我的植物源农药论文

植物源农药的研发
摘要
自从化学农药被视为环境有害物质以后，用生物农药取代化学合成农药的呼声日益高涨。

在我国，生物农药包含两个方面，即常规意义上的生物农药和植物源农药。

本文从植物源农药的特点、植物源农药的研发现状、植物源农药研发的一般过程等方面简单介绍了植物源农药的情况。

关键词：植物源农药;筛选；活性成分；性质
正文
植物源农药，就是直接利用或提取植物的根、茎、叶、花、果、种子等或利用其次生代谢物质制成具有杀虫或杀菌作用的活性物质。

植物源农药的有效成分是植物体组成成分，必然具有植物成分的性质规律。

从进化的角度看，某种植物与相应的有害生物种类相互制约、彼此依存、协同进化，可能已有亿万年历史。

据统计世界上至少有50万种不同植物,目前已报道过具有控制有害生物活性的高等植物达2 400余种，其中具有杀虫活性的1 000多种，杀螨活性的39种，杀线虫活性的108种，杀鼠活性的109种，杀软体动物的8种；对昆虫具有拒食活性的384种，忌避活性的279种，引诱活性的28种，引起昆虫不育的4种，调节昆虫生长发育的31种；抗真菌的94种，抗细菌的11种，抗病毒的17种。

这些植物主要集中于楝科、菊科、豆科、卫矛科、大戟科等30多种，目前，鱼滕酮、雷公藤，除虫菊酯、印楝素、苦参、乌柏、龙葵、闹羊花、马桑、大蒜等的杀虫、杀菌特性相继被发现和利用，其中鱼滕酮、除虫菊酯、印楝素等已研究的较为成功。

1、植物源农药的特点
1.1植物源农药的优点
首先，植物源农药的有效成分是某种植物为了种群生存繁衍而防范其他生物的威胁侵害所产生的内源化学物质。

植物源农药最重要的特点即与生物农药一样，源于天然，与环境相容，可在环境中降解或代谢为简单的天然化合物。

植物源杀虫剂除虫菊素、鱼藤酮，有效成分只含碳、氢、氧三种元素，在环境中消解的最终产物即为二氧化碳和水，这在化学合成农药中极为少见。

其次，植物体中对有害生物具有活性的植物内源化学物质，像很多其他植物成分一样，往往不是单一成分，而是化学结构相近的一组物质，甚至是化学结构不相同的多种组份，它们相辅相成，共同发挥作用。

换言之，其复合组份药效不错，其中任何提纯的单独成分生物活性都很低。

第三，即不易诱发有害生物产生抗药性，这是植物物种世世代代在进化中寻觅自我保护的基本要求。

天然除虫菊素含有除虫菊酯I、Ⅱ，瓜叶除虫菊酯I、Ⅱ，茉酮除虫菊酯I、Ⅱ等6种主要活性成分，有关制剂沿用百多年，基本上未发现有害生物抗药性的产生。

而化学合成的拟除虫菊酯，尤其是立体构型单一的品种，抗药性的产生与发展均十分严重。

第四，即对相应有害生物一般不含“斩尽杀绝”，而是控制在不致严重影响到该植物种群生存与繁衍的程度。

以植物源杀虫剂为例，包括发挥作用缓慢；或者持效期较短；或者击倒迅速但有一定的甚至较高的复苏率；或者作用机制除胃毒、触杀、熏蒸或内吸外，还有忌避、拒食、调节植物生长或促进植物提高代偿能力等“软实力”；或者作用机制是多种化合物多方面综合结果。

1.2植物源农药的缺点
(1)主要是除了除虫菊酯等少数品种外，大多数发挥药效缓慢，“性急”农民不易接受；
(2)其次是活性成分易分解，制剂成分复杂，随着科学的发展这些缺点正在逐步得到解决。

(3)对光不稳定，植物活性毒素只有在光照条件下才有作用，但其光活性过程也是降解过程、持续期短。

2植物源农药的研发现状
中国是应用杀虫植物最早的国家之一，如周礼记载早在3000年前人们就用囊荷、毒八角来防除人体和仓库害虫，公元前1500年。

公元前1000年左右，中国就开始用燃烧艾菊、烟草等方法来阻止寄生虫蔓延，1578年用楝防治蚤虱，1821年用烟茎防治螟虫，早在20世纪30年代，我国就有人对烟草、鱼藤、巴豆、百部等植物进行了广泛的研究，进入80年代，更多的科研工作者投入到有应用前途的药用植物资源的研究开发当中。

2.1具有农药活性的植物资源的调查
Grange 等报道, 具有控制有害生物活性的植物约有2 400 种。

美国、菲律宾、印度等国家的有关专家都曾对具农药活性的植物进行了较为系统的调查和筛选。

我国对具农
药活性植物的筛选, 一般是参考《本草纲目》等古籍和《中国土农药志》、《中国有毒植物》等专著及在生产中人们使用的土农药。

对具农药活性的植物资源进行筛选是研究开发植物源农药的基础工作。

我国地大物博, 植物资源非常丰富, 对具有农药活性植物资源进行筛选, 为我国植物源农药的开发奠定了坚实的基础。

2.2植物源杀虫剂
目前为止, 对杀虫植物印楝的研究和开发是最成功的。

我国学者对植物源杀虫剂的研究一般集中在楝科、卫矛科、柏科、豆科、菊科、唇形科、蓼科等植物及其精油上, 对植物中杀虫活性成分的分离鉴定、毒力测定、作用机理和作用方式等均进行了较为系统的探讨。

值得一提的是, 植物源杀虫剂与常规有机合成杀虫剂在作用方式上有显著的区别, 植物源杀虫剂对害虫的作用方式更多、更复杂, 对害虫常表现出毒杀、拒食、忌避、拒产卵、抑制种群形成、引诱、麻醉、抑制生长发育等特殊的活性。

2.3植物源杀菌剂
相对于植物源杀虫剂来说, 植物源杀菌剂的研究要少得多。

N ychas于1995 年对植物源抗菌剂实际使用的可能性做了详细的论述。

大部分抑菌种子植物种类集中在菊科、豆科、伞形科、禾本科、唇形科、木兰科、马兜铃科、蓼科、木犀科、百合科、葫芦科、莎草科、十字花科和樟科等。

近年来, 国外已有几个商品化的植物源杀菌剂品种投入市场,在我国, 目前已经开始应用于生产防治植物病害的植物活性成分有大蒜素、麻黄油、细辛油、银泰(银杏提取物的仿生制剂) 等。

2.4植物源除草剂
植物源除草剂的开发主要是利用植物间的异株克生物质, 其对植物的生长发育和代谢均有影响。

目前, 已在30 多科的植物中发现了上百种具除草活性的化合物, 主要有醌酚类、生物碱类、肉桂酸类、香豆素类、噻吩类、类黄酮类、萜烯类、氨基酸类等, 其中有些已被开发为除草剂。

目前, 开发成功的植物源除草剂品种并不多。

环庚草醚是以存在于许多植物中的1, 82桉叶素为先导合成的新型除草剂, 已在欧洲、美国上市。

2.5其他类植物源农药
植物源杀线虫剂的研究也有一定的进展。

至1998 年已发现臭草、孔雀草、向日葵、印楝、百日菊等41 属47 种植物可用于线虫防治。

目前, 植物源病毒抑制剂的研究才刚刚起步,国内对抗植物病毒植物资源的研究主要集中于虎耳草科、藜科、紫草科、商陆科、红豆杉科、木犀科、萝摩科、菊科、蓼科等。

3.植物源农药研发的一般过程
植物园农药的研发过程一般包括活性成分的提取、分离、纯化、及构效关系研究等过程，下面逐一进行简单介绍：
3.1植物活性成分的提取
植物活性成分的提取技术有多种，其中常用的有CO2超临界流体萃取、索氏抽提取、色谱法、超声波提取法。

现简单介绍如下：
3.1.1 CO2超临界流体萃取
超临界二氧化碳萃取分离过程的原理是利用超临界二氧化碳对某些特殊天然产物具有特殊溶解作用，利用超临界二氧化碳的溶解能力与其密度的关系，即利用压力和温度对超临界二氧化碳溶解能力的影响而进行的。

在超临界状态下，将超临界二氧化碳与待分离的物质接触，使其有选择性地把极性大小、沸点高低和分子量大小的成分依次萃取出来。

当然，对应各压力范围所得到的萃取物不可能是单一的，但可以控制条件得到最佳比例的混合成分，然后借助减压、升温的方法使超临界流体变成普通气体，被萃取物质则完全或基本析出，从而达到分离提纯的目的，所以超临界流体二氧化碳萃取过程是由萃取和分离组合而成的。

3.1.2 索氏抽提取
索氏抽提法，用于粗脂肪含量的测定。

脂肪广泛存在于许多植物的种子和果实中，测定脂肪的含量，可以作为鉴别其品质优劣的一个指标。

采用索氏抽提法中的残余法，即用低沸点有机溶剂（乙醚或石油醚）回流抽提，除去样品中的粗脂肪，以样品与残渣重量之差，计算粗脂肪含量。

由于有机溶剂的抽提物中除脂肪外，还或多或少含有游离脂肪酸、甾醇、磷脂、蜡及色素等类脂物质，因而抽提法测定的结果只能是粗脂肪。

3.1.3 色谱法
色谱法又称“色谱分析”、“色谱分析法”、“层析法”，是一种分离和分析方法，色谱法利用不同物质在不同相态的选择性分配，以流动相对固定相中的混合物进行洗脱，混合物中不同的物质会以不同的速度沿固定相移动，最终达到分离的效果。

色谱法起源于20世纪初，1950年代之后飞速发展，并发展出一个独立的三级学科-色谱学。

历史上曾经先后有两位化学家因为在色谱领域的突出贡献而获得诺贝尔化学奖，此外色谱分析方法还在12项获得诺贝尔化学奖的研究工作中起到关键作用。

色谱过程的本质是待分离物质分子在固定相和流动相之间分配平衡的过程，不同的物质在两相之间的分配会不同，这使其随流动相运动速度各不相同，随着流动相的运动，
混合物中的不同组分在固定相上相互分离。

根据物质的分离机制，又可以分为吸附色谱、分配色谱、离子交换色谱、凝胶色谱、亲和色谱等类别
3.1.4 超声波提取法
超声波提取法是采用超声波辅助溶剂进行提取，其特点为超声波产生高速、强烈的空化效应和搅拌作用破坏植物药材的细胞，使溶剂渗透到药材细胞中缩短提取时间，提高提取率。

超声波提取优点：提取效率高、提取时间短、提取温度低、适应性广、提取药液杂质少，有效成分易于分离、纯化、提取工艺运行成本低，综合经济效益显著、操作简单易行，设备维护、保养方便。

3.2植物活性成分的分离纯化
植物活性成分的分离纯化技术主要有吸附法、膜分离法、离子交换层析法等，先简单介绍如下：
3.2.1 吸附法
吸附是利用吸附剂对液体或气体中某一组分具有选择吸附的能力，使其吸附在吸附剂表面，而从混合物中分离的过程。

典型的吸附过程包括四个步骤：待分离的料液通入吸附剂、吸附质被吸附在吸附剂的表面、料液流出、吸附质解吸吸附剂再生。

吸附法特点：不用或少用有机溶剂、操作简便、安全、设备简单、生产过程pH 变化小、从稀溶液分离溶质、吸附剂对溶质的作用小、吸附平衡为非线性、选择性较差。

吸附的类型：物理吸附: 放热，可逆，单分子层或多分子层，选择性差；化学吸附: 放热量大，单分子，选择性强；交换吸附: 吸附剂吸附后同时放出等当量的离子到溶液中。

3.2.2 膜分离法
膜分离法是指用半透膜作为选择障碍层，利用膜的选择性（孔径大小），以膜的两侧存在的能量差作为推动力，允许某些组分透过而保留混合物中其它组分，从而达到分离目的的技术。

膜分离的特点：操作在常温下进行、是物理过程，不需加入化学试剂、不发生相变化（因而能耗较低）、在很多情况下选择性较高、浓缩和纯化可在一个步骤内完成、设备易放大，可以分批或连续操作。

常见膜分离方法：透析、微滤、超滤、纳滤、反渗透、电渗析、渗透气化等。

3.2.3 离子交换层析法
离子交换剂是一类能发生离子交换的物质，分为无机离子交换剂和有机离子交换剂。

我们使用的技术为有机离子交换。

有机离子交换主要用到离子交换树脂，离子交换
树脂发展史上的3个重要阶段：1933年Adams和Hofms发明了缩聚类酚醛型阳、阴离子交换树脂；二战及二战后期离子交换树脂大发展；1939年德国法本公司和1941年美国的树脂产品和化学品公司先后开始工业生产。

在第二次世界大战中，美国获得了苯乙烯系和丙烯酸系加聚型离子交换树脂合成的专利。

它开创了当今离子交换树脂制造方法的基础。

离子交换树脂的结构：不溶性的三维空间网状结构构成的树脂骨架，使树脂具有化学稳定性和机械强度；是与骨架相联的功能基团；是与功能基团带相反电荷的可移动的离子，称为活性离子，它在树脂骨架中的进进出出，就发生离子交换现象。

3.3活性成分的定量构效关系研究
定量构效关系(QSAR)是一种借助分子的理化性质参数或结构参数，以数学和统计学手段定量研究有机小分子与生物大分子相互作用、有机小分子在生物体内吸收、分布、代谢、排泄等生理相关性质的方法。

这种方法广泛应用于药物、农药、化学毒剂等生物活性分子的合理设计，在早期的药物设计中，定量构效关系方法占据主导地位。

定量构效关系是在传统构效关系的基础上，结合物理化学中常用的经验方程的数学方法出现的，其理论历史可以追溯到1868年提出的Crum-Brown方程，该方程认为化合物的生理活性可以用化学结构的函数来表示，但是并未建立明确的函数模型。

结束语
农药在国内外正面临品种的大幅度调整，存在严重副作用的品种逐步被淘汰，较优良的新品种层出不穷。

一个有市场潜力的新品种投放市场后，一方面对植物保护作出巨大贡献，另一方面也给新品种的研发生产带来巨额利润。

故拥有自主知识产权的农药创新品种受到高度重视。

在农药新品种研发方面，近些年通过组合化学与高通量筛选，大大提高工作效率。

但是，如果仍从随机化学合成出发，则开发为商品化品种的“命中率”必然相对较低。

因此，农药发达国家及其国际性农药大公司，正在对从植物体、微生物体、海洋生物体中寻找新的生物活性物质倾注极大热情，以这些活性物质为模板或先导化合物，通常再经过化学结构的改造，来探索开发为新品种的可能性。

参考文献：
【1】袁文金，德英，郭冬雪等.新疆农业科学2007，44(6)：892—897；
【2】郑斐能.《农药通讯》2005年第2l期
【3】胡方中，杨华铮．组合合成在新药剂创制中的应用[J]．世界农药，2000，22(1)：1—9．【4】屠豫钦．天然源农药的研究利用机遇与问题[J]．世界农药，1999，21(4)：4—12．【5】谭天伟.天然产物分离技术 [J].化工进展，2003（7）：665--668
【6】姬志勤.刘伟. 农药活性天然产物及其分离技术 [M].北京：化学工业出版社，2009
学校代码：10466
本科生学号：0807103043
2009届攻读学士学位本科生课程论文
植物源农药的研发
学科专业植物科学与技术
课程名称植物源农药
本科生郭凯
任课教师周琳副教授
完成时间 2010年6月
中国河南郑州。