第十章 生物源天然产物农药

第十章生物源天然产物农药第一节生物源天然产物农药的特点及研究开发途径一.生物源天然产物农药的特点生物源天然农药主要是指以植物动物微生物等产生的具有农用生物活性的次生代谢产物开发的农药,如2.5%鱼藤酮乳油15%井岗霉素水溶粉剂等。

次生代谢物质是Czapek在20世纪20年代首先提出来的。

所谓次生代谢物质，其来源和性质与基础代谢产物如核酸蛋白质等有所不同，是复杂的分支代谢途径的最后产物，大多数不直接参与维持产生者的生长发育和生殖有关的原始生化过程。

虽然动物中也含有次生代谢物质，但80%的次生代谢产物来自植物。

植物中次生代谢物质的产生，是生物间，特别是植物和昆虫间协同进化的结果。

一种生物最终是否能够生存和繁殖，取决于它对付逆境压力的能力。

处于逆境压力下的任何物种都面临3种选择，即适应、迁移或灭绝。

由于陆生植物不像其他捕食者（草食昆虫和其它草食动物）那么容易迁移，因此，植物为了生存，在进化过程中不得不发展许多新的代谢途径来产生对昆虫及其他草食动物，乃至病原物具有防御功能的化合物，这就是次生代谢物质最原始最基本的生态功能。

1.次生代谢物质对昆虫或病原菌的防御功能具有选择性,一种次生代谢物只能防御某些种类的昆虫或病原菌。

2.次生代谢物质是植物内源物,它们本身是植物体的一部分,因此易于在自然界的大循环中降解。

3.植物在进化过程中所经受逆境压力的多样性和复杂性,导致所产生的次生代谢产物的多样性和复杂性。

4.大多数生物源天然产物农药对哺乳动物毒性较低，使用中对人畜安全。

5.防治谱窄，甚至有明显的选择性。

以印楝素为例，鳞翅目昆虫对印楝素最敏感，低于1-50µg/g的浓度就有很高的拒食效果，鞘翅目半翅目同翅目昆虫对印楝素相对不敏感，要达到100%的拒食效果，需要100-600µg/g的浓度。

6.对环境的压力较小，对非靶标生物比较安全。

天然产物的农药，绝大多数都是生物合成的天然物质，一般只含CHON四种元素，在环境中容易降解。

7.大多数生物源农药作用缓慢，在遇到有害生物大量发生迅速蔓延时往往不能及时控制为害。

二.生物源天然产物农药的研究开发途径1.充分利用我国宝贵的生物资源，开发天然产物农药新品种。

即在确定药效后，对产生杀虫杀菌或除草活性的物质的生物进行良种选育大量繁殖提取有效成分制剂加工等直接的工业化商品开发，形成天然产物农药品种，创造显著的经济效益，环境和生态效益。

2.有效成分及其类似化合物的半合成改造。

植物动物或微生物产生的活性次生代谢物,如活性较低,光稳定性差,或对哺乳动物毒性在等原因耐无法将其直接开发成天然产物农药品种,则可将这些活性化合物作为起始原料,经结构修饰人工半合成,筛选出性能优异,具有商业意义的新农药。

3.作为创制新农药的先导化合物模型,即在研究天然产物农药过程中,发现新的具有杀灭活性的化合物,以其化学结构作为作为先导化合物模型,用人工合成的方法进行结构优化研究,筛选出性能比天然活性物质更好的新农药,创造重大的商业价值。

第二节生物源天然产物农药一.植物源天然产物农药植物是天然产物农药的宝库。

据Ahmed1985年的资料，全世界已报道过1600多种具有控制有害生物的高等植物，其中具有杀虫活性的1005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。

1.植物毒素。

指植物产生的对有害生物具有毒杀作用的次生代谢产物。

（1）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，是二次世界大战前最主要的植物杀虫剂。

直到现在，我国仍生产和使用鱼藤酮制剂和烟碱制剂。

以除虫菊素为先导化合物，人工合成开发出如溴氰菊酯、氯氰菊酯等几十种高效拟除虫菊酯杀虫剂；以烟碱为先导化合物，人工合成开发的吡虫啉、吡虫清等氯代烟碱类杀虫剂，不仅高效，而且对环境和非靶标生物安全。

但鱼藤酮的衍生合成开发，至今未有大的突破。

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

（2）具有杀菌作用的植物毒素。

我国曾以大蒜素分子结构为模板，衍生合成了类似物乙蒜素，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株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。

鬼臼科植物盾叶鬼臼茎叶的氯仿提取物对稻瘟病具有良好的防治效果，其杀菌活性成分都具有交叉三酮的吡喃结构。

以这种吡喃酮为先导化合物人工合成了一系列类似物，其中一些对稻瘟病有很高的防效，目前正在进行商品化开发。

某些蘑菇也含杀菌活性物质，如从高等真菌中分离出杀菌化合物捕蝇酸，以此为先导化合物成功地开发出杀菌剂恶霉灵。

（3）具有杀草作用的植物毒素。

醌类：核桃醌，从核桃中分离出的，活性很高，在1µmol/L 即可明显地抑制桃园中多种杂草的生长；独脚金萌素，从棉花根系分泌物中分离出来的，能有效地防除玉米高梁甘蔗的寄生性杂草独脚金，现已实现人工合成，并广泛用于大豆豌豆花生棉花田诱导独脚金萌发与防除。

生物碱类：从曼陀罗种子中分离出天仙子胺，是莨菪碱类化合物，对禾本科杂草及自生向日葵苗有很强的杀草活性，且持效期长。

从墨西哥咖啡树周围土壤中分离出的咖啡因，在自然条件下其浓度可达1-2g/m2，对刺苋等杂草有很好的防除效果，且对豌豆安全，可望用于豌豆田防除刺苋等杂草。

香豆素类：存在于伞形科豆科植物中，如香豆素莨菪亭七叶亭扫若仑邪蒿素当归根素及茴芹素等，都有一定的杀草活性。

噻吩和聚炔类：从万寿菊中分离出的α-三噻吩和几种双噻吩乙炔化合物即有杀虫活性，又有杀草活性。

萜烯类：植物中的多种单萜倍半萜倍半萜内酯都有一定的杀草活性，其中在豚草中发现的多种倍半萜及在矢车菊中发现的矢车菊倍半萜内酯具有较高的杀草活性。

2.植物中的昆虫拒食剂和忌避剂。

活乐木醛类，印楝素，米籽兰枝条甲醇提取物。

3.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、芸苔素内酯。

另外，植物中也存在昆虫激素。

二.动物源天然产物农药源于动物（主要是节肢动物）的天然活性物质绝大多数属于害虫控制剂，包括昆虫激素、昆虫信息素、昆虫产生的忌避剂及节肢动物毒素。

1.昆虫内源激素。

天然保幼激素（JH）是由昆虫咽侧体分泌、控制昆虫生长发育变态及滞育的重要激素。

但在昆虫中含量甚微，无实际应用价值。

昆虫保幼激素类似物（JHA），可做为农药用途，现已合成了数以千计的JHA，但由于只在昆虫发育的特定敏感阶段（幼虫未期和蛹期）起作用、杀虫作用缓慢等原因，阻碍了JHA作为害虫控制剂的发展，真正作为农药注册登记并实际投入大面积使用的只有烯虫酯、蒙-512、双氧威等少数几个品种。

蜕皮激素（MH）是由昆虫前胸腺分泌的昆虫内源激素。

由于蜕皮激素的作用，引起若虫或幼虫蜕皮及化蛹，它和保幼激素协同作用，共同控制昆虫的生长发育及变态。

到20世纪70年代未已从昆虫中鉴定了15种蜕皮激素，但由于化学结构复杂，极性基团多，难以从昆虫麦皮进入昆虫体内，而且昆虫体内存在大量的钝化酶，难以作为昆虫控制剂使用，只有近年来Rhom & Hass开发的抑食肼、咪螨。

2.昆虫信息素。

（1）性信息素。

自从1959年从家蚕雌蛾中分离出第一个性信息素蛾醇以来，现已鉴定出300多种昆虫性信息素化学结构。

昆虫性信息素的分子结构一般不复杂，大多数能人工合成并实现工业化生产。

我国也先后合成了梨小食心虫、桃小食心虫、苹果蠹蛾、二化螟等20多种昆虫性信息激素。

（2）产卵忌避素。

赤豆象雌虫产卵时，在每粒赤豆上依次产下一粒卵，全部赤豆产一粒卵后再依次产第二粒卵，使卵均匀地分散在各粒赤豆上，以达到有效地利用赤豆这个食品。

像这种在昆虫能阻止雌虫在同一位置再次产卵的信息素称为产卵忌避素，也有人称之为昆虫密度调节剂。

例如，芥子酸是花园卵石蛾的产卵忌避素。

近年来虽然在产卵忌避素的研究方面取得许多重要进展，但距商品化生产还有相当的距离。

（3）报警激素。

某些社会性及群居性昆虫在遇到危险时，能释放出一种或数种化合物作为信号以警告种内其它个体将有突发性灾难降临，这类化合物被称之为报警激素。

如从小黄蚁中分离出的报警激素是个混合物，主要成分为香茅醇十二烷酮等；蔷薇长管蚜豌豆蚜棉蚜麦二叉蚜等蚜虫的报警激素是E-β-法尼烯。

3.昆虫忌避剂。

等翅目半翅目鞘翅目鳞翅目和膜翅目等昆虫产生酯类活性物质。

这些化合物都是5碳至26碳化合物，大约50%是乙酸酯。

昆虫忌避剂的实际应用目前还少有报道，而且仅限于防治卫生害虫，如避蚊胺避蚁醇，在农业方面还未见有成功的报道。

4.节肢动物毒素。

指由节肢动物产生的，用于保卫自身、抵御敌人、攻击猎物的天然产物。

如从异足索蚕中分离的沙蚕毒素，作为先导化合物，开发出杀螟丹杀虫双杀虫环等一系列沙蚕毒素类商品化杀虫剂。

斑茅素（芫菁科昆虫），火蚁的毒液中含有生物碱类毒素，蝎毒，蜜蜂的蜂毒中含多种多肽（蜂毒肽和蜂毒明肽）等。

三.微生物源天然产物农药微生物源天然产物农药，主要指抗生素，即由微生物代谢产生的具有农药活性且有明确分子结构的化合物。

1.微生物源杀虫剂。

杀螨素，阿维菌素。

2.微生物源杀菌剂。

农用抗菌素。

3.微生物源除草剂。

从链霉菌发酵液中分离出一种黄嘌呤碱类抗生素杂草菌素，已用于防除水田稗草等禾本科杂草。

茴香霉素也是链霉素的代谢产物，对防除稗草马唐有特效，这一发现导致了拟天然除草剂去草酮的商品化，主要用于稻田除稗。

双丙氨酰膦，草铵磷。