生物源農(nóng)藥簡(jiǎn)介

生物源農(nóng)藥簡(jiǎn)介摘要:主要介紹了幾種商品化的生物源農(nóng)藥的先導(dǎo)化合物及這些農(nóng)藥的來(lái)源、結(jié)構(gòu)、作用機(jī)理和特點(diǎn)，其中包括除蟲(chóng)菊酯、氨基甲酸酯類(lèi)、沙蠶毒素等。關(guān)鍵詞生物源農(nóng)藥除蟲(chóng)菊酯先導(dǎo)化合物氨基甲酸酯沙蠶毒素次生代謝化學(xué)農(nóng)藥為提高農(nóng)作物產(chǎn)量，解決人類(lèi)的生存問(wèn)題做出了很大的貢獻(xiàn)。但在生產(chǎn)和使用的同時(shí)也給人們的生活環(huán)境和身體帶來(lái)危害，如高毒、高殘留和高污染等問(wèn)題。發(fā)展高效、低毒和低污染甚至無(wú)污染的新型農(nóng)藥，成為現(xiàn)代農(nóng)藥發(fā)展的方向。生物源農(nóng)藥正是順應(yīng)現(xiàn)代農(nóng)藥發(fā)展的實(shí)例。生物源農(nóng)藥是指直接利用生物活體或生物代謝過(guò)程中產(chǎn)生的具有生物活性的物質(zhì)或從生物體提取物質(zhì)作為防治病蟲(chóng)害的農(nóng)藥。包括植物源、動(dòng)物源、農(nóng)用抗生素、活體微生物【1】。很多生物在長(zhǎng)期的進(jìn)化過(guò)程中為抵御病蟲(chóng)害產(chǎn)生了各種不同的次生代謝產(chǎn)物,這些代謝產(chǎn)物能起到化學(xué)農(nóng)藥相同的作用。并且由于它們來(lái)源于生物體，在使用后可以在自然環(huán)境條件下降解，解決了農(nóng)藥殘留的問(wèn)題。這些物質(zhì)在生物體內(nèi)的含量不高,說(shuō)明其作為農(nóng)藥的高效率。生物源農(nóng)藥的開(kāi)發(fā)利用一種方式是直接利用，即確定藥效后進(jìn)行直接的工業(yè)化、商品化開(kāi)發(fā);第二種方式是確定藥效后，將活性物質(zhì)和它們的代謝產(chǎn)物的化學(xué)結(jié)構(gòu)作為農(nóng)藥先導(dǎo)化合物模型,以期開(kāi)發(fā)出更優(yōu)的新農(nóng)藥;第三種方式是植物光活化毒素的運(yùn)用【1】。1植物源農(nóng)藥1.1植物源農(nóng)藥植物源農(nóng)藥是植物利用光合作用產(chǎn)生的節(jié)能和可再生資源，目前較符合現(xiàn)代農(nóng)藥要求的是除蟲(chóng)菊酯【2】、氨基甲酸酯、新煙堿等。除蟲(chóng)菊酯（Pyrethrin）除蟲(chóng)菊指的是菊科菊屬除蟲(chóng)菊亞屬的若干種植物。20世紀(jì)初，研究人員開(kāi)始研究天然除蟲(chóng)菊酯的化學(xué)結(jié)構(gòu)，歷經(jīng)半個(gè)多世紀(jì)，直到1964年才最后確定6種有效的活性化合物，它們的化學(xué)結(jié)構(gòu)都由酸部分（圖1A）、醇部分（圖1B）和酯鍵部分（圖1C)組成【3】。除蟲(chóng)菊酯作為衛(wèi)生殺蟲(chóng)劑和農(nóng)藥的特征和優(yōu)勢(shì)在于:對(duì)哺乳動(dòng)物低毒，除蟲(chóng)菊素是現(xiàn)有的殺蟲(chóng)劑中毒性最低的產(chǎn)品之一，即使偶然吞咽也會(huì)很快代謝;高效廣譜性，由于除蟲(chóng)菊酯中含有一組結(jié)構(gòu)相近的殺蟲(chóng)成分，所以對(duì)殺蟲(chóng)有高效廣譜性;觸殺作用極強(qiáng)，致死率極高，且使用濃度低;作用快速，除蟲(chóng)菊酯具有快速擊倒、堵死氣門(mén)致死的觸殺作用。除蟲(chóng)菊酷1?R=「HQCO.除蟲(chóng)菊酯II圖I天然除蟲(chóng)菊酯結(jié)構(gòu)式天然除蟲(chóng)菊是制備蚊蟲(chóng)香的主要原料，對(duì)人畜毒性低，使用安全，對(duì)昆蟲(chóng)的毒力強(qiáng)度以除蟲(chóng)菊酯I最強(qiáng)。它的缺點(diǎn)是施用于大田后不穩(wěn)定，很快就分解，利用其作為農(nóng)藥由于受到資源的限制，加上高魚(yú)毒和抗性日趨嚴(yán)重等問(wèn)題,影響了它們的使用。為了克服這些缺點(diǎn)，人們以天然除蟲(chóng)菊酯作為先導(dǎo)化合物合成了很多類(lèi)似結(jié)構(gòu)的化合物，這類(lèi)化合物通常稱(chēng)為擬除蟲(chóng)菊酯(Pyrethroid)，它們的穩(wěn)定性和藥效都大大優(yōu)于天然菊酯。1973年第一個(gè)對(duì)日光穩(wěn)定的擬除蟲(chóng)菊酯苯醚菊酯開(kāi)發(fā)成功并商品化，開(kāi)創(chuàng)了除蟲(chóng)菊酯用于田間的先河，隨后又將氤基連于芐基的a碳上,烯基上的甲基用氯、漠取代，合成了氯氤菊酯和漠氤菊酯,殺蟲(chóng)活性大大提高。目前已有20多個(gè)不同的品種投放市場(chǎng)【4】。天然菊酯和擬除蟲(chóng)菊酯殺蟲(chóng)劑屬于神經(jīng)毒劑，其作用機(jī)制主要是通過(guò)抑制腦突觸體膜上的ATPase使突觸后膜上的乙酰膽堿酯酶(AChE)等神經(jīng)遞質(zhì)大量聚集,從而引起腦AChE被抑制【3】，進(jìn)而使昆蟲(chóng)死亡。R=CL掘機(jī)菊酯；R=B「.浪盆痢脂圖3氯(溟)窺苯醴菊酩結(jié)構(gòu)式但隨著擬除蟲(chóng)菊酯的大量使用，已發(fā)現(xiàn)對(duì)DDT有抗性的昆蟲(chóng)對(duì)擬除蟲(chóng)菊酯有交互抗性。因此抗性問(wèn)題已嚴(yán)重威脅擬除蟲(chóng)菊酯的使用壽命【4】。目前與其他農(nóng)藥混配使用，是提高藥效的一個(gè)手段。氨基甲酸酯(Carbamate)以西非生長(zhǎng)的豆科植物毒扁豆的咖啡色小豆中的劇毒物質(zhì)毒扁豆堿(Physostigmine)為先導(dǎo)化合物合成的一系列氨基甲酸酯類(lèi)農(nóng)藥。如西維因(Sevin)【4】。氨基甲酸酯類(lèi)農(nóng)藥的變化主要是在酯基上，一般要求酯基的對(duì)應(yīng)羥基化合物具有弱堿性，如烯醇、酚、羥肟等。結(jié)構(gòu)的另一個(gè)可變部分是酰胺氮原子上可被1個(gè)或2個(gè)甲基或被1個(gè)甲基和1個(gè)酰基取代【4】。

氨基甲酸酯類(lèi)農(nóng)藥目前在世界上有近40個(gè)商品化品種，由于它們具有作用迅速、選擇性高、低殘留等優(yōu)點(diǎn)【4】，成為現(xiàn)在廣泛使用的農(nóng)藥。氨基甲酸酯類(lèi)農(nóng)藥對(duì)人體的急性毒作用與有機(jī)磷農(nóng)藥相似，抑制體內(nèi)乙酰膽堿酯酶，使它失去分解乙酰膽堿的功能,造成組織內(nèi)乙酰膽堿的蓄積而中毒。由于該類(lèi)農(nóng)藥的濫用，己發(fā)現(xiàn)存在污染，尋找新的無(wú)公害氨基甲酸酯類(lèi)化合物成為農(nóng)藥化學(xué)工作者目前的主要任務(wù)。新煙堿(Neonicotinoids)第三種是煙葉中的煙堿。早在1690年就發(fā)現(xiàn)煙草萃取液可殺死一些昆蟲(chóng)。1828年確定其有效成分為煙堿，1904年人工合成煙堿成功【3】。煙堿乙酰膽堿受體(nicotinicacetyrlcholinereceptors，nAChRs)在昆蟲(chóng)的神經(jīng)系統(tǒng)中起著重要作用，是新煙堿類(lèi)(Neonicotinoids，NNs)殺蟲(chóng)劑、殺螟丹以及多殺菌素的作用靶標(biāo)。由于NNs殺蟲(chóng)劑的作用方式獨(dú)特、高效低毒，以及其在昆蟲(chóng)和脊椎動(dòng)物之間具有高選擇性，因此它是殺蟲(chóng)劑銷(xiāo)售中增長(zhǎng)最快的一類(lèi)藥劑【5】。在過(guò)去的30年,新煙堿類(lèi)殺蟲(chóng)劑的發(fā)現(xiàn)可以認(rèn)為是殺蟲(chóng)劑研究領(lǐng)域里程碑似的革新，這類(lèi)化合物高效、有選擇性、對(duì)哺乳動(dòng)物安全且與傳統(tǒng)農(nóng)藥不發(fā)生交互抗性。圖7為新煙堿先導(dǎo)化合物的結(jié)構(gòu)【6】。ch3圖6煙堿結(jié)構(gòu)式7ch3圖6煙堿結(jié)構(gòu)式7新煙堿結(jié)構(gòu)式目前己商品化的新煙堿類(lèi)農(nóng)藥有8個(gè)，最有代表性的是毗蟲(chóng)靈和噻蟲(chóng)靈【6】。圖9嚷蟲(chóng)靈結(jié)構(gòu)式魚(yú)藤酮(Rotenone)和苦皮藤素V(CelangulinV)植物源農(nóng)藥還有魚(yú)藤植物根部提取物魚(yú)藤酮【4】和從苦皮藤植物中分離得到的苦皮藤素V【7】。圖1。魚(yú)藤酮結(jié)構(gòu)式魚(yú)藤酮低毒，不易被害蟲(chóng)產(chǎn)生耐藥,它暴露于陽(yáng)光下極易被降解，一直被視為安全有效的殺蟲(chóng)劑和殺魚(yú)劑而廣泛應(yīng)用。它是一種線(xiàn)粒體復(fù)合體I抑制劑，近年來(lái)廣泛應(yīng)用于蔬菜、瓜果等病蟲(chóng)害的防治和魚(yú)塘清理。但是流行病學(xué)調(diào)查及大量實(shí)驗(yàn)表明魚(yú)藤酮的長(zhǎng)期接觸與帕金森病的發(fā)病有關(guān)【8】。圖II苦皮藤素V結(jié)構(gòu)式苦皮藤素v目前還沒(méi)有以它作為先導(dǎo)化合物合成的類(lèi)似農(nóng)藥，因其分子結(jié)構(gòu)中有不對(duì)稱(chēng)碳原子，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，合成較困難。加上它近年才被分離出來(lái)并被確定有生物活性，還有待進(jìn)一步的推廣應(yīng)用。該化合物對(duì)昆蟲(chóng)的作用位點(diǎn)和作用靶標(biāo)即作用機(jī)理還正在研究中【9】。2動(dòng)物和微生物源農(nóng)藥2.1沙蠶毒素(Nereistoxin)圖12沙蠶毒素結(jié)構(gòu)式1934年日本人從一種海生動(dòng)物沙蠶中分離出這種毒素,1962年確定其結(jié)構(gòu)為圖12。以此化合物作為先導(dǎo)，許多類(lèi)似物被合成，如殺蟲(chóng)雙、殺蟲(chóng)環(huán)【4】。ONh圖【3殺蟲(chóng)雙結(jié)構(gòu)式圖U殺蟲(chóng)環(huán)結(jié)構(gòu)式這類(lèi)農(nóng)藥具有廣譜、高效、低毒等特點(diǎn)，而且作用方式多樣，除了具有很強(qiáng)的胃毒作用，還有觸殺、拒食和內(nèi)吸作用,對(duì)鱗翅目、鞘翅目和雙翅目的多種害蟲(chóng)有較好的防治效果，現(xiàn)已被廣泛用于防治水稻、蔬菜和果樹(shù)等多種農(nóng)作物的害蟲(chóng)。沙蠶毒素類(lèi)殺蟲(chóng)劑是在昆蟲(chóng)體內(nèi)轉(zhuǎn)化為沙蠶毒素后作用于神經(jīng)系統(tǒng)的突觸體，使得神經(jīng)沖動(dòng)受阻于突觸部位【10】。殺蟲(chóng)雙是20世紀(jì)七十年代貴州化工研究所模仿合成沙蠶毒素過(guò)程中的一個(gè)中間產(chǎn)物，后來(lái)發(fā)現(xiàn)它具有生物活性，投入生產(chǎn)并商品化。2.2蘇云金桿菌毒素(Bacillusthuringiensistoxin)從蘇云金桿菌的培養(yǎng)液中分離出4種毒素，這些毒素均為蛋白質(zhì)，其結(jié)構(gòu)尚未弄清。它們對(duì)溫血?jiǎng)游锖椭参锞鶡o(wú)毒性，加上其低殘留無(wú)公害，成為廣泛使用的農(nóng)藥【4】。由于它對(duì)家畜和人類(lèi)無(wú)害,經(jīng)中國(guó)綠色食品發(fā)展中心審查，被推薦為AA級(jí)綠色食品生產(chǎn)資料【10】。目前還未見(jiàn)其公害報(bào)道。2.3其他生物源農(nóng)藥利用農(nóng)林害蟲(chóng)的特點(diǎn)，從這些害蟲(chóng)中分離、提取的生物源農(nóng)藥還有昆蟲(chóng)保幼激素、幾丁質(zhì)抑制劑、性外激素等【4】。它們分別影響有害昆蟲(chóng)的蛻皮、保護(hù)和繁殖等生物過(guò)程。這類(lèi)農(nóng)藥也具有綠色農(nóng)藥的特點(diǎn)。化學(xué)合成這些化合物目前還未大量商品化，限制了它們的推廣應(yīng)用。但一些有益昆蟲(chóng)如家蠶也會(huì)受到影響，要求選擇性使用。3結(jié)語(yǔ)生物源農(nóng)藥的使用克服了化學(xué)農(nóng)藥的一些問(wèn)題,但在使用過(guò)程中還是有它們的不足，如藥效慢，受使用的環(huán)境條件溫度、濕度和酸堿條件的限制。隨著這些農(nóng)藥的廣泛使用，它們對(duì)昆蟲(chóng)的抗性、對(duì)環(huán)境的殘留和人類(lèi)的毒害作用時(shí)有報(bào)道。加上一些生物源農(nóng)藥如果直接來(lái)自生物體，受成本等因素的限制，而用化學(xué)合成方法生產(chǎn)，又會(huì)給環(huán)境帶來(lái)新的污染。尋找新的無(wú)公害生物源農(nóng)藥、綠色化學(xué)合成生物源農(nóng)藥和依靠現(xiàn)有生物源農(nóng)藥進(jìn)行混配達(dá)到更好的防治和環(huán)境效果，是化學(xué)、植保工作者面臨的重要課題。參考文獻(xiàn)張雁冰，艾國(guó)民，劉宏民等.河南農(nóng)藥科學(xué)，2005，(5):30-32邱明華.WORLDPESTICIDES(世界農(nóng)藥)，2002,24(6):22-24韓耀宗，朱國(guó)念，廖曉蘭等.WORLDPESTICIDES(世界農(nóng)藥)，2008,30(3):34-35唐除癡，李煜昶，陳彬等.農(nóng)藥化學(xué).天津：南開(kāi)大學(xué)出版社,1998:175-177,141-142,221,222-223,237-247[5]唐振華，陶黎明，李忠.農(nóng)藥學(xué)學(xué)報(bào),2007,9(4):309-316楊吉春，李淼，柴寶山等.農(nóng)藥,