日益严重的农药抗药性问题

弗莱明第一次称之为模具汁”。度假归来，这位苏格兰细菌学家在他的培养皿中发现了奇怪的霉菌斑点的葡萄球菌．这些斑点周围没有细菌;看起来好像“霉菌汁”已经扫清了道路。确实如此，后来它有了一个复杂的名字——青霉素，第一种抗生素。青霉素是在1941然而，大自然很快就进行了反击。在1942,抗金黄色葡萄球菌被发现。如今，细菌的快速进化和对多种抗生素的交叉耐药性引发了人们对抗生素不再起作用的世界的担忧。多个公共活动而且倡议到处都在讨论抗生素耐药性。然而，另一种基于抗性的威胁正潜伏在我们的鼻子底下，实际上就在我们的盘子里:农药抗性。

在1878在美国，法国酿酒师因两种害虫而损失葡萄:昆虫和暴饮暴食。而葡萄根瘤蚜虫子，一种黄色的吸吮昆虫，以葡萄根为食，路过葡萄园的人会以路边生长的葡萄为食。容易买到的零食减少了产量，让农民忧心忡忡。为了骗过这些游客，葡萄园主把石灰牛奶和硫酸铜混合在一起，然后把这种混合物洒在葡萄上，把葡萄涂成蓝色，让葡萄看起来像腐烂了一样。这减少了游客的盗窃行为，启发了波尔多大学化学教授皮埃尔-玛丽-亚历克西斯·米拉尔代(Pierre-Marie-Alexis Millardet)第一次杀真菌剂．Millardet路过波尔多的葡萄园时注意到，靠近公路的葡萄藤不像其他葡萄藤那样受到霜霉病真菌的影响。当他听说石灰混合物时，他认为它可以阻止真菌，他是对的。他用同样的原料制成了“波尔多混合物”，这是一种酿酒师使用了几十年的杀菌剂。今天，农民们仍在使用这种DIY杀菌剂来对付害虫，尽管严格的规定．但在这次成功的事件之前，人类使用化学手段对抗害虫和杂草的历史可以追溯到更早的时候。

历史悠久

“最早的可能是在公元前400年白菊叶显然是在商店里使用的格雷厄姆·马修斯他是英国帝国理工学院的教授，也是这本书的作者农药的历史．一旦干燥，花就长出来了除虫菊这是一种天然杀虫剂，对家蝇等害虫有效。马修斯在他的书中提到了其他天然杀虫剂:从醋和牛尿来预防树木溃疡病，到用芸香植物煮水来杀死西班牙苍蝇。种植者以不同的方式使用植物和溶剂，通常是创造性的，所有这些都有一个共同的目标:种植更多的食物。马修斯说，毫无疑问，农民希望获得更高的产量。“特别是在我工作的棉花领域，产量一般不超过每公顷500公斤。但是使用杀虫剂，即使在合理的降雨量下，我们也能得到1500到1600公斤。通过灌溉，产量上升到每公顷3000公斤。“如果有化学药品，农民就会使用它们，这就引发了一些担忧，因为农药从相对无害的植物变成了有害的化学物质。”他补充说:“DDT确实极大地改变了这种情况。”

二氯二苯三氯乙烷，简称滴滴涕第一种现代合成杀虫剂．虽然它在农业中变得至关重要，但最初的目的是为了抗击疟疾等虫媒疾病。“现在很难想象，但越来越多的士兵死于疟疾热带地区的战争而不是战争本身。”滴滴涕在控制蚊子及其带来的疾病方面非常成功。鉴于它的价值，它的创造者保罗Müller收到了1948年获得诺贝尔医学奖．滴滴涕是在瑞士发明的，它的生产迅速蔓延这主要是因为它在战区的有效使用。正如马修斯所描述的那样，它进一步刺激了更多的行业去发现新的化学物质。第二次世界大战后，化学家们发明了一系列新型农药，随着“绿色革命”的兴起，农民们得以种植能够抵御虫害的关键作物新品种，从而避免饥荒。当然，滴滴涕的缺点——包括它对许多鸟类的灾难性影响——导致它在20世纪70年代在美国被禁止使用，其他国家也纷纷效仿。但农药研究一直在向前发展，到了20世纪70年代最畅销的除草剂引入了草甘膦。

草甘膦，也就是它的商业名称摘要，破坏一个复杂的代谢途径在杂草中，抑制关键的生长蛋白，杀死广泛的入侵植物。自从草甘膦被发现以来，它在全球范围内被广泛应用于农业、体育设施、公园和铁路等领域。这是其中之一大多数人都在研究农用化学品时至今日，农民们仍在依赖它。然而，随着全球对草甘膦的依赖，抗药性的初步迹象开始出现。在1996在发明20年后的今天，草甘膦已不再具有杀伤力Lolium rigidum是一种草。这一事件与滴滴涕事件如出一辙50年前当研究人员第一次记录对杀虫剂有抵抗力的家蝇时。同样的情况也发生在其他农药上:害虫迟早会进化出抗药性。创新的化学技术改变了农业，但农药抗性也在发生变化。

抗药性的上升

“耐药性导致了这个问题，我们几十年来所依赖的控制措施不再起作用，”他解释道达纳·麦格雷戈他是英国赫特福德郡洛桑研究所的植物分子遗传学家。“农民们会到田里去，他们会喷洒作物，最后他们会得到作物，就这么简单。现在，传统的方法仅仅是出去使用罐头里的东西是行不通的。农民方面必须付出更多努力，才能实现真正高水平的健康作物和高产。”

杂草是适应性强的生物，随着时间的推移会对除草剂产生抗性遗传和代谢适应．抗性主要有两种类型:特殊抗性和一般抗性。在特异抗性方面，杂草通过基因突变来抵抗除草剂。有些类型的除草剂通过结合入侵植物DNA的特定位置来杀死杂草。然而，通过突变，杂草DNA发生了变化，干扰了除草剂的作用。如果除草剂不能再与杂草的DNA结合，它就不再有效，杂草就会产生抗药性。一般的耐药性更为复杂。杂草通过多种途径抵抗除草剂，可能包括代谢和遗传两方面。因此，农民使用同一种除草剂的次数越多，杂草就越有可能进化和抵抗。这种日益增强的对化学品的抵抗力危及多种作物，在英国，小麦作物正处于危险之中。

英国是其中之一顶级生产商在欧洲种植小麦。最近的一次报告显示抗性黑草(等myosuroideS)，一株杂草会使这种谷物作物的产量减少高达80万吨，这意味着农民每年损失3.8亿英镑的收入。这相当于16亿条面包。这些都是很大的数字。我不是一个真正的农民，我不是一个农学家，但我知道16亿条面包长什么样。而且这只是一个国家的一种耐药杂草。”

遗传的解决方案

麦格雷戈的工作重点是通过观察杂草的基因组来了解除草剂的抗性。她把抗杂草比作一辆坏了的汽车。要解决这个问题，首先必须了解是什么造成了损害。但是，虽然机械师可以打开一辆汽车，看看是什么故障部件导致汽车无法工作，但植物科学家却不太熟悉是什么让植物抗农药。“当我们观察植物时，我们看到的是绿色的部分和开花的部分。但里面到底是什么呢?我们所看到的[抗性]性状的遗传学基础是什么?麦格雷戈在分子水平上比较了被除草剂杀死的植物和抗除草剂的植物。有了这些信息，她可能会明白是什么让杂草具有抗性，以及什么策略更可行。麦格雷戈并没有直接致力于创造新的除草剂，但她与化学公司合作，这些公司将利用她通过杂草研究收集到的信息来这样做。

德国的另一个研究小组正试图将具有新作用模式的除草剂推向市场。在Targenomix在美国，科学家们正在确定具有除草剂作用的化学物质的作用模式。Sabine Kahlau她解释说，她和同事们从客户公司(比如拜耳)那里收到了具有除草活性的化学品。然后他们识别这些小分子的分子目标。其中一些分子仍处于研究管道的早期阶段，而其他分子已经在市场上上市。这就是aclonifen的例子。

在生产实际市场产品的过程中会损失很多化合物

Aclonifen是一种使用过的除草剂从1960年代中期开始．它抑制色素合成，破坏叶绿素和漂白杂草等sp．到去年为止，该除草剂的目标还不清楚。工业生产它，农民使用它，但没有人知道它在工厂里针对什么。Kahlau和她的同事最终确定茄内酯二磷酸合酶(SPS)，一种酶，将成为阿克洛尼芬的目标——这一发现首次表明SPS可以成为除草剂的目标，她补充说。尽管对阿克洛尼芬的耐药性并不是一个令人担忧的问题(只是六种杂草到目前为止对它有抗性)，这一发现表明了研究植物内部蛋白质的潜力，并将其视为潜在的除草剂目标。

“植物的基因组编码有2万到3万种不同的蛋白质。并不是所有的植物都是除草剂的目标，因为植物可以释放其中的一些而不会受到太大的伤害。但他们中的很多人都是目标。”洛萨Willmitzer说。targenome的研究主管Willmitzer解释说，目前商业化的除草剂只针对植物中数千种蛋白质中的大约100种。他说，为了克服除草剂抗性，必须识别为除草剂提供新靶标的蛋白质。

但是，即使在发现了新的途径和作用模式之后，由于多种原因，将一种除草剂从试验台推向作物可能需要比预期更长的时间。从毒理学到环境影响，除草剂必须符合监管机构的严格标准，必须满足许多参数才能用于作物。威尔米策描述了数千个不符合许多标准的潜在分子的损失，卡劳也同意这一点。她说:“在成为真正的市场产品的过程中，你会损失很多化合物。”

在农用化学品公司先正达(Syngenta)技术和数字集成主管马丁•克拉夫(Martin Clough)看来，这些标准清单大有用处。“这不仅仅是我们想要克服耐药性，我们还必须找到所有其他的东西。[新型除草剂]必须有效、安全、对环境影响最小、不能残留等等。设计参数有很多，其中电阻是一个重要的参数，但不是唯一的参数。这简直就像大海捞针。”

在先正达，新产品仍在测试中，而且已经进行了多年。根据克拉夫的说法，开发一种新农药大约需要10年时间和2亿美元(1.4亿英镑)。尽管有严格的指导方针、巨大的成本和缓慢的流程，但研发公司热衷于发现新的行动模式。然而，当这些新的行动模式成为现实时，杂草不会再次产生抗药性吗?

抵抗是不可避免的吗?

研究得出的结论是，耐药性可能是不可避免的，杂草对市场上引入的任何新产品都会产生耐药性。虽然在ddt被发现后，抗药性家蝇花了几年时间才出现，但目前的情况是仓促的:抗药性因物种和化学物质而异，但它可以在最短的时间内形成三个连续使用单一产品的年限。那么，寻找新的化学物质有什么意义呢?

Clough提到，市场上有了更多的作用模式，农民就不会被迫一次又一次地使用同一种除草剂——这种重复使用是首先选择抗性的原因。此外，完全放弃使用除草剂可以解决抗性问题，但也会引发新的问题。他解释说:“如果我们依靠耕作(传统农业)策略来控制杂草，那么我们就会面临其他问题，比如土壤结构的破坏、土壤侵蚀和土壤微生物群的破坏，这对作物和环境都是有害的。”“在农业已经从深度机械耕作转向的地方，土壤结构的形态要好得多。如果你回到机械耕作的方式，你还会释放更多的二氧化碳，增加温室气体的产生。”

因此，创新之路可以包括传统。为了防治害虫，农民不能再完全依靠化学品或传统做法。这一任务需要一种跨学科的方法，将化学杂草控制与非化学方法结合起来。在综合病虫害管理战略中，种植者需要计划使用哪种除草剂，定期测试杂草，轮流使用化学品和作物，并练习耕作。新的行动模式将是这项计划的重要补充。然而，与50年前的不同之处在于种植者如何使用这些新的行动模式。Kahlau提倡巧妙使用除草剂以避免抗性:仔细施用除草剂，旋转作用机制，并施用适当的剂量。克劳夫表示同意。“作为一个农民，你不能自满。你真的需要使用所有你能得到的工具。 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，没有解决耐药性问题的灵丹妙药。对付抗生素耐药性需要采取行动和持续的研究，而对付除草剂耐药性则结合了化学和非化学战略。尽管这些斗争可能令人筋疲力尽，但事实是，在杂草、细菌和人类之间的进化竞赛中，我们正在失败。只有创新和研究才能为人类提供打败病菌和杂草的必要工具。

Bárbara Pinho是葡萄牙波尔图的科学作家