生物农药

1、生物工程对生物农药的影响
　　生物农药是指利用生物资源开发的农药。植物源农药如烟碱、苦参碱、印楝素、川楝素、茼篙素、异羊角扭甙、茶皂素、鱼藤酮、除虫菊酷、植物精油和转基因植物 (种子)等;微生物源农药如菜喜(Spinosad)、苏云金杆菌(Ｂ.t.)、阿维菌素、浏阳霉素、杀蚜素、南昌霉素、韶关霉素、梅岭霉素、齐螨墩素、井冈霉素、公主霉素、春雷霉素、农抗120、农抗5102、中生菌素、武夷菌素、多抗霉素、蜡质芽孢杆菌、荧光假单孢、双毒杆菌、枯草杆菌("台湾宝")、白僵菌、绿僵菌、拟青霉、NPV(核多角体病毒)、GV(颗粒体病毒)、芫菁夜蛾线虫、蝗虫微孢子虫、云杉卷蛾微孢子虫等。动物源农药如阿根廷蚁产生的防卫毒素、大胡蜂产生的曼德拉毒素(mandaratoxin)、斑蝥产生的斑蝥素(cantharidin)、海生环节动物异足索蚕产生的沙蚕毒素 (nereistoxin)、棉铃虫性诱剂、甘蔗条螟性诱剂及天敌动物农药等。
　　1．1生物工程促进生物农药的发展 生物工程技术为生物农药的发展注入了新的活力。如转Ｂ.t.病毒(Ｂ.t.毒素基因在昆虫病毒中表达)、转基因捕食螨(Metaseiulus occidentalis)、转Ｂ.t.基因棉、转Ｂ.t.玉米、转Ｂ.t.马铃薯、转Cpt I烟草(水稻/马铃薯/草莓)、转PI一II烟草、转NaPI水稻(烟草)、转SKTI马铃薯、转OC-I白杨、转P-Lec烟草、转GNA马铃薯(烟草/水稻)、转基因耐贮藏番茄、转查尔酮合成酶基因矮牵牛、抗病毒甜椒、抗病毒番茄、抗烟草花叶病毒和黄瓜花叶病毒的转基因烟草、抗矮缩病毒水稻等。
　　细胞工程学使药源植物如印楝、鱼藤等的细胞离体培养取得突破;生物技术如酶联免疫分析技术用来检测有机化学农药的残留，反过来又促进生物农药的发展;抗除草剂的农作物品种的推广，使除草剂的用量大幅度提高，如由于耐农达除草剂的转基因作物的推广应用使得农达使用量最近5年在全球以每年20%的速度递增。
　　1．2转基因抗虫、抗病作物对传统农药造成冲击 抗虫作物的出现使杀虫剂的生产和销售有所下降，害虫种类的演替也导致农药品种发生变化。杀菌剂总体变化不大，但部分品种也受到影响，呈下降趋势。有人估计:到2005年，转基因作物在农药市场中所占份额将达到15%-20%，约60亿美元，全球1999年种植面积达到880万hm2。以转基因抗虫棉为例，美国1998年已推广棉花播种面积40%，我国也有200万亩，安徽省1999年就达40万亩。以棉铃虫防治减少一半用药计，其效益也相当可观。
　　1．3转基因作物面临的问题 转基因作物通过5年多的推广，所面临的问题也日益暴露出来。主要表现在:（1）对人类和环境的安全性;（2）抗性风险（(a)室内用转基因棉花叶片饲养棉铃虫6-12代，抗性指数从1.5倍增到4.4倍;(b)一般预测转基因作物的使用寿命为8-10年;(c)超级抗性生物的出现;(d)抗性基因的漂移等）（3）防治上的局限性:如转Ｂ.t.基因棉，防治棉铃虫的效果随其代数而降低，第1代不须用药，但第3和4代每100株仍有20－40头3-4龄幼虫，每代仍须喷药3-4次;（4）昆虫群落的演替（(a)次要害虫上升为主要害虫:转基因棉株体内单宁、酚类化合物分别降低22%和24%，导致棉蚜、棉红蜘蛛、棉粉虱、棉蓟马、棉盲蝽等害虫的数量急剧上升;(b)天敌种群数量呈下降趋势:如棉田龟纹瓢虫及寄生蜂下降约20%－90%）。
2、植物性农药
　　2．1光活化农药 近年来，人们发现一些植物次生物质在光照条件下对害虫的毒效可提高几倍、几十倍甚至上千倍，显示出光活化特性。自从吠喃香豆素类化合物－花椒毒素的光活化性质被首次发现(Berenbaum，1978)以来，陆续发现的植物源光活化毒素主要有：吠喃香豆素类(线型--花椒毒素;角型--当归根素)、多炔类与噻吩类、生物碱类(茵芋碱skimmianine、短颈苔碱brevicolline、呋喃喹啉碱和异喹啉生物碱等)、扩展醌类(金丝桃素hypericin和尾孢菌素等)、其它化合物(苯并呋喃、苯并吡喃、去甲二氢愈创木酸、lachnanthocarpone、脱镁叶绿酸甲基酯类、砧吨染料和噻吩类)。
　　国外研究光活化杀虫剂的主要国家是加拿大和美国，国内徐汉虹等(1993)首先报道了猪毛蒿(Artemisia scoparia)精油含有的茵陈二炔(Capilene)对斜纹夜蛾(Spodoptera litura)的生物活性受光照的激发而增强。在国家自然科学基金的资助下，华南农业大学与南开大学合作以茵陈二炔为先导化合物仿生合成了12个多炔类化合物。生测结果表明，化合物5的杀虫活性比茵陈二炔本身高出20倍，显示了良好的商业应用前景。南开大学、华东理工大学等也开始了这方面的研究。自70年代以来，光活化农药的研究取得了重要进展。目前光活化杀虫剂已开始应用于田间，特别是在防治蚊子幼虫方面获得成功。聚乙炔类化合物作为有害生物控制剂在加拿大已取得了专利保护，有些已商品化生产，如赤藓红B已被Hiltonn-Davis化学公司注册。除了用于杀虫外，光活化农药也用于杀病毒、病菌、线虫等。与一般化学农药相比，光活化农药具有高效、低毒、低残留、选择性强等优点，对人畜安全，作为一类新型无公害农药有巨大的潜力。
　　2．2 印楝素(azadirachtin,AZ) 印楝是目前世界上公认的理想的杀虫植物。印楝素是一类高度氧化的柠檬素，带有许多相似的官能团。从印楝种子中曾分离出ＡＺ-A至ＡＺ-G 7种活性化合物，其中A是最主要杀虫成分。印楝素及其制剂对昆虫具有拒食、忌避、生长调节、绝育等多种作用。目前，已知印楝素制剂对400余种昆虫表现不同的生物活性。1985年以印楝素为主要成分的第一个商品药剂Margosan-O在美国获准登记，现已有许多印楝制剂投入商业化生产，如曲Azatin、Turlex、Align、Neemrich、Neemix、Neemgaurd、Nemol、NeMcidine、Margocidecd ok、Ackook、RD-9(Repelin)、Neemark及我国研制的0.3%印楝素乳油。这些商品绝大多数是杀虫剂。美国还开发出以印楝素为主要成分的杀菌剂。
　　2．3鱼藤酮(rotenone) 鱼藤酮是从鱼藤属、灰叶属、鸡血藤属、梭果属、紫穗槐、猪屎豆等植物中提取出来的一种有杀虫活性的物质，具有触杀、胃毒、生长发育抑制和拒食作用。目前已知鱼藤酮对15个目137个科的800多种害虫具有较高的生物活性而对人畜安全，易光解变成无毒或低毒的化合物，在环境中残留时间短，对环境无污染。其药源植物分布广泛，生长迅速，鱼藤酮类杀虫剂的大量使用，会带来巨大的经济及生态效益。目前室内已可以通过组织培养途径获得鱼藤酮及其类似物，而对其立体构型的研究有望进一步提高其杀虫效果。
　　2．4精油 精油是指植物组织中的水蒸气蒸馏成分，常常具有植物特征性气味，通常含有分子量的萜烯及生物酚类，大多数精油是由几十种到几百种化合物组成的复杂混合物。精油在常温下易挥散，涂在纸片上短时挥发不留痕迹，有强烈的特殊香味，呈油状液体，具有较高的折光率，大多有光学活性。可溶于浓乙醇和多种有机溶剂，但几乎不溶于水。精油的化学成分包括含氮含硫化合物:如橙花油中的邻氨基甲酸甲酯，姜油中的二甲基硫醚;芳香族化合物:如莳萝醛、香兰素、肉桂醛、紫苏醛、丁香酚等;脂肪族直链化合物:如叶醛、芳香酮、肉豆寇酸;萜类化合物:主要为倍半萜类，如月桂醛、柠檬醛、石竹烯等。精油对昆虫具有引诱、杀卵、熏蒸、忌避和影响昆虫生长发育等作用。某些精油对昆虫具有神经毒性，如某些精油可抑制昆虫的乙酰胆碱酯酶，有的是章鱼胺的拮抗剂。
　　与有机农药混配，其混配作用主要为：增效作用、溶剂作用和掩盖有机农药不良气味的作用。如黄樟油素是合成增效醚的起始物;肉豆寇醚 对氧磷对家蝇的药效提高10倍;柠檬、酸橙、宽皮桔中的精油 氯氰菊酯有较好的增效作用。植物精油对人畜无毒，无污染，不易产生抗药性，对植物或其产品无害且气味芬芳，又兼有杀菌作用，施用精油可起到防虫防霉的双重功效，正是人们所要求的无公害农药，特别是适合仓储害虫和卫生害虫的防治。如果精油与农药混配，或作为农药的增效剂和加香剂使用，从经济上考虑是完全可行的。一些精油的有效成分已弄清，且易于合成，个别已有了成熟的合成路线，这样能满足现代大规模生产的需要。
　　2．5其它植物性农药 青蒿素是从青篙 (黄花蒿)中分离出来的倍半萜类化合物，青蒿素及其类似物对菜粉蝶、小菜蛾幼虫具有拒食活性。茼蒿素是从蔬菜茼蒿中分离出来的活性化合物，茼蒿素及其类似物对小菜蛾、菜粉蝶和斜纹夜蛾幼虫具有较好的拒食、生长发育抑制和毒杀活性。能明显地降低菜粉蝶幼虫体壁、血淋巴、血淋巴蛋白质、血淋巴总糖原和幼虫糖原的含量，减少血细胞数量，抑制中肠酯酶的活性。除虫菊酯是除虫菊中分离出来的杀虫活性物质，天然成分具有光不稳定性。是一类有较长历史的植物性杀虫剂。番荔枝内酯是从番荔枝科植物中提取分离的一类杀虫活性物质，现已从26种番荔枝科植物中分离出220多种，其作用机理与鱼藤酮类似，通过对NADH一细胞色素c还原酶的专一抑制作用，抑制细胞的呼吸功能。黄杜鹃杀虫成分主要存在于花和嫩叶中，有木毒素、杜鹃素、斯巴拉斯酚、闹羊素(rhodojaponins)和木藜芦素(grayanotoxins)等。目前已分离出的黄杜鹃毒素有9种，分别是木藜芦素一I、II、III，闹羊花素一II、III、V、rhodomollein-I、III、kallmanol。生物碱是从药源植物中提取出的杀虫活性物质，如烟碱、苦参碱等。至1999年，我国生产苦参碱杀虫剂的农药厂有1l个，是植物性杀虫剂中生产厂家最多的品种。一些杀虫生物碱为杀虫剂的仿生合成提供先导化合物，如毒扁豆碱、烟碱等。研究杀虫生物碱对昆虫的作用方式和作用机制，为杀虫剂的开发提供了新颖的作用靶标。异丁基酰胺和藜芦碱作用于钠离子通道，与所有现用杀虫剂的作用位点都不一样。作用靶标的特异性使之倍受重视，该研究已进入结构优化阶段。苦皮藤(Celastrus angulata)又称南蛇藤、"菜虫药"等，属卫矛科(Celastraceae)南蛇藤属(Celastrus)，主要成分为倍半萜类化合物，目前已从苦皮藤中分离、鉴定了至少18种化合物，其中拒食成分1个(苦皮藤素I)，毒杀成分6个，麻醉成分１１个(苦皮藤素IV为代表)。这些化合物都是只含C、H、O三元素的二氢沉香吠喃多元酯，属于双环倍半萜。苦皮藤杀虫活性成分为苦皮藤素I和苦皮藤素IV。
3、微生物农药
　　微生物农药是能够用来杀虫、灭菌、除草以及调节植物生长等的微生物的活体及其代谢产物。包括农用抗生素和活体微生物农药，主要种类有昆虫病原细菌、昆虫病原真菌、昆虫病原病毒、昆虫病原原生动物、昆虫病原线虫、昆虫病原立克次体。