国内外仿生农药研究概况

国内外仿生农药研究概况

摘要：简述了国内外仿生农药的研究进程，并对未来做了一定的展望，国内外植物农药的研究进展和标志性成果，阐述了发展仿生农药的必要性和重要性、仿生农药领域的发展趋势、主流方向以及与新农药创制的关系，提出了仿生农药研究开发应重视的问题和建议。

农药不仅能防治各种有害生物，提高作物产量，还能提高作物抗逆性，调节作物生长，改善作物品质。然而由于化学农药长期不合理使用，也带来了诸多弊端，如造成环境污染、对非靶标生物的直接毒害、害虫易产生抗药性等。近年来，随着IPM 理论的实施、可持续发展战略的发展和人类对自身健康要求的提高。环境兼容性好、安全、低残留、经济的仿生农药的研究与开发日益受到人们的重视。

我国是农业大国，农作物病虫草害常年发生面积大约4亿公顷，每年需生产和使用农药80万t，农药已成为农业生产中不可缺少的因素。农药的广泛使用，虽然对生产发展起到了重要作用，但也出现了诸如虫害、病害的抗药性问题(resistance)、对环境的污染以及在农畜产品中残留和积累问题(residue)、伤害天敌、破坏自然生态平衡、引起害虫再猖獗问题(resurgence)等。这对新农药的研制提出了较高的要求，尤其是进入21世纪以来，随着人们崇尚自然、保护环境、关注食品安全的呼声日渐高涨，无公害生物农药产业及生物防治领域研究获得了难得的发展机遇。

氮基甲酸酯类以前在非洲西海岸，当地人将毒扁豆压出的液汁涂于箭上作为箭毒，经分离得到一种生物碱，名毒扁豆碱，有缩小瞳孔的作用，1930年确定它的结构式，后来发现它有杀虫的活力，对其结构进行简化，用一个蔡环代替苯并氮杂环，合成了N-甲基氨基甲酸-1-萘酯，又名访，可代替防治作物和蔬菜的蚜虫等虫害，目前在美国的产量已达到万吨级，而且陆续发展了其他衍生品种，如速灭威、害朴威、叶蝉散、残杀威等。

敌害鼠，1930年美国北达科他州的草原地带发生牧牛不断出血的病症，1933年雷克研究认为是牛吃了牧草中所混杂的甜紫首蓓所引起，而甜紫首蓓中含有一种成份名香豆素，腐败时生成二聚体，它能抑制维生素K的作用，阻止血液中凝血酶原的合成，是一种抗凝血剂后发现对鼠同样能引起出血病，人工合成定名“敌害鼠”，用作杀鼠剂。

巴丹，日本的浅海岸泥沙地有一种环形动物沙蚕，死后的尸体如经苍蝇吮吸后蝇即中毒死亡，说明其中含有杀虫成份，从中分离出一种定名为沙蚕毒的物质，1962年桥本等确定了它的结构式，1967年日本武田药品公司改造其结构，合成了巴丹。巴丹进入体内即转变为沙蚕毒，可代替有机氯农药防治水稻、蔬菜的鳞翅目害虫，故又名“杀螟丹”，纯品为无色结晶，对小鼠的。为后来瑞士公司亦合成类似物, 译名“易卫杀”，国内也合成了另一类似物“杀虫双”，均有一定的杀虫效力。

楝科植物楝科植物约52属1400种，我国约有15属64种。楝科植物杀虫剂应用较早，其中印楝(Azadirachtaindica)、川楝(Meliatoosendan)和苦楝(Meliaazedacach)是该科中主要的杀虫植物。印楝是世界上公认的理想杀虫植物，其活性成分主要分布在种核和叶中。从其种子中已分离、鉴定出数十种柠檬素类化合物，其中最主要的活性成分是一种四环三萜类化合物——印楝素。印楝素具有多种生物活性，其中最重要的是对害虫的拒食作用和生长调节作用。自美国Vikwood公司最早开发出以印楝种核为原料的杀虫剂马格杀后，至今全世界已有近20个国家建立了印楝农药生产厂，并已有十几个产品投放市场，用于防治8目400余种害虫。苦楝和川楝是我国主要的楝科植物，两者的有效杀虫成分均为四环三萜类化合物——川楝素。研究发现，川楝素对昆虫活性主要有拒食、胃毒及一定的生长发育抑制作用，可有效防治菜青虫、小菜蛾、柑桔螨类等多种害虫。以川楝素为主要活性成分研制成的楝素杀虫乳油(蔬果净)，对多种农业害虫、仓库害虫和蔬菜害虫有较好的防治效果。

卫矛科植物约有30属450种，我国有12属200种以上。该科植物的杀虫有效成分为二氢沉香呋喃类化合物。雷公藤和苦皮藤是该科中重要的杀虫植物。雷公藤(Tripterygium

wilfordii)的杀虫有效成分主要为wilfordine，wilforgine，wilfortrine，wiforzine及雷公藤碱，多存在于根皮之中。雷公藤对多种害虫具有胃毒、拒食、抑制生长发育和忌避产卵等杀虫活性，且药效快，为其他一般植物性杀虫剂所不及。因而，雷公藤作为一种良好的杀虫植物，有着很大的研究与开发潜力。苦皮藤(Celastrusangulatus)的杀虫活性物质主要分布于根皮中，其次分布于叶中。苦皮藤对小菜蛾、粘虫、黄守瓜等多种害虫具有较好的防效。目前，已从苦皮藤根皮中分离、鉴定出5种活性物质(苦皮藤素Ⅰ-Ⅴ)，从苦皮藤种油中得到4种结晶物质(苦皮藤酯Ⅰ-Ⅳ)。经结构鉴定，认为上述物质均属二氢沉香呋喃倍半萜酯类化合物。

杜鹃花科植物杜鹃花科植物约50属1300余种，我国有14属700种。该科植物黄杜鹃(Rhododendronmolle)在我国作为杀虫植物使用的历史较早。黄杜鹃中有3种活性较高的物质:闹羊花素-Ⅲ(简称R-Ⅲ)、Kalmanol和Grayanotoxin-Ⅲ，其中以R-Ⅲ为主要杀虫有效成分。R-Ⅲ属于四环三萜类化合物，在黄杜鹃的花、嫩叶、根、茎不同部位含量各异，以花中含量最高(0。20%)。R-Ⅲ对粘虫、马铃薯象甲、斜纹夜蛾、美洲斑潜蝇、甜菜夜蛾等多种害虫有强烈的拒食、毒杀及生长发育抑制作用。此外，R-Ⅲ对小菜蛾还具有显著的产卵忌避作用和较明显的杀卵作用。研究表明，R-Ⅲ能明显降低昆虫血淋巴和肌肉中的海藻糖含量，从而破坏昆虫的正常生理功能。

光活化毒素在自然界中普遍存在，至少存在于30个科的植物中。现今已发现的植物源光活化毒素主要有:呋喃香豆素类、a-噻吩和聚乙炔类、醌类以及由色氨酸和酪氨酸衍生出来的生物碱(呋喃喹啉碱)和异喹啉碱。目前，关于光活化毒素的作用机理有光动力作用(Phytodynamication)和光诱发毒性(Photohenotoxic)2种。徐汉虹等认为猪毛蒿精油中的活性成分茵陈二炔对斜纹夜蛾具有明显的光活化活性;乐海洋等研究发现，万寿菊提取物对白蚊伊蚊和致倦库蚊4龄幼虫具有非常明显的光活化毒杀作用。与传统的化学杀虫剂相比，光活化杀虫剂具有对害虫高效、对非靶标生物安全、在环境中易分解、选择性强等优点，因而将其作为新型的无公害杀虫剂有着很大的开发潜力。

植物精油具有良好的驱虫、杀虫作用，对昆虫有一定的引诱、拒食、驱避、抑制生长发育等作用。吴照华等报道，茼蒿精油对小菜粉蝶幼虫有拒食作用，拒食有效成分主要为丁香酚。高聪芬等发现，砂地柏精油对玉米象、赤拟谷盗、粘虫等具有较强的熏蒸毒杀作用。李云寿等指出，黄花蒿精油对米象、玉米象、绿豆象和蚕豆象等4种重要仓库害虫有很强烈的熏杀活性。此外。研究发现，猪毛蒿精油、芸香精油、肉桂油、齿叶黄皮精油、沉水樟精油及八角茴香对仓库害虫均有较好的防治效果。植物精油除对害虫有较高的活性外，还具有对人畜无毒、不污染环境、害虫不易产生抗药性等优点，因此是一种具有广阔应用前景的植物源杀虫剂。

植物源农药的开发利用可分为两方面：一是直接利用，即对植物中的活性物质进行粗提取后，直接加工成可利用的制剂。这种利用方式的主要优点是能够发挥粗提物中各种成分的协同作用，而且投资少，开发周期短。目前，我国在这方面做的工作较多，已开发出楝素乳油、苦皮藤乳油、鱼藤酮乳油、双素碱水剂、油酸烟碱等多种商品化制剂。二是间接利用，即研究活性物质的结构、作用机制、结构与活性间的关系，进而人工模拟合成筛选，从中开发新型植物源农药制剂。间接利用是当前国外植物源农药研究开发的重点，也是我国植物源农药研究发展的方向

活性成分的复杂性和含量的不稳定性。从植物中提取分离活性成分，其组成之复杂常超过人们的预期，这不仅使提取分离工作较难，而且难以明确各成分之间的关系到底是协同、增效还是拮抗，给杀虫抗病机理研究造成了困难。常出现是杀虫效果好，但说不清其根本原因。此外，植物分布广泛，同一种类植物在不同地区，即便在同一地区，植物的不同生长期，其生物活性均表现较大差别，即有效成分含量随植物的生长期、组织器官、地域分布、生长环境等因素的不同而不同，这就给直接利用生产农药产品的质量造成较大影响。因此，有必