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其研究开发途径 、生物源天然产物农药的特点 生物源天然产物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,20μ g dispar lure(舞毒蛾性诱剂), 15%井冈霉素水溶粉剂等。活的生物体,如各种捕食性天敌、寄生性天敌、致病微生物 转基因抗虫作物等不在本章讨论之列。次生代谢物质这个术语是 Czapek在本世纪二十年 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,特别是植物和昆虫之间协同进化 的结果。一种生物最终是否得以生存和繁衍,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。由于陆生植物不象其它捕食 者(草食昆虫和其它草食动物)那样容易迁移,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它草食动物,乃至病原微生物具有防御功能 的化合物,这就是次生代谢物质最原始、最主要的生态功能。次生代谢物质一般具有下 述特点 (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(或一类)次生代谢 物只能防御某些种类的昆虫或病原菌,而不是所有的昆虫和病原菌 (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。 因此和传统的化学合成农药相比,生物源天然产物农药具有下述特点 1.大多数生物源天然产物农药对哺乳动物毒性较低,使用中对人畜比较安全。如 鱼藤酮大鼠急性经口LD为132mg/kg,兔急性经皮LD为1500mg/kg:除虫菊素I和II
1 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其研究开发途径 一、生物源天然产物农药的特点 生物源天然产物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，20μg disparlure (舞毒蛾性诱剂)， 15%井冈霉素水溶粉剂等。活的生物体，如各种捕食性天敌、寄生性天敌、致病微生物、 转基因抗虫作物等不在本章讨论之列。次生代谢物质这个术语是 Czapek 在本世纪二十年 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，特别是植物和昆虫之间协同进化 的结果。一种生物最终是否得以生存和繁衍，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。由于陆生植物不象其它捕食 者(草食昆虫和其它草食动物)那样容易迁移，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它草食动物，乃至病原微生物具有防御功能 的化合物，这就是次生代谢物质最原始、最主要的生态功能。次生代谢物质一般具有下 述特点: (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(或一类)次生代谢 物只能防御某些种类的昆虫或病原菌，而不是所有的昆虫和病原菌。 (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。 因此和传统的化学合成农药相比，生物源天然产物农药具有下述特点: 1. 大多数生物源天然产物农药对哺乳动物毒性较低，使用中对人畜比较安全。如 鱼藤酮大鼠急性经口 LD50 为 132mg/kg，兔急性经皮 LD50 为 1500mg/kg；除虫菊素 I 和 II
大鼠急性经口LD为340mg/kg,急性经皮LDa大于600mg/kg。也有些生物源天然产物杀 虫剂的毒性较高,如 Avermectins大鼠经口L仅为10.06mg/kg,急性经皮LDo大于 380mg/kg。然而这些天然产物杀虫剂活性很高,在制剂中的有效成分含量都很低,因而 在使用中对人畜仍然很安全。例如1.8%爱力螨克阿维菌素)乳油含有效成分 avermectin B1仅1.8%,大鼠急性经口LD30为650mg/kg,兔急性经皮LD大于2000mg/k 2.防治谱较窄,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 素相对地不敏感,要达到100%的拒食效果,需要100~600μg/g的浓度。又如井冈霉素, 对水稻纹枯病,小麦纹枯病高效,对稻曲病也很有效,而对其它许多病害则防效很差, 甚至根本无效 3.对环境的压力较小,对非靶标生物比较安全。天然产物农药,绝大多数都是生 物合成的天然物质,一般只含碳、氢、氧、氮4种元素,在环境中易于降解。许多生物 源天然产物农药作用方式是非毒杀性的,包括调节生长发育、引诱、驱避、拒食等,因 而对非靶标生物,特别是对鸟类、兽类、蚯蚓、害虫天敌及有益微生物影响较小。例如 田间喷洒印楝制剂,并不影响果蝇寄生蜂羽化,羽化的寄生蜂能正常交配,寻找新的果 蝇寄主。天然产物农药的这一特点不仅有利于保持生态平衡,而且有利于害物综合治理 (IPM)方案的实施。 4.大多数生物源天然产物农药作用缓慢,在遇到有害生物大量发生迅速蔓延时往 往不能及时控制危害 、研究开发生物源天然产物农药的途径 生物源天然产物农药研究开发的途径,可以概括为下述三个方面:一是充分利用我 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。例如植 物杀虫剂 Margosan0的开发,就是在明确了印楝素的杀虫活性及防治效果后,选育产生 印楝素的优良印楝树种,大面积栽培种植,提取种核中的印楝素等杀虫有效成分,再加 工成含0.3%印楝素和1锷印楝油的商品制剂。又如农用抗菌素井冈霉素,在明确了吸水 链霉菌井冈变种( Streptomyces hygroscopicus)的开发价值后,选育优良菌种,进行工 业发酵,提取井冈霉素,加工成水剂或可溶性粉剂。二是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 对哺乳动物毒性大等原因而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 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
2 大鼠急性经口 LD50 为 340mg/kg，急性经皮 LD50 大于 600mg/kg。也有些生物源天然产物杀 虫剂的毒性较高，如 Avermectins 大鼠经口 LD50 仅为 10.06mg/kg，急性经皮 LD50大于 380mg/kg。然而这些天然产物杀虫剂活性很高，在制剂中的有效成分含量都很低，因而 在使用中对人畜仍然很安全。例如 1.8%爱力螨克(阿维菌素)乳油含有效成分 avermectin B1 仅 1.8%，大鼠急性经口 LD50 为 650mg/kg，兔急性经皮 LD50大于 2000mg/kg。 2. 防治谱较窄，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 素相对地不敏感，要达到 100%的拒食效果，需要 100～600μg/g 的浓度。又如井冈霉素， 对水稻纹枯病，小麦纹枯病高效，对稻曲病也很有效，而对其它许多病害则防效很差， 甚至根本无效。 3. 对环境的压力较小，对非靶标生物比较安全。天然产物农药，绝大多数都是生 物合成的天然物质，一般只含碳、氢、氧、氮 4 种元素，在环境中易于降解。许多生物 源天然产物农药作用方式是非毒杀性的，包括调节生长发育、引诱、驱避、拒食等，因 而对非靶标生物，特别是对鸟类、兽类、蚯蚓、害虫天敌及有益微生物影响较小。例如 田间喷洒印楝制剂，并不影响果蝇寄生蜂羽化，羽化的寄生蜂能正常交配，寻找新的果 蝇寄主。天然产物农药的这一特点不仅有利于保持生态平衡，而且有利于害物综合治理 (IPM)方案的实施。 4. 大多数生物源天然产物农药作用缓慢，在遇到有害生物大量发生迅速蔓延时往 往不能及时控制危害。 二、研究开发生物源天然产物农药的途径 生物源天然产物农药研究开发的途径，可以概括为下述三个方面:一是充分利用我 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。例如植 物杀虫剂 Margosan-O 的开发，就是在明确了印楝素的杀虫活性及防治效果后，选育产生 印楝素的优良印楝树种，大面积栽培种植，提取种核中的印楝素等杀虫有效成分，再加 工成含 0.3%印楝素和 14%印楝油的商品制剂。又如农用抗菌素井冈霉素，在明确了吸水 链霉菌井冈变种(Streptomyces tygroscopicus)的开发价值后，选育优良菌种，进行工 业发酵，提取井冈霉素，加工成水剂或可溶性粉剂。二是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 对哺乳动物毒性大等原因而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
例如,自1976年开发成功阿维菌素( Avermectins)后就围绕其人工合成进行了大量的研 究,并开发成功伊维菌素( Ivermectins)。伊维菌素是阿维菌素B1组分22和23碳位不 饱和双键选择还原的产物,更适合于防治家畜寄生虫。阿维菌素对螨类高效,但对昆虫, 尤其是对粉纹夜蛾、棉铃虫和亚热带粘虫效果很差,而在阿维菌素B基础上人工合成的 4″一表一甲胺基一4′一脱氧阿维菌素Bl对亚热带粘虫的毒力比阿维菌素B提高1500 倍。三是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 具有杀虫杀菌或除草活性的化合物,以其化学结构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。这方面最成功的例子首推对杀虫植物除虫菊的研究。分离出除虫菊素I和II等杀虫 有效成分后,以此为先导化合物,开发出一代高效拟除虫菊酯类杀虫剂。此外还有源于 植物中乙烯的乙烯利,源于沙蚕毒素的巴丹等杀虫剂,源于大蒜素的抗菌素402等。生 物的种类是如此繁多,在漫长的进化过程中,各种生物都发展并完善自己的生命活动体 系,进行着不同的生理生化反应,从而产生形形色色的天然化合物,给农药的研究与开 发提供了无究无尽的宝贵资源。以植物为例,据估计当今世界上有近50万种植物,而对 其化学成分作过研究的仅占10%;植物中的次生代谢物质已超过400,000种,而仅10,000 种鉴定了分子结构。就微生物而言,据估计已被人类研究过的仅占自然界存在的1%,而 在这些研究过的微生物中,只发现了大约1%的生物活性物质。更何况微生物是变异的, 由于基因重组和染色体畸变随时都可能产生新的菌种。因此生物源天然产物农药的研究 与开发具有很大的潜力和广阔的前景。 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 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27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 (一)植物毒素植物毒素( phytotoxin)指植物产生的对有害生物具有毒杀作的 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
3 例如，自 1976 年开发成功阿维菌素(Avermectins)后就围绕其人工合成进行了大量的研 究，并开发成功伊维菌素(lvermectins)。伊维菌素是阿维菌素 B1 组分 22 和 23 碳位不 饱和双键选择还原的产物，更适合于防治家畜寄生虫。阿维菌素对螨类高效，但对昆虫， 尤其是对粉纹夜蛾、棉铃虫和亚热带粘虫效果很差，而在阿维菌素 B1 基础上人工合成的 4″—表—甲胺基—4′—脱氧阿维菌素 B1 对亚热带粘虫的毒力比阿维菌素 B1 提高 1500 倍。三是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 具有杀虫杀菌或除草活性的化合物，以其化学结构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。这方面最成功的例子首推对杀虫植物除虫菊的研究。分离出除虫菊素 I 和 II 等杀虫 有效成分后，以此为先导化合物，开发出一代高效拟除虫菊酯类杀虫剂。此外还有源于 植物中乙烯的乙烯利，源于沙蚕毒素的巴丹等杀虫剂，源于大蒜素的抗菌素 402 等。生 物的种类是如此繁多，在漫长的进化过程中，各种生物都发展并完善自己的生命活动体 系，进行着不同的生理生化反应，从而产生形形色色的天然化合物，给农药的研究与开 发提供了无究无尽的宝贵资源。以植物为例，据估计当今世界上有近 50 万种植物，而对 其化学成分作过研究的仅占 10%；植物中的次生代谢物质已超过 400,000 种,而仅 10,000 种鉴定了分子结构。就微生物而言，据估计已被人类研究过的仅占自然界存在的 1%，而 在这些研究过的微生物中，只发现了大约 1%的生物活性物质。更何况微生物是变异的， 由于基因重组和染色体畸变随时都可能产生新的菌种。因此生物源天然产物农药的研究 与开发具有很大的潜力和广阔的前景。 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 Ahmed 1985 年的资料，全世界已报道过 1600 多 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。 （一）植物毒素 植物毒素(phytotoxin) 指植物产生的对有害生物具有毒杀作的 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,我国仍在生产和使用鱼藤酮 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 氰戊菊酯、甲氰菊酯、三氟氯氰菊酯等几十个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( imidacloprid)、吡虫清( acetamiprid)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 当代研究比较深入杀虫植物毒素还有胡椒酰胺类化合物、尼鱼丁及其类似物、四氢 呋喃脂肪酸类化合物、谷氨酸类似物、二氢沉香呋喃类化合物、三噻吩及炔类化合物。 胡椒酰胺类化合物,如胡椒碱( piperine)墙草碱( pellitorine、千日菊酰胺( spilanthol) 等,都具有N一(2一甲丙基)一酰胺的结构,存在于菊科、胡椒科和芸香科等几十种植 物中。这些植物毒素对昆虫作用非常迅速,作点滴处理后很快引起试虫震颤,然后麻痹 其作用部位是昆虫神经一肌肉接头,作用机理可能是干扰了钠通道或与突触后膜上的谷 氨酸受体的相互作用。由于胡椒酰胺类化合物结构比较简单,易于人工合成,通过对这 些天然产物的分子结构进行改造可以合成筛选高效杀虫剂。例如近年来开发的BTG502 对抗性家蝇的毒力(LDo为0.04μg/头)是溴氰菊酯(LDs为0.1lμg/头)的27倍(图 10-1)。 piperine BTG 502 人 pipercide pellitorine 10-1几种胡椒跳胺及BTG502的结构 尼鱼丁( ryanodine)、脱氢尼鱼丁( dehydroryanodine)等是从南美杀虫植物尼亚那 ( Ryania speciosa)中分离的。尼鱼丁制剂早在1945年就引入美国,试验证明这些化合 物对鳞翅目害虫,包括欧洲玉米螟、甘蔗螟、苹果小卷蛾、苹果食心虫、舞毒蛾等十分 有效。但由于尼鱼丁对人畜的毒性也很大,引起哺乳动物僵直性麻痹,因而推广应用受
4 农药，是二次世界大战前最主要的植物杀虫剂。直到现在，我国仍在生产和使用鱼藤酮 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、 氰戊菊酯、甲氰菊酯、三氟氯氰菊酯等几十个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（imidacoprid）、吡虫清（acetamiprid）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。 当代研究比较深入杀虫植物毒素还有胡椒酰胺类化合物、尼鱼丁及其类似物、四氢 呋喃脂肪酸类化合物、谷氨酸类似物、二氢沉香呋喃类化合物、三噻吩及炔类化合物。 胡椒酰胺类化合物，如胡椒碱（piperine）、墙草碱（pellitorine）、千日菊酰胺（spilanthol） 等，都具有 N－（2－甲丙基）－酰胺的结构，存在于菊科、胡椒科和芸香科等几十种植 物中。这些植物毒素对昆虫作用非常迅速，作点滴处理后很快引起试虫震颤，然后麻痹， 其作用部位是昆虫神经⎯肌肉接头，作用机理可能是干扰了钠通道或与突触后膜上的谷 氨酸受体的相互作用。由于胡椒酰胺类化合物结构比较简单，易于人工合成，通过对这 些天然产物的分子结构进行改造可以合成筛选高效杀虫剂。例如近年来开发的 BTG502， 对抗性家蝇的毒力（LD50 为 0.04μg/头）是溴氰菊酯（LD50 为 0.11μg/头）的 2.7 倍（图 10-1）。 piperine BTG 502 pipercide pellitorine 图 10-1 几种胡椒酰胺及BTG502 的结构 尼鱼丁（ryanodine）、脱氢尼鱼丁（dehydroryanodine）等是从南美杀虫植物尼亚那 （Ryania speciosa）中分离的。尼鱼丁制剂早在 1945 年就引入美国，试验证明这些化合 物对鳞翅目害虫，包括欧洲玉米螟、甘蔗螟、苹果小卷蛾、苹果食心虫、舞毒蛾等十分 有效。但由于尼鱼丁对人畜的毒性也很大，引起哺乳动物僵直性麻痹，因而推广应用受
到限制。尼鱼丁是一种肌肉毒剂,主要作用于钙离子通道,影响肌肉收缩。目前对尼鱼 丁的研究主要着眼于通过结构修饰,希望发现有选择毒性的化合物,即对昆虫高效而对 哺乳动物低毒的化合物,但至今未有商品化产品(图10-2) 图10-2从 Ryania speciosa中分离出的 ryanodine及其有关化合物 RI=R2=H R2=CH3 3. A new natural ryanord RIOH, R2CH3, R3=H 四氢呋喃脂肪酸内酯,如 asimicin, antonin和 neoannonin(图10-3),是番荔枝科杀 虫植物番荔枝( Annona squamosa)和巴婆( Asimina trioba)的主要有效成分。这些化合 物对果蝇、墨西哥豆瓢虫、棉红蜘蛛、瓜蚜、蚊幼虫都有强烈的致死作用。四氢呋喃脂 肪酸内酯是呼吸毒剂,抑制电子传递链在NADH和辅酶Q之间的电子传递。 10-3 asimicin、 annon和 neoannonin的结构
5 到限制。尼鱼丁是一种肌肉毒剂，主要作用于钙离子通道，影响肌肉收缩。目前对尼鱼 丁的研究主要着眼于通过结构修饰，希望发现有选择毒性的化合物，即对昆虫高效而对 哺乳动物低毒的化合物，但至今未有商品化产品（图 10-2）。 图 10-2 从 Ryania apeciosa 中分离出的ryanodine 及其有关化合物 1. ryanodine R1=R2=H, R2=CH3 2. 9,21-didehydroayanodine R1=H, R2=R3=CH3 3. A new natural ryanord R1=OH, R2=CH3, R3=H 四氢呋喃脂肪酸内酯，如 asimicin, annonin 和 neoannonin（图 10-3），是番荔枝科杀 虫植物番荔枝（Annona sguamosa）和巴婆（Asimina trioba）的主要有效成分。这些化合 物对果蝇、墨西哥豆瓢虫、棉红蜘蛛、瓜蚜、蚊幼虫都有强烈的致死作用。四氢呋喃脂 肪酸内酯是呼吸毒剂，抑制电子传递链在 NADH 和辅酶 Q 之间的电子传递。 图 10-3 asimicin、annonin 和 neoannonin 的结构
三噻吩(α- terthienyl l)和呋喃乙炔( furanacetylene)主要从杀虫植物万寿菊 ( Tagetes patula)中分离。三噻吩和呋喃乙炔对哺乳动物毒性低,但在光照下对昆虫 却有强烈的杀虫活性,是典型的光活杀虫剂。近年来人工合成了许多三噻吩和呋喃乙炔 的类似物(图10-4),有些化合物对蚊幼虫表现出极高的杀虫活性(LC小于0.02μg/ml)。 但许多化合物光稳定性差,持效期太短,如三噻吩在光照下半衰期仅4小时,因而其实 际应用受到很大限制 CH CH2-(C≡C)3CH-CH CH-CH 10-4几种三嘻吩和呋喃乙炔类似物 二氢沉香呋喃类化合物,如苦皮藤素V( celangulin v)及雷公藤定( wilfordine) 等生物碱(图10-5)是卫矛科植物苦皮藤( Celastrus angulatus)和雷公藤( Tripterygium wilfordii)的主要杀虫成分,对哺乳动物的毒性较低,对许多咀嚼式口器害虫,特别是 鱗翅目害虫有很强的胃毒毒杀作用,可有效地防治小菜蛾、菜青虫、粘虫、槐尺蠖等 图10-5雷公藤杀虫成分及苦皮藤素V的结构 害虫。苦皮藤素V是典型的胃毒剂,主要作用是破坏昆虫中肠肠壁细胞,引起昆虫体液
6 三噻吩（α-terthienyl）和呋喃乙炔（furanacetylene）主要从杀虫植物万寿菊 （Tagetes patula）中分离。三噻吩和呋喃乙炔对哺乳动物毒性低，但在光照下对昆虫 却有强烈的杀虫活性，是典型的光活杀虫剂。近年来人工合成了许多三噻吩和呋喃乙炔 的类似物（图 10-4），有些化合物对蚊幼虫表现出极高的杀虫活性（LC50小于 0.02μg/ml）。 但许多化合物光稳定性差，持效期太短，如三噻吩在光照下半衰期仅 4 小时，因而其实 际应用受到很大限制。 图 10-4 几种三噻吩和呋喃乙炔类似物 二氢沉香呋喃类化合物，如苦皮藤素 V（celangulin V）及雷公藤定（wilfordine） 等生物碱（图 10-5）是卫矛科植物苦皮藤（Celastrus angulatus）和雷公藤（Tripterygium wilfordii）的主要杀虫成分，对哺乳动物的毒性较低，对许多咀嚼式口器害虫，特别是 鳞翅目害虫有很强的胃毒毒杀作用，可有效地防治小菜蛾、菜青虫、粘虫、槐尺蠖等 图 10-5 雷公藤杀虫成分及苦皮藤素 V的结构 害虫。苦皮藤素 V 是典型的胃毒剂，主要作用是破坏昆虫中肠肠壁细胞，引起昆虫体液
大量丧失。目前正在进行结构修饰人工合成的研究,但尚未有突破性进展。 谷氨酸类似物软骨藻酸( domoic acid)和红藻氨酸( Kainic acid)结构见图10-6, 是从海藻 Chondric armata及 Digenia simplex分离的,具有强烈的杀虫活性。软骨藻 酸作用于以谷氨酸为传递介质的突触,一方面活化Ca+运输系统,促使突触前膜释放 谷氨酸,另一方面是活化半胱氨酸蛋白激酶,从而暴露出更多潜在的谷氨酸受体。谷氨 酸类似物结构简单,结构改造比较容易,目前已取得很大进展,估计不久的将来会有以 软骨藻酸为先导的杀虫剂上市。 H R CHNM C COOH CH, COOH COOH domoic acid aiic ac 图106软骨藻我和红藻酸的结构 此外,以假木贼碱、藜芦碱、茴蒿素、异羊角扭甙、苦参碱、川楝素等植物毒素为 有效成分的植物杀虫剂已在我国获得农药临时登记。 2.具有杀菌作用的植物毒素 Wilkins和 Board1989年报道有1389种植物具有 杀菌活性。早期的大蒜素是人们熟悉的杀菌植物毒素。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(富士一号)。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,其杀菌活性成分为 Podoblastin a、B、C, 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( ibotenic acid),以此为先导成功地开发出 杀菌剂恶霉灵( hymexazol);又如从伞状菌 Strobilurrus中分离出杀菌成分 Strobilurins,ICI公司和BASF公司以结构较简单的 Strobilurin a为先导,开发出杀 菌剂ICI5504和BAS490F(图10-7 黄蒿种子香精油中的黄蒿酮及其它单萜类化合物除能抑制贮存马铃薯萌芽外, 还有很强的杀菌活性,这种香精油已在荷兰以 Talent"商品名上市。BASF公司从蓼科植 物 Reynoutria sachalinesis获得的提取物对白粉病有良好的防治效果,现已工业化生 产,商品各名 Milsana1
7 大量丧失。目前正在进行结构修饰人工合成的研究，但尚未有突破性进展。 谷氨酸类似物软骨藻酸（domoic acid）和红藻氨酸（Kainic acid）结构见图 10-6， 是从海藻 Chondric armata 及 Digenia simplex 分离的，具有强烈的杀虫活性。软骨藻 酸作用于以谷氨酸为传递介质的突触，一方面活化 Ca++ 运输系统，促使突触前膜释放 谷氨酸，另一方面是活化半胱氨酸蛋白激酶，从而暴露出更多潜在的谷氨酸受体。谷氨 酸类似物结构简单，结构改造比较容易，目前已取得很大进展，估计不久的将来会有以 软骨藻酸为先导的杀虫剂上市。 dombic acid kainic acid 图 10-6 软骨藻酸和红藻氨酸的结构 此外，以假木贼碱、藜芦碱、茴蒿素、异羊角扭甙、苦参碱、川楝素等植物毒素为 有效成分的植物杀虫剂已在我国获得农药临时登记。 2. 具有杀菌作用的植物毒素 Wilkins 和 Board 1989 年报道有 1389 种植物具有 杀菌活性。早期的大蒜素是人们熟悉的杀菌植物毒素。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（富士一号）。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，其杀菌活性成分为 Podoblastin A、B、C， 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（ibotenic acid），以此为先导成功地开发出 杀 菌 剂恶 霉 灵(hymexazol) ；又 如从 伞 状菌 Strobilurrus 中 分离 出杀 菌成 分 Strobilurns，ICI 公司和 BASF 公司以结构较简单的 Strobilurin A 为先导，开发出杀 菌剂 ICI 5504 和 BAS 490F（图 10-7）。 黄蒿种子香精油中的 黄蒿酮及其它单萜类化合物除能抑制贮存马铃薯萌芽外， 还有很强的杀菌活性，这种香精油已在荷兰以 TalentTM 商品名上市。BASF 公司从蓼科植 物 Reynoutria sachalinesis 获得的提取物对白粉病有良好的防治效果，现已工业化生 产，商品各名 MilsanaTM
CH3 OCH3 COOCH3 C=NOCH3 COOCH3 Strobilurin a BAS 490F -CH-COOH o NH NOCH3 H OOCH3 ICI A5504 botanic acid texaco CH3 图10-7 ibotenic acid、 hymexazol、 strobilurinS、ICIA5504和BAS490F的结构 此外,硬尾醇( Sclareol)是从南欧丹参和胶粘烟草中提取分离的,对豆科植物的 锈病很有效:从秘鲁植物 Miconia cannabina中分离出的 matteucinol,对 pythium ultimⅧm有显著的杀菌活性:从银杏果实中分离的白果酸、白果酚对多种真菌也有显著 的杀菌活性;从姜( Zingiber cassumunar)根茎及土荆芥叶中分离的萜类化合物对纹枯 病菌有很强的杀菌活性 具有杀草作用的植物毒素植物中的杀草毒素也有许多研究报道,按化合物 的分子结构可分为下列几类 醌类最早发现的具有杀草活性的醌类化合物是核桃醌( juglone)它是从核桃中 分离出来的,其活性很高,在1μM浓度下即可明显地抑制核桃园中多种杂草的生长:独 脚金萌素( strigol)是从棉花根系分泌物中分离出来的一种醌类化合物,能有效地防除 玉米、高粱、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
8 Strobilurin A BAS 490F ICI A5504 ibotenic acid hymexazol 图 10-7 ibotenic acid、hymexazol、strobilurin A、ICI A5504 和 BAS 490 F 的结构 此外，硬尾醇（Sclareol）是从南欧丹参和胶粘烟草中提取分离的，对豆科植物的 锈病很有效；从秘鲁植物 Miconia cannabina 中分离出的 matteucinol，对 pythium ultimum 有显著的杀菌活性；从银杏果实中分离的白果酸、白果酚对多种真菌也有显著 的杀菌活性；从姜（Zingiber cassumunar）根茎及土荆芥叶中分离的萜类化合物对纹枯 病菌有很强的杀菌活性。 3．具有杀草作用的植物毒素 植物中的杀草毒素也有许多研究报道，按化合物 的分子结构可分为下列几类： 醌类 最早发现的具有杀草活性的醌类化合物是核桃醌（jaglone）它是从核桃中 分离出来的，其活性很高，在 1μM 浓度下即可明显地抑制核桃园中多种杂草的生长；独 脚金萌素（strigol）是从棉花根系分泌物中分离出来的一种醌类化合物，能有效地防除 玉米、高粱、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。 COOCH3 OCH3 CH3 O C NOCH3 COOCH3 COOCH3 CN C NOCH3 N N O O
生物碱类从曼陀罗种子中分离出天仙子胺( hyoscyamine),是莨菪烷碱类化合物, 对禾本科杂草及自生向日葵苗有很强的杀草活性,且持效期较长。从墨西哥咖啡树周围 土壤中分离出的咖啡树次生代谢物质咖啡因( caffeine),在自然条件下其浓度可达1 2g/m2。对剌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剌苋等杂 草 香豆素类这类化合物主要存在于伞形科、豆科植物中,如香豆素( coumarin)、 莨菪亭( scopoletin)、七叶亭( escaltin)、扫若仑( psoralen)、邪蒿素( seselin)、 当归根素( angelici)及茴芹素( pimpinella)等,都有一定的杀草活性,其中扫若仑 的杀草活性最高,在0.00lmg/1浓度下即可抑制野芥菜等杂草种子萌发 噻吩和蒹炔类前述从万寿菊中分离的α一三噻吩和几种双噻吩聚乙炔化合物既 有杀虫活性,又有杀草活性。其中以十三碳单噻吩聚乙炔的活性最高,在4~12ng/浓 度下,可使野莴苣等多种杂草生长量减少50%。以三噻吩为先导化合物开发的除草剂己 获得除草剂专利。 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。此 外,在沙漠植物中分离的萜类杀草活性化合物1,8—桉树脑导致了新型内吸广谱除草剂 恶庚草烷( cinmethy lin)的成功开发(图10-8)。 cineole cimethy lin 图108 cineole和 cinmethylin的结构 (二)植物中的昆虫拒食剂和忌避剂昆虫拒食剂可定义为干扰或抑制昆虫 取食行为的物质。昆虫的取食过程大致可分为4个步骤:寄主识别和定位,首次咀嚼, 吞咽,继续取食。通常把影响昆虫取食第一步的物质及避免交配、产卵和栖息的物质统 称为忌避剂。有人建议用“抑制剂”( suppressant)一词来表达影响昆虫取食第二步的 物质,用“摄止剂”( deterrent)一词来表达阻止进一步取食的物质(即影响其第三 四步的物质),但通常并不知道是取食的哪一步被中断了,因此大多数学者主张采用“拒
9 生物碱类 从曼陀罗种子中分离出天仙子胺（hyoscyamine），是莨菪烷碱类化合物， 对禾本科杂草及自生向日葵苗有很强的杀草活性，且持效期较长。从墨西哥咖啡树周围 土壤中分离出的咖啡树次生代谢物质咖啡因（caffeine），在自然条件下其浓度可达 1～ 2g/m2。对剌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剌苋等杂 草。 香豆素类 这类化合物主要存在于伞形科、豆科植物中，如香豆素（coumarin）、 莨菪亭（scopoletin）、七叶亭（escaltin）、扫若仑（pscoralen）、邪蒿素（seselin）、 当归根素（angelicia）及茴芹素（pimpinelin）等，都有一定的杀草活性，其中扫若仑 的杀草活性最高，在 0.001mg/l 浓度下即可抑制野芥菜等杂草种子萌发。 噻吩和聚炔类 前述从万寿菊中分离的α－三噻吩和几种双噻吩聚乙炔化合物既 有杀虫活性，又有杀草活性。其中以十三碳单噻吩聚乙炔的活性最高，在 4～12mg/l 浓 度下，可使野莴苣等多种杂草生长量减少 50％。以三噻吩为先导化合物开发的除草剂已 获得除草剂专利。 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。此 外，在沙漠植物中分离的萜类杀草活性化合物 1，8⎯桉树脑导致了新型内吸广谱除草剂 恶庚草烷（cinmethylin）的成功开发（图 10-8）。 cineole cimethylin 图 10-8 cineole 和 cinmethylin 的结构 （二）植物中的昆虫拒食剂和忌避剂 昆虫拒食剂可定义为干扰或抑制昆虫 取食行为的物质。昆虫的取食过程大致可分为 4 个步骤：寄主识别和定位，首次咀嚼， 吞咽，继续取食。通常把影响昆虫取食第一步的物质及避免交配、产卵和栖息的物质统 称为忌避剂。有人建议用“抑制剂”（suppressant） 一词来表达影响昆虫取食第二步的 物质，用“摄止剂”（deterrent）一词来表达阻止进一步取食的物质（即影响其第三、 四步的物质），但通常并不知道是取食的哪一步被中断了，因此大多数学者主张采用“拒 O O O
食剂”( antifeedant)一词 Warthen和 Morgan1990年在其专著中列出1976~1987年报道过的从植物中分离 的拒食活性物质336种,涉及到70个科的230多种植物,其中从 Warburgia属植物 Stuhlmanⅱ和 Salutaris分离的化合物活乐木醛类 Warburganal、 muzigadial及从印楝 ( Me lia azadirachta)种核中分离的印楝素( azadirachtin)的拒食活性最高 Warburganad和 muzigadial对莎草夜蛾幼虫在0.1μg/g时就很有效,而印楝素对沙漠 蝗的有效中浓度仅0.05μg/g,对草地粘虫幼虫仅0.04μg/g。来自植物马兜铃的马兜铃 酸( aristolochic acid)对东亚飞蝗在0.01μg/g就很有效。此外,从筋骨草(Aga remota)中分离的几种 ajugarins都对昆虫有很强的拒食活性。来自植物的昆虫拒食剂 虽然进行了许多室内和大田试验,但至今设有一个作为拒食剂而商品化,虽然印楝有几 个产品如 Morgana0和 Bioneem等,都是印楝种核提取物,并不是纯的印楝素。即使是 纯的印楝素,其对害虫的作用也不完全是拒食作用。因为印楝素还对昆虫有生长调节作 用,昆虫经印楝素处理后其症状表现为幼(若)虫蜕皮延长,蜕皮不完全(畸型)或在 蜕皮时就死亡。如在饲料中加入0.02%~0.5%印楝种核提取物,则可100%地抑制舞毒 蛾幼虫蜕皮 近年来,另一种楝科植物米籽兰( Aglaia odorata)引起人们广泛的注意。从米籽 兰的枝条甲醇提取物中分离出几种苯并呋喃类化合物 rocaglamide及其类似物(图 10-9)。采用饲料混毒法测得 rocaglamide对杂色地老虎初孵幼虫的EC为1.37μg/g; 采用点滴处理对4龄幼虫96小时的LD为0.32μg/头。进一步研究说明, rocaglamide 改变了试虫的取食行为,可能是抑制了昆虫中枢神经系统,使昆虫厌食,试虫饥饿而死 图10-9 rocaglamide的结构 除昆虫产生忌避剂外,植物同样产生昆虫忌避剂。 Norris1990年在其专著中列出 了137种产生昆虫忌避剂的植物。辣蓼、鱼腥草、山奈、四季桔皮、芹菜籽、八角茴香、 薄荷等对蚜虫及某些仓库害虫也有很好的忌避效果。但在农业上至今未见有商品化的忌 避剂应用 (二)植物内源激素这是一类植物产生的调节自身生长发育的非营养性微量
10 食剂”（antifeedant）一词。 Warthern 和 Morgan 1990 年在其专著中列出 1976～1987 年报道过的从植物中分离 的拒食活性物质 336 种，涉及到 70 个科的 230 多种植物，其中从 Warburgia 属植物 Stuhlmanii 和 Salutaris 分离的化合物活乐木醛类 Warburganal、muzigadial 及从印楝 （Melia azadirachta）种核中分离的印楝素（azadirachtin）的拒食活性最高。 Warburganad 和 muzigadial 对莎草夜蛾幼虫在 0.1μg/g 时就很有效，而印楝素对沙漠 蝗的有效中浓度仅 0.05μg/g，对草地粘虫幼虫仅 0.04μg/g。来自植物马兜铃的马兜铃 酸（aristolochic acid）对东亚飞蝗在 0.01μg/g 就很有效。此外，从筋骨草（Ajuga remota）中分离的几种 ajugarins 都对昆虫有很强的拒食活性。来自植物的昆虫拒食剂， 虽然进行了许多室内和大田试验，但至今设有一个作为拒食剂而商品化，虽然印楝有几 个产品如 Morgasan-O 和 Bioneem 等，都是印楝种核提取物，并不是纯的印楝素。即使是 纯的印楝素，其对害虫的作用也不完全是拒食作用。因为印楝素还对昆虫有生长调节作 用，昆虫经印楝素处理后其症状表现为幼（若）虫蜕皮延长，蜕皮不完全（畸型）或在 蜕皮时就死亡。如在饲料中加入 0.02％～0.5％印楝种核提取物，则可 100％地抑制舞毒 蛾幼虫蜕皮。 近年来，另一种楝科植物米籽兰（Aglaia odorata）引起人们广泛的注意。从米籽 兰的枝条甲醇提取物中分离出几种苯并呋喃类化合物 rocaglamide 及其类似物（图 10-9）。采用饲料混毒法测得 rocaglamide 对杂色地老虎初孵幼虫的 EC50 为 1.37μg/g； 采用点滴处理对 4 龄幼虫 96 小时的 LD50 为 0.32μg/头。进一步研究说明，rocaglamide 改变了试虫的取食行为，可能是抑制了昆虫中枢神经系统，使昆虫厌食，试虫饥饿而死。 图 10-9 rocaglamide 的结构 除昆虫产生忌避剂外，植物同样产生昆虫忌避剂。Norris 1990 年在其专著中列出 了 137 种产生昆虫忌避剂的植物。辣蓼、鱼腥草、山奈、四季桔皮、芹菜籽、八角茴香、 薄荷等对蚜虫及某些仓库害虫也有很好的忌避效果。但在农业上至今未见有商品化的忌 避剂应用。 （二）植物内源激素 这是一类植物产生的调节自身生长发育的非营养性微量