作物保护中的生物制剂：从人类健康的角度来看，它们是否比化学品更好？

近年来，任何关于作物保护问题的讨论都不可避免地引出了一个问题：生物制品——它们是否比化学品更好？

简短的回答是——是的——几乎每一个指标，从人类健康的角度来看也是如此。

然而，随着我们对生物制品背后机制的理解不断加深，我们必须不断意识到，生物农药尽管通常对人类健康或环境危害的潜在风险较低，但不一定无害，尽管它是天然来源的

介绍

对作物保护产品（传统农药和生物农药）的全球市场规模的估计各不相同，但一致认为，生物农药预计将从 2003 年全球农药市场的约 2% 增加到 2020 年的约 8% – 受复合年增长率的推动增长速度几乎是传统农药的三倍。

这种增长是由更严格的农药监管要求、消费者对化学农药造成的危害的认识以及对新的和可持续的行动方式的需求推动的，这些都是推动生物农药市场增长的因素。

生物农药与传统化学农药一样有效，收获前的间隔时间短，作用方式互补，通常可生物降解，几乎没有（或没有）有害残留物，而且通常更便宜且更容易注册。

一般来说，生物农药对人类健康或环境危害的潜在风险较低，但重要的是要意识到生物农药不一定无害，尽管它是天然来源的。

健康考虑：生物农药的作用方式

生物农药可根据其作用方式分为生物除草剂、生物杀虫剂和生物杀线虫剂以及生物杀真菌剂。在下文中，我们将从人类健康的角度考虑这些群体中的每一个。

生物除草剂
通常，生物除草剂针对特定酶并抑制其正常功能。通过抑制酶功能，生物除草剂抑制有机植物成分的生物合成，例如脂肪酸，或植物功能所必需的代谢过程，例如光合作用。

虽然生物除草剂针对许多与传统（合成）除草剂相同的植物代谢过程，但并非所有生物除草剂的作用方式都与光合作用过程直接相关。

例如，基于线粒体的代谢过程——包括呼吸作用和脂质生物合成——可能会被生物除草剂抑制。此外，线粒体呼吸电子传递过程在进化上与光合电子传递有关，而针对光合电子传递的除草剂可能会影响哺乳动物、昆虫和微生物的呼吸。这可能对这组生物农药的环境影响产生影响，并且是日益增长的研究兴趣的主题。

微生物生物除草剂包括细菌和真菌内生菌（在植物中繁殖而不引起疾病的微生物）以及病毒。

接触这些生物体后可能会对健康产生不利影响。关于健康影响的研究主要集中在潜在的毒性和致病性上，而对它们的潜在过敏性研究较少。

生物杀虫剂
生物杀虫剂包括微生物（如 苏云金芽孢杆菌) 感染昆虫或线虫，以及来自微生物、植物或动物的具有杀虫活性的天然化合物。

一些菌株 苏云金芽孢杆菌 (Bt) 特定于鳞翅目物种，而其他菌株可能针对双翅目和半翅目幼虫。 Bt 对非目标生物的毒性以及细菌毒素与粘土的结合的报告一直是争论的话题。大多数研究人员同意 Bt 监测必须继续进行，并酌情修改它们的使用。

生化生物杀虫剂是天然存在的化合物，通常由植物产生以防御捕食，但也包括控制昆虫或诱导植物防御反应的微生物提取物。

生化生物杀虫剂可能针对特定的昆虫神经功能，例如跨神经膜摄取离子。通常，生物杀虫剂对昆虫具有高度特异性，因为相对于哺乳动物的神经受体，它们对昆虫神经受体的亲和力更大。

与特定杀虫剂相反，其他杀虫剂可能针对昆虫和哺乳动物共有的代谢过程。由于 AChE 酶在昆虫和哺乳动物中相似，因此这组杀虫剂不被认为是选择性的，在使用时必须适当小心。

因此，需要注意的是，并不是所有的天然产物都可以注册为生物农药。例如，尽管除虫菊酯、多杀菌素和阿维菌素是天然来源，但由于其神经毒性作用方式，它们被注册为常规（化学）杀虫剂。

生物杀菌剂
生物杀真菌剂是用于控制植物病原真菌活性的活生物体或天然代谢物的制剂。

微生物生物杀真菌剂包括真菌病原芽孢杆菌属物种。芽孢杆菌的孢子（特别是 蜡样芽孢杆菌 和'枯草芽孢杆菌'组）可能会污染食材并在其中形成毒素，导致肠胃疾病

生化生物杀真菌剂包括那些能够以次生植物代谢物的形式诱导内源性植物防御的生物杀真菌剂。

虽然植物防御反应的生物杀虫剂诱导剂本身可能是良性的，但诱导的次生植物代谢物可能会带来毒理学风险。

从对人类健康或环境的潜在危害的角度来看，我们应该记住，天然毒素的毒性可能比合成毒素高很多倍。

因此，推动可能引入更严格的欧盟和国家法规的一个关键因素是越来越关注通过生物农药诱导植物防御反应产生的天然植物毒素或代谢物对健康和环境的潜在影响。

同样，对于依赖于诱导天然植物防御害虫和病原体的有机作物，与植物防御相关的毒素对人类和环境健康的影响引起了越来越多的研究兴趣。

生物农药配方惰性物质

对于许多生物农药，配方成分是惰性的或没有毒理学问题，风险评估可能仅基于活性物质，并基于科学证据。

然而，“惰性物质”一词可能会产生误导，因为它暗示这些成分没有特定功能，或者从人类和环境健康的角度来看它们是良性的。

惰性物质会对健康和生态系统产生影响，包括内分泌干扰和过敏反应。因此，生物农药制剂可能会在包含有问题的惰性成分的制剂中结合良性活性成分。

健康考虑：生物农药的环境归宿

应始终批判性地考虑所引用的生物农药的优点。提到的常见好处包括：

“生物农药通常是可生物降解的”
虽然生物农药通常会迅速降解——一个被认为是生态毒理学优势的因素，但在田间条件下作为产品稳定性的劣势——应注意避免过度概括。

由于许多生物农药会受到微生物和紫外线的降解，在厌氧条件下和没有阳光的情况下，降解速率可能会显着降低。

例如，虽然除虫菊酯在土壤中通过微生物活动和光解作用迅速降解，但在没有光的情况下，它们在厌氧沉积物中的降解会减少，并可能对水生生物产生毒理学风险。

“生物农药几乎没有或没有有害残留物”
根据 EPA 法规，生物农药可能会受到残留耐受水平的豁免。然而，这是有争议的，因为可以说“很少或没有有害残留物”的说法是一个定义问题——如果生物农药对生物体有效，根据定义它必须对该生物体有害，并且可能对其他、相关或相似的生物体。

“生物农药不太可能伤害非目标物种”
OECD 对微生物生物农药的指导意见是：“微生物及其代谢物不会对可能接触微生物产品的哺乳动物和其他非目标生物造成致病性或毒性问题；该微生物不产生已知的基因毒素；微生物制造产品和最终用途配方中的所有添加剂都是低毒的，对人类健康或环境危害的可能性很小。

具有非常特殊的 MoA 和快速降解的生物农药可以被认为不太可能伤害非目标物种——但这适用于生物农药和传统农药。

生物安全：生物农药风险分析和评估

虽然微生物菌株在环境中广泛存在，但它们往往在自然界中处于平衡状态，从而确保了天然的生物安全网。但是，当根据其生物杀虫活性选择特定菌株并以足以达到预期效果水平的比率施用时，这可能会引起公众健康和生态问题。

对于传统的作物保护产品，需要区分风险和危害：危害是具有潜在危害的事物，而风险是危害造成危害的可能性。风险通常定义为 Hazard x Exposure：

暴露途径
常见的接触途径是口腔和肺部摄取、眼睛刺激和皮肤接触。与传统杀虫剂的情况一样，配方类型和施用方法决定了可能的接触途径以及接触人群。

以喷雾剂或粉剂或粉末形式使用的产品在处理和使用过程中可能会被吸入或导致眼睛刺激，而糊剂最有可能造成皮肤接触的风险。

有机体的生命周期和环境归宿也可能影响接触途径。例如，微生物生物杀真菌剂可能会给农药施用者带来暴露风险，但如果在施用后预计会形成孢子，则吸入孢子可能会成为更广泛的非目标人群（包括人类）接触的重要途径。微生物生物杀虫剂的另一个风险因素是处理人员、施用人员和旁观者在接触后可能发生过敏反应（超敏反应）。

暴露程度
微生物生物农药的环境归宿和生命周期决定了可能的接触水平。

微生物生物农药通常是活的有机体，可能具有持续存在和复制的潜力，以及从施用地点传播的潜力，从而影响其对人类健康或环境危害的相对潜在风险。

为了达到预期的功效水平，生化生物农药可能需要以比常规农药更高的剂量施用——这是在评估生物农药对非目标物种的毒性时必须考虑的一个因素。

暴露风险
除了生物农药的生命周期和环境归宿之外，生物农药的作用方式、目标害虫生物学和诱导植物防御毒素的能力决定了对人类和其他非目标生物体产生毒性或致病作用的可能性。

因此，高度特异性的生化生物除草剂可能被认为不太可能对人类造成不利影响，例如微生物生物杀虫剂具有广泛的动物宿主范围并针对目标害虫和人类生理学共有的机制。

对于活的微生物，在环境中生存和复制的生理能力取决于许多因素，包括温度和代谢要求，这些因素决定了它们在野外条件下的生存能力，从而决定了它们对人类健康或环境危害的潜在风险。

结论

从人类健康的角度来看，作物保护中的生物制剂是比化学品更好的选择。

然而，随着我们对生物制品背后机制的理解不断加深，我们必须不断意识到，生物农药尽管通常对人类健康或环境危害的潜在风险较低，但不一定无害，尽管它们是天然来源的。

对人类健康或环境危害的潜在不利影响可能来自：

• 作用方式（例如，线粒体抑制和神经毒性作用）；
• 过敏的可能性；
• 次级代谢产物（例如，诱导植物防御毒素）；和
• 配方惰性。

生物农药风险分析和评估可通过以下方式确定：

• 暴露途径 – 制剂的性质及其潜在的摄取途径。
• 暴露程度 – 微生物在环境中的生理和生存能力以及生化生物农药的使用率。
• 暴露风险 – 作用方式的特异性、目标宿主和机制范围以及气候和代谢条件。

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