生物源農(nóng)藥材料--有機(jī)無(wú)公害

1、講述要點(diǎn)講述要點(diǎn)I. 定義及分類II. 生物農(nóng)藥的種類及其特點(diǎn)III. 生物農(nóng)藥發(fā)展動(dòng)態(tài)及應(yīng)用技術(shù)IV. 生物農(nóng)藥的優(yōu)缺點(diǎn)V. 生物農(nóng)藥發(fā)展前景生物農(nóng)藥又稱生物源農(nóng)藥生物農(nóng)藥又稱生物源農(nóng)藥,一般是指直接一般是指直接利用生物活體及其代謝產(chǎn)物制成的用來(lái)利用生物活體及其代謝產(chǎn)物制成的用來(lái)防治病害、蟲害、雜草等的制劑防治病害、蟲害、雜草等的制劑,其中也其中也包括保護(hù)生物活體的保護(hù)劑、輔助劑和包括保護(hù)生物活體的保護(hù)劑、輔助劑和增效劑增效劑,以及模擬某些殺蟲毒素和抗生素以及模擬某些殺蟲毒素和抗生素等人工合成的制劑。等人工合成的制劑?；径x：生物農(nóng)藥的分類一般情況下,可將生物農(nóng)藥分為2大類：一類是微生物農(nóng)

2、藥,包括病毒農(nóng)藥、真菌農(nóng)藥和細(xì)菌農(nóng)藥;另一類是生物工程植物。就微生物農(nóng)藥而言,目前已經(jīng)研究成功的主要有微生物殺蟲劑、微生物除草劑和農(nóng)用抗生素制劑等。微生物農(nóng)藥生物工程植物微生物除草劑微生物殺蟲劑農(nóng)用抗生素細(xì)菌殺蟲劑真菌殺蟲劑病毒殺蟲劑OECD（國(guó)際經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織）認(rèn)為生物農(nóng)藥包括：（國(guó)際經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織）認(rèn)為生物農(nóng)藥包括：信息素：昆蟲和植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑；植物提取物；微生物；信息素：昆蟲和植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑；植物提取物；微生物；大生物（捕食性和寄生性昆蟲天敵）大生物（捕食性和寄生性昆蟲天敵）歐盟：信息素和植物的作為化學(xué)農(nóng)藥進(jìn)行登記，不允許登歐盟：信息素和植物的作為化學(xué)農(nóng)藥進(jìn)行登記，不允許登記轉(zhuǎn)基

3、因作物。記轉(zhuǎn)基因作物。EPA（美國(guó)環(huán)境保護(hù)局）認(rèn)為生物農(nóng)藥包括：微生物農(nóng)藥（美國(guó)環(huán)境保護(hù)局）認(rèn)為生物農(nóng)藥包括：微生物農(nóng)藥（活體微生物）；生物化學(xué)農(nóng)藥（信息素、激素、天然的（活體微生物）；生物化學(xué)農(nóng)藥（信息素、激素、天然的昆蟲或植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑、驅(qū)避劑以及作為農(nóng)藥活性成分的昆蟲或植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑、驅(qū)避劑以及作為農(nóng)藥活性成分的酶）；轉(zhuǎn)基因植物。酶）；轉(zhuǎn)基因植物。英國(guó)作物保護(hù)委員會(huì)（英國(guó)作物保護(hù)委員會(huì)（The British Crop Protection Council）根據(jù)來(lái)源將生物農(nóng)藥分為五類：）根據(jù)來(lái)源將生物農(nóng)藥分為五類：（1）天然產(chǎn)物，來(lái)自微生物、植物和動(dòng)物）天然產(chǎn)物，來(lái)自微生物、植物和動(dòng)物（

4、2）信息素，來(lái)自昆蟲、植物等）信息素，來(lái)自昆蟲、植物等（3）活體系統(tǒng)，包括病毒、細(xì)菌、真菌、原生動(dòng)物、線蟲）活體系統(tǒng)，包括病毒、細(xì)菌、真菌、原生動(dòng)物、線蟲（4）捕食昆蟲和寄生昆蟲）捕食昆蟲和寄生昆蟲（5）基因，來(lái)自微生物、植物、動(dòng)物）基因，來(lái)自微生物、植物、動(dòng)物生物農(nóng)藥分類圖張興，馬志卿，李廣澤，等.生物農(nóng)藥評(píng)述生物農(nóng)藥生物合成農(nóng)藥生物化學(xué)農(nóng)藥微生物生物農(nóng)藥植物生物農(nóng)藥動(dòng)物生物農(nóng)藥生物源農(nóng)藥轉(zhuǎn)基因合成農(nóng)藥仿生合成農(nóng)藥生物農(nóng)藥的五大種類及其各自的特點(diǎn)一、生物源農(nóng)藥 微生物生物農(nóng)藥 植物生物農(nóng)藥 動(dòng)物生物農(nóng)藥 微生物農(nóng)藥 主要包括真菌、細(xì)菌、放線菌、酵母菌和病毒等。 微生物生物農(nóng)藥應(yīng)用最廣的是蘇云

5、金芽孢桿菌，自1901年日本科學(xué)家發(fā)現(xiàn)蘇云金芽孢桿菌（簡(jiǎn)稱B.t.）以來(lái)，國(guó)內(nèi)外科學(xué)家對(duì)其進(jìn)行了廣泛的研究，積累了大量的研究資料，取得了重要成果。據(jù)報(bào)道，發(fā)現(xiàn)蘇云金芽孢桿菌菌株多達(dá)60000多株，制 備生產(chǎn)蘇云金芽孢桿菌產(chǎn)品達(dá)100多種，在全球范圍內(nèi)用于防治農(nóng)業(yè)、林業(yè)病蟲害的微生物農(nóng)藥，其中蘇云金芽孢桿菌產(chǎn)品占90%，廣泛用于防治稻苞蟲、稻縱 卷葉螟和粘蟲、松毛蟲、茶毛蟲和玉米螟等多種害蟲。 微生物農(nóng)藥桿狀病毒用作生物控制劑和殺蟲增效劑，用于防治農(nóng)作物和森林害蟲也有良好的效果。 是指從植物體中提取具有抗菌抗病毒或殺蟲效果的成分；或者從植物體中分離純化有農(nóng)藥活性的新物質(zhì)作為結(jié)構(gòu)模板，進(jìn)行結(jié)構(gòu)的多

6、級(jí)優(yōu)化，從而制造低毒高效新農(nóng)藥，稱這種農(nóng)藥為植物源農(nóng)藥。 據(jù)報(bào)道，全球有殺蟲植物2400多種，殺菌植物2000多種、除草植物1000多種。 主要?dú)⑾x（菌）的植物有菊科植物的除蟲菊，對(duì)菜青蟲、蚜 蟲、蚊蠅等多種昆蟲有毒殺作用；萬(wàn)壽菊提取物對(duì)豆蚜、菜青蟲等具有毒殺或驅(qū)避作用。楝科中的印楝、苦楝和川楝，如印楝的提取物印楝素，對(duì)果樹害蟲和蔬菜害 蟲具有驅(qū)避和拒食作用，而且對(duì)人畜無(wú)害。衛(wèi)矛科中的苦皮藤的提取物苦皮藤素，對(duì)水稻、玉米和蔬菜害蟲有良好的防治功效。還有柏科植物中的沙地柏、瑞香科植 物中的瑞香狼毒等多種植物，也是難得的植物農(nóng)藥的資源等。植物生物農(nóng)藥動(dòng)物生物農(nóng)藥 是指由動(dòng)物產(chǎn)生的毒素或激素（如腦激

7、素和性信息素等）。它們對(duì)害蟲有毒殺效果，或者抑制昆蟲的生長(zhǎng)發(fā)育和干擾新陳代謝，從而控制害蟲對(duì)農(nóng)作物、森林和果樹的危害。 二、生物化學(xué)農(nóng)藥生化農(nóng)藥對(duì)靶標(biāo)有害生物必須是直接毒殺作用之外的作用方式，如調(diào)節(jié)生長(zhǎng)、干擾取食、產(chǎn)卵、覓偶等行為。此類農(nóng)藥必須是天然存在的，如用人工有機(jī)合成，產(chǎn)品主要化學(xué)成分的分子結(jié)構(gòu)必須與模擬的天然存在類似物分子結(jié)構(gòu)相同。生物化學(xué)農(nóng)藥包括有昆蟲化學(xué)信息素、昆蟲激素、內(nèi)源植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑等。 三、生物合成農(nóng)藥 一般通過(guò)微生物發(fā)酵工藝，以微生物代謝次生物質(zhì)為有效成分的農(nóng)藥，其有效成分實(shí)際上是生物合成有機(jī)化學(xué)物質(zhì)。 此類農(nóng)藥中用于防治農(nóng)業(yè)有害生物的抗生素農(nóng)藥，一般具有藥效高、針對(duì)性強(qiáng)

8、、無(wú)藥害、與環(huán)境相容較好等優(yōu)點(diǎn)，但因其有效成分也是有機(jī)化學(xué)物質(zhì)，因此也具有一般有機(jī)化學(xué)農(nóng)藥往往存在的抗藥性、農(nóng)產(chǎn)品中殘留污染等問(wèn)題。 生物合成農(nóng)藥目前主要品種是殺菌劑，如井岡霉素、春雷霉素、多抗霉素等，殺蟲劑如阿維菌素（該品種亦具殺螨與殺線蟲活性），殺螨劑如瀏陽(yáng)霉素，植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑如細(xì)胞分裂素 等。 四、仿生合成農(nóng)藥 采用人工有機(jī)合成方法，產(chǎn)品在有效成分分子結(jié)構(gòu)上仿照了某種生物源物質(zhì)。 仿生合成產(chǎn)品與天然物除生產(chǎn)規(guī)模與成本不同外，在有效成分分子結(jié)構(gòu)上往往也有許多變動(dòng)，目的一般主要為降低成本、提高藥效、增強(qiáng)穩(wěn)定性，有時(shí)也為降低毒性、減緩抗藥性。但是，只有不但作用機(jī)制相同，而且在分子基本結(jié)構(gòu)、主要

9、功能團(tuán)、甚至分子結(jié)構(gòu)的立體構(gòu)像也相同或相似的情況下，才屬于仿生合成范疇。 五、轉(zhuǎn)基因合成農(nóng)藥 .轉(zhuǎn)基因作物其中與植物有關(guān)的：一是抗蟲抗病轉(zhuǎn)基因作物，二是耐除草劑作物。 對(duì)于轉(zhuǎn)入外源基因的抗蟲作物，如轉(zhuǎn)Bt抗蟲棉花、玉米作物，它們不屬于傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)防治抗蟲育種，也不是生物防治，而相當(dāng)于利用作物本身生物合成有效成分，與生物合成農(nóng)藥類似。在作物體內(nèi)合成Bt內(nèi)毒素與在作物體外施用Bt制劑對(duì)害蟲的作用類似，甚至產(chǎn)生抗藥性副作用的情況亦相似。因此，可以把這類轉(zhuǎn)基因抗蟲作物按農(nóng)藥對(duì)待。 生物農(nóng)藥發(fā)展動(dòng)態(tài)及應(yīng)用技術(shù)n生物工程對(duì)生物農(nóng)藥的影響n植物性農(nóng)藥n微生物農(nóng)藥一、生物工程對(duì)生物農(nóng)藥的影響n1.1生物工程促進(jìn)

10、生物農(nóng)藥的發(fā)展 生物工程技術(shù)為生物農(nóng)藥的發(fā)展注入了新的活力。如轉(zhuǎn)B.t.病毒(B.t.毒素基因在昆蟲病毒中表達(dá))、轉(zhuǎn)基因捕食螨、轉(zhuǎn)B.t.基因棉、轉(zhuǎn)B.t.玉米、轉(zhuǎn)B.t.馬鈴薯、轉(zhuǎn)Cpt I煙草(水稻/馬鈴薯/草莓)等。 細(xì)胞工程學(xué)使藥源植物如印楝、魚藤等的細(xì)胞離體培養(yǎng)取得突破;生物技術(shù)如酶聯(lián)免疫分析技術(shù)用來(lái)檢測(cè)有機(jī)化學(xué)農(nóng)藥的殘留,反過(guò)來(lái)又促進(jìn)生物農(nóng)藥的發(fā)展;抗除草劑的農(nóng)作物品種的推廣,使除草劑的用量大幅度提高,如由于耐農(nóng)達(dá)除草劑的轉(zhuǎn)基因作物的推廣應(yīng)用使得農(nóng)達(dá)使用量最近5年在全球以每年20%的速度遞增1.2轉(zhuǎn)基因抗蟲、抗病作物 對(duì)傳統(tǒng)農(nóng)藥造成沖擊，抗蟲作物的出現(xiàn)使殺蟲劑的生產(chǎn)和銷售有所下降,

11、害蟲種類的演替也導(dǎo)致農(nóng)藥品種發(fā)生變化。殺菌劑總體變化不大,但部分品種也受到影響,呈下隆趨勢(shì)。有人估計(jì):到2005年,轉(zhuǎn)基因作物在農(nóng)藥市場(chǎng)中所占份額將達(dá)到15%20%,約60億美元,全球1999年種植面積達(dá)到880萬(wàn)hm2。以轉(zhuǎn)基因抗蟲棉為例,美國(guó)1998年已推廣棉花播種面積40%,我國(guó)也有200萬(wàn)畝,安徽省1999年就達(dá)40萬(wàn)畝。以棉鈴蟲防治減少一半用藥計(jì),其效益也相當(dāng)可觀。1.3轉(zhuǎn)基因作物面臨的問(wèn)題轉(zhuǎn)基因作物通過(guò)5年多的推廣,所面臨的問(wèn)題也日益暴露出來(lái)。主要表現(xiàn)在:對(duì)人類和環(huán)境的安全性;抗性風(fēng)險(xiǎn)(a、室內(nèi)用轉(zhuǎn)基因棉花葉片飼養(yǎng)棉鈴蟲612代,抗性指數(shù)從1.5倍增到4.4倍;b、一般預(yù)測(cè)轉(zhuǎn)基因作

12、物的使用壽命為810年;c、超級(jí)抗性生物的出現(xiàn);d、抗性基因的漂移等);防治上的局限性:如轉(zhuǎn)B.t.基因棉,防治棉鈴蟲的效果隨其代數(shù)而降低,第1代不須用藥,但第3和4代每100株仍有2040頭34齡幼蟲,每代仍須噴藥34次;昆蟲群落的演替(a、次要害蟲上升為主要害蟲:轉(zhuǎn)基因棉株體內(nèi)單寧、酚類化合物分別降低22%和24%,導(dǎo)致棉蚜、棉紅蜘蛛、棉粉虱、棉薊馬、棉盲蝽等害蟲的數(shù)量急劇上升;b、天敵種群數(shù)量呈下降趨勢(shì):如棉田龜紋瓢蟲及寄生蜂下降約20%90%)。二、植物性農(nóng)藥n2.1光活化農(nóng)藥n近年來(lái),人們發(fā)現(xiàn)一些植物次生物質(zhì)在光照條件下對(duì)害蟲的毒效可提高幾倍、幾十倍甚至上千倍,顯示出光活化特性。n自

13、從呋喃香豆素類化合物-花椒毒素的光活化性質(zhì)被首次發(fā)現(xiàn)以來(lái),陸續(xù)發(fā)現(xiàn)的植物源光活化毒素主要有:呋喃香豆素類(線型-花椒毒素;角型-當(dāng)歸根素)、多炔類與噻吩類、生物堿類、擴(kuò)展醌類、其它化合物。n自70年代以來(lái),光活化農(nóng)藥的研究取得了重要進(jìn)展。目前光活化殺蟲劑已開始應(yīng)用于田間,特別是在防治蚊子幼蟲方面獲得成功。聚乙炔類化合物作為有害生物控制劑在加拿大已取得了專利保護(hù),有些已商品化生產(chǎn),如赤蘚紅B。除了用于殺蟲外,光活化農(nóng)藥也用于殺病毒、病菌、線蟲等。與一般化學(xué)農(nóng)藥相比,光活化農(nóng)藥具有高效、低毒、低殘留、選擇性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),對(duì)人畜安全,作為一類新型無(wú)公害農(nóng)藥有巨大的潛力。2.2印楝素(AZ)印楝是目前世界

14、上公認(rèn)的理想的殺蟲植物。印楝素是一類高度氧化的檸檬素,帶有許多相似的官能團(tuán)。從印楝種子中曾分離出AZ-A至AZ-G 7種活性化合物,其中A是最主要?dú)⑾x成分。印楝素及其制劑對(duì)昆蟲具有拒食、忌避、生長(zhǎng)調(diào)節(jié)、絕育等多種作用。目前,已知印楝素制劑對(duì)400余種昆蟲表現(xiàn)不同的生物活性。2.3魚藤酮(rotenone)魚藤酮是從魚藤屬、灰葉屬等植物中提取出來(lái)的一種有殺蟲活性的物質(zhì),具有觸殺、胃毒、生長(zhǎng)發(fā)育抑制和拒食作用。目前已知魚藤酮對(duì)15個(gè)目137個(gè)科的800多種害蟲具有較高的生物活性而對(duì)人畜安全,易光解變成無(wú)毒或低毒的化合物,在環(huán)境中殘留時(shí)間短,對(duì)環(huán)境無(wú)污染。其藥源植物分布廣泛,生長(zhǎng)迅速,魚藤酮類殺蟲劑

15、的大量使用,會(huì)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)及生態(tài)效益。目前室內(nèi)已可以通過(guò)組織培養(yǎng)途徑獲得魚藤酮及其類似物,而對(duì)其立體構(gòu)型的研究有望進(jìn)一步提高其殺蟲效果。2.4精油精油是指植物組織中的水蒸氣蒸餾成分,常常具有植物特征性氣味,通常含有分子量的萜烯及生物酚類,大多數(shù)精油是由幾十種到幾百種化合物組成的復(fù)雜混合物。精油對(duì)昆蟲具有引誘、殺卵、熏蒸、忌避和影響昆蟲生長(zhǎng)發(fā)育等作用。某些精油對(duì)昆蟲具有神經(jīng)毒性,如某些精油可抑制昆蟲的乙酰膽堿酯酶,有的是章魚胺的拮抗劑。與有機(jī)農(nóng)藥混配,其混配作用主要為:增效作用、溶劑作用和掩蓋有機(jī)農(nóng)藥不良?xì)馕兜淖饔谩?.5其它植物性農(nóng)藥 青蒿素是從青蒿(黃花蒿)中分離出來(lái)的倍半萜類化合物,青蒿

16、素及其類似物對(duì)菜粉蝶、小菜蛾幼蟲具有拒食活性；茼蒿素是從蔬菜茼蒿中分離出來(lái)的活性化合物,茼蒿素及其類似物對(duì)小菜蛾、菜粉蝶和斜紋夜蛾幼蟲具有較好的拒食、生長(zhǎng)發(fā)育抑制和毒殺活性，能明顯地降低菜粉蝶幼蟲體壁、血淋巴、血淋巴蛋白質(zhì)、血淋巴總糖原和幼蟲糖原的含量,少血細(xì)胞數(shù)量,抑制中腸酯酶的活性；除蟲菊酯是除蟲菊中分離出來(lái)的殺蟲活性物質(zhì),天然成分具有光不穩(wěn)定性，是一類有較長(zhǎng)歷史的植物性殺蟲劑；三、微生物農(nóng)藥n微生物農(nóng)藥是能夠用來(lái)殺蟲、滅菌、除草以及調(diào)節(jié)植物生長(zhǎng)等的微生物的活體及其代謝產(chǎn)物。n包括農(nóng)用抗生素和活體微生物農(nóng)藥,主要種類有昆蟲病原細(xì)菌、昆蟲病原真菌、昆蟲病原病毒、昆蟲病原原生動(dòng)物、昆蟲病原線蟲

17、、昆蟲病原立克次體。生物農(nóng)藥的特點(diǎn)生物農(nóng)藥的特點(diǎn)與傳統(tǒng)的化學(xué)合成農(nóng)藥相比，生物源農(nóng)藥具有下述特點(diǎn)與傳統(tǒng)的化學(xué)合成農(nóng)藥相比，生物源農(nóng)藥具有下述特點(diǎn)：（1）專一性強(qiáng)，活性高；）專一性強(qiáng)，活性高；（2）具有選擇性，防治譜較窄；）具有選擇性，防治譜較窄；（3） 對(duì)環(huán)境的壓力較??；對(duì)環(huán)境的壓力較小；（4）大多數(shù)生物源農(nóng)藥作用緩慢，在遇到有害生物大量發(fā)生）大多數(shù)生物源農(nóng)藥作用緩慢，在遇到有害生物大量發(fā)生迅速蔓延時(shí)往往不能及時(shí)控制為害；迅速蔓延時(shí)往往不能及時(shí)控制為害；（5）作用機(jī)理不同于常規(guī)農(nóng)藥，抗性產(chǎn)生慢；作用機(jī)理不同于常規(guī)農(nóng)藥，抗性產(chǎn)生慢；（6）開發(fā)利用途徑多，基因工程、發(fā)酵工程。開發(fā)利用途徑多，基因工

18、程、發(fā)酵工程。此外，生物農(nóng)藥還具有如下缺點(diǎn)：此外，生物農(nóng)藥還具有如下缺點(diǎn)： （1）多數(shù)天然產(chǎn)物化合物結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不易合成或合成成）多數(shù)天然產(chǎn)物化合物結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不易合成或合成成本太高；本太高； （2）受環(huán)境因素影響較大，特別是光、溫、濕等；）受環(huán)境因素影響較大，特別是光、溫、濕等； （3）活性成分穩(wěn)定性差，易分解，制劑成分復(fù)雜，不易）活性成分穩(wěn)定性差，易分解，制劑成分復(fù)雜，不易標(biāo)準(zhǔn)化；標(biāo)準(zhǔn)化； （4）菌劑含活菌，難以對(duì)制劑制定出相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)；）菌劑含活菌，難以對(duì)制劑制定出相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)； （5）植物的采集具季節(jié)性等且分布存在地域性，加工場(chǎng)）植物的采集具季節(jié)性等且分布存在地域性，加工場(chǎng)地的選擇受地的選擇受 多種因素限制；多種因素限制； （6）有些生物源農(nóng)藥毒性也較高。）有些生物源農(nóng)藥毒性也較高。 生物農(nóng)藥的前景生物農(nóng)藥的前景（1）生物農(nóng)藥目前在世界農(nóng)藥市場(chǎng)所占的份額還很小。）生物農(nóng)藥目前在世界農(nóng)藥市場(chǎng)所占的份額還很小。1995年全球農(nóng)藥市場(chǎng)是年全球農(nóng)藥市場(chǎng)是290億美元，其中生物農(nóng)藥為億美元，其中生物農(nóng)藥為3.8億美元，約占世界農(nóng)藥市場(chǎng)的億美元，約占世界農(nóng)藥市場(chǎng)的1.3%。截至。截至2000年，我國(guó)已注年，我國(guó)已注冊(cè)登記生物農(nóng)藥有效成分品種冊(cè)登記生物農(nóng)藥有效成分品種77個(gè)，占農(nóng)藥有效成分品種的個(gè)，占農(nóng)藥有效成分品種的13.4%；產(chǎn)品；產(chǎn)品691個(gè)，占注冊(cè)登記農(nóng)藥產(chǎn)品的個(gè)，占注