殺虫剤
Pesticide used against insects
1928年製FLIT手動噴霧ポンプ
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

殺虫剤は昆虫を殺すために使用される農薬です。[1]殺虫剤には、昆虫の卵と幼虫にそれぞれ使用さ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、工業ビル、媒介動物の駆除、動物や人間の 昆虫寄生虫の駆除にも使用されます

ダニやマダニを殺す殺ダニ剤は厳密には殺虫剤ではありませんが、通常は殺虫剤と一緒に分類されます。一部の殺虫剤（一般的な虫除けスプレーを含む）は、サソリ、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、忌避剤はあっても殺さない 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の18%を占めると推定されました。[2] 2018年の世界の殺虫剤売上は184億ドルと推定され、そのうち25%はネオニコチノイド系、17%はピレスロイド系、13%はジアミド系、残りは市場の10%未満で販売される他の多くのクラスでした。[3]

合成殺虫剤

殺虫剤は、作用機序に基づいて分類するのが最も便利です。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挙げています。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機序を挙げています。 [4]

作用機序とは、殺虫剤がどのように害虫を殺したり不活性化したりするかを説明します。

開発

特にネオニコチノイド系殺虫剤の部分的な禁止を踏まえ、吸汁性害虫に対して全身性活性を持ち、かつ花粉媒介者にとって安全な殺虫剤が求められています。 [5] [6] [7]登録当局による2023年の改訂ガイダンスでは、新しい殺虫剤の商業的使用の承認に必要なミツバチ試験について説明しています。[8] [9] [10] [11]

全身性および移行性

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）があります。[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）します。転座は、道管内で上向き、師管内で下向き、またはその両方で起こります。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前提条件です。接触性殺虫剤（非全身性殺虫剤）は葉の表面に留まり、昆虫と直接接触することで作用します

昆虫は植物の様々な部分から餌を食べます。主要な害虫のほとんどは、咀嚼性昆虫か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、吸汁管を使って師管から餌を食べます（例：アブラムシ、ヨコバイ、カイガラムシ、コナジラミ）。または、細胞の内容物を吸汁します（例：アザミウマやダニ）。殺虫剤は、昆虫が餌を食べる部分にあるほど効果的です。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作用します。[16]同時期に化学産業が台頭したことで、様々なシクロジエン化合物や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促進されました。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、健康や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す。これらも昆虫の神経系を標的とします。有機リン系殺虫剤は、アセチルコリンエステラーゼなどのコリンエステラーゼ酵素に干渉し、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]昆虫を殺傷または無力化します。有機リン系殺虫剤と化学兵器用神経剤（サリン、タブン、ソマン、VXなど）は同じ作用機序を持っています。有機リン系殺虫剤は野生生物に対して蓄積的な毒性作用を持つため、化学物質への複数回の曝露は毒性を増幅させます。[20]米国では、代替品の普及に伴い、有機リン系の使用は減少しました。[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、非常に毒性が強いです。[22]多くの有機リン系殺虫剤は環境中に残留しません。

ピレスロイド

ピレスロイド系殺虫剤は、除虫菊（現在のキクとタナセツム）属に含まれる生物農薬である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残留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、化学的にニコチンに類似した神経活性殺虫剤の一種です（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す。広域スペクトルの全身性殺虫剤であり、速効性（数分から数時間）があります。散布、潅注、種子および土壌処理として使用されます処理された昆虫は、脚の震え、急速な羽ばたき、口鰭の退避（アブラムシ）、見当識障害、麻痺、そして死を示す。[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類の減少など、生態学的悪影響との関連が様々な研究で指摘された。2013年、欧州連合（EU）および一部のEU非加盟国は、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]ウンカによる被害に対するイネの感受性を高める可能性もある。[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につながります。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]このクラスで最初に登録された殺虫剤はフルベンジアミドでした。[37]

生物農薬

定義

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]米国環境保護庁（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]害虫を駆除する微生物は、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（EPA）は、3種類の生物農薬について説明しています。[39]生化学農薬（生物由来の化学物質）は、非毒性のメカニズムで害虫を防除する天然物質です。微生物農薬は、微生物（例：細菌、真菌、ウイルス、原生動物）を有効成分として含んでいます。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す（したがって、遺伝子組み換え作物が生成されます）。

市場

世界の生物殺虫剤市場は、殺虫剤市場全体の10%未満と推定されています。[40]生物殺虫剤市場は微生物が主流です。[41]生物殺虫剤市場は年間10%以上成長しており、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、殺虫剤市場全体よりも高い成長率です。[40]

生物農薬は、米国および欧州の当局によって、環境および哺乳類への毒性リスクが低いと見なされています。[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倍迅速です。[40]

利点と欠点

さまざまな特性を持つ生物殺虫剤が多種多様ですが、一般的には以下のことが説明されています。[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、有益な昆虫や生物多様性全般の保全につながる。そのため、IPM（国際作物管理）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。使用停止期間も短い。[要出典]

防除範囲は狭い。効果が低く、環境条件の影響を受けやすい。急速に分解するため、持続性が低い。作用が遅い。高価で、保存期間が短く、入手が困難。使用するにはより専門的な知識が必要である。[要出典]

植物抽出物

ほとんど、あるいはすべての植物は、昆虫による食害を防ぐために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ごくわずかです。[44]米国では13種類、EUでは6種類が登録されています。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毒素の遺伝子を含み、1997年に導入されました。[45]その後約25年間、GMOで使用される唯一の殺虫剤は、幅広い種類の昆虫を駆除する様々なBt株由来のCRY毒素とVIP毒素でした。これらは広く使用されており、2019年には1億ヘクタール以上で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。シュードモナス・クロロラフィス由来のipd072Aa 、オフィオグロッサム・ペンデュラム由来のipd079Ea 、およびブレビバチルス・ラテロスポルス由来の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因子です。[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。RNAi断片をコードする遺伝子を導入するための作物の遺伝子組み換えと、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形質DvSnf7を導入した。[46]グリーンライト・バイオサイエンスは、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βタイプ5（PSMB5）の必須遺伝子を標的とする。[47]

クモ毒

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（部位II）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が可能です。[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、数十年前から使用されています。チョウ目、コウチュウ目、双翅目に対する異なる用途で使用されるいくつかの株があります。また、リシニバチルス・スファエリカス、ブルクホルデリア属、ボルバキア・ピピエンティスも使用されています。アベルメクチンとスピノシンは細菌の代謝物で、発酵によって大量生産され、殺虫剤として使用されています。Btの毒素は、遺伝子工学によって植物に組み込まれています。[41]

昆虫病原菌

昆虫病原菌は1965年から農業用に使用されています。現在、数百の株が使用されています。それらは多くの場合、幅広い昆虫種を殺します。ほとんどの株は、ボーベリア、メタリジウム、冬虫夏草、アカントミセス属に由来します。[51]

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、それぞれが標的昆虫に特異的です。昆虫上で培養する必要があるため、生産には労働集約的です。[52]

環境毒性

非標的種への影響

一部の殺虫剤は、殺すことを意図した生物に加えて、他の生物を殺したり、害を及ぼしたりします。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になる可能性があります。[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]

環境中での残留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。その用途の一つは媒介生物の駆除であり、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は地球規模の最初の汚染物質となり、食物連鎖の中で蓄積[53]、増殖する最初の汚染物質となりました[54] [55]。1950年代と1960年代には、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年代と1970年代に多くの国で禁止されました。最終的に2001年には、DDTとその他のすべての残留性殺虫剤がストックホルム条約によって禁止されました[56] [57]。何十年もの間、当局は新しい殺虫剤が環境中で分解し、生物蓄積しないことを要求してきました[58] 。

流出と浸透

固形餌や液体殺虫剤は、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、これは非点源を通して起こり、流出によって殺虫剤がより大きな水域に流れ込みます。雪が溶け、雨が地面を通り抜けるにつれて、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、以前は飲料水であった地下水源に堆積し、流域に浸透します。[59]この殺虫剤の流出と浸透は、水源の質に影響を与え、自然生態系に害を及ぼし、ひいては生物濃縮と生物蓄積を通じて間接的に人間の集団に影響を与える可能性があります。

昆虫の減少

昆虫の数と昆虫種の数は過去数十年にわたって劇的に、そして継続的に減少しており、大きな懸念を引き起こしています。 [60] [61] [62]この減少の原因として多くのものが提案されていますが、最も合意されているのは生息地の喪失、農業慣行の強化、殺虫剤の使用です。飼育下のミツバチは数年前から減少していましたが[63]、現在では米国[64]と世界中で個体数とコロニー数が増加しています。[65]野生のミツバチ種は依然として減少しています。

鳥の減少

殺虫剤の直接的な摂取の影響に加えて、食虫鳥類の個体数は、獲物の個体数の減少によって減少しています。ヨーロッパでは、特に小麦とトウモロコシへの散布が飛翔昆虫の80%の減少を引き起こし、その結果、地元の鳥類の個体数が3分の1から3分の2減少したと考えられています。[66]

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手段が現在利用可能です。[67]そのいくつかは次のとおりです。

  1. 害虫の攻撃に耐性がある、または少なくとも影響を受けにくい作物を育種する。 [68]
  2. 生物的防除の一環として、捕食者、寄生者、または病原体を放出して害虫の個体数を制御する。[69 ]
  3. 昆虫が交尾相手を見つけて繁殖できないように混乱させるために、圃場にフェロモンを放出するなどの化学的防除。 [70]
  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。[71]
  5. プッシュプル技術：害虫を撃退する「プッシュ」作物と、害虫を引き寄せて捕獲する境界に「プル」作物を植える。[72]

参照

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Further reading

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ウィキソースに 1920年のアメリカ百科事典の「殺虫剤」のの 本文があります
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ウィキメディア・コモンズには、殺虫剤に関連するメディアがあります。
  • Pestworld.org – 全米害虫管理協会の公式サイト
  • バングラデシュにおける米への殺虫剤使用削減の取り組みに関するオンラインビデオをストリーミング配信しています。Windows Media Player、RealPlayerで
  • 殺虫剤の仕組みウェイバックマシンに2013年9月3日にアーカイブ– 殺虫剤の仕組みについて詳しく説明されています。
  • カリフォルニア大学総合的病害虫管理プログラム
  • ミシガン州立大学エクステンション 殺虫剤の使用
  • オランダ、レリスタットにある禅庭園「壺園」（日本の石庭）における殺虫剤散布の例ウェイバックマシンに2012年6月2日にアーカイブ
  • 「IRAC」。殺虫剤耐性行動委員会。2021年3月1日。 2021年4月2日閲覧。
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