关于农药及农药残留的一些粗步认识
希望有专业人士增补
近年来食品安全越来越引起人们的广泛重视，但实际生活中却因为各种有目的或无目的的传言，让很多人感到困扰。我们不知道如何去面对琳琅满目的食材，去选择健康食品。我想这其中农药残留问题可以说是大家最为关注的。我希望大家对这方面有些基本了解，能够在各种警告标签之后，作出自己的判断。
因为工作中常常会接触到一些化学农药，农药只是一个统称，可以分两大类：针对植物病虫害的杀虫剂、真菌细菌病毒病害的各种抑制剂；另一大类就是针对杂草的各种除草剂。这两大类可以说是其作用目标和机制以及安全等级完全不同的化学药品。前一大类不用我说大家都知道会尽量避免的，我简单的说一下，后面再说一点除草剂。
- 杀虫剂（Insecticide）：杀虫剂有很多种，目的是灭杀昆虫。不管是有机膦还是有机氯类，基本上它们对所有动物都有强烈毒性或慢性毒性。在中国因为杀虫剂的滥用，每年都会有很多人因此死亡，及因为农药残留在水源、粮食和环境，导致害虫天敌灭绝，许多胎儿畸形，甚至癌症村的出现等长远后果。中国食品出口美国最大障碍就是各种杀虫剂残留问题，试想一下在水稻短短120-140天的生长期里，使用5次杀虫剂是什么概念。
最常见的杀虫剂有DDT，虽然美国早在1972年开始禁止使用，但近年蚊子蚊子泛滥，传播多种病毒，DDT是最有效的，部分地区还在用来灭蚊。在加州湾区及其他地方，每年都会多次空中喷撒灭蚊药水。如果你夜间听到低空飞机轰鸣声，建议不要早起锻炼！
实际上和化学合成杀虫剂相比，BT毒蛋白是一种非常安全的杀虫药。首先它天然存在，来源于苏云金杆菌。其制剂早在七、八十年代就开始在我国用于鳞翅目昆虫松毛虫的防治；其二它是一个多肽蛋白，很容易自然降解；其三它特异性很强，专一作用于其受体蛋白上，从而抑制代谢。它只对鳞翅目昆虫有效，像各类螟虫，毛毛虫之类的。对鞘翅目天牛，双翅目蝇虫等等昆虫无效；其它动物因为没有与其作用的蛋白受体而无毒性。多肽蛋白现在很普遍的用于人类疾病靶向治疗控制上，最近FDA全票通过的糖尿病和减肥新药Semaglutide就是一种多肽药物，也是通过其专一特异的蛋白受体作用。
- 抗真菌剂（Fungicide）：这是防治真菌病害的常用药。对人体来说，其毒性相差很大，有天然无毒也有剧毒的。多数化学合成药物，我们只要从它们的分子结构式上就可看出其毒性及潜在影响，凡是有多个苯环，含有有机氯的，有机膦的、复杂结构的大多不是什么好东西。农业上目前常用的有Trifloxystrobin (Flint)，iprodione (Rovral)，和cyprodinil plus fludioxonil (Switch) ，Thiophanate-methyl (Topsin M)以及各种衍生物。
下图为Switch的分子结构式，化学全名称4-(2,2-Difluoro-1,3-benzodioxol-4-yl)-1H-pyrrole-3-carbonitrile。
3. 抗生素类和抗病毒类：这主要用于细菌和病毒病害，如各种疫病、枯病和花叶病，黄矮病等。但是实际上我们对农作物的细菌和病毒病害并没有很好的办法。各种化学试剂目前并没有很实质的效果。但植物和病菌的进化关系中，它们基本上是共同进化，往往针对某一病原小种，就存在一个抗病或耐病基因。所以最有效的办法是寻找抗病的种质资源，通过杂交、回交等手段导入现有品种中。有些病菌或病毒，确实找不到抗原，这个时候，转基因基本上就是必需的了，它可以创造抗原，或从其他物种中导入抗原基因，进一步用于杂交育种。这类疾病及其它所有病害防治另一方面就是，依靠田间管理，控制水肥，改善作物生长环境，创造病原物流行不利的环境，提高农作物体质达到减轻病害目的。哈哈听起来像中医了吧，有人说中医治人，西医治病。但有时病势汹汹，中医不等把人治好病就把人搞垮；西医治病常常把病治掉，人也挂了。根本的还是要学会与病共处，用中医增强体质，用西医控制病情发展，最后依赖人体本身自愈恢复功能战胜疾病（我瞎扯的，别和我辩）。这一类药物抗生素就不用说了，几乎所有抗生素都有致癌致畸作用，抗病毒药效果也不佳，其药名大家看到也就知道是怎么回事了，都叫什么脞什么肼之类的。
- 还有一类是专门用于土壤处理的化学物质。基本上都是有机溴化物，它能杀灭土壤中的一切生物，这是我们要非常注意避免接触的。
最后要谈的一大类就是除草剂（Herbicide）：给出一些结构式，是让大家跟据上面的原则，自己判断其潜在毒性。一般来说有机氯，有机磷趋向于短期毒性；苯环结构趋向于长期毒性，致癌致畸等，而且更加稳定不易降解。
除草剂使用增加是农业发展必然的趋势，实际上与转基因没太大关系，就和化肥和杀虫剂使用增加一样，在过去四十年里成倍翻番。
除草剂一直在用，而且使用领域越来越宽，家庭的房前屋后也都在用，在中国偏远农村里现在，农民都会说去买点草药来灭草了；再加上过去几十年里使用各种不同除草剂，美国的杂草抗药性也比以前更强，使用剂量也在增强。在加州，大田里你可以很容易看到比人还高的蒲公英。人们总是在不断用新药来代替旧药，这本身也是各种利益集团在博弈。
根据除草剂的作用位点和方式，大概可以分成以下几大类：
1．草甘膦及其衍生物。草甘膦是孟山都公司70年代初的产品，它的作用方式是作为一种叫EPSPS酶的结合位点上PEP的底物竞争替代物，来干预植物的关键代谢途径，导致不能合成一些植物生长必需氨基酸，从而杀死植物。这是一种广谱除草剂，因为其成本相对较低，土壤残留较少，动物毒性很弱，所以受到欢迎。它的作用效果较慢，在一开始并不出彩。它的广泛运用是在90年代后期，Monsanto开发出EPSPS酶的转基因大豆、玉米和棉花之后。发现它是在是太方便了，可以有选择的杀死杂草，而且可以不需要土壤预处理，任何时候都可以使用。过去还得用各种除草剂综合处理土壤，及选择在生长期使用，现在单一草甘膦就可做到，而且成本大降，结果导致草甘膦的泛滥，成倍成倍增加。草甘膦使用成倍增加的结果是其它除草剂的成倍减少。因为草甘膦专利在孟山都手上，而且多种转基因的专利同时也在它之手，孟山都及草甘膦基本是世界公敌。但是孟山都草甘膦专利在数年前到期，现在基本上所有农药公司都在生产各种各样的草甘膦及其衍生产品。中国现在是最大的生产国。
上图是草甘膦的分子结构式，化学名称N-(phosphonomethyl)glycine，中文叫 N-(膦酸甲基)甘氨酸，商品名Roundup等。这基本上是一种最简单的化学除草剂了，其相对毒性可想而知。
2. 草胺膦（Glufosinate）及其衍生物：这也是一类广谱除草剂，化学结构上和草甘膦相似。但它的作用机制是抑制谷氨酸合成酶活性，从而影响植物的氨代谢和氮肥利用而快速杀死植物。它也有对应的转基因称Bar基因，常常在转基因中作为一种筛选标记。因为草胺膦成本较高，而且只能作用于一些较小的杂草，使用上受到一些限制。
上图是草胺膦的分子结构式，化学名为（RS）-2-Amino-4-（hydroxy（（methyl）phosphonoyl）butanoic acid。中文4-(羟基（
3． 合成类生长素（Synthetic Auxins）：这是最早使用的一类除草剂，逾六十年历史了。它的作用方式是仿植物生长激素作用，打乱植物生长和发育进程，导致植物死亡。这类物质在低浓度时作为植物生长调节剂，广泛用于现代农业，可以促进植物生长，提高产量。在高浓度时，造成生长发育紊乱，从而达到除草剂的目的。最早使用的是一种叫2，4-D的物质，它也是很早就证实造成胎儿畸形的化学物质。但是它现在仍然在使用。因为它还能抑制一些真菌，在如今水果蜡上，为一些水果打蜡抛光，延长保质期。下图为2，4-D的分子结构式。
2，4-二氯苯氧乙酸。看到苯环和氯原子，大家可以脑补它的分子毒性，但是它没在Prop65名单上。
另外一个与此结构很相似的常用的生长素类除草剂，
商品名Dicamba中文叫敌草畏。它好像在名单上。还有很多类似产品，如奈乙酸等不一一介绍。这一类除草剂最大的好处是它是选择性除草剂，能够杀死宽叶杂草（双子叶植物）而不伤害禾谷类作物（单子叶植物），而且植物不大容易产生抗药性。在家庭院中可用于草坪维护。
接下来几小类都是各种代谢过程的酶抑制剂
ALS抑制剂（乙酸乳酸合成酶抑制剂）：这关系到植物体内的氨基酸代谢。有5大类化学物质（sulfonylureas， imidazolinones, triazolopyrimidines，pyrimidinylthiobenzoates和sulfonulamino-carbonyl-triazolinoes），共有50 多种在市场上
这个结构式是其中最简单的Sulfonylureas，不用我说了。
ACCase抑制剂：乙酰辅酶A裂解酶抑制剂。这是一类选择性除草剂，能够杀死单子叶的杂草而保留宽叶植物。其代表产品有Cyclohexanediones，分子结构式如下，商品名Sethoxydim，中文称稀禾定
HPPD抑制剂：这是抑制植物胡萝卜素代谢的一种关键酶
PPO抑制剂：乙酰乳糖合成酶抑制剂，
还有一些是植物光合作用系统的抑制剂，如clomazone等，见下图，中文名叫异恶草酮
可以说几乎所有的代谢酶抑制剂对动物都有不同程度的毒性。在数百种除草剂中，草甘膦可以说是结构最简单，动物毒性最低，广谱高效的除草剂。因为转基因而妖魔化它，只会导致其它更具毒性的除草剂使用。即使这些除草剂不在Prop65的名单上，并不代表它的毒性比草甘膦弱。除草剂一般在播种前的土壤处理，及作物出芽不久后使用，在作物生长前期，让其有相当的竞争优势。作物生长后期，因为植冠已经形成，杂草相对处于弱势，是不需要除草剂的。
在高投入产出的现代农业中，除草剂的使用是不可避免的。单一使用一种除草剂有着很大风险，会造成杂草抗药性的增加，结果是除草剂剂量越来越大，不可避免的增加环境成本，除草剂在作物中的残留也会越来越多，因此杂草控制是一个综合治理工程。同样道理，一种化学物品，无论如何号称安全无毒，在浓度达到一定时，同样会造成生态灾难。就拿盐糖来说，盐碱地可以寸草不生；糖盐用于腌渍，几乎可以灭杀所有生物。减少对化学品的依赖才是农业可以持续发展的根本方法。
在美国，总的来说农药残留是在可以控制的状态下的。每种农药的适用范围和适用时间都有严格的规范，都会明确标记规定在收获前多少天以前（PHI)使用，而且会反复试验经常更新。大型集约化的种植，从农药的处方，采购到实际应用，都是在专业人士的指导下才能完成，并有用时、用量、使用人等严格记录。在加州中谷地区，农业用地分割成一块块标准大小地块，每块地大约是160英亩，相当于约1000中国市亩，收获时在每块地的具体区域都有较详细的记录，一旦发现问题，可以追踪到发生问题的地方和人。在中国，这可能牵涉到数百的知识水平不同、想法不同、难以协调的农户，因此食品安全农药残留更是一个严峻的挑战。
最后关于草甘膦是否致癌，有很多争论，在以前我也有过一些讨论http://bbs.wenxuecity.com/cooking/1521599.html。本着化学物品有害有罪推论，权认为它是致癌物吧！
Is glyphosate a carcinogen?（https://www.chemicalsafetyfacts.org）
- The European Food Safety Authority (EFSA) has stated that glyphosate is “unlikely to pose a carcinogenic hazard to humans.”
- New Zealand's Environmental Protection Agency concluded in a report issued in August 2016 that glyphosate is “unlikely to be carcinogenic” and should not be classified as a mutagen or carcinogen.
- In a joint report issued in May 2016, the U.N.’s Food and Agriculture Organization (FAO) and World Health Organization (WHO) said glyphosate is “unlikely to pose a carcinogenic risk to humans” exposed to it through dietary exposure.
Alternatively, WHO's International Agency for Research on Cancer (IARC) issued a statement in March 2015 that classified glyphosate as “probably carcinogenic to humans,” but WHO and IARC also noted there was limited evidence of glyphosate's carcinogenicity in humans for non-Hodgkin lymphoma.
