農藥藥理與應用─除草劑
編者序

    除草劑篇為「農藥藥理與應用」系列著作之第三部,同前兩部格式,本書計分緒言、各論及抗藥性管理等三個章節,第一章主要概述除草劑應用發展的概況/重要性與國內外重要雜草類別/生物特性,並概略回顧重要除草劑應用性發展歷程,及簡介植物醫學雜草防治管理專業處方應用所必須嫻熟-以作用機制為依歸之除草劑分類應用體系。第二章為既知的重要除草劑各論,第三章則討論除草劑抗藥性管理的重要性、發生概況、已知作用機制及因應抗藥性發展的雜草綜合管理對策等。佔最大篇幅的第二章各論部分主要依據除草劑抗藥性行動委員會(HRAC) 2013/12/26網站所公告分類表之除草劑作用機制分類系統為架構加以編纂,此系統將已知的除草劑按其對雜草致死的作用機制特性,大致區分為影響光反應過程(light reaction process)、影響細胞代謝作用(cell metabolism) 及影響生長與細胞分裂(growth and cell division) 等三大類型。就對光反應過程的影響而言,葉綠體的功能為主要作用標靶,所施用藥劑主要係經由阻斷/干擾光磷酸化反應之電子傳遞過程、抑制葉綠素生合成導致光動色素累積與自發性光氧化作用之爆發、或者抑制類胡蘿蔔素生合成以致光氧化保護作用之嚴重缺損等,進而達到殺滅雜草效果。這些生命功能受到抑制/干擾之下,共同的特徵都會導致激活態氧自由基的持續大量產生及其對整個膜系統的快速致死性摧毀作用。在細胞代謝影響方面,所施用藥劑主要影響到的代謝流程,包括支鏈胺基酸、芳香族胺基酸及脂肪酸生合成等,均為存在葉綠體的生合成系統;導致解偶聯作用及對葉酸生合成的影響,則除了葉綠體,也影響到粒線體的功能;而對非關乙醯輔擫A羧化擫(not ACCase) 的脂肪酸生合成之影響,則涉及到葉綠體與內質網偕同的功能。此些代謝抑制性藥劑的致死作用,主要係新生組織生長所必須代謝產物及能量的供應等受到抑制所導致,部分藥劑更有導致膜系統的傷害或與自由基產生有關的毒害作用。至於對於生長與細胞分裂的抑制影響方面,則已知影響所及,包括細胞分裂過程攸關重要的微管(microtubule) 蛋白的組合與機化/組裝、內質網超長鏈脂肪酸(VLCFA) 之生合成及其與蠟質/角質層等重要結構和生物膜磷脂/鞘磷脂(sphingolipids) 等攸關生命功能生物分子形成的維繫、細胞壁纖維素之生合成以及生長素賀爾蒙相關代謝與運送功能的失調等,其對雜草的致死作用則涉及整個細胞或植株特定生命過程功能的運作,有關作用的分子基礎也相形複雜。藥理學為處方(prescription) 用藥必須具備的專業知能,施用除草劑目的在控制雜草使不致於影響到作物的生長發育及業者最關心的產量與品質,相較於殺菌劑/殺蟲劑抑制或殺滅的對象分別為屬於微生物的病原菌以及屬於節肢動物的害蟲,其等與栽培作物的生物屬性相去甚遠;除草劑要防治的雜草屬於植物,植物醫護相關從業人員在臨床(clinic) 實務應用上要如何達到既能抑制或致死雜草,又能避免對同屬於植物的栽培作物發生不必要的傷害,作用藥理方面的認知的確是除草劑派用選擇上不容忽視的一環。
    本除草劑篇著作所涵蓋除草劑總計約298種,討論內容大體參照HRAC 2013/12/26網站公告內容版本(January 2005 version) 所涵蓋藥劑種類,各藥劑重要特性則主要取材自2012年BCPC (British Crops Production Council) 出版、由C. MacBean 所編輯A World Compendium-The Pesticide Manual-第16版(總計1439頁)之登載內容。有關作用機制部分之討論則主要參考1998年英國皇家化學學會(The Royal Society of Chemistry) 出版、由Copping, L. G.與Hewitt, H. G.所編著之《作物保護劑化學與作用機制 Chemistry and mode of action of crop protection agents》,以及散見於期刊/專著之各作用機制類別藥劑相關研究與評論(review) 報告。
    就醫師臨床處方應用而言,安全、確效、經濟最好能面面俱到,就所涵蓋各藥劑,本書中除討論其個別理化特性與發揮活性有關的作用機制學理基礎,更逐一闡述已知的適用作物對象、應用時機、施用技術以及可茲防治的雜草種類與單位面積用量範圍等。其中各藥劑的毒性部分僅載入LD50數據供參考,除非另外標示(例如雄鼠male rats或兔子rabbits),所顯示概為以大鼠做測試所獲得之口服急毒性劑量,單位為mg/kg。至於已知的適用作物對象以及可茲防治的雜草種類與單位面積用量範圍等資訊則為The Pesticide Manual書中所登載,主要為歐、美與日本等先進農藥科技大國的應用情況,其中單位面積用量範圍主要以每公頃用量表示。必須特別提醒的是,這些討論內容主要係供植物醫師的專業養成教育訓練所需,及植物保護領域產學研界相關同仁雜草綜合管理業務執行上之參考,國內農業栽培上雜草管理防除田間用藥仍務必按植物保護手冊所登載經政府核可之藥劑與應用方法施作,以免衍生農藥殘留與藥害,甚至違規用藥等問題。
    農藥應用為近年來備受國人關注的社會議題,除了影響食安,更嚴重威脅到攸關生活品質與居家安全的生態環境,近二十年來全球用量一直居高不下的諸多農藥中,除草劑占比一直高達近半、獨占鰲頭。台灣由於農業人口嚴重老化、勞力短缺,近年來除草劑的用量也持續攀升而為各類農藥之冠。為改善國內農產品安全及維護國人健康,農委會甫近第六屆全國農業會議通盤檢討各種農業用藥管理所需精進作為,並確定十年內全國農藥用量減半為政策性推動之目標。面對當前產業發展上對除草劑仰賴日增之現況,既要維繫產業發展需求、又期盼十年內農藥用量減半看似兩難,然細思長年來農藥用量一直居高不下的根源,解決之道仍端在用藥專業的落實,只要能在用藥上落實醫學專業並於技術上接軌國際,農藥用量減半應該是顯可預期的。有鑑於除草劑大量應用對人類健康與環境生態的諸多負面影響已漸成全球性難見容於當前社會的公共議題,且抗嘉磷塞轉基因作物栽培上超級雜草抗藥性問題極為嚴峻,新型符合降低風險(reduced risks) 特質與環境保育概念的所謂綠色農藥(green pesticides),以及新型抗藥性轉基因作物的發展應用,近年來一直是國際大廠競相投入的主流趨勢,此些降低風險新型除草劑主要特色端在低毒、低用量、高選擇性且對環境衝擊小。然由於為高選擇性,其可茲防治雜草譜域及應用的作物對象均相對較窄,加上藥劑田間應用所需搭配技術及可能衍生抗藥性問題的防範管理等專業層次均較高,此些專業特質再再反映植物醫學相關教育訓練與專業證照的配合在業務執行上的必要性。時下農業栽培上的雜草防治管理,植物醫護人員除了須掌握田間主要雜草相之分布演替狀況,並得具備雜草綜合管理專業訓練,此外用藥上更需對藥劑作用之藥理能有透徹的了解,方能精準處方用藥,確保藥效之最大發揮。基於此,本著作主要嘗試由農藥藥理學(pharmacology) 專業角度切入整合除草劑在農業上之應用性,除了討論各不同作用機制歸類藥劑個別對不同分類群標靶雜草以及不同作物群之實際應用性,更進而闡述如何經由藥劑之交替或混合搭配以及施用方法與時機的最佳化,以達到專業處方應用、確保農產品品質與產量、降低農藥殘留與生態衝擊風險及確保食安與國民健康福祉等終極理想目標。
    作物病蟲草等害物之處方用藥,醫護人員除了需要懂藥理,更需要熟捻諸多病蟲草害物危害特性、作物品種特質以及栽培管理要領。個人非雜草防治管理專業,相關藥理之討論也僅限於個人於相關生命科學、生理學與生化代謝領域的粗淺涉獵所能理解,斗膽編撰本書旨在拋磚引玉,一則就教方家,讓個人在此一方面的內涵得以持續成長;另則至盼其對國內植物醫師專門職業養成教育,以及農企業栽培管理業務執行上病蟲草等害物綜合管理專業養成訓練有所裨益。一旦可以熟習各種藥劑之藥理與適用範圍,配合植物保護手冊官方核可用藥資料的應用,相信栽培業者在用藥選擇上可以有明確的學理依據,植物保護相關研究、推廣從業人員與農政官員在業務執行上甚至政策研擬推動上,也有助於切中並深入問題、並與國際接軌。一旦植物醫護業務得以制度化步上正軌,則農業生產與食安兼顧、全體國民健康福祉之確保均得以水到渠成。

誌謝

本書得以編寫完成,特別要感謝昔日同窗好友葉瑩博士長年以來共事過程在專業領域業務執行上的鼎力協助以及本書編撰過程一路走來不斷的催促與鼓舞;2014年暑假期間接受農委會補助與農科院合辦「農藥藥理與應用」相關種子師資培育工作,當中的密集課程需求為臨門一腳催生本書之最大動力。另外必須特別感謝的是農科院研究員兼本校農藥殘留檢測中心技術主管楊尚書博士,本書中所有討論藥劑個別化學結構之電腦繪製皆得力於他的大力專業協助。感恩!感謝大家!


曾德賜  謹識

 

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