Więcej o neonikotynoidach

Grzegorz Pruszyński

IOR – PIB w Poznaniu

Więcej o neonikotynoidach

W rozwoju chemicznej ochrony roślin, za początek którego uważa się podjęcie masowej produkcji DDT, wyróżnia się często trzy okresy. Pierwszy okres to „era optymizmu”, drugi to „era zwątpienia”, a trzeci to „era integracji metod”. W „erze optymizmu” panowało głębokie przekonanie, że synteza i produkcja chemicznych środków ochrony roślin rozwiąże wszystkie problemy ochrony upraw przed chorobami, szkodnikami i chwastami, a stosowanie tych środków jest całkowicie bezpieczne dla ludzi i środowiska. Wykrycie ubocznych, niekorzystnych skutków stosowania chemicznych środków ochrony roślin i ich wpływu na człowieka i środowisko spowodowało, że już w połowie lat 60-tych ubiegłego wieku rozpoczął się okres bardzo intensywnej krytyki i żądanie odstąpienia od masowego stosowania chemicznych środków ochrony roślin. Zaistniała wówczas sytuacja doprowadziła do opracowania przez naukę koncepcji integracji metod, która polega na  jednoczesnym wykorzystaniu w ochronie upraw wszystkich dostępnych metod (również poza chemicznych) i ograniczenie stosowania chemicznych środków ochrony roślin. Należy podkreślić, że integrowana ochrona roślin przyjęła się na całym świecie, a o jej znaczeniu może świadczyć fakt, że od 1 stycznia 2014 r. ochrona wszystkich upraw w krajach członkowskich Unii Europejskiej musi się opierać na zasadach integracji.

Jednym z najważniejszych ubocznych skutków przemawiających przeciw nadmiernemu stosowaniu środków chemicznych był zaobserwowany proces uodparniania się organizmów szkodliwych na stosowane substancje aktywne. Proces ten narastał z każdym rokiem i już w roku 1944 odnotowano pierwsze przypadki uodpornienia się owadów na stosowane insektycydy, natomiast pod koniec XX wieku liczba takich przypadków na świecie przekroczyła 500. Podobne zjawisko obserwuje się w odniesieniu do chorób i chwastów. Powstanie zjawiska odporności oraz krytyka stosowanych chemicznych substancji aktywnych wymusiła na producentach środków ochrony roślin potrzebę poszukiwania nowych substancji aktywnych charakteryzujących się ograniczonym wpływem na człowieka i środowisko oraz stosowanych w niższych dawkach.

W ochronie roślin następowała stała zmiana zalecanych środków ochrony roślin i już w latach 70. środki oparte na DDT zostały zastąpione przez substancje z grupy fosforoorganicznych. Na początku lat 70. w zwalczaniu szkodników zaczęto również stosować insektycydy z grupy karbaminianów, a od początku lat 80. z grupy syntetycznych pyretroidów. Na początku XX wieku do ochrony roślin wprowadzona została nowa grupa substancji aktywnych określanych jako neonikotynoidy. Analizując postęp, jaki nastąpił w produkcji chemicznych środków ochrony roślin, pod kątem zagrożenia jakie mogą one stanowić dla człowieka i środowiska, wystarczy porównać dawki środków ochrony roślin z różnych grup chemicznych zalecane na przestrzeni lat do zwalczania szkodników. O ile bowiem DDT i inne środki z grupy chlorowcopochodnych stosowano w dawce do 1,5 kg substancji aktywnej na hektar to insektycydy fosforoorganiczne zalecano już w dawce o połowę niższej a środki zawierające związki z grupy neonikotynoidów stosowane są w dawce poniżej 20 gramów substancji aktywnej na hektar.

Neonikotynoidy jako grupa chemiczna zbliżone są do nikotyny stosowanej w ochronie roślin od bardzo długiego czasu. Napary z nikotyny w formie gotowych produktów zalecane były do zwalczania wielu gatunków szkodników. Powszechne było również zadymianie szklarni poprzez spalanie nikotyny co dawało dobre rezultaty w zwalczaniu mszyc i innych szkodników upraw szklarniowych. Nikotyna stosowana głównie w postaci siarczanu nikotyny, poprzez zagrożenia jakie stwarzała dla ludzi i środowiska, została wycofana z ochrony roślin. Neonikotynoidy natomiast są ukierunkowanym przekształceniem nikotyny w substancje bardziej bezpieczne, ale nadal charakteryzujące się wysoką skutecznością w zwalczaniu wielu gatunków szkodników. Podobnym przykładem w ochronie roślin są syntetyczne pyretroidy dla których pierwowzorem była naturalna pyretryna zbierana z koszyczków kwiatowych niektórych roślin z rodziny złożonych i przez wiele lat była stosowana w ochronie roślin.

W swym mechanizmie działania neonikotynoidy są antagonistami acetylocholiny. Po wniknięciu do organizmu substancja zastępuje acetylocholinę w receptorach nikotynowych i nikotynowo-muskarynowych aktywując je podobnie do acetylocholiny. Po wywołaniu impulsu nie ulega jednak degradacji enzymatycznej. Efektem działania jest nadpobudliwość neuronów objawiająca się drgawkami i konwulsjami mogącymi doprowadzić do śmierci owada.

Neonikotynoidy nie stanowią jednorodnej grupy chemicznej a poszczególne substancje aktywne można podzielić na dwie podstawowe grupy: nitroguanidynowe oraz cyjanoamidynowe. Neonikotynoidy z pierwszej grupy (Rys.1) mają w swojej budowie chemicznej grupy N-nitrowe, które zawierają atomy tlenu i powodują, że te cząsteczki są znacznie bardziej polarne. Do tej grupy należą między innymi imidachlopryd, tiametoksam oraz chlotianidyna. Do grupy neonikotynoidów cyjanoamidowych (Rys.2) należą takie substancje jak acetamipryd czy tiachlopryd. W cząsteczkach tych substancji zamiast grup nitrowych występują grupy cyjanoamidowe, które nie zawierają tlenu i są przez to znacznie mniej polarne i mniej reaktywne.

Różnice w budowie chemicznej związków z obu wyżej wymienionych grup wpływają na ich podatność na rozkład w glebie oraz metabolizm w organizmie owada. Substancje cyjanoamidowe nie nadają się na przykład do stosowania w zaprawach nasiennych gdyż ulegają szybkiemu rozkładowi. Różnice te znajdują również odzwierciedlenie w przypadku poziomu toksyczności dla pszczół. Acetamipryd, dzięki brakowi grup nitrowych, jest łatwo metabolizowany przez organizm pszczoły, przez co jego toksyczność dla tych owadów jest niska. Właściwość ta jest szczególnie ważna w aktualnie toczącej się dyskusji nad znaczeniem neonikotynoidów w występujących upadkach rodzin pszczelich określanych powszechnie jako masowe zamieranie rodzin pszczelich.

Analiza problemu upadków rodzin pszczelich, zarówno w badaniach wykonanych w Polsce jak i na świecie, wykazuje, że zamieranie rodzin pszczelich jest wywoływane przez wiele czynników. Niestety, w opinii środowisk pszczelarskich często główną winę przypisuje się insektycydom z grupy neonikotynoidów. Jakkolwiek brak jest udowodnionego negatywnego wpływu prawidłowo stosowanych neonikotynoidów na pszczoły, to tym bardziej jakiekolwiek zarzuty nie mogą być skierowane pod adresem substancji aktywnych z grupy cyjanoamidowych ponieważ ich budowa chemiczna znacznie ogranicza lub całkowicie eliminuje ich wpływ na pszczołę miodną i inne gatunki owadów nie będące obiektem zwalczania. Należy również podkreślić, że insektycydy przeznaczone do opryskiwania i zawierające substancje aktywne z grupy nitroguanidynowych posiadają w swej etykiecie – instrukcji stosowania zapisy dotyczące ich wysokiej toksyczności dla pszczół podczas gdy insektycydy z grupy cyjanoamidowej takich uwag nie posiadają. Wynika stąd zasadnicza różnica w zalecaniu tych substancji aktywnych zwłaszcza w ochronie upraw, w których może wystąpić zagrożenie dla pszczoły miodnej.

Neonikotynoidy są nową i bardzo obiecującą grupą substancji chemicznych o dużej przyszłości w ochronie roślin przed szkodnikami ale przystępując do ich stosowania należy już obecnie zdawać sobie sprawę z różnic jakie pomiędzy poszczególnymi substancjami występują i decydują o różnym stopniu ich  przydatności w różnych sytuacjach w uprawie.