關於農藥及農藥殘留的一些粗步認識
希望有專業人士增補
近年來食品安全越來越引起人們的廣泛重視，但實際生活中卻因為各種有目的或無目的的傳言，讓很多人感到困擾。我們不知道如何去麵對琳琅滿目的食材，去選擇健康食品。我想這其中農藥殘留問題可以說是大家最為關注的。我希望大家對這方麵有些基本了解，能夠在各種警告標簽之後，作出自己的判斷。
因為工作中常常會接觸到一些化學農藥，農藥隻是一個統稱，可以分兩大類：針對植物病蟲害的殺蟲劑、真菌細菌病毒病害的各種抑製劑；另一大類就是針對雜草的各種除草劑。這兩大類可以說是其作用目標和機製以及安全等級完全不同的化學藥品。前一大類不用我說大家都知道會盡量避免的，我簡單的說一下，後麵再說一點除草劑。
- 殺蟲劑（Insecticide）：殺蟲劑有很多種，目的是滅殺昆蟲。不管是有機膦還是有機氯類，基本上它們對所有動物都有強烈毒性或慢性毒性。在中國因為殺蟲劑的濫用，每年都會有很多人因此死亡，及因為農藥殘留在水源、糧食和環境，導致害蟲天敵滅絕，許多胎兒畸形，甚至癌症村的出現等長遠後果。中國食品出口美國最大障礙就是各種殺蟲劑殘留問題，試想一下在水稻短短120-140天的生長期裏，使用5次殺蟲劑是什麽概念。
最常見的殺蟲劑有DDT，雖然美國早在1972年開始禁止使用，但近年蚊子蚊子泛濫，傳播多種病毒，DDT是最有效的，部分地區還在用來滅蚊。在加州灣區及其他地方，每年都會多次空中噴撒滅蚊藥水。如果你夜間聽到低空飛機轟鳴聲，建議不要早起鍛煉！
實際上和化學合成殺蟲劑相比，BT毒蛋白是一種非常安全的殺蟲藥。首先它天然存在，來源於蘇雲金杆菌。其製劑早在七、八十年代就開始在我國用於鱗翅目昆蟲鬆毛蟲的防治；其二它是一個多肽蛋白，很容易自然降解；其三它特異性很強，專一作用於其受體蛋白上，從而抑製代謝。它隻對鱗翅目昆蟲有效，像各類螟蟲，毛毛蟲之類的。對鞘翅目天牛，雙翅目蠅蟲等等昆蟲無效；其它動物因為沒有與其作用的蛋白受體而無毒性。多肽蛋白現在很普遍的用於人類疾病靶向治療控製上，最近FDA全票通過的糖尿病和減肥新藥Semaglutide就是一種多肽藥物，也是通過其專一特異的蛋白受體作用。
- 抗真菌劑（Fungicide）：這是防治真菌病害的常用藥。對人體來說，其毒性相差很大，有天然無毒也有劇毒的。多數化學合成藥物，我們隻要從它們的分子結構式上就可看出其毒性及潛在影響，凡是有多個苯環，含有有機氯的，有機膦的、複雜結構的大多不是什麽好東西。農業上目前常用的有Trifloxystrobin (Flint)，iprodione (Rovral)，和cyprodinil plus fludioxonil (Switch) ，Thiophanate-methyl (Topsin M)以及各種衍生物。
下圖為Switch的分子結構式，化學全名稱4-(2,2-Difluoro-1,3-benzodioxol-4-yl)-1H-pyrrole-3-carbonitrile。
3. 抗生素類和抗病毒類：這主要用於細菌和病毒病害，如各種疫病、枯病和花葉病，黃矮病等。但是實際上我們對農作物的細菌和病毒病害並沒有很好的辦法。各種化學試劑目前並沒有很實質的效果。但植物和病菌的進化關係中，它們基本上是共同進化，往往針對某一病原小種，就存在一個抗病或耐病基因。所以最有效的辦法是尋找抗病的種質資源，通過雜交、回交等手段導入現有品種中。有些病菌或病毒，確實找不到抗原，這個時候，轉基因基本上就是必需的了，它可以創造抗原，或從其他物種中導入抗原基因，進一步用於雜交育種。這類疾病及其它所有病害防治另一方麵就是，依靠田間管理，控製水肥，改善作物生長環境，創造病原物流行不利的環境，提高農作物體質達到減輕病害目的。哈哈聽起來像中醫了吧，有人說中醫治人，西醫治病。但有時病勢洶洶，中醫不等把人治好病就把人搞垮；西醫治病常常把病治掉，人也掛了。根本的還是要學會與病共處，用中醫增強體質，用西醫控製病情發展，最後依賴人體本身自愈恢複功能戰勝疾病（我瞎扯的，別和我辯）。這一類藥物抗生素就不用說了，幾乎所有抗生素都有致癌致畸作用，抗病毒藥效果也不佳，其藥名大家看到也就知道是怎麽回事了，都叫什麽脞什麽肼之類的。
- 還有一類是專門用於土壤處理的化學物質。基本上都是有機溴化物，它能殺滅土壤中的一切生物，這是我們要非常注意避免接觸的。
最後要談的一大類就是除草劑（Herbicide）：給出一些結構式，是讓大家跟據上麵的原則，自己判斷其潛在毒性。一般來說有機氯，有機磷趨向於短期毒性；苯環結構趨向於長期毒性，致癌致畸等，而且更加穩定不易降解。
除草劑使用增加是農業發展必然的趨勢，實際上與轉基因沒太大關係，就和化肥和殺蟲劑使用增加一樣，在過去四十年裏成倍翻番。
除草劑一直在用，而且使用領域越來越寬，家庭的房前屋後也都在用，在中國偏遠農村裏現在，農民都會說去買點草藥來滅草了；再加上過去幾十年裏使用各種不同除草劑，美國的雜草抗藥性也比以前更強，使用劑量也在增強。在加州，大田裏你可以很容易看到比人還高的蒲公英。人們總是在不斷用新藥來代替舊藥，這本身也是各種利益集團在博弈。
根據除草劑的作用位點和方式，大概可以分成以下幾大類：
1．草甘膦及其衍生物。草甘膦是孟山都公司70年代初的產品，它的作用方式是作為一種叫EPSPS酶的結合位點上PEP的底物競爭替代物，來幹預植物的關鍵代謝途徑，導致不能合成一些植物生長必需氨基酸，從而殺死植物。這是一種廣譜除草劑，因為其成本相對較低，土壤殘留較少，動物毒性很弱，所以受到歡迎。它的作用效果較慢，在一開始並不出彩。它的廣泛運用是在90年代後期，Monsanto開發出EPSPS酶的轉基因大豆、玉米和棉花之後。發現它是在是太方便了，可以有選擇的殺死雜草，而且可以不需要土壤預處理，任何時候都可以使用。過去還得用各種除草劑綜合處理土壤，及選擇在生長期使用，現在單一草甘膦就可做到，而且成本大降，結果導致草甘膦的泛濫，成倍成倍增加。草甘膦使用成倍增加的結果是其它除草劑的成倍減少。因為草甘膦專利在孟山都手上，而且多種轉基因的專利同時也在它之手，孟山都及草甘膦基本是世界公敵。但是孟山都草甘膦專利在數年前到期，現在基本上所有農藥公司都在生產各種各樣的草甘膦及其衍生產品。中國現在是最大的生產國。
上圖是草甘膦的分子結構式，化學名稱N-(phosphonomethyl)glycine，中文叫 N-(膦酸甲基)甘氨酸，商品名Roundup等。這基本上是一種最簡單的化學除草劑了，其相對毒性可想而知。
2. 草胺膦（Glufosinate）及其衍生物：這也是一類廣譜除草劑，化學結構上和草甘膦相似。但它的作用機製是抑製穀氨酸合成酶活性，從而影響植物的氨代謝和氮肥利用而快速殺死植物。它也有對應的轉基因稱Bar基因，常常在轉基因中作為一種篩選標記。因為草胺膦成本較高，而且隻能作用於一些較小的雜草，使用上受到一些限製。
上圖是草胺膦的分子結構式，化學名為（RS）-2-Amino-4-（hydroxy（（methyl）phosphonoyl）butanoic acid。中文4-(羥基（
3． 合成類生長素（Synthetic Auxins）：這是最早使用的一類除草劑，逾六十年曆史了。它的作用方式是仿植物生長激素作用，打亂植物生長和發育進程，導致植物死亡。這類物質在低濃度時作為植物生長調節劑，廣泛用於現代農業，可以促進植物生長，提高產量。在高濃度時，造成生長發育紊亂，從而達到除草劑的目的。最早使用的是一種叫2，4-D的物質，它也是很早就證實造成胎兒畸形的化學物質。但是它現在仍然在使用。因為它還能抑製一些真菌，在如今水果蠟上，為一些水果打蠟拋光，延長保質期。下圖為2，4-D的分子結構式。
2，4-二氯苯氧乙酸。看到苯環和氯原子，大家可以腦補它的分子毒性，但是它沒在Prop65名單上。
另外一個與此結構很相似的常用的生長素類除草劑，
商品名Dicamba中文叫敵草畏。它好像在名單上。還有很多類似產品，如奈乙酸等不一一介紹。這一類除草劑最大的好處是它是選擇性除草劑，能夠殺死寬葉雜草（雙子葉植物）而不傷害禾穀類作物（單子葉植物），而且植物不大容易產生抗藥性。在家庭院中可用於草坪維護。
接下來幾小類都是各種代謝過程的酶抑製劑
ALS抑製劑（乙酸乳酸合成酶抑製劑）：這關係到植物體內的氨基酸代謝。有5大類化學物質（sulfonylureas， imidazolinones, triazolopyrimidines，pyrimidinylthiobenzoates和sulfonulamino-carbonyl-triazolinoes），共有50 多種在市場上
這個結構式是其中最簡單的Sulfonylureas，不用我說了。
ACCase抑製劑：乙酰輔酶A裂解酶抑製劑。這是一類選擇性除草劑，能夠殺死單子葉的雜草而保留寬葉植物。其代表產品有Cyclohexanediones，分子結構式如下，商品名Sethoxydim，中文稱稀禾定
HPPD抑製劑：這是抑製植物胡蘿卜素代謝的一種關鍵酶
PPO抑製劑：乙酰乳糖合成酶抑製劑，
還有一些是植物光合作用係統的抑製劑，如clomazone等，見下圖，中文名叫異惡草酮
可以說幾乎所有的代謝酶抑製劑對動物都有不同程度的毒性。在數百種除草劑中，草甘膦可以說是結構最簡單，動物毒性最低，廣譜高效的除草劑。因為轉基因而妖魔化它，隻會導致其它更具毒性的除草劑使用。即使這些除草劑不在Prop65的名單上，並不代表它的毒性比草甘膦弱。除草劑一般在播種前的土壤處理，及作物出芽不久後使用，在作物生長前期，讓其有相當的競爭優勢。作物生長後期，因為植冠已經形成，雜草相對處於弱勢，是不需要除草劑的。
在高投入產出的現代農業中，除草劑的使用是不可避免的。單一使用一種除草劑有著很大風險，會造成雜草抗藥性的增加，結果是除草劑劑量越來越大，不可避免的增加環境成本，除草劑在作物中的殘留也會越來越多，因此雜草控製是一個綜合治理工程。同樣道理，一種化學物品，無論如何號稱安全無毒，在濃度達到一定時，同樣會造成生態災難。就拿鹽糖來說，鹽堿地可以寸草不生；糖鹽用於醃漬，幾乎可以滅殺所有生物。減少對化學品的依賴才是農業可以持續發展的根本方法。
在美國，總的來說農藥殘留是在可以控製的狀態下的。每種農藥的適用範圍和適用時間都有嚴格的規範，都會明確標記規定在收獲前多少天以前（PHI)使用，而且會反複試驗經常更新。大型集約化的種植，從農藥的處方，采購到實際應用，都是在專業人士的指導下才能完成，並有用時、用量、使用人等嚴格記錄。在加州中穀地區，農業用地分割成一塊塊標準大小地塊，每塊地大約是160英畝，相當於約1000中國市畝，收獲時在每塊地的具體區域都有較詳細的記錄，一旦發現問題，可以追蹤到發生問題的地方和人。在中國，這可能牽涉到數百的知識水平不同、想法不同、難以協調的農戶，因此食品安全農藥殘留更是一個嚴峻的挑戰。
最後關於草甘膦是否致癌，有很多爭論，在以前我也有過一些討論http://bbs.wenxuecity.com/cooking/1521599.html。本著化學物品有害有罪推論，權認為它是致癌物吧！
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.
