殺虫剤
FLIT手動スプレーポンプ（1928 年製）
タンザニアのカシューナッツの木に農薬を散布する農家

殺虫剤は昆虫を駆除するために使用される農薬です。[ 1 ]殺虫剤には、それぞれ昆虫の卵と幼虫に用いられる殺卵剤と殺幼虫剤が含まれます。殺虫剤の主な用途は農業ですが、家庭や庭園、産業施設、媒介生物の駆除、動物や人間の昆虫寄生虫の駆除にも使用されています。

ダニ駆除剤はダニやマダニを駆除しますが、厳密には殺虫剤ではありませんが、通常は殺虫剤と同列に分類されます。一部の殺虫剤（一般的な虫除けスプレーを含む）は、サソリやクモなど、昆虫以外の節足動物にも効果があります。殺虫剤は、虫を寄せ付けないだけで殺虫効果のない 虫よけ剤とは異なります。

販売

2016年には、殺虫剤は世界の農薬売上高の18％を占めると推定されました。[ 2 ] 2018年の世界の殺虫剤の売上高は184億ドルと推定され、そのうち25％がネオニコチノイド、17％がピレスロイド、13％がジアミドであり、残りは市場のそれぞれ10％未満で販売された他の多くのクラスでした。[ 3 ]

合成殺虫剤

殺虫剤は、その作用機序に基づいて分類するのが最も有用です。殺虫剤耐性対策委員会（IRAC）は、30の作用機序と未知の機序を列挙しています。同じ作用機序を持つ殺虫剤は、複数の化学クラスに分類されることがあります。IRACは56の化学クラスと未知のクラスを列挙しています。[ 4 ]

作用機序は、殺虫剤がどのように害虫を殺したり不活性化するかを説明します。

発達

吸汁害虫に対して全身作用を持ち、かつ花粉媒介者にとって安全な殺虫剤は、特にネオニコチノイド系殺虫剤の部分的禁止を鑑みて求められています。 [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]登録当局による2023年改訂ガイダンスでは、新規殺虫剤の商業利用承認に必要なミツバチ試験について規定されています。[ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ]

全身性と転座

殺虫剤には、全身性殺虫剤と非全身性殺虫剤（接触性殺虫剤）がある。[ 2 ] [ 12 ] [ 13 ]全身性殺虫剤は植物に浸透し、植物内部を移動（転座）する。転座は、道管内では上方、師管内では下方、あるいはその両方で起こる。全身性であることは、殺虫剤を種子処理剤として使用する際の前提条件である。接触性殺虫剤（非全身性殺虫剤）は葉の表面に残留し、昆虫と直接接触することで作用する。

昆虫は植物の様々な部位から栄養を得ます。主要な害虫のほとんどは、咀嚼性昆虫と吸汁性昆虫のいずれかです。[ 14 ]毛虫などの咀嚼性昆虫は、葉を丸ごと食べます。吸汁性昆虫は、吸汁管を用いて師管から栄養を得ます（アブラムシ、ヨコバイ、カイガラムシ、コナジラミなど）。また、細胞の内容物を吸汁します（アザミウマやダニなど）。殺虫剤は、昆虫が栄養を得る部位に存在するほど効果的です。殺虫剤の物理化学的性質によって、植物全体にどのように分布するかが決まります。[ 12 ] [ 13 ]

有機塩素化合物

最初のそして最もよく知られている有機塩素化合物であるDDTは、オトマー・ツァイドラーによって初めて合成されました。スイスの科学者パウル・ミュラーは、 DDTの殺虫特性を発見しました。この発見により、彼は1948年のノーベル生理学・医学賞を受賞しました。[ 15 ] DDTは1944年に導入されました。昆虫の神経細胞内のナトリウムチャネルを開くことで機能します。[ 16 ]同時期に化学産業が台頭し、さまざまなシクロジエンおよびヘキサクロロシクロヘキサン化合物を含む塩素化炭化水素の大規模生産が容易になりました。過去には一般的に使用されていましたが、多くの古い化学物質は、健康および環境への影響のために市場から撤退しました（例：DDT、クロルデン、トキサフェン）。[ 17 ] [ 18 ]

有機リン化合物

有機リン系殺虫剤は、接触型殺虫剤のもう一つの大きなクラスである。これらも昆虫の神経系を標的とする。有機リン系は、酵素アセチルコリンエステラーゼや他のコリンエステラーゼを阻害し、シナプスアセチルコリンの増加と副交感神経系の過剰刺激を引き起こし、[ 19 ]昆虫を死滅させるか無力化する。有機リン系殺虫剤と化学戦用神経ガス（サリン、タブン、ソマン、VXなど）は、同じ作用機序を持つ。有機リン系は野生生物に対して蓄積的な毒性作用を有するため、化学物質に複数回曝露すると毒性が増強する。[ 20 ]米国では、代替品の登場に伴い、有機リン系の使用は減少した。[ 21 ] 20世紀半ばに初めて開発されたこれらの殺虫剤の多くは非常に有毒である。[ 22 ]多くの有機リン系は環境中に残留しない。

ピレスロイド

ピレスロイド系殺虫剤は、ピレトリン（除虫菊（現在のキク）およびタナセタム（タナセタム）属に含まれる生物農薬）の天然化合物ピレトリンの殺虫活性を模倣しています。環境中での安定性を高めるために改良されています。これらの化合物は非持続性ナトリウムチャネル調節剤であり、有機リン化合物やカーバメート化合物よりも毒性が低いです。このグループの化合物は、家庭害虫駆除によく使用されます。[ 23 ]一部の合成ピレスロイドは神経系に毒性があります。[ 24 ]

ネオニコチノイド

ネオニコチノイドは、化学的にはニコチンに類似した神経活性殺虫剤の一種で、哺乳類に対する急性毒性ははるかに低く、野外残留性が高い。これらの化学物質はアセチルコリン受容体作動薬である。広域スペクトルの全身性殺虫剤で、作用は迅速（数分から数時間）である。噴霧剤、浸漬剤、種子および土壌処理剤として使用される。処理された昆虫は、脚の震え、翅の急速な運動、口針の引き込み（アブラムシ）、見当識障害、麻痺および死亡を示す。[ 25 ]ネオニコチノイド系のイミダクロプリドは、世界で最も広く使用されている殺虫剤である。[ 26 ] 1990年代後半、ネオニコチノイドは環境への影響についてますます精査されるようになり、ミツバチの蜂群崩壊症候群（CCD）や昆虫個体数の減少による鳥の減少など、さまざまな生態学的悪影響と関連付けられた。 2013年に、欧州連合（EU）および一部の非EU諸国は、特定のネオニコチノイドの使用を制限した。[ 27 ] [ 28 ] [ 29 ] [ 30 ] [ 31 ] [ 32 ] [ 33 ] [ 34 ]およびイネのウンカによる攻撃に対する感受性を高める可能性がある。[ 35 ]

ジアミド

ジアミドは、昆虫の心筋と骨格筋に存在する大きなカルシウム放出チャネルであるリアノジン受容体（RyR）を選択的に活性化し、 [ 36 ]生物学的プロセスに不可欠なカルシウムの喪失を引き起こします。これにより、昆虫は無気力になり、摂食を停止し、最終的には死に至ります。[ 37 ]このクラスの殺虫剤として最初に登録されたのはフルベンジアミドでした。[ 37 ]

生物農薬

意味

EUはバイオ農薬を「微生物または天然物に基づく農薬の一種」と定義しています。[ 38 ]米国EPAはバイオ農薬を「動物、植物、細菌、特定の鉱物などの天然素材から得られる特定の種類の農薬」と定義しています。[ 39 ]害虫を防除する微生物は、寄生昆虫や昆虫病原性線虫などの大型生物とともに、生物学的害虫防除剤に分類されることもあります。天然物も化学殺虫剤に分類されることがあります。

米国環境保護庁は3種類の生物農薬を定義している。[ 39 ]生化学農薬（生物由来の化学物質を意味する）は、非毒性メカニズムによって害虫を防除する天然に存在する物質である。微生物農薬は、微生物（例：細菌、真菌、ウイルス、原生動物）を有効成分とする。植物組み込み保護剤（PIP）は、植物に添加された遺伝物質から植物が生成する農薬である（したがって、遺伝子組み換え作物が生成される）。

市場

世界の生物殺虫剤市場は、総殺虫剤市場の10％未満と推定されています。[ 40 ]生物殺虫剤市場は微生物によって支配されています。[ 41 ]生物殺虫剤市場は年間10％以上成長しており、これは総殺虫剤市場よりも高い成長率ですが、これは主に有機農業とIPMの増加、そして政府の好意的な政策によるものです。[ 40 ]

米国および欧州当局は、生物農薬は環境および哺乳類への毒性リスクが低いとみなしている。[ 39 ]生物農薬は合成農薬に比べて10倍以上（多くの場合100倍）安価で、登録も3倍速い。[ 40 ]

メリットとデメリット

生物的殺虫剤には様々な種類があり、それぞれ特性も異なるが、一般的には以下のことが説明されている。[ 42 ] [ 43 ]

これらは登録が容易で、迅速かつ安価であり、通常、哺乳類に対する毒性が低い。より特異的であるため、有益な昆虫と生物多様性全般の保全につながる。そのため、IPM（国際農薬管理）制度との適合性が高い。分解が速く、環境への影響が少ない。また、使用停止期間も短い。

防除効果の範囲は狭く、効果が低く、周囲の環境条件の影響を受けやすい。分解が速いため、持続性が低い。作用発現も遅い。価格が高く、保存期間が短く、入手も困難。使用にはより専門的な知識が必要となる。

植物エキス

ほとんどまたはすべての植物は、昆虫が植物を食べるのを防ぐため、化学殺虫剤を生成します。何千もの植物からの抽出物や精製された化学物質が殺虫効果があることが示されていますが、農業で使用されているのはほんのわずかです。[ 44 ]米国では13種類、EUでは6種類が使用登録されています。植物性殺虫剤の登録が容易な韓国では、38種類が使用されています。最も多く使用されているのは、ニームオイル、ケノポジウム、ピレトリン、アザジラクチンです。[ 44 ]過去数十年間に使用された多くの植物性殺虫剤（例：ロテノン、ニコチン、リアノジン）は、その毒性のために禁止されています。[ 44 ]

遺伝子組み換え作物

殺虫性PIPを組み込んだ最初の遺伝子組み換え作物には、バチルス・チューリンゲンシス（Bt）由来のCRY毒素の遺伝子が含まれており、1997年に導入されました。 [ 45 ]その後約25年間、GMOに使用されていた殺虫剤は、さまざまな株のBt由来のCRY毒素とVIP毒素のみで、これらは多くの種類の昆虫を防除しました。これらは広く使用されており、2019年には1億ヘクタールを超える土地でBt組換え作物が栽培されました。 [ 45 ] 2020年以降、いくつかの新しい薬剤が植物に組み込まれ、承認されています。Pseudomonas chlororaphis由来のipd072Aa 、Ophioglossum pendulum由来のipd079Ea 、およびBrevibacillus laterosporus 由来のmpp75Aa1.1は、タンパク質毒素をコードしています。[ 45 ] [ 46 ] dvsnf7形質は、ウェスタンコーンルートワーム（Diabrotica virgifera virgifera）のWCR Snf7遺伝子の240bp断片を含む二本鎖RNA転写産物からなるRNAi因子である。[ 46 ] [ 47 ]

RNA干渉

RNA干渉（RNAi）は、RNAの断片を用いて重要な昆虫遺伝子を致命的にサイレンシングする。[ 48 ] 2024年には、RNAiの2つの用途が当局に登録されている。作物を遺伝子組み換えしてRNAi断片をコードする遺伝子を導入することと、二本鎖RNA断片を畑に散布することである。[ 47 ]モンサント社は、ウエスタンコーンルートワームのWCR Snf7遺伝子の240bp断片を含む二本鎖RNA転写産物を発現する特性DvSnf7を導入した。[ 46 ]グリーンライトバイオサイエンス社は、ジャガイモ畑への散布剤として二本鎖RNA製剤であるLedpronaを導入した。これは、コロラドハムシのプロテアソームサブユニットベータタイプ5（PSMB5）の必須遺伝子を標的とする。[ 47 ]

クモの毒

クモ毒には、数百種類もの殺虫活性毒素が含まれています。その多くは昆虫の神経系を攻撃するタンパク質です。 [ 49 ]ベスタロン社は、オーストラリアのブルーマウンテンジョウゴグモ（Hadronyche versuta）の毒から抽出したGS-オメガ/カッパ-Hxtx-Hv1a（HXTX）の噴霧製剤を農業用に導入しました。[ 49 ] HXTXは、ニコチン性アセチルコリン受容体（IRACグループ32）をアロステリックに修飾することで作用します。[ 50 ]

昆虫病原細菌

昆虫病原細菌は大量生産可能である。[ 41 ]最も広く使用されているのはバチルス・チューリンゲンシス（Bt）であり、1938年から商業的に使用されている。 [ 51 ]チョウ目、コウチュウ目、双翅目など、それぞれ異なる用途で使用される菌株が複数存在する。また、リシニバチルス・スファエリクス、ブルクホルデリア属、ウォルバキア・ピピエンティスも使用されている。アベルメクチンとスピノシンは細菌代謝産物であり、発酵によって大量生産され、殺虫剤として使用されている。Bt由来の毒素は、遺伝子組み換えによって植物に組み込まれている。[ 41 ]

昆虫病原菌

昆虫病原菌は1965年から農業に利用されてきました。現在では数百種の菌株が利用されており、幅広い昆虫種を駆除します。その多くは、ボーベリア属、メタリジウム属、冬虫夏草属、アカントミセス属に由来します。[ 52 ]

昆虫病原ウイルス

多くの種類の昆虫病原ウイルスのうち、商業的に利用されているのはバキュラウイルスのみであり、それぞれが標的昆虫に特異的である。バキュラウイルスは昆虫の体内で培養する必要があるため、生産には労働集約的である。[ 53 ]

致死性のない影響

昆虫個体群が亜致死濃度の農薬に曝露されると、生存個体は様々な亜致死影響（症状）を経験する可能性があります。これらの影響は、昆虫の生態、行動、そして長期的な個体群動態に影響を及ぼす可能性があります。記録されている亜致死反応には、生殖能力の低下または増加、寿命の短縮または延長、発育時期の変化や奇形、摂食活動の阻害、採餌行動や移動パターンの変化などがあります。時間の経過とともに、これらの生理学的および行動学的変化は、個体群の成長を遅らせ、生態系の相互作用を阻害し、場合によってはストレス反応として生殖の代償的増加につながる可能性があります。亜致死曝露は農薬耐性につながる可能性があります。生き残った昆虫は耐性を可能にする遺伝的形質を持っている可能性があり、これらの個体が繁殖すると、耐性が個体群全体に広がり、長期的な農薬効果を低下させる可能性があります。亜致死影響を理解することは、総合的病害虫管理戦略、および農業および自然生態系における農薬使用の生態学的リスクを評価する上で非常に重要です。[ 54 ]

環境毒性

非標的種への影響

殺虫剤の中には、本来殺すはずの生物だけでなく、他の生物も殺したり、害を与えたりするものがあります。例えば、鳥は、最近殺虫剤が散布された食物を食べたり、地面に落ちた殺虫剤の粒を食物と間違えて食べたりすることで中毒を起こす可能性があります。[ 20 ]散布された殺虫剤は、特に空中散布された場合、散布された場所から野生生物の生息域に漂う可能性があります。[ 20 ]

環境中での持続性と食物連鎖における蓄積

DDTは最初の有機殺虫剤でした。第二次世界大戦中に導入され、広く使用されました。用途の一つは媒介生物の駆除で、開放水域に散布されました。DDTは環境中でゆっくりと分解し、親油性（脂溶性）です。DDTは最初の地球規模の汚染物質となり、食物連鎖の中で蓄積し、増殖する最初の汚染物質となりました。[ 55 ] [ 56] [57 ] 1950年代から1960年代にかけて、これらの非常に望ましくない副作用が認識され、しばしば論争を巻き起こした議論の後、DDTは1960年代から1970年代にかけて多くの国で禁止されました。最終的に2001年に、DDTと他のすべての残留性殺虫剤はストックホルム条約によって禁止されました。[ 58 ] [ 59 ]数十年にわたって、当局は新しい殺虫剤が環境中で分解し、生体内蓄積しないことを求めてきました。[ 60 ]

流出と浸透

固形ベイト剤や液体殺虫剤は、特に不適切な場所で散布された場合、水流によって移動します。多くの場合、これは非点源から発生し、流出によって殺虫剤がより大きな水域に流れ込みます。雪解け水や雨水が地面を伝って移動するにつれて、水は散布された殺虫剤を吸収し、より大きな水域、河川、湿地、かつては飲料水であった地下水源に堆積し、流域に浸透します。[ 61 ]このような殺虫剤の流出と浸透は、水源の水質に影響を与え、自然生態系に悪影響を及ぼし、ひいては生物濃縮や生物蓄積を通じて間接的に人間社会に影響を与える可能性があります。

昆虫の減少

昆虫の数と種の数は過去数十年にわたって劇的に減少し続けており、大きな懸念を引き起こしています。 [ 62 ] [ 63 ] [ 64 ]この減少の原因として多くの説が提唱されていますが、最も有力視されているのは生息地の喪失、農業の集約化、殺虫剤の使用です。飼育下のミツバチは数年前から減少傾向にありました[ 65 ]が、現在では米国[ 66 ]および世界中で個体数とコロニー数が増加しています[ 67 ] 。野生のミツバチ種は依然として減少傾向にあります。

鳥の減少

殺虫剤の直接的な摂取による影響に加え、食虫鳥類の個体数は、餌となる昆虫の個体数の激減によって減少しています。特にヨーロッパでは、小麦とトウモロコシへの散布により飛翔昆虫が80%減少し、その結果、地域の鳥類の個体数が3分の1から3分の2減少したと考えられています。[ 68 ]

代替案

昆虫による作物被害を避けるために化学殺虫剤を使用する代わりに、農家を大きな経済的損失から守ることができる多くの代替選択肢が現在利用可能です。[ 69 ]それらのいくつかは次のとおりです。

  1. 害虫の攻撃に対して耐性のある、または少なくとも影響を受けにくい作物の育成。 [ 70 ]
  2. 生物学的防除の一形態として、害虫の個体数を制御するために捕食者、寄生者、または病原体を放出すること。[ 71 ]
  3. 化学的な防除としては、野外にフェロモンを放出して昆虫を混乱させ、交尾相手を見つけて繁殖できないようにするといった方法がある。[ 72 ]
  4. 総合的病害虫管理：最適な結果を得るために複数の技術を連携して使用する。[ 73 ]
  5. プッシュプル技術：害虫を撃退する「プッシュ」作物を間作し、その境界に害虫を引き寄せて捕獲する「プル」作物を植える。[ 74 ]

参照

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ウィキソースには、1920 年のEncyclopedia Americana の記事 Insecticideのテキストがあります。
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