1、植物源农药第一章 植物源农药概述第一节 植物源农药的含义及分类1. 植物源农药的定义：植物源农药是指利用植物组织经过加工，或提取及人工合成活性成分加工而成的农药。2. 生物农药的定义是：可用来防除病虫草等有害生物的生物体本身及源于生物，并可作为“农药”的各种生理活性物质。主要包括：生物体农药和生物化学农药。3. 我国 :无生物农药的概念，仅有生物源农药的概念。生物源农药:利用生物资源开发的农药。 我国对生物农药的定义：生物农药包括生物化学农药和微生物农药。生物化学农药必须符合两个条件：对防治对象没有直接毒性，只有调节生长、干扰交配和引诱等特殊作用；必须是天然化合物，如果是人工合成，其结构必须与
2、天然化合物相同（允许异构体比例的差异） 。生物化学农药分为四类：信息素（外激素、利己素、利它素） ，激素、天然物生长调节剂和昆虫生长调节剂、酶。微生物农药包括：自然界存在的用于防治病虫草鼠害的真菌、细菌、病毒和原生动物或被遗传修饰的微生物制剂。据此定义（中国） ，印楝素、烟碱、鱼藤酮、天然除虫菊、昆虫天敌、转基因抗有害生物作物均不是生物农药。美国 EPA：农药登记分化学农药、生物农药和消毒剂三大类。生物农药:指由天然源材料制成的低风险农药，主要包括 生物化学农药、微生物农药、转基因植物农药。 （包括部分矿物源和无机化工产品）美国 EPA 生物农药中不包括植物源农药。若对靶标有害生物无直接毒杀作
3、用，则为生物化学农药，否则化学农药。在美国，昆虫信息素、植物调节剂、辣椒素、印楝素为生物化学农药；除虫菊素是神经毒剂被归为化学农药。 植物类农药（天然产物）在有效成分名称后一般有“提取物” 、 “油” ，如香茅油、冷压印楝油、土荆芥植物提取物。 仿生合成农药，在有效成分名称前面加“同源物” 。4.注：植物源农药除对病虫草鼠等有害生物具有防治效果以外，还具有刺激植物生长、果蔬保鲜及肥效等多种特殊活性作用。第二节 植物源农药发展简史经验主义发展时期传统农业社会的植物源杀虫药物在农业生产实践中或处于自发性、经验性使用状态，大多使用者知其然而不知其所以然。1. 记载植物源农药的古籍及药物（药草、石）动
4、物体农药 天敌昆虫、捕食螨、转基因昆虫植物体农药 转基因作物生物体农药微生物体农药 真菌、细菌、病毒、线虫、微孢子虫等生物体农药植植物毒素、植物内源激素、防卫素、植物源昆虫激素、异株克生物质动物源生物化学农药 昆虫性信息素、毒蛋白、毒素等生物农药生物化学农药微生物源生物化学农药 抗生素、毒素类答：山海经：无条 毒鼠；亢木 食之不蛊。周礼秋官司寇 嘉草（襄荷） ，莽草（毒八角） ，牡菊（野菊）神农本草经：菖蒲、天门冬、升麻、天名精、吴茱萸、藜芦、狼毒。农书:中国土农药志、氾胜之书、齐民要术、本草纲目、农政全书化学农药的兴起与植物源农药的停滞2. 合成农药的优点答：高效 速效方便适应性广经济效益显
5、著合成农药的缺点答: 可对人畜等非靶标生物及植物产生直接的毒害和药害 引起环境污染，间接地危及人类的健康 杀伤天敌，引起害虫再猖獗及次要害虫上升 害虫抗药性的产生3. IPC(integrated pest control):有害生物综合防治，强调两点用经济危害阈限来决定是否有防治的必要着眼于整个生态环境IPM（ integrated pest management）：害物综合治理。三个主要观点：生态学、经济学、环境保护学，它考虑的是整个农田生态体系，而不单是一二种病害虫害。IPM 三个基本概念：从生态学观点出发，全面考虑生态平衡及社会安全，经济利益及防治效果，提出最合理及有益的治理措施。不着
6、重害虫的消灭，二着重于害虫数量调节，达到不造成经济危害的地步。因此在防治方法中，强调自然调节因素的利用，留下一部分害虫可能对自然平衡反而有利。各种防治方法的协调，但尽量采用非化学的防治法，化学防治法除非达到经济阈限时，一般不用。IPP（integrated agriculture production and protection ）：综合植物保护。应用各种具有预防作用的经济学、生态学、药物学的措施，控制有害生物于危害水平以下，注重利用自然控制因素。 IPP 目标:综合利用自然资源和内部调节机制，最大限度的替代肥料、农药、燃料等输入。 通过采用对人类健康安全的生态学技术，实现高质量粮食和其他商
7、品的可持续生产。保障农业收入。一般应用农业技术措施，及时清除或降低在任何地方出现的农业污染源保持农业的多种功能。4. 植物源农药的特点答：植物源农药，其不但是取之于自然、用之于自然啊，而且是取之于植物，用之于植物。更容易达到植物界的自我修复、自我控制的目的借助我国国粹中医、中草药的魅力。可以研发出理想的植物源农药品种植物源农药在环境中可以快速分解，基本上可以不用考虑残留毒害、环境污染植物源农药既可相对有效的防治有害生物，又可综合性的支持有机生产过程，从而生产出有机食品，是其它类农药难以比拟的。第三节 植物源农药研发现状（举例）1. 具农药活性植物次生代谢物质答: 主要包括糖苷类、醌类、酚类、烯
8、萜类、香豆素类、生物碱类、木聚糖类、黄酮类 生物碱 （藜芦碱、鱼尼丁、小檗碱、马钱子碱、毒蕈碱、乌头碱、咖啡因）许多生物碱 对昆虫具有毒杀、拒食、忌避、抑制生长发育、不育、抗虫、引诱等多种作用方式。如：1.烟碱主要表现触杀，有一定熏蒸和胃毒作用。2. 百部碱、苦参碱、藜芦碱对害虫兼具触杀和胃毒作用。3.番茄甙对菜青虫除有拒食、产卵、忌避作用外，还能抑制其生长发育。 黄酮类 鱼藤酮杀虫谱广， （具有和鱼藤酮类似的结构母核称为鱼藤酮类化合物） 萜烯类 1.卫矛科苦皮藤、雷公藤 含有较多倍半萜类化合物，结构为二氢沉香呋喃多元酯，其中有些物质对昆虫显示出拒食胃毒麻醉的活性。2.三萜类 印楝素，拒食忌避
9、调节生长和绝育。 木质素类 沙地柏的鬼臼毒素和脱氧鬼臼毒素对菜青虫有较强的胃毒和拒食作用。 香豆素类 抗微生物活性、紫外线保护，调节昆虫和共生菌、病原菌与植物互作反应的信号分子。 植物精油 杀虫抑菌，对药剂增效的作用 光活化毒素 一些植物的次生物质在光照下对害虫的毒效可提高几倍、几十倍甚至上千倍，显示出光活化特性。除虫菊酯、番茄甙。第四节 植物源农药的特点1.植物源农药特点答：1.环境相容性好2.生物活性多样 促生长作用 肥效功能 提高抗逆性 防腐保鲜 3.对高等动物及害虫天敌安全 4.有害生物不易产生抗药性5.药效较为缓和 6.生产成本相对较高2.怎么理解植物源农药的这些特点？答：1.环境相
10、容性好 植物源农药取之于自然，用于自然，在长期的进化过程中已形成了其固定的参与能量与物质循环代谢途径，所以施用于环境中或作物上，不易产生残留，不会引起生物富集现象，最终降解产物简单、无毒、所以不会污染环境。如：印楝素在紫外灯照射下的半衰期只有 48min,含水 2.25%时，热贮 14 天的分解率基本接近50%。苦参碱在小麦田土壤、白菜地土壤和苹果园土壤中，降解较快，半衰期为 3-4d;无氧条件下降解相对较慢，但半衰期也仅为 5-6 天。2. 生物活性多样 促生长作用 ：苦参根浸液处理黄瓜种子，能促进株高、茎粗，叶面积，根体积的增大，小麦穗的发育和籽粒干物质的积累。木醋液对人参根质量、根长、根
11、粗和侧根数均有显著促进作用，竹醋液能有效的促进黄瓜叶片、茎粗和株高的生长，显著提高黄瓜的产量。 肥效功能：印楝素的渣可做药肥，同时印楝渣的降解产物可杀死线虫。木醋液促进水稻根系对氮肥的吸收；竹醋液能促进西红柿长势、Vc 含量和糖酸比，提高西红柿品质和产量。 提高抗逆性：芸苔素内酯、茉莉酸、水杨酸等均可诱导植物的抗逆性。防腐保鲜 ：多酚类，槲皮素和茶多酚，具有清除氧自由基，抑制膜脂过氧化作用，能有效减缓采摘后的水果蔬菜的生化活动，推迟其后熟期。3. 对高等动物及害虫天敌安全 从植物源农药的作用方式上看，一般对害虫起胃毒作用或特异性作用，少为触杀作用，因此对天敌等非靶标生物相对安全。例如 印楝素对
12、大鼠急性经口5000mg/kg,对兔急性经皮或眼2000mg/kg；对大鼠非致死剂量16000mg/kg；蓄积系数5，属于弱蓄积毒性；对皮肤无毒和过敏性。4. 有害生物不易产生抗药性植物源农药往往含有多种有效成分，且作用机理与一般化学农药不同，不易使有害生物产生抗药性。5. 药效较为缓和 就像中草药一样，大多数植物源农药的药效发挥相对缓慢，但其作用确有特点。这种特点可以结合药物、作物及有害生物的综合环境生态反应而对有害物的种群繁衍产生深远的影响。举例：药效缓和与其作用方式以及作用机理有关。印楝素对菜青虫具有胃毒、拒食、抑制生长发育作用，对桔二叉蚜的忌避率 48 小时后仍达 63%。6. 生产成
13、本相对较高植物源农药由于其原料来源、储存加工、制剂工艺等方面的一些特殊要求，一般情况下价格偏高。然而，有研究表明，若整体考虑植物源农药的用药成本及其产出，则有可能由于化学农药。第五节 植物源农药研发及应用中存在的问题略第二章 植物源农药研发程序及方法第一节 植物源农药研发理论植物源农药的研发策略与思路，可从三方面理解，即：昆虫与植物的关系；植保新理论植物保健与和谐植保；农药发展与应用方向。1.1 昆虫与植物的关系答：重要性，复杂性从数量上看，植物界和昆虫纲在种类丰富度和生物量上代表了两个非常广泛的类群。植物是一切异养生物的基本能量来源，而其演化成的丰富多样性是动物长期取食的结果。从应用上说，昆
14、虫是作物和储藏物的主要大敌，对昆虫与植物关系的研究深入，可以帮助人们了解昆虫为害的根本原因而有助于制定安全有效地防治策略。 昆虫与植物的关系：营养、栖息和运输关注昆虫与植物的斗争，尤其是植物对昆虫的防御。其防御可分为：形态和物理防御：绒毛、蜡质、硬度化学防御：组成型、诱导型；忌避、拒食、抑制取食、影响对食物消化和利用、影响昆虫生长发育调节昆虫与植物的斗争，协同进化强调植物次生物质在植食性昆虫与植物相互关系中的重要性！次生代谢物与植物正常生长发育没有直接关系，但在调节植物本身适应其生态环境方面具有重要作用。如：植物激素，作为生长发育的调节物，已成为生命的重要物质；作为化学防御机制，对食草动物有一
15、定的警示和防御作用，并对其他植株有生长抑制作用，如引诱剂、趋避剂、拒食剂和抗生物质。在新植保理念和农药发展理论指导下，创制新型农药品种和安全防治方法的途径:多途径、深层次的寻找和发现植物自我防卫功能和自身免疫功能的信息物质和功能基础。1.2 植物保健和和谐植保以“保健植物”为主导，精细测报为前提，综合、协调处理为关键，药剂防治为补救，进行和谐植保！1.3 农药发展与应用方向答：新的农药发展方向：环境和谐优先；安全、有效并重；方便经济为辅。具体为：农药原料天然化；评价指标多元化；生产、加工技术现代化；研究施药新技术，达到农药使用安全化。植物源农药新品种的创制核心在于:生物种间、种内，生态系统的各
16、个组成成员之间均存在着多种多样的信息联络系统，其物质基础，即“信息物质” ，就是植物源农药新品种的创制来源。第二节 植物源农药研究开发的一般程序1. 活性物质的筛选筛选的确定可从：从民间经验和验方入手从分类学入手借鉴中草药已有的研究成果和相关文献的记载从观察中发现2. 筛选样品的制备 采集部位：研究植物的农药活性，最好分别采集植物的根茎叶花果实种子等不同部位 全株：烟草、博落回 根：鱼藤、雷公藤、苦皮藤 树皮：川楝花：除虫菊、闹羊花 种子：印楝、巴豆 采集时间：应根据不同植物及所要采集部位来决定，特别是要采集花和果实，就只能依其植物的生长发育规律而定。 样品保管：采集的样品首先必须经植物分类学
17、家准确的鉴定学名，然后挂上标签，上写学名、俗名、采集时间和地点。采回后放在室内通风处晾干，再于低于 60C 烘箱中烘干，粉碎（40 目筛） ，封包后于低温冰箱中保存，不宜在阳光下暴晒或高温烘焙。3. 植物活性成分提取、溶剂选择的原则是防止漏筛。最好选用极性不同的多种溶剂组成一套溶剂“筛子”提取方法：采用浸渍超声提取法生测方法： 杀虫活性测定：饲料混毒法、浸叶法、点滴法、浸虫法、小叶碟添加法、浸虫浸叶法（最常用） 杀菌活性测定：菌丝生长速率法、孢子萌发法、抑菌圈法、活体组织法、盆栽实验 除草活性测定:种子萌发法、去胚乳小麦幼苗法、盆栽法注：除点滴法、药膜法外，不能以溶剂提取物直接接触供试生物；浓
18、度定量以植物干样为准。主要方法:测定拒食活性和生长发育抑制活性叶碟法、小叶碟添加法、体重法、收集蜜露/蜜露色斑法（蚜虫、飞虱等刺吸口器）饲料柱称重法（钻驻性害虫）电讯号法刺吸式4. 活性成分的提取活性追踪4.1 提取原则：以活性物质分离为目的的提取能够有效地提取出主要的活性成分而尽可能少的提取杂质 提取过程中尽可能用温和的条件以免破坏活性成分的分子结构 提取应和下一步的有效成分分离综合考虑，甚至提取本身就带有粗分离性质。合适的提取溶剂。价廉、提取率高、安全4.2 主要的分离纯化方法五大类：根据化合物的溶解度不同进行分离,重结晶法、沉淀法、酸碱分离法根据化合物在两相溶剂中的分配比不同进行分离，两
19、相溶剂萃取法、逆流连续萃取法、液滴逆流层析、高速逆流层析、分配柱层析 根据化合物的吸附能力不同进行分离：大孔吸附树脂法、吸附柱层析、薄层层析、聚酰胺吸附层析 相对分子质量差别：透析法、凝胶过滤、超滤法2.6 农药植物资源及其活性物质的开发利用途径：答：直接开发利用、 全人工仿生合成利用、修饰合成利用、生物合成（1 ） 直接开发利用 一般为生物收获量大，有效成分含量高，活性强且难以人工合成的。例如：0.5%楝素杀虫乳油，0.2%苦皮藤素乳油（2 ） 全人工仿生合成利用、 适合在生物体内含量甚微，但生物活性较高，且结构相对简单地化合物。早熟素。（3 ） 修饰合成利用、适合在植物体内含量高，活性低或
20、毒性高的活性成分，在经简单修饰后，可大幅度提高活性或降低毒性，且难以合成或成本太高。甲基阿维菌素（4 ） 生物合成， 利用生物技术进行生物合成，定向生产活性物质，经提取后加工成制剂使用。已开展了 微繁殖技术、细胞培养技术、器官培养技术、利用内生真菌合成目标化合物。 微繁殖技术、印楝、苦楝、黄花蒿、番荔枝 细胞培养技术、烟草、印楝、除虫菊、雷公藤等植物杀虫次生代谢物 器官培养技术、主要是根培养，包括天然根离体培养和发状根（发状根生长迅速、遗传性状稳定、与天然根的合成能力相似） 利用内生真菌合成目标化合物。内生真菌：寄生在植物体内，度过整个或几乎整个生活周期而不使寄主表现任何症状的真菌，是植物微生
21、态中的天然组成成分。目前的研究表明植物体内均有大量的内生真菌。植物寄主可将其遗传物质或信息传递给其内生真菌，使其在一定程度上具有和寄主相同或相似的代谢途径。并导致其产生特定的物质。第三节 植物源农药的直接开发利用1. 直接利用 :提取植物中农药活性成分，直接加工成农药制剂。如苦参碱制剂2. 植物源农药能否大规模生产，很大程度上取决于生产该农药产品植物资源的丰富程度。3. 活性成分的化学研究，研究什么？答：活性成分在植株中的分布。不同的杀虫、杀菌植物，其有效成分在植株中的分布不同。如蛇床子、印楝等活性成分主要在种子中。地域性对活性成分的影响。 长期对活性成分的影响。 活性成分对光、热的稳定性。4
22、. 影响提取的因素答：物料细度、提取温度、提取时间、浓度差、提取溶剂5. 常用的提取溶剂：水、甲醇、乙醇6. 常用的提取方法：浸渍法、渗漉法、回流提取法。连续提取法、水蒸气蒸馏法、超临界流体提取法、超声波提取法、微波提取法7. 植物源农药制剂加工中应注意问题答：植物源母药的特点：原药的前处理：加入稳定剂：剂型的安全性 ：8. 如何做到质量控制：答：最主要的质量指标：有效成分的含量分析方法：化学分析或仪器分析，适用于主成分明确，并已建立了相应分析方法的植物源农药制剂。如烟碱。生物测定：适用于活性成分为混合物，如精油。仪器分析+生物测定：分析标志性成分含量，并与活性对照，结合二者结果，衡量制剂质量
23、。第四节 农药植物资源的间接开发研究1. 间接开发研究包括：生物合成、全合成或修饰合成、先导化合物优化、转基因植物研发，以天然产物为探针发现新靶标生物合成2. 间接开发研究举例答：生物合成 适合与其他用途有竞争，且难以人工合成的天然产物。利用植物细胞悬浮培养不定根培养发状根培养利用内生真菌合成目标化合物3. 为什么要进行生物合成？答：植物源农药与传统化学农药相比之下有如下缺陷：原料不稳定 多植物源农药的活性成分是混合物，但混合物形态的不稳定性缩短了其货架期 受到植物材料来源的影响，植物源农药产品的检测标准和生产成本会有很大波动 由于源于自然，植物源农药可在环境中完全得到降解，但也正因如此才使得持效期很
