农药和杀虫剂的发现与应用
来源：转贴自新世纪家园网
世界上有3000多种有害的昆虫，它们吃掉大量谷物、水果和纤维品，还传染疾病， 所以，很久以来，人类渴望杀死这些有害的昆虫。在本世纪初的前一二十年，人类对 付害虫的方法主要是使用天然植物农药和矿物农药，如除虫菊、鱼藤酮、无机砷化剂 等等。砷化物对人畜有剧毒，而除虫菊、鱼藤酮的杀虫效果和供应量又都很有限，根 本不能满足农业生产的需要，因此，人工合成农药和杀虫剂势在必行。当时，每年都 有大量的农药和有关的专利问世，但由于杀虫效果不如砷化物和除虫菊，所以，没有 一种能成批生产和使用。经过近一个世纪的努力，人类取得了不少与害虫作斗争的经 验，但也有不少教训。
威力超群的DDT
1925年，瑞士化学家保尔·赫尔曼·米勒开始了合成杀虫剂的研究。有一天，米 勒接到他的妹妹从奥尔坦家乡寄来的信，从信中得知，家乡又闹起了严重的虫灾。米 勒想起小时候听老人说起的中国人的名言“以毒攻毒”，决心要发明一种威力超群的 杀虫剂，帮助乡亲们消除虫灾。 理想的杀虫剂应该具备什么条件呢?它应该具备哪些特点和性质呢?他向自己提出 这样一个问题。经过认真思考之后，他认为，理想的杀虫剂应具备以下 7个条件：一 是对昆虫有剧毒；二是中毒迅速；三是对哺乳动物和植物无毒或只有微毒；四是无刺 激性，没有气味或仅有微弱的气味，在任何情况下都不使人产生不愉快的感觉；五是 毒杀范围应当尽可能广泛，包括尽可能多的节肢动物；六是具有长效，即有很好的化 学稳定性；七是价格便宜，经济实惠。 按照这些要求，摆在米勒面前主要有两方面的工作：一是为合成新的杀虫剂从事 化学合成的研究；二是检查合成的新药是否具有杀虫效果，即从事生物学实验。 3 年过去了，他合成了许多化学药物，但这些药物往往要在喷洒后几小时、甚至 几天才起到杀虫作用，中毒过程太缓慢了。同行们劝他别再钻牛角尖儿了，他自己也 承认，要找到一种好的杀虫剂确实不容易。难道能因此半途而废吗？他实在不甘心， 想到乡亲们受虫害的痛苦，想到“以毒攻毒”的名言，他决定咬紧牙关，继续进行试 验。 米勒知道，一些农药公司制造的杀虫剂是蛾类胃毒剂，也就是随着食物被害虫吃 进胃里之后才能起杀毒作用，所以，这种胃毒剂不能用来防治带菌的虱蚤等，因为虱 和跳骚吸食人或畜的血液，不会把药物吃进胃里。为了对这些害虫也能杀灭，他竭力 想寻找一种触杀剂，也就是说，虫子一接触到药物，它就能穿透昆虫体壁，起到毒杀 作用。 米勒查阅了大量的资料。一天，他看到了双苯基三氯乙烷的制备方法，这就使他 从氯代甲基的毒性出发，进而想知道三氯代甲基的触杀效果。 1939年 9月，米勒正式公开了他的研究成果：新型的杀虫剂对家蝇有惊人的触杀 作用。随后，他又制备了这一药物的各种衍生物，终于合成了双对氯苯基三氯乙烷， 即威力超群的DDT。 DDT 的化学结构是由苯环和三氯乙烷基构成的，其中苯环是致毒部分，三氯乙烷 基是指溶性部分，它对害虫几丁质层的高度亲和力，能使DDT 透过体壁进入虫体，起 到触杀作用。 DDT发明后，化工界对他的发明视为奇谈怪论，但当他们把生产DDT的化学方程式 细细审查之后，便不得不称绝。瑞士政府将这种新型杀虫剂用于防治马铃薯甲虫，结 果非常成功。 DDT 的触杀效力被承认了，但由于制造工艺复杂、成本高、价格贵，它还不能被 普遍推广。后来，经过无数次的改进，1942年才正式投放市场。1943年，美国农业部 进行了试验，也证实了DDT具有较好的杀虫效果。 1943年10月，正值第二次世界大战时期，斑疹伤寒在意大利南部港口那不勒斯流 行起来，这种病是由虱子作媒介的急性传染病，死亡率较高。在当时战争条件下，让 人们全部脱掉所穿的衣服，将其焚毁，再换上新衣服是难以做到的。于是，有人想到 了DDT，用它来毒死虱子! 1944年1月，在那不勒斯开始大面积使用DDT，无论军人还是老百姓，都要排起队 来喷洒DDT溶液。3周之后，虱子被彻底消灭了，人类历史上第一次制止了斑疹伤寒病 的流行，从而有力地显示了DDT 在防治斑疹伤寒及由其他节肢动物传播的疾病方面的 重大功效，从此，DDT名扬世界。
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“寂静的春天”
DDT是人类历史上第一种有机合成农药。继DDT之后，又出现了许多有机氯农药， 主要是狄氏剂、艾氏剂、异狄氏剂、冰片基氯、毒杀芬、高丙体六六六、氯丹、七氯 等，它们具有生产规模大、成本低、药效高、应用范围广泛、残效作用长等优点。所 以，在五六十年代，使用量是非常大的。 美国是使用化学农药最多的国家。在50年代，美国制订了用化学农药控制害虫的 10年计划，开始大量使用农药和杀虫剂，往往一次喷药的土地面积少则几千英亩，多 达几百万英亩。1950年的使用量为10.4万吨，到1961年，美国已有13.1万英亩的土地 喷撒了狄氏剂，其毒性比DDT高50倍。 在美国北卡罗来纳州沿海，有一个沙质的岛屿，叫做奥克拉科克岛。第二次世界 大战期间，美国海军为了在这里驻扎，曾经大量喷洒过DDT，以消灭这里凶恶的蚊虫。 战争结束后，美国政府部门为了消灭岛上的害虫，用喷洒车沿着奥克拉科克狭窄的小 路，把大量DDT 慢慢地喷洒到空中，市民们也积极配合行动，纷纷用自制的喷雾器喷 洒DDT。 1959年秋天，为了控制日本甲虫的蔓延，美国政府在密执安州的东南部，包括底 特律郊区的 2.7万多英亩的土地上，用飞机喷洒大量的艾氏剂药粉。艾氏剂药粉的毒 性为DDT 的100至300倍，而且价格便宜，是所有化学药物中毒性最强的一种。接着， 在依阿华州、印第安纳州、伊利诺斯州及密苏里州等许多地区，也喷洒了大量有机氯 农药。飞机在执行喷洒任务时，农药像雨滴一样落在人行道上。 DDT 和其他有机杀虫剂被大量使用着，每年都要生产几万吨。1966年，美国一年 就在杀虫剂上花费了10亿以上的美元。从1948年开始使用农药到1954年，农作物单位 面积上的产量比1943年不使用农药时提高了 60%。农作物得救了，一些昆虫传播的疾 病也消除了，自从DDT 像灭虱子效果那样消灭蚊子和苍蝇以来，疟疾在美国几乎不为 人所知了，每年报告的疟疾病不到 100例，并且几乎都是从国外带进来的。但是，这 并不代表着可以高枕无忧了。有机杀虫剂的使用，也带来了越来越大的麻烦。 人们慢慢发现，本来是万物复苏的春天，小昆虫和小动物减少了，本来是喧闹的 春天，变得寂静起来。50年代大量使用农药，到60年代才开始认识到其危害! 1962年，美国生物学家莱切尔·卡逊女士出版了《寂静的春天》一书，在美国引 起了轰动和世界舆论的关注，也引起了对有关化学农药的争论。她从1958年开始，就 把全部注意力集中到日益暴露其危害的杀虫剂使用的问题上。她花费了 4年时间，详 尽地调查了官方和民间的各种有关报道和反映，并进行了实地观察。在书中，她例举 了大量事实，说明农药和杀虫剂造成的危害。 世界上有近 300万种昆虫，其中只有3000种是有害的，其余则是无害的或是有益 的，像害虫的天敌飘虫、寄生蜂等。DDT 的毒杀范围是相当广泛的，虽然消灭了许多 害虫，但更多的无害的昆虫也遭到了毒杀。在美国南部，为了消灭火蚁曾大面积地使 用过狄氏剂和七氯，当时，每英亩允许使用 2磅的药量，但是，火蚁并没有灭种，相 反，种类更多的其它昆虫却死亡了很多。 事实上，甚至在被DDT 杀死的那些害虫中，也总有少数个体有化学上的变异，因 而是抗药的，当其他个体被杀死时，它们却活了下来，它们成倍增长，结果便出现了 一种全都能抗药的昆虫。这样，若干年以后，DDT 对于这一类害虫就已变得作用不大 了，人们想要消灭的害虫就繁殖起来，其数量比使用DDT 之前还要多，造成了害虫的 再度成灾，而DDT却无能为力了。 DDT 所具有的长效性，这种原来认为的“优点”也慢慢给人类带来了灾害。它的 化学性质十分稳定，即使在日光曝晒和高温下也极少挥发和分解，结果，它在土壤中 的半衰期长达2至4年，消失95%需要10年的时间。长期使用DDT就会造成土壤、水质和 大气的严重污染。再者，虽然DDT 对哺乳动物和植物无急性毒杀作用，但在动物体内 能够积存，在洒药时也易渗入蔬菜、水果的蜡质层中，使食品增加残毒。当DDT 在人 体内积存到一定数量时，就会伤害中枢神经、肝脏和甲状腺，积存更多则可引起痉挛 和死亡。 在50年代的美国，有一位爱好园艺的医生，他在他的小花园里每周都有规律地使 用 DDT，后来又用了马拉硫磷。有时，直接用手撒，有时借助于水管上的配药附件， 直接地把药加入水管中。他的皮肤和衣服经常被药水浸湿，他也不予理会。一年后， 他忽然病倒了，经过检查，他的脂肪活组织中竟然积累了23ppm(1ppm=10-6 )的DDT。 DDT 损伤了他的神经，而且这种损伤是永久性的，他的体重减轻，感到极度疲劳，患 了特殊的肌肉无力症，表现出典型的马拉硫磷中毒。长期的毒物侵蚀，使这位医生失 去了工作能力，也无法再从事他爱好的园艺活动了。 《寂静的春天》给人们敲响了警钟，但在美国造成的危害却是一时难以消除。这 一时期，美国密执安湖水系 DDT的浓缩情况十分严重，专家经过检验发现，有机氯农 药随着食物链的不断积累，危害也不断增加。湖水中含DDT0.000002ppm，湖泥中含量 为0.014ppm，水中的小虾含有0.041ppm，鳟鱼、石斑鱼含有 3至6ppm，而海鸥体内则 含有99ppm。进一步的试验表明，如果以含有 7至8ppm的DDT残余的干草喂奶牛，牛奶 的DDT含量就会达到大约3ppm，制成奶油后，又会增加65%。到60年代末期，几乎在所 有地球上的生物体内，都可以找到相当数量的 DDT残留物。连生活在南极的企鹅和海 豹的体内都有DDT的残留物，有人估计，自然环境中已积存了10亿镑的DDT。因此，到 1970年，瑞典、美国、加拿大已经停止生产和使用DDT，其他国家也陆续停止了生产。 DDT 虽然被淘汰了，但是它的功绩在科学史上是不可磨灭的，因为在人类的生产 斗争和科学实验范围内，认识总是不断向前发展，决不会停留在原有的水平上， DDT 的被淘汰也是科学发展的必然趋势。
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“保幼激素”与“纸因子”
早在1936年，英国生物学家威格尔斯沃思发现，在昆虫幼虫脑后，有一个细小的 腺体，它能制造使昆虫保持幼年形态的激素——保幼激素。每种昆虫都制造它自己的 保幼激素，并且只对这种昆虫本身起作用，而对其他昆虫没有作用。1956年，美国哈 佛大学的威廉斯又发现，从赛大蛾腹中提取的保幼激素，仅仅沾到蛹的表皮上，便有 足量的保幼激素渗入内部组织，从而打乱其变态过程，而且，变态所受到的打扰极其 严重。如果用了足够的保幼激素，蛹就根本不能生长而只能死去。 威廉斯马上意识到，一种潜在的杀虫剂可能就在这里突破，它的优点就在于利用 昆虫自身的化学物质来消灭它们自己。但是，在野外需要用几千吨杀虫剂才能奏效， 但又不可能提取这么多的杀虫剂。由于人们还不知道保幼激素的化学结构，所以，也 就无法合成它。 1962年的一个夏天，威廉斯和他的同事约翰·劳，坐在哈佛大学的试验室里，正 不知道怎样才能弄清保幼激素的结构，实验室的一位助手听着他们的讨论，开玩笑地 建议他们制作某种混合物。 约翰·劳觉得已经山穷水尽，对助手提出的办法不妨试一试，况且，要制成这种 混合物并不很困难。于是，他们几乎没有费多大功夫，就制造出一种由几种物质混合 而成的油性溶液。他漫不经心地将合成物拿给那位年轻的助手，说： “好了，这就是你所说的混合物。” 他们三人一起，用手中的这种油性液体，在昆虫的蛹身上试了一试，结果令他们 大为吃惊：这种油性液体不仅有效，而且效力大得令他们难以置信，它的效力比起从 赛大蛾腹中的提取物还要大1000倍以上，1盎司这种“劳氏溶液”足以杀死4公顷土地 上的所有昆虫，至少可把那些正在变态中的昆虫全部杀死。 这种物质就是“合成保幼素”，它至少含有 4种不同的化学成分，而且没有一种 结构和天然的保幼激素相同。这种“合成保幼素”对所有的接受实验的昆虫都有效， 而且更重要的是，它对任何不是昆虫的动物都没有作用，对鸟、鱼、哺乳动物和人都 毫无危害。 1965年夏天，捷克斯洛伐克生物学家斯拉玛采用威廉斯所发展的技术，试着将一 种天然保幼素用于一种叫“红椴虫”的无害昆虫，但是他发现，从赛大蛾得到的提取 物对红椴虫并无作用，它只能杀死蛾和蝴蝶，而对红椴虫毫无影响。 威廉斯得知这个试验结果后感到非常奇怪，他邀请斯拉玛带着红椴虫到美国哈佛 大学来共同研究这个问题。 斯拉玛带着一些红椴虫来了，他与威廉斯一起养起了红椴虫。在布拉格，斯拉玛 用同样的方法已经繁殖了几万只红椴虫，每次幼虫都是恰好经过 5次蜕皮，便进入成 虫阶段。但是，在哈佛大学情况却不同了，一个又一个红椴虫经过 5次蜕变却变不了 成虫，它们仍停留在幼虫阶段，并且准备着第6次蜕变。而且，它们还没有完成第6次 蜕变就死了。在哈佛大学的实验室里，有1500只红椴虫死了，而在布拉格却一只也没 有死，这是为什么? 斯拉玛百思不得其解，这就好像有人给它们施加了一定剂量的保幼激素，故而不 能停止其幼虫阶段，可是，根本没有什么人给它们保幼激素。 威廉斯和斯拉玛竭力思索着哈佛大学与布拉格实验中所有可能的不同点。在哈佛 大学，红椴虫是不是以某种方式从实验室中其他昆虫身上得到了保幼激素？威廉斯把 其他昆虫都拿走了，情况仍旧；是不是玻璃容器在清洗过程中被污染了？他们小心翼 翼地进行着同样的试验，红椴虫还是死了；是不是城市里的水有什么问题？威廉斯改 用泉水进行试验，结果虫子还是死了…… 他们就这样对想出的14种可能性进行试验，最后有一种可能性应验了。他们在实 验中的广口瓶中放置了许多纸条，为了让红椴虫爬行，这些纸是当地生产的普通餐巾 纸。会不会是纸有问题呢？威廉斯对纸条进行了检查，他改用了纯净的化学滤纸，结 果，红椴虫立即停止了死亡。 答案找到了!这个试验说明，这种餐巾纸中存在着某种物质，它有保幼激素同样 的作用，也能打乱幼虫的化学机能，在幼虫应该停止蜕皮时，这种物质使幼虫继续蜕 皮，从而致幼虫于死地。 威廉斯高兴极了。这种奇特的物质，该给它起个名字，威廉斯一时想不到更合适 的名字，就管它叫“纸因子”。斯拉玛在布拉格使用的纸就不含有“纸因子”，所以， 造成斯拉玛在布拉格的实验与威廉斯在哈佛大学的实验结果不同。 十分凑巧，“纸因子”实际上只对一组昆虫有效，而红椴虫恰好就在其中之一， 如果斯拉玛随身带来的是另一种群的昆虫，人类或许就可能发现不了“纸因子”，至 少要晚发现许多年。 “纸因子”发现后，威廉斯和斯拉玛继续试用各种纸张，试图解开其中奥妙。他 们发现，几乎所有的美国报纸和杂志使用的纸张都含有这种“纸因子”，在上面爬行 的红椴虫幼虫永远也不会进入成虫阶段，而来自英国、欧洲大陆、日本的纸张却都没 有这种“纸因子”，这又是为什么呢?是不是美国制造厂家在纸中放了什么化学物质? 他们找到厂家了解情况，所得到的答案是没有放任何化学物质。那么，用以造纸 的树木情况又如何呢? 他们开始试验树木的提取物，不久就发现了一种叫做“胶枞”的树，在美国大量 用于造纸，在欧洲却根本不出产这种树木。这种树所含的“纸因子”特别丰富，因而 “纸因子”能从此树木中被大量地提取出来。 1966年，斯拉玛将红椴虫的卵放置在含“纸因子”的纸上，如果这些卵很新鲜， 并且还不到孵出的时候，那么，这些卵就永远孵不出来。然后，他又用成熟的雌虫来 试验，这些雌虫正要产卵，他将一滴“纸因子”溶液滴在成虫身上，透过雌虫身体进 入卵内，结果发现，至少这样的雌虫所产的卵不能孵化。“纸因子”的价值之大，可 以说是空前未有的，因为它可以用来杀死生命刚刚开始的害虫!
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向无公害目标努力
发现“纸因子”后，科学家们又开始研究一个问题，即为什么枞树会有作用类似 保幼激素的物质呢？经过研究认为：昆虫吃植物，植物必须在数以百万年计的进化过 程中，发展出自我保护的办法，使昆虫不能吃掉。如果是这样，那么，必然还有大量 植物也含有这样或那样的“纸因子”。 科学家们继续寻找，果然，到1968年，已经发现了15种这类植物用以自卫的化学 物质。如果科学家们从一系列的植物中进行提取，就有可能找到一系列可针对这种或 那种害虫的杀虫剂，最后，他们也许拥有收集得很齐全的杀虫剂，各自可防治特定的 害虫，而不危及其他昆虫。 1967年，威廉斯跟随一支探险队去巴西的内地进行考察，在那里，有一条大河叫 内格罗河，它流进亚马逊河。内格罗河的意思是“黑河”。它的确是名符其实，河水 颜色又暗又黑。威廉斯敏感地注意到河两岸的昆虫少得出奇，他猜想河水之所以暗黑 是含有大量的各种“纸因子”，或者是来自沿岸树木的浸渍物质，如果是这样，河水 就可能含有各种“纸因子”。他经过试验证明，内格罗河河水确实有含杀虫剂的物质。 如果能够将这种物质提取或者合成，那么用来对付害虫作用就大了。 威廉期要做的事情斯拉玛做了。1968年，斯拉玛合成了一种激素样的化合物，其 杀力之强前所未有。如果把这种激素施用到一只昆虫身上，则凡是与这只昆虫交配的 昆虫都会被沾上一些。一只受过这种激素处理的昆虫，足以使几百只其他昆虫失去生 殖能力。 斯拉玛所合成的这种生物农药就是第三代农药中的一种。生物农药又称生物源农 药，一般是指直接利用自然界有益微生物或从某些生物中获取的具有杀虫、防病等作 用的生物活体物质，或利用农副产品的植物蛋白通过工厂化生产加工的制品，它具有 安全可靠，对人畜和生态环境无污染的优点。这类产品极易被阳光或土壤中的微生物 分解，被誉为当代的无公害农药。 据世界卫生组织报道，发展中国家的农民由于缺乏科学知识和安全措施，又无较 好的医疗设施，每年有200万人农药中毒，其中有2%死亡，平均每分钟就有28人中毒， 每17分钟就有 1人死亡。在80年代仍然没有好转。所以，人类需要发展第三代低毒， 低残留的农药。 早在50年代，世界上第一个微生物杀虫剂BP(日本金龟子芽孢杆菌)在美国注册登 记，到60年代，Bt杀虫剂在美国及其他国家相继注册登记。在80年代以前，生物农药 一直处于研究、田试及小规模生产销售阶段，但自从进入90年代以来，全世界生物农 药的产量每年以10%～20%的速度递增着，迄今已有十几种用于防治600多种农林害虫、 十几种植物病害的生物农药在世界各国取得注册登记。 与此同时，化学农药也没有停止其发展，这从化学农药的产量和高效性就可以看 出来。1965年世界农药产量为 100万吨，1970年为150万吨，到1983年突破200万吨大 关，并继续保持3%～5%的年平均增长率，1992年，达到252万吨，而且质量也在提高。 40年代以前的农药，用量高达每公顷7至8公斤，50年代至70年代，新一代的农药用药 量却降低了一个数量级，为每公顷0.75至 1.5公斤，而70年代以来出现的高效和超高 效农药，用药量已低至每公顷0.015至0.15公斤，还有许多则已低于0.015公斤了。目 前，全世界正在生产的有机磷农药有100多种，美国有61种，占其品种总数的21.8%。 若单以杀虫剂而论，有机磷品种在美国占杀虫剂品种数的 51%。丙溴磷、丙硫磷、甲 丙硫磷等防治抗棉铃虫正显示出很高的活性。化学农药每年可挽回全球农作物损失的 15%～30%，为保障和发展社会生产做出了巨大的贡献。 人类对农药和杀虫剂经过近百年的研制和使用，已总结出了经验和教训，这就是： 应该牢记使用限度、相互依赖性和体系的复杂性这三项原则。, 百拇医药
世界上有3000多种有害的昆虫，它们吃掉大量谷物、水果和纤维品，还传染疾病， 所以，很久以来，人类渴望杀死这些有害的昆虫。在本世纪初的前一二十年，人类对 付害虫的方法主要是使用天然植物农药和矿物农药，如除虫菊、鱼藤酮、无机砷化剂 等等。砷化物对人畜有剧毒，而除虫菊、鱼藤酮的杀虫效果和供应量又都很有限，根 本不能满足农业生产的需要，因此，人工合成农药和杀虫剂势在必行。当时，每年都 有大量的农药和有关的专利问世，但由于杀虫效果不如砷化物和除虫菊，所以，没有 一种能成批生产和使用。经过近一个世纪的努力，人类取得了不少与害虫作斗争的经 验，但也有不少教训。
威力超群的DDT
1925年，瑞士化学家保尔·赫尔曼·米勒开始了合成杀虫剂的研究。有一天，米 勒接到他的妹妹从奥尔坦家乡寄来的信，从信中得知，家乡又闹起了严重的虫灾。米 勒想起小时候听老人说起的中国人的名言“以毒攻毒”，决心要发明一种威力超群的 杀虫剂，帮助乡亲们消除虫灾。 理想的杀虫剂应该具备什么条件呢?它应该具备哪些特点和性质呢?他向自己提出 这样一个问题。经过认真思考之后，他认为，理想的杀虫剂应具备以下 7个条件：一 是对昆虫有剧毒；二是中毒迅速；三是对哺乳动物和植物无毒或只有微毒；四是无刺 激性，没有气味或仅有微弱的气味，在任何情况下都不使人产生不愉快的感觉；五是 毒杀范围应当尽可能广泛，包括尽可能多的节肢动物；六是具有长效，即有很好的化 学稳定性；七是价格便宜，经济实惠。 按照这些要求，摆在米勒面前主要有两方面的工作：一是为合成新的杀虫剂从事 化学合成的研究；二是检查合成的新药是否具有杀虫效果，即从事生物学实验。 3 年过去了，他合成了许多化学药物，但这些药物往往要在喷洒后几小时、甚至 几天才起到杀虫作用，中毒过程太缓慢了。同行们劝他别再钻牛角尖儿了，他自己也 承认，要找到一种好的杀虫剂确实不容易。难道能因此半途而废吗？他实在不甘心， 想到乡亲们受虫害的痛苦，想到“以毒攻毒”的名言，他决定咬紧牙关，继续进行试 验。 米勒知道，一些农药公司制造的杀虫剂是蛾类胃毒剂，也就是随着食物被害虫吃 进胃里之后才能起杀毒作用，所以，这种胃毒剂不能用来防治带菌的虱蚤等，因为虱 和跳骚吸食人或畜的血液，不会把药物吃进胃里。为了对这些害虫也能杀灭，他竭力 想寻找一种触杀剂，也就是说，虫子一接触到药物，它就能穿透昆虫体壁，起到毒杀 作用。 米勒查阅了大量的资料。一天，他看到了双苯基三氯乙烷的制备方法，这就使他 从氯代甲基的毒性出发，进而想知道三氯代甲基的触杀效果。 1939年 9月，米勒正式公开了他的研究成果：新型的杀虫剂对家蝇有惊人的触杀 作用。随后，他又制备了这一药物的各种衍生物，终于合成了双对氯苯基三氯乙烷， 即威力超群的DDT。 DDT 的化学结构是由苯环和三氯乙烷基构成的，其中苯环是致毒部分，三氯乙烷 基是指溶性部分，它对害虫几丁质层的高度亲和力，能使DDT 透过体壁进入虫体，起 到触杀作用。 DDT发明后，化工界对他的发明视为奇谈怪论，但当他们把生产DDT的化学方程式 细细审查之后，便不得不称绝。瑞士政府将这种新型杀虫剂用于防治马铃薯甲虫，结 果非常成功。 DDT 的触杀效力被承认了，但由于制造工艺复杂、成本高、价格贵，它还不能被 普遍推广。后来，经过无数次的改进，1942年才正式投放市场。1943年，美国农业部 进行了试验，也证实了DDT具有较好的杀虫效果。 1943年10月，正值第二次世界大战时期，斑疹伤寒在意大利南部港口那不勒斯流 行起来，这种病是由虱子作媒介的急性传染病，死亡率较高。在当时战争条件下，让 人们全部脱掉所穿的衣服，将其焚毁，再换上新衣服是难以做到的。于是，有人想到 了DDT，用它来毒死虱子! 1944年1月，在那不勒斯开始大面积使用DDT，无论军人还是老百姓，都要排起队 来喷洒DDT溶液。3周之后，虱子被彻底消灭了，人类历史上第一次制止了斑疹伤寒病 的流行，从而有力地显示了DDT 在防治斑疹伤寒及由其他节肢动物传播的疾病方面的 重大功效，从此，DDT名扬世界。
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“寂静的春天”
DDT是人类历史上第一种有机合成农药。继DDT之后，又出现了许多有机氯农药， 主要是狄氏剂、艾氏剂、异狄氏剂、冰片基氯、毒杀芬、高丙体六六六、氯丹、七氯 等，它们具有生产规模大、成本低、药效高、应用范围广泛、残效作用长等优点。所 以，在五六十年代，使用量是非常大的。 美国是使用化学农药最多的国家。在50年代，美国制订了用化学农药控制害虫的 10年计划，开始大量使用农药和杀虫剂，往往一次喷药的土地面积少则几千英亩，多 达几百万英亩。1950年的使用量为10.4万吨，到1961年，美国已有13.1万英亩的土地 喷撒了狄氏剂，其毒性比DDT高50倍。 在美国北卡罗来纳州沿海，有一个沙质的岛屿，叫做奥克拉科克岛。第二次世界 大战期间，美国海军为了在这里驻扎，曾经大量喷洒过DDT，以消灭这里凶恶的蚊虫。 战争结束后，美国政府部门为了消灭岛上的害虫，用喷洒车沿着奥克拉科克狭窄的小 路，把大量DDT 慢慢地喷洒到空中，市民们也积极配合行动，纷纷用自制的喷雾器喷 洒DDT。 1959年秋天，为了控制日本甲虫的蔓延，美国政府在密执安州的东南部，包括底 特律郊区的 2.7万多英亩的土地上，用飞机喷洒大量的艾氏剂药粉。艾氏剂药粉的毒 性为DDT 的100至300倍，而且价格便宜，是所有化学药物中毒性最强的一种。接着， 在依阿华州、印第安纳州、伊利诺斯州及密苏里州等许多地区，也喷洒了大量有机氯 农药。飞机在执行喷洒任务时，农药像雨滴一样落在人行道上。 DDT 和其他有机杀虫剂被大量使用着，每年都要生产几万吨。1966年，美国一年 就在杀虫剂上花费了10亿以上的美元。从1948年开始使用农药到1954年，农作物单位 面积上的产量比1943年不使用农药时提高了 60%。农作物得救了，一些昆虫传播的疾 病也消除了，自从DDT 像灭虱子效果那样消灭蚊子和苍蝇以来，疟疾在美国几乎不为 人所知了，每年报告的疟疾病不到 100例，并且几乎都是从国外带进来的。但是，这 并不代表着可以高枕无忧了。有机杀虫剂的使用，也带来了越来越大的麻烦。 人们慢慢发现，本来是万物复苏的春天，小昆虫和小动物减少了，本来是喧闹的 春天，变得寂静起来。50年代大量使用农药，到60年代才开始认识到其危害! 1962年，美国生物学家莱切尔·卡逊女士出版了《寂静的春天》一书，在美国引 起了轰动和世界舆论的关注，也引起了对有关化学农药的争论。她从1958年开始，就 把全部注意力集中到日益暴露其危害的杀虫剂使用的问题上。她花费了 4年时间，详 尽地调查了官方和民间的各种有关报道和反映，并进行了实地观察。在书中，她例举 了大量事实，说明农药和杀虫剂造成的危害。 世界上有近 300万种昆虫，其中只有3000种是有害的，其余则是无害的或是有益 的，像害虫的天敌飘虫、寄生蜂等。DDT 的毒杀范围是相当广泛的，虽然消灭了许多 害虫，但更多的无害的昆虫也遭到了毒杀。在美国南部，为了消灭火蚁曾大面积地使 用过狄氏剂和七氯，当时，每英亩允许使用 2磅的药量，但是，火蚁并没有灭种，相 反，种类更多的其它昆虫却死亡了很多。 事实上，甚至在被DDT 杀死的那些害虫中，也总有少数个体有化学上的变异，因 而是抗药的，当其他个体被杀死时，它们却活了下来，它们成倍增长，结果便出现了 一种全都能抗药的昆虫。这样，若干年以后，DDT 对于这一类害虫就已变得作用不大 了，人们想要消灭的害虫就繁殖起来，其数量比使用DDT 之前还要多，造成了害虫的 再度成灾，而DDT却无能为力了。 DDT 所具有的长效性，这种原来认为的“优点”也慢慢给人类带来了灾害。它的 化学性质十分稳定，即使在日光曝晒和高温下也极少挥发和分解，结果，它在土壤中 的半衰期长达2至4年，消失95%需要10年的时间。长期使用DDT就会造成土壤、水质和 大气的严重污染。再者，虽然DDT 对哺乳动物和植物无急性毒杀作用，但在动物体内 能够积存，在洒药时也易渗入蔬菜、水果的蜡质层中，使食品增加残毒。当DDT 在人 体内积存到一定数量时，就会伤害中枢神经、肝脏和甲状腺，积存更多则可引起痉挛 和死亡。 在50年代的美国，有一位爱好园艺的医生，他在他的小花园里每周都有规律地使 用 DDT，后来又用了马拉硫磷。有时，直接用手撒，有时借助于水管上的配药附件， 直接地把药加入水管中。他的皮肤和衣服经常被药水浸湿，他也不予理会。一年后， 他忽然病倒了，经过检查，他的脂肪活组织中竟然积累了23ppm(1ppm=10-6 )的DDT。 DDT 损伤了他的神经，而且这种损伤是永久性的，他的体重减轻，感到极度疲劳，患 了特殊的肌肉无力症，表现出典型的马拉硫磷中毒。长期的毒物侵蚀，使这位医生失 去了工作能力，也无法再从事他爱好的园艺活动了。 《寂静的春天》给人们敲响了警钟，但在美国造成的危害却是一时难以消除。这 一时期，美国密执安湖水系 DDT的浓缩情况十分严重，专家经过检验发现，有机氯农 药随着食物链的不断积累，危害也不断增加。湖水中含DDT0.000002ppm，湖泥中含量 为0.014ppm，水中的小虾含有0.041ppm，鳟鱼、石斑鱼含有 3至6ppm，而海鸥体内则 含有99ppm。进一步的试验表明，如果以含有 7至8ppm的DDT残余的干草喂奶牛，牛奶 的DDT含量就会达到大约3ppm，制成奶油后，又会增加65%。到60年代末期，几乎在所 有地球上的生物体内，都可以找到相当数量的 DDT残留物。连生活在南极的企鹅和海 豹的体内都有DDT的残留物，有人估计，自然环境中已积存了10亿镑的DDT。因此，到 1970年，瑞典、美国、加拿大已经停止生产和使用DDT，其他国家也陆续停止了生产。 DDT 虽然被淘汰了，但是它的功绩在科学史上是不可磨灭的，因为在人类的生产 斗争和科学实验范围内，认识总是不断向前发展，决不会停留在原有的水平上， DDT 的被淘汰也是科学发展的必然趋势。
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“保幼激素”与“纸因子”
早在1936年，英国生物学家威格尔斯沃思发现，在昆虫幼虫脑后，有一个细小的 腺体，它能制造使昆虫保持幼年形态的激素——保幼激素。每种昆虫都制造它自己的 保幼激素，并且只对这种昆虫本身起作用，而对其他昆虫没有作用。1956年，美国哈 佛大学的威廉斯又发现，从赛大蛾腹中提取的保幼激素，仅仅沾到蛹的表皮上，便有 足量的保幼激素渗入内部组织，从而打乱其变态过程，而且，变态所受到的打扰极其 严重。如果用了足够的保幼激素，蛹就根本不能生长而只能死去。 威廉斯马上意识到，一种潜在的杀虫剂可能就在这里突破，它的优点就在于利用 昆虫自身的化学物质来消灭它们自己。但是，在野外需要用几千吨杀虫剂才能奏效， 但又不可能提取这么多的杀虫剂。由于人们还不知道保幼激素的化学结构，所以，也 就无法合成它。 1962年的一个夏天，威廉斯和他的同事约翰·劳，坐在哈佛大学的试验室里，正 不知道怎样才能弄清保幼激素的结构，实验室的一位助手听着他们的讨论，开玩笑地 建议他们制作某种混合物。 约翰·劳觉得已经山穷水尽，对助手提出的办法不妨试一试，况且，要制成这种 混合物并不很困难。于是，他们几乎没有费多大功夫，就制造出一种由几种物质混合 而成的油性溶液。他漫不经心地将合成物拿给那位年轻的助手，说： “好了，这就是你所说的混合物。” 他们三人一起，用手中的这种油性液体，在昆虫的蛹身上试了一试，结果令他们 大为吃惊：这种油性液体不仅有效，而且效力大得令他们难以置信，它的效力比起从 赛大蛾腹中的提取物还要大1000倍以上，1盎司这种“劳氏溶液”足以杀死4公顷土地 上的所有昆虫，至少可把那些正在变态中的昆虫全部杀死。 这种物质就是“合成保幼素”，它至少含有 4种不同的化学成分，而且没有一种 结构和天然的保幼激素相同。这种“合成保幼素”对所有的接受实验的昆虫都有效， 而且更重要的是，它对任何不是昆虫的动物都没有作用，对鸟、鱼、哺乳动物和人都 毫无危害。 1965年夏天，捷克斯洛伐克生物学家斯拉玛采用威廉斯所发展的技术，试着将一 种天然保幼素用于一种叫“红椴虫”的无害昆虫，但是他发现，从赛大蛾得到的提取 物对红椴虫并无作用，它只能杀死蛾和蝴蝶，而对红椴虫毫无影响。 威廉斯得知这个试验结果后感到非常奇怪，他邀请斯拉玛带着红椴虫到美国哈佛 大学来共同研究这个问题。 斯拉玛带着一些红椴虫来了，他与威廉斯一起养起了红椴虫。在布拉格，斯拉玛 用同样的方法已经繁殖了几万只红椴虫，每次幼虫都是恰好经过 5次蜕皮，便进入成 虫阶段。但是，在哈佛大学情况却不同了，一个又一个红椴虫经过 5次蜕变却变不了 成虫，它们仍停留在幼虫阶段，并且准备着第6次蜕变。而且，它们还没有完成第6次 蜕变就死了。在哈佛大学的实验室里，有1500只红椴虫死了，而在布拉格却一只也没 有死，这是为什么? 斯拉玛百思不得其解，这就好像有人给它们施加了一定剂量的保幼激素，故而不 能停止其幼虫阶段，可是，根本没有什么人给它们保幼激素。 威廉斯和斯拉玛竭力思索着哈佛大学与布拉格实验中所有可能的不同点。在哈佛 大学，红椴虫是不是以某种方式从实验室中其他昆虫身上得到了保幼激素？威廉斯把 其他昆虫都拿走了，情况仍旧；是不是玻璃容器在清洗过程中被污染了？他们小心翼 翼地进行着同样的试验，红椴虫还是死了；是不是城市里的水有什么问题？威廉斯改 用泉水进行试验，结果虫子还是死了…… 他们就这样对想出的14种可能性进行试验，最后有一种可能性应验了。他们在实 验中的广口瓶中放置了许多纸条，为了让红椴虫爬行，这些纸是当地生产的普通餐巾 纸。会不会是纸有问题呢？威廉斯对纸条进行了检查，他改用了纯净的化学滤纸，结 果，红椴虫立即停止了死亡。 答案找到了!这个试验说明，这种餐巾纸中存在着某种物质，它有保幼激素同样 的作用，也能打乱幼虫的化学机能，在幼虫应该停止蜕皮时，这种物质使幼虫继续蜕 皮，从而致幼虫于死地。 威廉斯高兴极了。这种奇特的物质，该给它起个名字，威廉斯一时想不到更合适 的名字，就管它叫“纸因子”。斯拉玛在布拉格使用的纸就不含有“纸因子”，所以， 造成斯拉玛在布拉格的实验与威廉斯在哈佛大学的实验结果不同。 十分凑巧，“纸因子”实际上只对一组昆虫有效，而红椴虫恰好就在其中之一， 如果斯拉玛随身带来的是另一种群的昆虫，人类或许就可能发现不了“纸因子”，至 少要晚发现许多年。 “纸因子”发现后，威廉斯和斯拉玛继续试用各种纸张，试图解开其中奥妙。他 们发现，几乎所有的美国报纸和杂志使用的纸张都含有这种“纸因子”，在上面爬行 的红椴虫幼虫永远也不会进入成虫阶段，而来自英国、欧洲大陆、日本的纸张却都没 有这种“纸因子”，这又是为什么呢?是不是美国制造厂家在纸中放了什么化学物质? 他们找到厂家了解情况，所得到的答案是没有放任何化学物质。那么，用以造纸 的树木情况又如何呢? 他们开始试验树木的提取物，不久就发现了一种叫做“胶枞”的树，在美国大量 用于造纸，在欧洲却根本不出产这种树木。这种树所含的“纸因子”特别丰富，因而 “纸因子”能从此树木中被大量地提取出来。 1966年，斯拉玛将红椴虫的卵放置在含“纸因子”的纸上，如果这些卵很新鲜， 并且还不到孵出的时候，那么，这些卵就永远孵不出来。然后，他又用成熟的雌虫来 试验，这些雌虫正要产卵，他将一滴“纸因子”溶液滴在成虫身上，透过雌虫身体进 入卵内，结果发现，至少这样的雌虫所产的卵不能孵化。“纸因子”的价值之大，可 以说是空前未有的，因为它可以用来杀死生命刚刚开始的害虫!
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向无公害目标努力
发现“纸因子”后，科学家们又开始研究一个问题，即为什么枞树会有作用类似 保幼激素的物质呢？经过研究认为：昆虫吃植物，植物必须在数以百万年计的进化过 程中，发展出自我保护的办法，使昆虫不能吃掉。如果是这样，那么，必然还有大量 植物也含有这样或那样的“纸因子”。 科学家们继续寻找，果然，到1968年，已经发现了15种这类植物用以自卫的化学 物质。如果科学家们从一系列的植物中进行提取，就有可能找到一系列可针对这种或 那种害虫的杀虫剂，最后，他们也许拥有收集得很齐全的杀虫剂，各自可防治特定的 害虫，而不危及其他昆虫。 1967年，威廉斯跟随一支探险队去巴西的内地进行考察，在那里，有一条大河叫 内格罗河，它流进亚马逊河。内格罗河的意思是“黑河”。它的确是名符其实，河水 颜色又暗又黑。威廉斯敏感地注意到河两岸的昆虫少得出奇，他猜想河水之所以暗黑 是含有大量的各种“纸因子”，或者是来自沿岸树木的浸渍物质，如果是这样，河水 就可能含有各种“纸因子”。他经过试验证明，内格罗河河水确实有含杀虫剂的物质。 如果能够将这种物质提取或者合成，那么用来对付害虫作用就大了。 威廉期要做的事情斯拉玛做了。1968年，斯拉玛合成了一种激素样的化合物，其 杀力之强前所未有。如果把这种激素施用到一只昆虫身上，则凡是与这只昆虫交配的 昆虫都会被沾上一些。一只受过这种激素处理的昆虫，足以使几百只其他昆虫失去生 殖能力。 斯拉玛所合成的这种生物农药就是第三代农药中的一种。生物农药又称生物源农 药，一般是指直接利用自然界有益微生物或从某些生物中获取的具有杀虫、防病等作 用的生物活体物质，或利用农副产品的植物蛋白通过工厂化生产加工的制品，它具有 安全可靠，对人畜和生态环境无污染的优点。这类产品极易被阳光或土壤中的微生物 分解，被誉为当代的无公害农药。 据世界卫生组织报道，发展中国家的农民由于缺乏科学知识和安全措施，又无较 好的医疗设施，每年有200万人农药中毒，其中有2%死亡，平均每分钟就有28人中毒， 每17分钟就有 1人死亡。在80年代仍然没有好转。所以，人类需要发展第三代低毒， 低残留的农药。 早在50年代，世界上第一个微生物杀虫剂BP(日本金龟子芽孢杆菌)在美国注册登 记，到60年代，Bt杀虫剂在美国及其他国家相继注册登记。在80年代以前，生物农药 一直处于研究、田试及小规模生产销售阶段，但自从进入90年代以来，全世界生物农 药的产量每年以10%～20%的速度递增着，迄今已有十几种用于防治600多种农林害虫、 十几种植物病害的生物农药在世界各国取得注册登记。 与此同时，化学农药也没有停止其发展，这从化学农药的产量和高效性就可以看 出来。1965年世界农药产量为 100万吨，1970年为150万吨，到1983年突破200万吨大 关，并继续保持3%～5%的年平均增长率，1992年，达到252万吨，而且质量也在提高。 40年代以前的农药，用量高达每公顷7至8公斤，50年代至70年代，新一代的农药用药 量却降低了一个数量级，为每公顷0.75至 1.5公斤，而70年代以来出现的高效和超高 效农药，用药量已低至每公顷0.015至0.15公斤，还有许多则已低于0.015公斤了。目 前，全世界正在生产的有机磷农药有100多种，美国有61种，占其品种总数的21.8%。 若单以杀虫剂而论，有机磷品种在美国占杀虫剂品种数的 51%。丙溴磷、丙硫磷、甲 丙硫磷等防治抗棉铃虫正显示出很高的活性。化学农药每年可挽回全球农作物损失的 15%～30%，为保障和发展社会生产做出了巨大的贡献。 人类对农药和杀虫剂经过近百年的研制和使用，已总结出了经验和教训，这就是： 应该牢记使用限度、相互依赖性和体系的复杂性这三项原则。, 百拇医药