯菊,然而原产自高加索地区的红花除虫菊才是真正被称作波斯菊(“Persian chrysanthemum”)的植物。不过因为它杀虫效果弱于除虫菊,逐渐转为观赏栽培为主。

红花除虫菊的观赏品种。图片:余天一
当然,不论是用作观赏还是杀虫,这些植物将继续陪伴我们走下去。
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让岁月凝结成文明,让我遇见你。2018年《物种日历》,每日零点,一同品鉴文明。

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发表于 2018-8-2 07:58 | 显示全部楼层
学习长见识了
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发表于 2018-8-2 08:31 来自手机 | 显示全部楼层
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发表于 2018-8-2 15:50 | 显示全部楼层
每天一题了解自然知识
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发表于 2018-8-2 16:06 来自手机 | 显示全部楼层
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发表于 2018-8-2 16:18 | 显示全部楼层
很喜欢这篇文章
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发表于 2018-8-2 17:27 来自手机 | 显示全部楼层
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发表于 2018-8-2 17:49 来自手机 | 显示全部楼层
谢谢分享
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发表于 2018-8-2 18:12 来自手机 | 显示全部楼层
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