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植物性(源) 农药(综述)

生物防治技术 2018-01-19 10:46:13

一、植物源农药、特点与意义

1、植物源农药

植物源农药指的是:利用植物根茎叶花果实种子或者分离的到的活性成分加工成的农药制剂。


植物性农药是生物农药中重要的一支,是解决化学农药的不足,保证作物高产优质,满足人们对无公害产品的需求而不污染环境的极佳选择。



2、植物性农药的特点:

对人畜毒性低,低残留,与环境相容性好、无公害、对病虫具有较好的活性、不伤及天敌、作用方式独特、害虫不易产生抗药性。

(1)低毒、无残留

植物活性成分是自然存在的物质,安全性较好,对人、畜、有益生物低毒,在环境中易降解、少残留或无残留,不存在环保问题,特别适用于蔬菜、水果和茶叶等被人直接食用的作物,对作物也不产生药害。

(2)作用机制多样

多数植物性农药成分复杂,能够作用于有害生物的多个器官系统,作用机制多样,有毒杀、麻醉、拒食、及干扰害虫生长发育等,有利于克服有害生物的抗药性。

(3)原料较易得到,还绿化了环境,可以因地制宜,就地取材,就地加工,制造方法简单,成本低廉。

(4)植物源农药活性成分除直接利用外,还可作为合成新农药的先导化合物,为我国创制农药打基础。




3、主要活性成分

I 、具有杀虫作用的植物毒素 

除虫菊素、鱼藤酮和烟碱是世界上最早的商品化农药,是最主要的植物杀虫剂。

当代研究比较深入的杀虫植物毒素还有胡椒酰胺类化合物、尼鱼丁及其类似物、四氢呋喃脂肪酸类化合物、谷胺酸类似物、二氢沉香呋喃类化合物、三噻吩及炔类化合物。 

1)胡椒酰胺类化合物,如胡椒碱(piperine)、墙草碱(pellitorine)、千日菊酰胺(spilanthol)等,都具有N-(2-甲丙基)-酰胺的结构,存在于菊科、胡椒科和芸香科等十几种植物中。

2) 尼鱼丁(ryanodine)、脱氢尼鱼丁(hydroryanodine)等是从南美杀虫植物尼亚耶(Ryania speciosa)中分离的。 

3) 四氢呋喃脂肪酸内酯,如asimicin、annonin和neoannonin,是番荔枝科杀虫植物番荔枝(Annona sguamosa)和巴婆(Asimina  trioba)的主要有效成分。 

4) 三噻吩(α-terthienyl)和呋喃乙炔(furanacetylene)主要从杀虫植物万寿菊(Tsgetes patula)中分离。三噻吩和呋喃乙炔对哺乳动物毒性低,但在光照下对昆虫却有强烈的杀虫活性,是典型的光活杀虫剂。

5)二氢沉香呋喃类化合物,如苦皮藤素V(celangulin V)及雷公藤碱(wilfordine)等生物碱是卫矛科植物苦皮藤(Celastrus angulatus)和雷公藤(Tripterygium wilffordii)的主要成分,对哺乳动物的毒性较低,对许多咀嚼式口器害虫,特别是鳞翅目害虫的胃毒毒杀作用,可有效地防治小菜蛾、菜青虫、黏虫、槐尺蠖等害虫。 

6)谷氨酸类似物软骨藻酸(domoic acid)和红藻氢酸(kainic acid)是从海藻Chondric armata及Digenia simplex分离地,具有强烈的杀虫活性。



II、具有杀菌作用的植物毒素 

 Wilkins 和Board 1989年报道有1389种植物具有杀菌活性。

大蒜素是人们熟悉的杀菌植物毒素。我国曾以大蒜素分子结构为模板,衍生合成了类似物乙酸素,并开发成功杀菌剂402,用来防治甘薯黑斑病,小麦腥黑穗病及棉花苗期病害等。从抗稻瘟病的水稻植物中分离出一种含丙二酸叉结构的杀菌化合物,并以此为先导化合物开发出杀菌剂稻瘟灵。 

蒉蒿种子香精油中的黄蒿酮及其他单萜类化合物能抑制储存马铃薯萌芽外,还有很强的杀菌活性。 



Ⅲ、具有杀草作用的植物毒素 

醌类  最早发现具有杀草活性的醌类化合物是核桃醌(jaglone),它是从核桃中分离出来的,其活性很高,在1μmol/L浓度下即可明显抑制核桃园中多种杂草的生长;

生物碱类

香豆素类

噻吩和聚炔类

萜烯类



Ⅳ  、植物内源激素 

植物中的内源激素主要有乙烯,生长素(吲哚乙酸)、赤霉素、细胞分裂素和脱落酸。

近年来又发现一类新的甾族植物芸薹素内酯(brassinolide),已大面积推广使用。





二、植物源农药作用机制与活性


1、作用方式与机理


胃毒作用

苦皮藤素V主要破坏中肠肠壁细胞膜及细胞器膜

川楝素破坏中肠组织,阻断神经传导而导致害虫麻痹、昏迷、死亡。


触杀作用

主要有除虫菊、鱼藤、烟草等。

除虫菊素主要作用于昆虫的神经系统;鱼藤中的活性成分鱼藤酮作用于电子呼吸链;烟草中的主要杀虫成分,作用于乙酰胆碱受体。


忌避与拒食作用

阻止感知昆虫与之接触的化学物质叫忌避剂或驱避剂。大多为挥发性物质,Norris 1990年在其专著中列出了137种产生昆虫忌避剂的植物。当归、辣蓼、鱼腥草、山奈、芹菜籽、八角茴香、薄荷等对蚜虫及某些仓库害虫有很好的忌避效果。

可以干扰或抑止取食的物质叫拒食剂。已报道有拒食作用的物质有200多种,如印楝素具有很高的拒食活性。


麻醉作用

抑制昆虫生长、发育、繁殖

诱集植物性昆虫

引诱昆虫天敌







三、主要的植物


1、印楝


如上图所示为印楝树


活性成分:印楝素

作用方式:拒食、生长调节与产卵驱避

作用机理:对抑食细胞的的刺激,导致拒食作用:阻断变态肽类的激素,影响了蜕皮激素和保幼激素的滴度

商品化:20个国家建厂,十几个产品,防治400余种害虫

局限性:毒力较低、作用缓慢、持效期短。


如上图所示为印楝树


印楝树是世界著名的最优秀的杀虫植物,它一身是宝。从1980年至今,联合国粮农组织已召开了七次国际印楝大会,专门讨论印楝产品的开发与应用,被誉为“绿色黄金”。

印楝素可防治10目400余种农林、仓储和卫生害虫。可以广泛用于粮食、棉花、林木、花卉、瓜果、蔬菜、烟草、 茶叶、 咖啡等作物。


如上图所示为印楝树叶果


印楝中主要杀虫活性成分是印楝素,每株印楝树一年的结果量高达50kg,印楝的杀虫有效成分主要存在于种子里,1968年Butterworth和Morgan成功地分离出印楝素,Broughton等(1986)确定了印楝素的主体化学结构,稍后印楝素分子化学结构的全部相关基团的立体化学得到详细描述。


如上图所示为印楝树果实


印楝素杀虫剂的生产应用情况

以0.3%印楝素乳油为主的印楝素杀虫剂是我国无公害农产品生产的理想用药,被国务院绿色食品办公室列为绿色食品生产推荐使用农药品种,

印楝素杀虫剂的大规模推广应用,主要用于防治蔬菜、果树、茶叶、水稻害虫和蝗虫,印楝素的成功推广应用,打破了生物农药叫好不叫座的尴尬局面,成为生物农药推广应用的范例。




2、除虫菊


杀虫成分:除虫菊酯I,II、瓜菊酯I,II、茉莉菊酯I,II

杀虫范围:农业害虫及卫生害虫(家蝇、蚊子、蟑螂等)

杀虫机理:驱避、击倒、毒杀


如上面两图所示为白花除虫菊


神经毒剂,作用于钠离子通道,引起神经细胞的重复开放,导致害虫麻痹、死亡;另外,对突触上ATP酶活性也有影响


如上面两图所示为白花除虫菊


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。陆宗莲等(1998)进行了除虫菊的组织培养研究,为除虫菊的商业化开发奠定了基础。


如上面两图所示为红花除虫菊



除虫菊有效成分在花里,主要是白花除虫菊。


如上面两图所示为红花除虫菊


天然除虫菊是一种理想的杀虫剂,在害虫防治上广泛应用。然而近二十多年来拟除虫菊的飞速发展,使天然除虫菊受到很大冲击。

随着人们的健康与环保意识的不断提高,对农药给农产品带来的污染问题十分关注,天然除虫菊市场需求也随之增长。




3、 鱼藤


鱼藤酮是从鱼藤属等植物中提取出来的一种有杀虫活性的物质,是综合防治上的一个比较理想的杀虫药剂。

鱼藤酮对菜粉蝶幼虫、小菜蛾和蚜虫等昆虫具有强烈的触杀作用和胃毒作用,对日本甲虫有拒食作用,对某些鳞翅目害虫有生长发育抑制作用对一些害虫还有熏杀作用。



如上两图所示为鱼藤酮的两种立体异构体


如上两图所示为鱼藤



4、苦皮藤、雷公藤


如上面三图所示为苦皮藤


活性物质:苦皮藤素I-V。

作用方式:拒食、麻醉、毒杀。

商品化:根皮加工制剂,种油加工制剂。

防治对象:菜青虫、稻苞虫、玉米象、猿叶甲等。


如上面三图所示为雷公藤


雷公藤对叶菜类、瓜果类多种害虫具有忌避、拒食、毒杀、抑制生长发育及产卵忌避作用。



如上图所示为雷公藤



5、番荔枝

番荔枝素:强烈的神经毒剂,抑制呼吸链的电子传递对根猿叶甲虫、菜蛾、棉蚜、烟蚜、线虫等有较好的活性(与除虫菊酯类似)


如上面两幅图所示为番荔枝


番荔枝,又名佛头果,番荔枝科热带果树,原产热带美洲。果实清甜,有特殊气味,根、叶可做药。  


如上面两幅图所示为番荔枝



6、万寿菊、猪毛蒿


如上面两幅图所示为万寿菊


光活化毒素(呋喃香豆素、三噻吩和聚乙炔类等):

在光照下(光动力作用、光诱发毒性)对昆虫具有很强的杀虫活性,对哺乳动物活性很低,结构简单,容易合成,具很大的开发潜力。


如上面三幅图所示为猪毛蒿




7、其它杀虫植物


杜鹃花科--黄杜鹃

柏科--砂地柏

胡椒科--黑胡椒

芸香科--木茼蒿、茱萸

菊科--千日菊、松果菊


如上面两幅图所示为黄杜鹃


如上两图所示为沙地柏


如上三图所示为黑胡椒


上面三图所示为木茼蒿


如上四图所示为茱萸


如上四图所示为千日菊


如上四图所示为松果菊












2、间接开发利用

(1)发现新的活性先导化合物,进行类推合成


三大支柱杀虫剂氨基甲酸酯、有机磷和拟除虫菊酯都是从植物源杀虫活性物质中找到先导化合物后,经化学合成模拟创新的。

新烟碱仿生出的吡虫啉等高效杀虫剂又为天然杀虫物质的改造写下辉煌的一页。

特别是由桉树脑(风油精的主要成分)仿出环庚草醚,桃金娘纤精酮仿出磺草酮、硝草酮和SH-500等优良除草剂,为天然产物的开发展示了广阔的天地。


(2)发现新的靶标,进行生物合理设计

研究目标昆虫的某一生化途径(其终产物对昆虫是生命悠关的),干扰该途径的某一环节。

研究干扰的机制--酶活性。

人为设计该酶的抑制剂,筛选出生物合理设计杀虫剂。






四、我国植物性农药发展的历史与现状


清道光年间广东省潮阳县志中说:“烟草杆及纸叶插稻根,可杀害苗诸虫”。

《中国土农药志》记载着分布在86个科中的220种植物性农药,

《中国有毒植物》一书中则列入了1300余种有毒植物,其中许多种类被作为植物性农药利用。



建国以来,1958年大搞土农药的群众性运动,曾掀起过植物性农药的开发热潮,但由于当时技术水平相对较低,加上随后拟除虫菊酯类杀虫剂等高效农药的崛起,植物性农药又步入低谷。

近年来,随着现代科学技术的迅猛发展及人们对环境质量的要求逐步提高,植物性农药重新受到重视,利用植物资源开发和创制新农药已成为现代农药开发的重要途径。

与发达国家相比,我国在植物性农药的研究开发方面并不处于劣势,而是达到了国际先进水平,某些方面已走在世界的前列。

我国拥有丰富的植物资源,具有发展植物性农药得天独厚的条件;深厚的科研基础为我国充分利用这些宝贵的植物资源,研究开发植物性农药奠定了坚实的基础。大力发展植物性农药是把我国农药推向世界的重要途径。




近20年多,我国已生产和实际应用了40多种植物性杀虫剂。

我国植物性农药的登记生产数量呈明显上升趋势(见图1)。

2004年,植物性农药的生产和应用有了很大的发展,有101家植物性农药生产企业,登记生产的植物性农药种类20种植物性农药单剂或原药品种54个,植物性农药混配制剂46个,共有植物性农药产品100




植物性农药应用


在我国无公害农业生产中,植物性农药得到了大规模地应用,多种产品被列为无公害农业生产的指定农药品种。大部分植物性杀虫剂是防治蔬菜、茶叶和果树害虫的理想用药,部分杀虫剂在防治森林害虫、卫生害虫、储粮害虫中发挥了重要作用。

印楝素被全国绿色食品办公室列为农业绿色食品推荐使用品种,主要用于防治蔬菜、果树、茶叶、水稻害虫和蝗虫,鱼藤酮制剂主要用于防治蔬菜和果树害虫,在森林害虫防治中也有应用,1%苦参碱可溶性液剂产品,成为2003年国家林业局药剂采购唯一中标的植物源农药。




杀虫植物的推广种植


印楝、鱼藤酮、非洲山毛豆、苦参、除虫菊、烟碱等杀虫植物在我国得到了大面积的推广种植,其中,我国印楝人工林的种植面积已超过原产地印度和巴基斯坦。

云南计划或已经推广种植印楝30万亩、四川30万亩及海南20万亩,印楝的引种被认为是我国继橡胶树引种后的又一创举。

四川成都绿金生物科技有限责任公司在攀枝花地区建立了一个30多万亩的印楝生产基地,可年产印楝种子200,000吨,综合经济效益超过100亿元,其中杀虫剂的产值可达46.3亿元。

2002年,云南省曲靖和红河州除虫菊种植推广面积已超过9万亩,可年产干花5000吨,占世界产量的30%,已接近肯尼亚的种植面积,云南省种植除虫菊面积超过全国的90%。

生物农药的研究开发及其产业化生产虽在我国已开展多年,但总的趋势仍然处于一个缓慢的发展阶段,除少数品种的生产已产业化外,大量技术还处在不成熟、待完善、待开发和试推广阶段,其使用量只占农药的1.0%-4.5%,同时,几大类生物农药之间的发展也不平衡。  

随着植物源农药的研究领域和深度的不断扩展,特别是现代色谱分离、核磁共振等化学结构鉴定技术以及生物活性测定方法的进展,为植物源农药的研究提供了强有力的手段,许多基础性研究已取得重要成果,现已明确了大多数植物的活性物质、有效剂量、对病虫害的作用点和作用方式等。大多数植物源活性物质都对害虫正常行为有干扰作用,使其拒食、忌避、发育生长受阻、抗产卵甚至不育。 


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。

从植物中寻找活性物质,特别是从中国特有植物中寻找活性物质,开发植物性农药,能扬长避短,弥补中国农药工业发展的相对落后,发挥中国的资源优势,走有中国特色的农药发展道路。 






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生物防治团队各成员由毕业于中国农业大学、西北农林科技大学、华南农业大学、福建农林大学、中国农业科学院植物保护研究所(北京)的植物保护专业昆虫系生物防治天敌昆虫方向、农药系天然源新型农药合成与创新方向、农业植物病理系的植物交互化感研究方向的6名硕士以及博士生组成,我们专注于植物保护,为农业作物保护提供更加高效、生态的生物防治服务和支持,只为做出纯生态的农产品,坚决杜绝一切农药(包括所谓的生物农药)、植物化学激素、除草剂、化肥、GMO、农膜的使用,只为有机、生态农业提供更为专业的支持!做大做强生物防治行业,使农业种植回归到本源,回归到生态,回归到自然。






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