1、曹永军曹永军2011.52011.51、基本知识2、研究与应用现状3、研究方法主要内容1 基本知识1.1 植物源农药的含义1.2 植物资源1.3 作用方式1.4 有效成分1.5 主要特点植物源农药的概念及其范畴没有统一说法。通常指利用植物资源开发的农药。狭义：指直接利用植物产生的天然活性物质或植物的某些部位而制成的农药广义：还包括按天然物质的化学结构或类似衍生结构人工合成的农药。源于植物活性成分开发的是不是都是植物源农药？（拟除虫菊酯类、氨基甲酸酯类、氯化烟酰类）是否只有从植物中获取的活性成分加工而成的才是植物源农药？（可人工合成的植物活性成分）1.1 植物源农药的含义人工创制人工创制农药农药
2、完全创制农药有机磷类，有机氯类，大部分除草剂，杀菌剂天然产物模板改造农药氨基甲酸酯类，拟除虫菊酯类，沙蚕毒素类天然产物天然产物农药农药矿物农药无机农药矿物油农药生物农药生物体农药生物化学农药张兴等，西北农林科技大学学报，张兴等，西北农林科技大学学报，2002，30(2):142-148农药分类生物生物体农体农药药动物体农药天敌昆虫，捕食螨天敌昆虫，捕食螨，转基因昆虫，转基因昆虫等等植物体农药转基因作物转基因作物微生物体农药真菌，细菌，病毒，线虫，微孢真菌，细菌，病毒，线虫，微孢子虫等子虫等生物生物化学化学农药农药植物源生物化学农药植物毒素，植物内源激素，防卫植物毒素，植物内源激素，防卫素，植物
3、源昆虫激素，异株克生素，植物源昆虫激素，异株克生物质等物质等动物源生物化学农药昆虫性信息素，毒蛋白，毒素等昆虫性信息素，毒蛋白，毒素等微生物源生物化学农药抗生素，毒素类等抗生素，毒素类等生物农药分类生物化学农药是指从生物体中分离出的、具有一定化学结构的、对有害生物有控制作用的生物活性物质。该物质若可人工合成，则合成物结构必须与天然物质完全相同（但允许所含异构体在比例上的差异）。植物源农药植物源农药是指利用植物根、茎、叶、花、果实和种子等部分经粗加工，或提取及人工合成的活性成分加工成的农药制剂。1.2 植物资源o 杀虫植物 据报道全世界约1600种以上植物具有杀虫活性，中国有数百种。研究较多的有
4、楝科、卫矛科、豆科、柏科、杜鹃花科、瑞香科、菊科等植物。o 抗菌植物 Wilkin等(1987)曾报道有1389种植物有可能作为杀菌剂。大蒜、银杏、蛇床子、黄连、小飞蓬、红树、厚朴、麻黄和细辛挥发油、风仙、骆驼篷等。o 除草活性植物 30多科植物中发现上百种具杀草活性的化合物 猪毛蒿、烟管头草、核桃、飞机草、豚草、芒箕、蟛蜞菊、胜红蓟、桉树属植物、核桃楸等o 杀线虫植物 臭草、孔雀草、向日葵、印楝、百日菊等41属47种植物可用于防治线虫。o 抗病毒植物 起步不久，商陆、紫茉莉、洋葱等。西北农林科技大学筛选出抗烟草花叶病毒的植物 58种，其中银杏、无花果、板兰根、大黄提取物的抑制率在50%以上1
5、.3 作用方式o 触杀和胃毒（除虫菊素、烟碱、毒扁豆碱等）o 拒食（印楝素）o 引诱或趋避（主要为植物精油）o 抑制生长发育（植物源昆虫激素）o 光活化毒性（茵陈二炔、呋喃香豆素）o 杀菌和抑菌作用（乙蒜素、蛇床子素）o 异株克生作用1.4 有效成分o 生物碱（烟碱、苦参碱）o 糖苷类（茶皂素、苦木素）o 羧酸酯类（除虫菊酯）o 黄酮类（鱼藤酮）o 萜烯类（印楝素、苦皮藤素）o 香豆素类（蛇床子素）o 精油类（薄荷油、肉桂精油等）o 有毒蛋白质（蓖麻毒素）p作用方式与机制多样，不易产生抗性 作用机理一般均较为复杂,可在IPM、抗性治理、协调治理中发挥显著作用。1.5 主要特点p选择性高，有利于
6、保护天敌更长期、有效地控制有害生物种群的增长 优优 点点p符合IPM理论和农业可持续发展战略对有害生物的作用较为缓慢，一般不直接杀死有害生物，抑制害虫种群增长p环境污染轻，对人类健康安全自然存在的物质，安全性较好；施用于环境或作物,不易产生残留,不引起生物富集现象。p防治效果较慢p植物资源有限 缺缺 点点作用比较温和缓慢，不能快速控制病虫害的暴发与迅速蔓延某些利用根皮、茎皮会破坏了整株植物的生长p植物活性成分多数不稳定使用成本和防治效果两面个方面难以和常规农药竞争p防治谱相对较窄，应用范围受限2 研究与应用现状2.1 研究背景2.2 开发利用途径2.3 主要代表2.1.1 农药与人类生存密切相
7、关2.1 研究背景 从目前情况看，农作物的病虫草害仍是农业生产的大敌。据联合国粮农组织估计，世界粮食生产因病、虫、草害常年损失分别为10、14、和11，棉花因病、虫、草害常年损失分别为12、16、5.8，为此，全世界因有害生物所造成的经济损失为1200亿美元。据美国农业部资料，美国一旦停止使用农药，将导致植物产品的产量降低30，相应农产品的价格提高5075；英国试验证明，一年期间不使用农药导致作物产量下降：谷物45、马铃薯42、甜菜67，而两年不用，则损失又增加一倍。我国农业部1995年统计，通过化学防治每年可以挽回粮食5400万吨，棉花160万吨，油料150万吨，蔬菜1600万吨，减少经济损
8、失600亿元。有20多种严重威胁人类健康的疾病是由昆虫、蜱螨引起和传播的。如非洲的昏睡病、河盲症、疟疾、流行性出血热、斑疹伤寒等。由于使用杀虫剂，使得疟疾引起的死亡人数从1939年的600万减少到1965年的250万人，现在不到50万人。据世界卫生组织报道，1948-1970年间，由于使用了杀虫剂DDT人类免于死亡人数达5000万以上，免除疫病患者达10亿之多。2.1.2 传统化学农药的负面影响p 导致人畜急性中毒 主要是没有科学合理的生产保管、使用所致。p 抗性的产生 至少有500多种昆虫及螨、150多种植物病原菌、185种杂草产生抗药性。p 农药的残毒问题 1962年美国的Carson女士
9、出版 寂静的春天（70s 有机氯）1996年 美国两位科学家（T.Colburn 和 J.P.Myers）和科学记者D.dumanoski 联合出版痛失未来（荷尔蒙杀手）p 环境污染 “3R”问题Residues残留Resistance抗性Resurgance再猖獗（2008年1月9号，国家发改委禁止包括甲胺磷、对硫磷、甲基对硫磷、久效磷和磷胺在内的5种高毒有机磷农药的生产、流通和使用。）2.1.3 农药发展趋势 人们心目中21世纪理想的农药“环境和谐农药”(environment acceptable/friendly pesticides)：即对有害生物高效、对非靶标生物安全、易降解且降解
10、产物对环境无害。与绿色农产品相适应，未来的化学农药品种也应该是绿色农药(包括绿色农药制剂)。绿色农药应能直接应用于绿色农产品的生产。绿色农药是未来农药发展的必然趋势，是农业持续发展的一项基本保证。2.1.4 植物源农药开发应用的历史p 我国:公元前5-7世纪，周礼秋官已有植物杀虫防病的记载，实际应用可能更早。神农本草经、齐民要术、本草纲目等都记载了很多杀虫杀菌的植物。p 国外：印度人很早就使用印楝防治储物害虫；公元5世纪，地中海居民就利用黎芦的提取液处理植物种子防虫；1763年，法国人开始使用烟草和石灰混合防治蚜虫 1848年T.Oxley制造了鱼藤根粉。19世纪以来，在近代科学技术和工业发展
11、的基础上，植物源农药的开发应用逐渐从经验使用阶段上升到科学试验阶段。现代科学技术包括生物学、化学等迅速发展也为深入研究植物源农药创造了条件。我国登记的部分植物性农药种类我国登记的部分植物性农药种类序号种类序号种类序号种类1辣椒碱8鱼藤酮15闹羊花素-III2蓖麻9挥发油16茴蒿素3烟碱10愈创木酚17川楝素4芸苔素内酯11小檗碱18博落回生物总碱5除虫菊素12印楝素19百部碱6苦参碱13苦豆子总碱20低聚糖素7乙蒜素14苦皮藤素21蛇床子素2.1.5 植物源农药成为研究热点o 植物是生物活性化合物的天然宝库其产生的次生代谢产物超过400,000种；o 植物源农药符合“绿色农药”的基本特点。绿色
12、农药的特点：(1)生物活性高，即控制农业有害生物药效高，单位面积使用量小;(2)选择性高，对天敌和非靶标生物无毒或毒性极小；(3)对农作物无药害；(4)使用后在无残留或即使有微量残留也可以在短期内降解，生成无毒天然物质而完全融入大自然。2.1.6 我国具有开发植物源农药的有利条件o 我国植物资源极为丰富，约3万种，居世界第三，有许多特有植物。我国植物性农药的历史悠久，有着丰富的经验和深厚的基础。o 中国土农药志记载着分布在86个科中的220种植物性农药，o 中国有毒植物一书中列入了1300余种有毒植物，其中许多种类被作为植物性农药利用。o 拥有较好的科研基础2.2 开发利用途径1、直接开发利用
13、 a、植物干粉及粗提物直接应用 b、活性成分的分离与应用2、间接开发利用 a、作为农药开发的先导化合物 毒扁豆碱氨基甲酸酯类；烟碱吡虫啉；除虫菊素拟除虫菊酯类；鱼藤酮哒螨酮；大蒜素抗菌素402；鱼尼汀氟虫酰胺 b、发现新的靶标，进行生物合理设计2.3 代表品种1、印楝素、印楝素（azadirachtin）概述：概述：Neem,楝科植物,原产于南亚和东南亚，活性成分：印楝素印楝素（种子）OOHHOOHOOOOOH3COOCCOOCH3OHAcOazadirachtin AOHOOOHHOOHOOOH3COOCCOOCH3HOazadirachtin B作用方式：作用方式：拒食、生长调节与产卵驱避
14、作用机制：作用机制：与干扰内分泌系统有关，影响促前胸腺激 素（PTTH）合成与释放，导致生长发育受阻。防治对象：防治对象：小小菜蛾、潜叶蝇、夜蛾类、蚜虫等（还有杀灭螨虫、线虫、细菌、真菌和病毒等报道）商品化：商品化：20个国家建厂，十几个产品 第一个商品化产品Margosan-O(USA)Azatin,Neemesis(USA),Neemark,Neemguard(India),Neemazal(Canada)0.3%EC(China)局限性：局限性：毒力较低、作用缓慢、持效期短（光不稳定）、成本高2、鱼藤酮、鱼藤酮（Rotenone）概述：概述：发现36种植物中含有鱼藤酮类化合物（主要为豆科
15、的鱼藤属、鸡血藤属、灰叶属等）活性成分：鱼藤酮及其类似物鱼藤酮及其类似物（根）作用方式作用方式:触杀，胃毒（对鱼等水生生物、家蚕和猪有较高毒性）防治对象：防治对象：广谱，常用于蔬菜、果树、花卉蚜虫、夜蛾、蓟马、跳甲等作用机制：作用机制：中毒快,死亡慢,中毒后耗氧量显著降低，心跳加速后逐渐减弱，神经传导和肌肉收缩受阻，麻痹直到死亡。典型的细胞呼吸代谢抑制剂，作用于呼吸链电子转移复合体I，中断从辅酶I到辅酶Q之间的电子传递。抑制神经组织和肌肉组织L-谷氨酸氧化作用的谷氨酸脱氢酶 可能影响微管蛋白的自我组装，影响细胞分裂。商品化：商品化：2008年国内4个厂家登记生产原药3、除虫菊素、除虫菊素概述：
16、概述：除虫菊(Chrysanthemum cineriaefolium)是多年生菊科草本植物，其起源于中东和近东。我国20世纪20年代开始引进栽培。活性成分：除虫菊素（除虫菊素（pyrethrin）、（花）（花）CCCH3RHCHCCCH3HCCH3OHCOCH2CCCOCH2CCHHCCHHHCH3Pyrethrin：R=-CH3Pyrethrin：R=CH3OOC-作用方式：作用方式：对害虫有麻痹作用和击倒作用，是强力触杀剂。也有一定的驱避和胃毒作用。防治对象：防治对象：杀虫范围较广，包括许多农业害虫与卫生害虫（蚜虫、菜菜青虫、作用机制作用机制:为神经毒剂，作用于钠离子通道，引起神经细胞的
17、重复开放，导致害虫麻痹、死亡；另外，对突触上ATP酶活性也有影响商品化：商品化：目前我国有8家企业生产8种制剂和1种原药4、苦参生物碱、苦参生物碱概述：概述：苦参生物碱广泛存在于豆科植物苦参、苦豆子、广豆根、砂生槐树、日本山豆等根中。活性成分：活性成分：苦参碱（matrine）、氧化苦参碱（oxymatrine）、羟基苦参碱（sophor-anol）等。防治对象：防治对象：广谱杀虫、杀菌作用作用机制作用机制:研究较少，未见报道商品化：商品化：我国登记有40家企业生产苦参碱类农药27个品种，2家企业生产2个氧化苦参碱类农药品种，是植物性农药等级厂家最多的品种。4、苦皮藤素、苦皮藤素概述：概述：卫
18、矛科南蛇藤属植物。活性成分：活性成分：苦皮藤素（以二氢沉香呋喃为骨架的多元醇酯化合物）作用方式：作用方式：拒食、麻醉、胃毒。防治对象：防治对象：菜青虫、稻苞虫、玉米象、猿叶甲等。作用机制作用机制:可能阻断神经-肌肉兴奋性接点电位，或者影响肌细胞钙离子通道，引起软瘫麻痹；与昆虫肠壁细胞上特异受体结合，改变肠细胞膜结构，破坏肠壁细胞，使肠“穿孔”。商品化：商品化：登记1个企业生产1个产品（0.2%苦皮藤素乳油）。5、蛇床子素、蛇床子素概述：概述：蛇床，为伞形科一年生草本植物（果实）活性成分：蛇床子素（香豆素类化合物）作用方式：作用方式：触杀、驱避、杀菌。防治对象：防治对象：茶尺镬、蚜虫、谷蠢、玉米
19、象、赤拟谷盗、菜青虫、小菜蛾等害虫，白粉病、霜霉病、稻曲病、纹枯病等植物病原菌。作用机制作用机制:可能抑制病原菌对葡萄糖和钙的吸收，造成菌丝断裂和孢子萌发受阻；抑制昆虫体内的多酚氧化酶和乙酰胆碱酯酶的活性。商品化：商品化：登记7个产品。5、其它、其它番荔枝（番荔枝（番荔枝内酯 万寿菊、猪毛蒿（呋喃香豆素、三噻吩和聚乙炔类）闹羊花（闹羊花毒素和马醉木素）银杏（白果酚）3 研究方法3.1 植物材料的采集3.2 活性物质的提取3.3 有效成分分离纯化3.4 有效成分的结构鉴定3.1 植物材料采集o 供筛选用植物材料的采集 少量采集，标识清楚；留样本进行分类鉴定、固定。o 目标植物材料的采集 大量采集
20、，记录采集地点、部位、时间等。o 采集部位 根(鱼藤、雷公藤、苦皮藤等)、茎(川楝)、花(闹羊花)、种子(印楝、巴豆)o 采集时间 根据不同植物及所要采集的部位确定。3.2 活性物质提取o 常用提取溶剂：水：可溶解生物碱盐、极性大的甙类（皂甙、黄酮甙等）、有机酸盐、氨基酸、蛋白质、鞣质、糖类（单糖、低聚糖及淀粉、树胶、粘液质）、无机盐等。酸水可溶解碱性成分（生物碱等），碱水可溶解酸性成分（有机酸、多羟基黄酮、蒽醌、香豆素、酚类成分及内酯类成分）。甲醇和乙醇：可溶解生物碱及部分生物碱盐、多种甙类及甙元、萜类、挥发油、树脂、色素、鞣质、有机酸等。乙酸乙酯：可溶解生物碱、某些甙及各种甙元、萜类、挥发
21、油、色素等，常用于黄酮及其甙的提取。氯仿：可溶解生物碱、甾类、萜类、挥发油、油脂、色素、内酯、香豆素、极性小的蒽醌等。常用于生物碱的提取。石油醚：可溶解油脂、蜡、挥发油、亲脂性色素、萜、甾类等条脂性强的成分。也常用于植物提取物的脱色处理o 常用提取方法：浸渍法、渗漉法、煎煮法、回流提取及连续回流提取法、水蒸汽蒸馏法、超临界流体萃取法等。索氏提取CO2超临界萃取3.3 有效成分分离纯化p分馏：利用化合物的沸点不同，分离液体混合物的方法(烟碱的分离)p结晶和重结晶：分离固体有效成分最常用的方法，同时，纯化合物的晶体有一定的熔点和结晶学特性，这有利于化合物性质的判断。p液液分配萃取：利用混合物各成分
22、在两种互不 相溶的溶剂中因分配系数不同而达到分离的目的。p沉淀法：加入某些试剂或温差使产生沉淀，以此使能产生沉淀的成分和留在母液中不能产生沉淀的成分得到分离。p层析法：也叫色谱法，是用于分离多组分有机混合物的一种高效分离技术，是目前在研究机构和实验室进行分离纯化、定性定量分析最常用的一种方法。p 层析法1、柱层析：根据所用支持剂（填料）的不同分为：a、吸附柱层析（硅胶、氧化铝、活性炭、聚酰胺等)b、分配柱层析(固定相为液体，载体有含水硅胶、硅藻土、纤维素粉等）c、离子交换层析（离子交换树脂）d、凝胶过滤层析（葡萄糖凝胶、琼脂糖凝胶、聚丙烯酰胺凝胶）e、亲和柱层析（特异生物活性物质与载体结合为固
23、定相）2、薄层层析：把吸附剂匀浆（或支持剂）均匀地铺在一块玻璃板或其它片基上成一薄层，把欲分离的样品加到该薄层的一端，用合适的溶剂（2种或3种混合）进行展开。由于吸附剂对不同的成分吸附能力不同（或不同成分在固定相和移动相中分配系数不同），在板上的移动速度就不同而得到分离。o 显色：有一些物质的蒸气（如固体碘、液体溴、浓氨水等）可一些化合物作用显色。也可喷雾通用显色剂或各类化合物的显色剂。有些化合物可在紫外光下观察。3、高效液相层析：也称为高校液相色谱法，采用了长而细的柱子（柱直径13mm），柱内装的是颗粒直径小于50（3002500 目）的填充物，洗脱剂由高压泵压入柱内（入口压强可达10500kgcm2），洗脱剂流速快，一个小时内即可完成几种组分的分离，所以又称高速液相或高压液层析法。大都用于成分的分析鉴定，也可用于制备分离（制备液相色谱）。3.4 有效成分的结构鉴定p 紫外光谱(Ultraviolet Spectrometry,UV)p 红外光谱(Infrared Spectrometry,IR)p 质谱(Mass Spectrometry,MS)p 核磁共振谱(Nuclear Magmetic Resonance,NMR)
