《植物源农药》PPT课件.ppt

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1、botanical pesticides,植 物 源 农 药,主要内容,基 本 知 识,研 究 方 法,研 究 现 状,1.基本概念,2.发展简史,3.作用方式,4.有效成分,5.主要特点,利用植物资源开发的农药。狭义概念，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。广义概念，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。,植物源杀虫剂(botanical insecticides),植物源杀菌剂(botanical fungicides),植物源除草剂(botanical herbicides),中国周礼秋官记述“嘉草攻之”、“莽草熏之”、“焚牡菊，以灰洒之”等防

2、治害虫的方法,我国公元6世纪,藜芦作杀虫剂欧洲18世纪中叶才有藜芦治虫的报道。,19世纪以来，在近代科学技术和工业发展的基础上，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。,19世纪60年代开发相对安全的植物源农药重新受到重视。同时，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。,植物次生代谢物质对害虫具有毒杀作用。如除虫菊素(pyrethrins)、鱼藤酮(rotenone)、烟碱(nicotine)等；包括由植物天然有效成分衍生合成的农药，著名例子有拟除虫菊酯类(pyrethroids)和氨基甲酸酯类(carbamates)两大类杀虫剂。,3.1 触

3、杀和胃毒作用,植物毒素phytotoxin,植物活性物质能抑制昆虫味觉感受器而阻止其摄食。如从印楝素(azadirachtin)和从柑桔种子提取的类柠檬苦素(limonoids)都是高效拒食剂。,3.2 拒食作用,拒食剂antifeedant,植物活性物质对特定昆虫具有引诱或驱避作用。如某些香精油如丁香油可引诱东方果蝇和日本丽金龟，香茅油可驱避蚊虫。,3.3 引诱或驱避作用,引诱剂attractant驱避剂repellent,从藿香蓟属植物中提取的早熟素(prococene)具有抗昆虫保细长激素功能，现已人工合成出活性更高的类似物；玉米螟幼虫注射印楝素微克/头)后不能化蛹而成为“永久性”幼虫；

4、鱼藤酮和鱼藤根丙酮提取物对菜青虫有很强的抑制蜕皮变态作用。,3.4 抑制生长发育作用,植物源昆虫激素phytogenous insect hormone,印度菖蒲根部提取的-细辛脑(-asarone)能阻止雌虫卵巢发育；湖南林科所研究表明，马尾松毛虫雄蛾与喜树碱药腊触10秒种后与正常雌蛾交配，可以引起不育。,3.5 绝育作用,绝育剂chemosterilant,芝麻油中含有的芝麻素(sesamin)和由此衍生合成的胡椒基丁醚(piperonyl butoxzide)对杀虫剂有增效作用。,3.6 增效作用,增效剂synergist,从茵陈蒿(Artemisia capillaris Thunb)

5、中分离得到的茵陈素(capillin)对多种植物病原菌有杀菌作用；从一种刺桐(Erythrina crista galli)中提取的紫檀素(pterocarpans)是一种具有杀菌活性的物质；另外，烟草、鱼藤、雷公藤等植物的提取物能抑制某些病菌孢子的发芽和生长，或阻止病菌侵入植株。,3.7 杀菌或抗(抑)菌作用,植物产生的某些次生代谢物质，释放到环境中能抑制附近同种或异种植物的生长。它们有不同的作用机制，作为开发除草剂或植物生长调节剂的潜在资源，至今尚未实用化。,3.8 异株克生作用,4.1 生物碱：一类含氮的有机盐类，如烟草的烟碱，雷公藤中的雷公藤碱。,4.2 糖苷类：葡萄糖分子与另一种有机

6、化合物结合而成的复杂化合物。如巴豆中的巴豆糖苷，皂荚中的皂荚素，苦木中的苦木素，都是糖苷化合物。,4.3 有毒蛋白质：蓖麻含有有毒蛋白质；巴豆毒素也是毒性蛋白，具有胃毒作用。,4.4 挥发性香精油、单宁等：山苍子、樟树叶、桉树叶等许多植物的挥发油均具有忌避作用或毒杀作用。,4.5 有机酯类、有机酮类：除虫菊中的除虫菊酯、鱼藤及厚果鸡血藤中的鱼藤酮。,4.6 萜类：如印楝、苦楝等楝科植物中的杀虫有效成分均属该类。,5.1 作用方式多样,优 点,破坏消化系统,干扰害虫的神经传导,毒杀、忌避、拒食、抑制害虫正常生长发育等,5.2 昆虫不易产生抗性,植物性杀虫物质,昆虫,长期协同进化,抑制解毒酶和内分

7、泌,优 点,5.4 符合IPM理论和农业可持续发展战略,对害虫的作用较为缓慢，一般不直接杀死害虫阻止取食或抑制幼虫生长发育，抑制害虫种群增长,5.5 环境污染轻，对人类健康安全,植物性杀虫物质都是自然界来身存在的物质，不会发生农药富集,5.3 有利于保护天敌,更长期地、有效地控制害虫种群的增长,5.6 作用比较温和缓慢,5.7 杀虫植物资源有限,缺 点,在遇到有害生物大量发生迅速蔓延时就比不上化学合成农药那样能够起到控制作用,木本植物，利用其根皮、茎皮则破坏了整株植物的生长,5.8 植物杀虫物质的生物活性多数不稳定,使用成本和防治效果两面个方面难以和常规杀虫剂竞争,主要内容,研 究 方 法,研

8、 究 现 状,1.研究背景,2.研究进展,3.研究前景,研 究 现 状,1.研 究 背 景,1.1 从“农药万能论”到“农药无用论”,1.2 现代社会仍然需要杀虫剂,1.3 理想的害虫控制剂,1.4 植物源农药的研究已成为当前新农药开发研究的热点,1.从“农药万能论”到“农药无用论”,40年后的今天，人类对农药的认识清醒多了,农药万能论20世纪40年代,三个“R”问题,residues残留,resistance抗性,resurgance再猖獗,农药无用论20世纪60年代后,1962年美国的Carson博士出版了寂静的春天(Silient Spring),2.现代社会仍然需要农药,首先，世界需要

9、更多的粮食，人口的增长使得食品不足和缺乏营养成为当今世界面临的最大问题,其次，杀虫剂在控制某些人类疾病方面极为重要,病媒昆虫的防治,昏睡病,斑疹伤寒等,疟疾,有害生物造成的农作物产量损失占总产量的30,3.理想的害虫控制剂,公众对农药的认识也发生了深刻的变化，人们普遍认为21世纪的农药将成为一种“环境和谐农药”(environment acceptable/friendly pesticides)，类似的名称还有：,抗虫剂(anti-insect agents),生物合理农药(biorational pesticides),理想的环境化合物(ideal environmental chemic

10、als),生物调节剂(bioregulators),抑虫剂(insectistatics),3.理想的害虫控制剂,著名农药毒理学家Muller曾提出理想杀虫剂应具备的特点,对害虫高效；对害虫速效；对温血动物和农作物相对无害；无刺激性和实际上无气味；能广泛地施用；化学性质较稳定，持效期长；价格低廉，能大规模工业化生产。,对害虫高效，但发挥一段时间作用后能很快分解失效，而且分解产物对环境也是安全的；要有较高的选择性，即对人畜、对害虫天敌、对鱼贝生产、对鸟类等非靶标生物也是安全的。,Kinny在1985年提出理想的杀虫剂起码符合下述两条,香豆素等,单宁类,黄酮类,酚醌类,4.植物源农药研究已成为当前

11、新农药开发研究的热点,Grange和Ahmed(1988)曾报道约有2400种植物具有控制有害生物的活性,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,萜烯类,生物碱,这些在化学性质上作过调查研究的植物仅占全世界现有植物种类的10%,研 究 现 状,2.研 究 进 展,2.1 植物源杀虫剂,2.2 植物源杀菌剂,2.3 植物源除草剂,2.1.1 杀虫植物资源的进一步调查研究,2.1.2 传统杀虫植物的毒理学研究,2.1.3 植物杀虫物质的制剂化研究,2.1.4 植物光活化毒素的研究,2.1 杀虫植物资源的进一步调查研究,姜科植物(Zingiberaceae)苦木科植

12、物(Simaroubaceae)天南星科植物菖蒲(caorus alamus)樟科植物(persea indica),我国植物资源极其丰富，现已查清三万余种高等植物的种类，其中已知的约有近千种植物具有杀虫活性物质。张兴等(1993)对西北地区的杀虫植物资源作了系统调查，发现了有研究和开发价值的杀虫植物47种。,辣蓼(Polygonum hydropiper)闹羊花(Rhododendron molle)紫背金盘(Ajuga nipponensis)骆驼蓬(Peganum harmala L.)紫穗槐(Amorpha fruticosa)大火草(Anemone tomentosa Pei),2.

13、2 传统杀虫植物的毒理学研究,卫矛科植物苦皮藤(Celastrus angulatus)，其杀虫有效成分发现为苦皮藤素、（celangulin-），其中苦皮藤素为拒食有效成分，苦皮藤素、为毒杀有效成分，苦皮藤素是麻醉有效成分。,楝科植物印楝（Azadirachta indica A.Juss）是世界上最负盛名的杀虫植物，其杀虫有效成分印楝素（azadirachtin）目前国内外正对其持效性以及构效关系展开大量研究；,2.3 植物源杀虫剂的制剂化研究,1985年美国注册登记了第一个商品化的印楝制剂Margosan-O。此后，世界上出现了许多印楝产品，如美国的Azatin和Neemesis、德国的

14、Neemazal及印度的Neemark和Neemguard 等等。我国目前我国已有皂素烟碱可溶性乳剂、鱼藤酮乳油、双素碱水剂、茴蒿素水剂、油酸烟碱、楝素杀虫乳油等商品化产品。这些植物性杀虫制剂在实施害虫综合治理中将发挥重要作用。,1.4 植物光活化毒素的研究,徐汉虹等从猪毛蒿(Artemisia scoparia waldst et Kitaib)精油中分离出杀虫有效成分茵陈二炔，并发现其有明显的光活化杀虫活性。Singh等报道了万寿菊花的乙醇提取物在自然阳光照射下可以显著提高对三带喙库蚊幼虫的毒杀效果。值得注意的是，上述这些光活化的菊科(Asteraceae)、伞形科(Apiaceae)和金

15、丝桃科(Hypericaceae)植物都是喜欢生长在开阔、光照好的环境中的草本植物或灌木，光活化植物这种对光的偏爱可能是为了发挥其所含光活化毒素的威力来防御昆虫的一种策略。,2.植物源杀菌剂,厚朴树(Magnolia officinalis)叶的粗提物对立枯丝核菌等10种植物病原真菌都具有很强的抑菌活性，其中的抑菌活性物质为厚朴酚及和厚朴酚。张国珍等（1995）从药用植物中筛选出一批对植物病原真菌有较强抑制作用的挥发油。,Wilkins等曾报道有1389种植物有可能作为杀菌剂，植物中的抗毒素、类黄酮、罹病相关的蛋白质、有机酸和酚类化合物等均有杀菌或抗菌活性。,毛蒿植物中分离出的毛蒿素,南欧丹参

16、中分离出的硬尾醇,苜蓿根部的苜蓿酸,海红豆中的紫檀素,3.植物源除草剂,目前世界上已发现30多个科的植物含有近百种具有杀草作用的天然化合物，其中有些已被开发成天然除草剂，并得到专利保护和推广应用。,甘薯品种Regal周皮的正己烷、乙酸乙酯和甲醇提取物茴麻、稷、龙葵和反枝苋种子的发芽均具有抑制作用,杨世超等发现小麦对白茅具有克生作用，研究发现小麦颖壳中的甲醇洗脱物在24mg/株的剂量下对白茅生长的抑制率可达90%以上，因此，小麦颖壳的甲醇洗脱物可望开发成防治白茅等杂草的植物源除草剂,研 究 现 状,3.研 究 前 景,3.1 杀虫植物的直接开发利用,3.1.1 应用范围,3.1.2 防治对象,3

17、.2 植物杀虫物质的间接开发利用,3.1.3 施药适期,3.1.4 效果评判,3.1.1 植物杀虫剂的应用范围,根据植物源农药的特点，应首先考虑将其应用于蔬菜、茶叶、中药材、花卉生产等防虫以及城市园林绿化防虫。再者，由于种种因素的限制，植物杀虫剂的品种少，产量低，显然将这些有限的植物杀虫剂用在上述场合比之用于大田粮、棉、油作物防虫更能显示其独特的优点，更有经济效益和环境效益。,3.1.2 植物杀虫剂的防治对象,绝大多数植物杀虫剂的杀虫谱相对合成杀虫剂较窄，甚至有明显的选择杀虫作用，即对有的害虫毒力很高，而对另一些害虫的毒力很低，甚至根本无作用，因此，将植物杀虫剂用于防治对其敏感的害虫才能有良好

18、的效果。,3.1.3 植物杀虫剂的施药适期,绝大多数植物杀虫剂对害虫的毒力相对于合成农药均较低，施药策略应是“治早、治小”。一般在卵高峰期、幼虫12龄期。,3.1.4 植物杀虫剂的防治效果的评判,评判指标：一般不宜以死亡率或虫口减退率等作为评判药效的指标。因为植物杀虫剂的主要作用机制是对昆虫的拒食作用、忌避作用、抑制生长发育作用等特异性作用。在施药后的短时间内，害虫往往不会死亡，加之有些害虫一年多代，世代重叠。,3.1.4 植物杀虫剂的防治效果的评判,评判时间：植物杀虫剂有些是速效的，比如烟碱制剂，一般24h即可评判药效；另一些植物杀虫剂主要作用机制是拒食作用等，属于“缓效型”杀虫剂，一般不能

19、短时间内判定，可根据具体的防治对象，在施药后3d、7d、15d乃至更长的时间才能正确地评判其药效。,3.2 杀虫植物的间接开发利用,3.2.1 有效成分的分离鉴定,3.2.2 探索新的作用靶标,类推合成，创制新农药,生物合理设计，创制新农药,主要内容,研 究 方 法,1.样品采集,2.活性成分的提取,3.有效成分的分离,4.结构鉴定,研 究 方 法,4.1 样 品 采 集,4.1.1 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),4.1.2 采集时间：一般而论，采集时间应根据不同的植物及所要采集的部位来决定。对大多数植物来说，要采其根、茎，则在秋天进行为

20、宜，因为许多次生代谢物质在秋季的积累较多。,研 究 方 法,4.1 样 品 采 集,4.1.3 样品保管：采集的样品应该明确记下植物学名、采集地点、采样日期(季节)以及植物部位；杀虫活性物质一般对光、热不稳定，因此最好将其放在室内通风处晾干，不宜在阳光下曝晒或高温烘焙。,研 究 方 法,4.2 活性物质的提取,4.2.1 提取溶剂：一般选用极性不同的多种溶剂组成一个溶剂系列，如以石油醚(或正已烷)、苯、乙醚、甲醇、水组成一个提取溶剂系列。,4.2.2 提取方法：实验室常用有浸渍法、渗漉法、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。,研 究 方 法,4.3 有效成分的分离,4.

21、3.1 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),4.3.2 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,研 究 方 法,4.3 有效成分的分离,4.3.4 层析：薄层层析(Thin Layer Chromatography,简写为TLC);柱层析(Liquid solid column chromatography),4.3.3 液液分配萃取：利用混合物各成分在两种互不 相溶的溶剂中因分配系数不同而达到分离的目的,研 究 方 法,4.4 结 构 鉴 定,4.4.1 紫外光谱(Ultraviolet Spectrometry,UV),4.4.2 红外光谱(Infrared Spectrometry,IR),4.4.3 质谱(Mass Spectrometry,MS),4.4.4 核磁共振谱(Nuclear Magmetic Resonance,NMR),