Pesticides
1
 PEST = any organism that interferes in
some way with human welfare or activities.
2
 PESTICIDE = toxic chemicals used to
reduce the size of and control the pest
population.
 Grouped by their target organism
Insecticide, Herbicide,
Fungicide, Rodenticide
 85% of pesticides worldwide used for
Agriculture.
3
 “Ideal Pesticides”
 Narrow-Spectrum = kill only target
organism.
 Breaks down easily into safe materials
 Does not move around in the environment.
 “Non-Ideal Pesticides”
 Broad-Spectrum = kill more than just
the target.
 Persistent or Can degrade into other
cmpds that can be more dangerous
 Move around in the environment.
4
 Pre-1940s (First-generation pesticides)
 Inorganics (Minerals)
 Contain lead, mercury, and arsenic
 Very persistent & bioaccumulate
 Organics (Botanicals)
 Plant-derived
 Break down readily
 Post-1940s (Second-generation pesticides)
 Synthetic Botanicals
 Made by altering natural botanicals
 Ex: dichlorodiphenyltrichloroethane (DDT)
5
6
INSECTICIDES : Classified by chemical structure
 Chlorinated Hydrocarbons = organic cmpd + Cl
 Broad-spectrum, persistent
 Most are banned (DDT, endosulfan, etc)
 Rachel Carson: Silent Spring
 Organophosphates = organic cmpd + P
 more poisonous than most others
 not persistent, so they’ve replaced most
chlorinated hydrocarbons
 Carbamates = broad-spectrum, derived from
carbamic acid
 Less toxic to mammals (Carbaryl, Aldicarb)
7
HERBICIDES
 Classified by how they act & what they kill
 Selective Herbicides = kill only certain
types of plants
 Broad-leaf Herbicides
 2,4-D & 2,4,5-T common in 1940s
 2,4,5-T banned by EPA in 1979 due to possible
harmful side effects realized after its use in the
Vietnam War
 Grass Herbicides
 Nonselective Herbicides = kill all
vegetation
8
VIETNAM WAR & HERBICIDES
 US used mixtures of herbicides to kill vegetation
in S.Vietnam to expose hiding places & destroy
crops planted by Vietcong: Agent White, Agent
Blue, & Agent Orange
 Negative environmental impacts:
 Mangrove forests & hardwood forests destroyed
 Harmed ecology & economy of S.Vietnam
 Negative health impacts:
 Agent Orange = 2,4-D & 2,4,5-T combined.
 Created highly toxic Dioxins during creation
 Birth defects, stillbirths, female reproductive
disorders, soft-tissue cancers
 Bioaccumulated in fish = very high levels in
Vietnamese people
9
Benefits and Problems with Pesticides
 Benefit: 1:Disease control
 Fleas, lice and mosquitoes carry disease
•
Malaria- mosquito
born
•
•
•
2.7 million people
die each year
Few drugs
available, so
focus is on killing
mosquitoes
DDT
10
 DISEASE CONTROL
 Malaria: carried mostly by female mosquitoes
 Worldwide: 300-500M people currently suffer,
2.7M die each year.
 DDT has helped the malaria problem greatly.
 Sri Lanka: went from 2M cases each year to
almost zero with the use of DDT.
 When spraying stopped, more than 1M cases per
year within 4 years.
 Restarted DDT spraying in 1968
 DDT still used in at least 20 tropical countries
to control mosquitoes.
11
Benefits and Problems with Pesticides
 Benefit: 2: Crop Protection
 Pests eat and destroy 1/3 of world’s crops
 Farmers save $3 to $5 for every $1 they invest in
pesticides
12
Benefits and Problems with Pesticides
 Problem:1: Evolution of Genetic Resistance
 Pest populations are evolving resistance to pesticides (right)
 520 insect & mite species & 84 weed species currently
resistant
13
Benefits and Problems with Pesticides
 Problem: 2:Imbalances the Ecosystem
 Spraying to kill insects can affect birds,
rabbits, etc.
 Despite 33-fold increase in pesticides since
the 1940s, crop loss has not really changed
14
Ecosystem Imbalances
 Pesticides affect species other than intended
pests.
 Beneficial insects, birds, and others are often killed.
 Indirectly responsible for killing many natural
enemies of the pests (may starve/migrate
looking for food after pesticide use)
 Kill natural enemies directly sometimes
 eating prey who have pesticides in their bodies
15
Benefits and Problems with Pesticides
 Problem:3: Creation of New Pests
 Infestation of red scale insects on lemons
after DDT sprayed to control another pest
16
Benefits and Problems with Pesticides
 Problem:4: Persistence, Bioaccumulation,
and Biological Magnification
 Bioaccumulation
 The buildup of a persistent pesticide or other toxic
substance in an organisms body
17
•
Biological magnification
•
Increased concentration of toxic chemicals in tissues of
organisms at higher trophic levels
18
Biomagnification
19
Benefits and Problems with Pesticides
 Problem:5: Mobility in the Environment
 Do not stay where they are applied
 Move through soil, water and air
20
NONPOINT SOURCES
Rural homes
Cropland
Urban streets
Animal feedlot
Suburban
development
POINT
SOURCES
Factory
Wastewater
treatment
plant
21
Risk of Pesticides to Human
Health
 Short-term Effects of Pesticides
 Handling food with pesticide residue
•
•
Mild case:
nausea,
vomiting,
headaches
Severe case:
damage to
nervous
system,
22
Long Term Effects
 Can cause cancer (lymphoma, leukemia,





brain/lung/testicle/breast)
Sterility possible.
Higher rates of miscarriage
Greater risk: children of ag.workers (birth
defects/stunted limbs)
Immune system suppression
Potential link to Parkinson’s.
23
Pesticide Label Information






Brand name
Ingredients
Formulation
Signal word – DANGER, WARNING, CAUTION
Directions for use
Hazards to humans, animals, and the
environment
 Personal Protective Equipment Requirements
 First Aid
 Registration number, manufacturer
name/address
 Net contents
Pesticide Ingredients
 The active ingredients are specified on the
label.
 This information can help you compare
different pesticide products.
 Inert ingredients are not identified.
Signal words
 DANGER pesticides are extremely
dangerous
 A very small amount of a DANGER-POISON
pesticide will kill a human or pet
 DANGER pesticides can cause severe eye/skin
injury
 WARNING – larger amounts will injure
humans
 CAUTION pesticides are the least dangerous
Statements of Practical Treatment
 Hazards to humans
 Hazards to domestic animals
 Acute effects statement (happen within 24
hours)
 Delayed or chronic effects statement
(happen over time such as cancer)
 Your risk hazard from pesticide depends on
the toxicity of the pesticide and your
exposure to it
Hazard Statements
 Hazards to Humans
 Eye, skin, inhalation, ingestion, etc.
 Environmental Hazards
 Birds, bees, groundwater, etc.
 Consider the hazards before you buy a
pesticide.
29
Alternatives to Pesticides
1: Cultivation Methods
 Interplanting = alternating rows of different
plants
 Strip Cutting = harvest one crop at a time,
leaving habitat for natural predators of the
pests.
 Planting around margins to keep habitat
for natural predators.
 Proper timing & crop rotation
30
Alternatives to Pesticides
2: Genetic Controls
 Create a pest-resistant crop by crossing pestresistant plants w/ non-resistant.
 Problems: fungi/bacteria/pathogens evolve
quickly = must keep ahead!
 3: Genetically Modified (GM)
Plants can be created quickly !
It could harm other parts of the environment !
 Many varieties are selective. Modify the gene =
more general & more widely effective!
31
Alternatives to Pesticides
4: Biological Controls
 use naturally occurring disease organisms/
parasites/ predators to control pests.
 >300 species have been introduced.
 Careful that new control
agents don’t become pests!
(weevil/thistle)
 Bt = soil bacterium that’s
a great natural insecticide.
32
Control Using
Natural Enemies
33
Alternatives to Pesticides
5: Quarantine
 restrict import of exotic plants/animals that
may harbor pests.
 Effective, but not foolproof.
 Ex: Mediterranean Fruit Flies (medflies) in
California… it’s worked, but they keep
coming back!
34
Alternatives to Pesticides
6: Pheromones & Hormones
 Pheromones = natural
substances produced by
animals to stimulate a
response within their
species.
 Use to lure insects into traps!
 Hormones = natural
chemicals produced by
insects to regulate their own
growth/metamorphosis.
 Given at wrong time: abnormal
development & possible death.
35
Alternatives to Pesticides
7: Reproductive Controls
 Sterile Male Technique = sterilize males
w/ radiation or chemicals.
 Disadvantages:
 Must be done continually to be effective - if
discontinued, pest pop will rebound very
quickly.
 Expensive! $$$$$$
36
8: Irradiating Foods
 Use ionizing radiation (gamma
rays from cobalt 60) on
harvested food to kill harmful
microorganisms
 First used in US: 1992
 Controversial, yet mostly safe.
 Can cause free radicals
(carcinogenic), but they normally
occur produced by frying and
boiling.
 Don’t know the long-term effects
yet.
37
Integrated Pest
Management (IPM)
 Combine many methods of pest mgmt.
 Pesticides are a last resort, and weak ones are




used in low amts.
Important for Sustainable agriculture.
Used to MANAGE, not ERADICATE.
 Determine when pest pop reaches an economic
injury threshold when benefit of taking action
exceeds cost.
Requires education on good strategies.
Overall, IPM use is low. Knowledge to use pesticides
is less than to use IPM.
38
Systems Approach- Integrated Pest
Management (IPM)
 IPM
 Combination of pest
control methods that
keeps pest population
low without economic
loss
 Conventional
pesticides are used
sparingly when other
methods fail
39
40
Systems Approach- Integrated Pest
Management (IPM)
 Rice Production in Indonesia
IPM
Introduced
41
‫تعریف مقاومت‬
‫ً‬
‫توانايي بقاء يك حشره به غلظتي از سم كه قبال توسط آن غلظت‬
‫ً‬
‫كامال از بين ميرفت‪.‬‬
‫‪42‬‬
RR x rr
Susceptible x
Resistant
r
resistant allele
R
R
Susceptible
allele
Rr
Rr
Mildly resistant
offspring
r
Rr
Rr
Rr x Rr
Heterozygous
mildly resistant
R
R
r
RR
dies
Rr
May survive
r
Rr
May survive
rr
SURVIVES!
43
44
‫مشکالت مقاومت به سموم در حشرات‬
‫‪1‬ـ مقاومت به سموم در حشرات باعث بقای حشره در طبیعت و در نهایت ادامه خسارت اقتصادی و‬
‫بهداشتی خواهد بود‪.‬‬
‫‪ 2‬ـ مقاومت در حشرات باعث افزایش غلظت سم برای کنترل بهتر حشرات شده در نتیجه از نظر‬
‫اقتصادی‪ ،‬بار مالی بیشتری برای انسان داشته و آلودگی محیط زیست را نیز افزایش میدهد‪.‬‬
‫‪3‬ـ استفاده بیشتر از سموم باعث آلودگی محیط زیست شده و موجودات غیرهدف مثل حشرات مفید و‬
‫موجوداتی که در سیر تکاملی جانوران و طبیعت نقش اساس ی دارند را از بین میبرد‪.‬‬
‫‪4‬ـ سموم استفاده شده‪ ،‬وارد چرخه تغذیه انسان و حیوانات شده و ناهنجاری های متفاوتی را باعث‬
‫میگردد‪.‬‬
‫‪5‬ـ مقاومت به سموم‪ ،‬انسان را وادار به سرمایهگذاری در جهت کشف سموم جدید مینماید که این‬
‫ً‬
‫مسئله کامال مقرون به صرفه نمیباشد‪.‬‬
‫‪6‬ـ مقاومت به سموم در حشرات باعث بازپدیدی بیماری های مختلفی که توسط حشرات به انسان منتقل‬
‫میشوند گردیده است‪ .‬بطور مثال بازپدیدی و تداوم ماالریا یکی از نمونههای بارز مقاومت پشه آنوفل‬
‫به سموم است‪.‬‬
‫‪45‬‬
 Pesticide Treadmill
 Cost of applying pesticide increases
 Because they must be applied more frequently or in larger doses
 While their effectiveness decreases
 Because of increased genetic resistance in pests
46
‫مکانیسم های مقاومت به سموم در حشرات‬
‫‪ -1‬کاهش نفوذ سم )‪(Reduced penetration‬‬
‫‪ -2‬مقاومت از طریق شکست سم توسط آنزیم های حشره)‪(Metabolic resistance‬‬
‫‪ -3‬تغییر در سیستم هدف در حشرات )‪(Target site insensitivity‬‬
‫‪ -4‬تغییرات رفتاری)‪(Behavior change‬‬
‫‪ -5‬دفع سم)‪(excretion‬‬
‫‪47‬‬
‫فاکتورهائی که در مقاومت به سموم نقش دارند‬
‫‪ 1‬ـ فاکتورهای ژنتیکی‬
‫مانند جهش ‪ ,‬فراوانی ژنهای غالب مقاومت‬
‫‪2‬ـ فاکتورهای تولید مثلی‬
‫مانند تعداد نسل در سال‪ ,‬اندازه جمعیت حشرات‪ ,‬تعداد جفتگیری‪ ,‬بکرزائی و غیره‬
‫‪3‬ـ فاکتورهای رفتاری اکولوژیکی‬
‫مانند مهاجرت حشرات‪ ,‬فرار از حشرهکش‪ ,‬اثر مواد طبیعی و آنزیمهای شکنندة سم‪ ,‬عادات درون‬
‫خواری و برونخواری‬
‫‪4‬ـ فاکتورهای سمپاش ی‬
‫مثل سابقه استفاده از سموم‪ ,‬قسمتی از جمعیت که تحت تأثیر سم قرار میگیرند ‪,‬غلظت‬
‫حشرهکش استفاده شده‪ ,‬خاصیت ابقائی سم‪ ,‬راه تماس‪ ,‬مرحلهای از رشد حشره که در تماس با‬
‫سم قرار میگیرد‪ .‬اثرات متقابل سموم با عوامل کنترل کننده محیطی‪ ,‬استفاده از مخلوط دو سم‪,‬‬
‫الگوی سمپاش ی‪ ,‬رهاسازی حشرات نر عقیم‪.‬‬
‫‪48‬‬
‫مدیریت مقاومت‬
‫‪ 1‬ـ تغیير دادن غلظت حشره کش و دفعات سمپاش ی‬
‫‪ 2‬ـ استفاده از سموم در مواقع ضروری و بصورت منطقهای‬
‫‪3‬ـ استفاده از سموم در جائی که اپیدمی حاصل میشود‬
‫‪ 4‬ـ استفاده از سموم با خاصیت ابقائی کمتر‬
‫‪ 5‬ـ استفاده از سموم برای کنترل بخش ی از سیکل زندگی حشره مثل الرو یا حشره کامل‬
‫‪ 6‬ـ استفاده از مخلوط دو سم‬
‫‪ 7‬ـ جایگزینی سموم‬
‫‪ 8‬ـ استفاده از سموم بصورت‪rotation‬‬
‫‪ 9‬ـ استفاده از فرموالسیون های مناسب سموم‬
‫‪ 10‬ـ استفاده از سینرژیستها‬
‫‪ 11‬ـ کشف سم جدید با مکانیسم عمل متفاوت‬
‫‪ 12‬ـ استفاده از روش های کنترل غيرشیمیایی‬
‫‪49‬‬
‫فرومون ها‬
Pheromones
50
‫ جایگزینی‬،‫استفاده از فرومون ها در کنترل آفات‬
‫مناسب برای سموم شیمیایی‬
‫ترشحات غدد برون ریز‬
‫ترشحات غدد درون ریز‬
• Pheromones = natural • Hormones = natural
substances produced by
animals to stimulate a
response within their
species.
 Use to lure insects into
traps!
chemicals produced by
insects to regulate their
own
growth/metamorphosis.
 Given at wrong time:
abnormal development &
possible death.
51
‫اطالع رسان های شیمیایی مواد شيمايي هستند كه توسط يك موجود زنده (نظير گياهان‪،‬‬
‫حشرات و غيره) متصاعد شده و سبب بروز رفتار يا پاسخ فيزيولوژيكي در افراد ديگر مي‬
‫گردد‪ .‬اين تركيبات را مي توان به دو گروه تقسيم نمود ‪:‬‬
‫اطالع رسان هاي شيميايي‬
‫)‪(Semiochemicals‬‬
‫ارتباط درون گونه اي‬
‫فرومون ها )‪(Pheromones‬‬
‫‪-‬فرومون جنس ي‬
‫آللوكميكال ها )‪(Alelochemicals‬‬
‫‪-‬فرومون تجمعي‬
‫‪-‬آلومون (به نفع توليد كننده)‬
‫‪-‬فرومون اعالم خطر‬
‫‪-‬كايرومون (به نفع گيرنده)‬
‫فرومون رديابي‬‫فرومون عالمت گذاري ميزبان‬‫‪52‬‬
‫ارتباط بين گونه اي‬
‫‪-‬سينومون (به نفع توليد كننده و گيرنده)‬
‫مزایای استفاده از فرومون ها در مديريت تلفيقي‬
‫آفات‬
‫ً‬
‫‪ -1‬اين تركيبات به صورت طبيعي موجود هستند و بنابراين كامال با‬
‫محيط زيست سازگارند‬
‫‪ -2‬مي توانند در مسافت هاي طوالني منتشر شده و به سرعت عمل‬
‫كنند‬
‫‪ -3‬هيچگونه خطري براي سالمتي انسان يا محيط زيست ايجاد نمي‬
‫كنند‬
‫‪53‬‬
‫استفاده از فرومون ها در مديريت تلفيقي آفات‬
‫‪ -1‬پايش (‪)Monitoring‬‬
‫به طور كلي پايش حشرات به سه منظور صورت مي گيرد‪:‬‬
‫الف‪ :‬بررس ي وجود يك آفت در منطقه‪،‬‬
‫ب‪ :‬تخمين جمعيت نسبي يك آفت در محل و‬
‫ج‪ :‬تعيين زمان ظهور يا پيك پرواز يك گونه مشخص در منطقه‪.‬‬
‫از انواع تله هاي فروموني مي توان در اين سه منظور بهره جست و پس از آن‬
‫مي توان با كمك و تلفيق ساير روش ها آفت را كنترل نمود‪.‬‬
‫‪54‬‬
‫استفاده از فرومون ها در مديريت تلفيقي آفات‬
‫‪ -2‬اختالل در جفت گيري (‪)Mating Disruption‬‬
‫اين روش كه در آن از فرومون جنس ي مختص يك گونه در مقادير بسيار با اال‬
‫استفاده مي شود بيشتر در مورد آفات بالپولكداران و در باغ ها استفاده مي‬
‫شود‪ .‬در این روش با رهاسازي مقادير بااليي از فرومون سنتز شده در محيط‪،‬‬
‫در جستجوي حشرات نر براي يافتن جنس ماده اختالل ايجاد شده و در نتيجه‬
‫ميزان جفتگيري و به دنبال آن تخم ريزي كاهش مي يابد‪.‬‬
‫‪55‬‬
‫استفاده از فرومون ها در مديريت تلفيقي آفات‬
‫‪ -3‬شکار‬
‫شكار حشرات آفت با كمك تله هاي فروموني پس از مرحله پايش مي تواند‬
‫منجر به حذف تعداد بااليي از آفات مورد نظر در منطقه گردد‪ .‬در اين تله ها‬
‫اتژي‬
‫مي توان همزمان عالوه بر فرومون از يك سم نيز استفاده نمود (استر ا‬
‫‪ )Lure and Kill‬كه به اين ترتيب عالوه بر نابودي آفات‪ ،‬از تماس‬
‫مستقيم سم با محصول نيز جلوگيري مي شود‪ .‬اين تكنيك در مورد آفات‬
‫انباري نيز به خوبي قابل استفاده است‪.‬‬
‫‪56‬‬
‫تله دلتا‬
‫‪57‬‬
‫تله بالی‬
‫‪58‬‬
‫انواع تله های قیفی‬
‫‪59‬‬
‫تله دام‬
‫‪60‬‬
‫تله مکفیل‬
‫سراتراپ‬
‫مشکالت استفاده از فرومون ها در مديريت تلفيقي‬
‫آفات‬
‫•از آنجا که فرومون ها ترکیبات بسیار اختصاص ی هستند تولید آنها به طور‬
‫مصنوعی بسیار دشوار است‪.‬‬
‫•غلظت موادي كه رهاسازي مي شود بايستي آنقدر باشد كه توسط حشره درك‬
‫شود‪.‬‬
‫ن) بايستي از موادي تهيه ش اوند كه‬
‫•ديسپنسرها (كپسول پخش كننده فرومو ا‬
‫توليد آنها به راحتي امكان پذير باشد‪.‬‬
‫•رهاسازي اين مواد مي بايست در تمام طول دوره حضور آفت انجام گيرد‬
‫‪61‬‬