·10·化学教育2010年第2期
生物源农药简介
陈明华
(贵州黔西南民族师范高等专科学校化学生物系兴义562400)
摘要主要介绍了几种商品化的生物源农药的先导化合物及这些农药的来源、结构、作用机理
和特点，其中包括除虫菊酯、氨基甲酸酯类、沙蚕毒素等。
关键词生物源农药除虫菊酯先导化合物氨基甲酸酯沙蚕毒素次生代谢
化学农药为提高农作物产量，解决人类的生存
问题做出了很大的贡献。但在生产和使用的同时也
给人们的生活环境和身体带来危害，如高毒、高残留
和高污染等问题。发展高效、低毒和低污染甚至无
污染的新型农药，成为现代农药发展的方向。生物
源农药正是顺应现代农药发展的实例。
生物源农药是指直接利用生物活体或生物代谢过
程中产生的具有生物活性的物质或从生物体提取物质
作为防治病虫害的农药。包括植物源、动物源、农用抗
生素、活体微生物L1]。很多生物在长期的进化过程中
为抵御病虫害产生了各种不同的次生代谢产物，这些
代谢产物能起到化学农药相同的作用。并且由于它们
来源于生物体，在使用后可以在自然环境条件下降解，
解决了农药残留的问题。这些物质在生物体内的含量
不高，说明其作为农药的高效率。
生物源农药的开发利用一种方式是直接利用，
即确定药效后进行直接的工业化、商品化开发；第二
种方式是确定药效后，将活性物质和它们的代谢产
物的化学结构作为农药先导化合物模型，以期开发
出更优的新农药；第三种方式是植物光活化毒素的
运用‘1f。
l植物源农药
1．1植物源农药
植物源农药是植物利用光合作用产生的节能和
可再生资源，目前较符合现代农药要求的是除虫菊
酯[2]、氨基甲酸酯、新烟碱等。
1．1．1除虫菊酯(Pyrethrin)
除虫菊指的是菊科菊属除虫菊亚属的若干种植
物。20世纪初，研究人员开始研究天然除虫菊酯的
化学结构，历经半个多世纪，直到1964年才最后确定
6种有效的活性化合物，它们的化学结构都南酸部分
(图1A)、醇部分(图1B)和酯键部分(图1C)组成[3]。
除虫菊酯作为卫生杀虫剂和农药的特征和优势
在于：对哺乳动物低毒，除虫菊素是现有的杀虫剂中
毒性最低的产品之一，即使偶然吞咽也会很快代谢；
高效广谱性，由于除虫菊酯中含有一组结构相近的
杀虫成分，所以对杀虫有高效广谱性；触杀作用极
强，致死率极高，且使用浓度低；作用快速，除虫菊酯
具有快速击倒、堵死气门致死的触杀作用。
R=CH3，除虫菊酯I；R=CH30—co，除虫菊酯Ⅱ
圈l天然除虫菊酯结构式
天然除虫菊是制备蚊虫香的主要原料，对人畜
毒性低，使用安全，对昆虫的毒力强度以除虫菊酯工
最强。它的缺点是施用于大田后不稳定，很快就分
解，利用其作为农药由于受到资源的限制，加上高鱼
毒和抗性日趋严重等问题，影响了它们的使用。为
了克服这些缺点，人们以天然除虫菊酯作为先导化
合物合成了很多类似结构的化合物，这类化合物通
常称为拟除虫菊酯(Pyrethroid)，它们的稳定性和
药效都大大优于天然菊酯。
1973年第一个对日光稳定的拟除虫菊酯苯醚
菊酯开发成功并商品化，开创了除虫菊酯用于田间
的先河，随后又将氰基连于苄基的a一碳上，烯基上
的甲基用氯、溴取代，合成了氯氰菊酯和溴氰菊酯，
杀虫活性大大提高。目前已有20多个不同的品种
圈2苯醚菊酯结构式
万方数据
2010年第2期化学教育
R
R
R----C1，氯氰菊酯；R=-Br，溴氰菊酯
图3氯(滇)氰苯醚菊酯结构式
投放市场[4]。天然菊酯和拟除虫菊酯杀虫剂属于神
经毒剂，其作用机制主要是通过抑制脑突触体膜上
的ATPase，使突触后膜上的乙酰胆碱酯酶(ACHE)
等神经递质大量聚集，从而引起脑AChE被抑
制[3]，进而使昆虫死亡。
但随着拟除虫菊酯的大量使用，已发现对DDT
有抗性的昆虫对拟除虫菊酯有交互抗性。因此抗性
问题已严重威胁拟除虫菊酯的使用寿命[4I。目前与
其他农药混配使用，是提高药效的一个手段。
1．1．2氨基甲酸酯(Carbamate)
以西非生长的豆科植物毒扁豆的咖啡色小豆中
的剧毒物质毒扁豆碱(Physostigmine)为先导化合
物合成的一系列氨基甲酸酯类农药。如西维因
(Sevin)E43。
伊
1
NHCH3
圈4毒扁豆碱结构式图5西维因结构式
氨基甲酸酯类农药的变化主要是在酯基上，一
般要求酯基的对应羟基化合物具有弱碱性，如烯醇、
酚、羟肟等。结构的另一个可变部分是酰胺氮原子
上可被1个或2个甲基或被1个甲基和1个酰基取
代[引。
氨基甲酸酯类农药目前在世界上有近40个商
品化品种，由于它们具有作用迅速、选择性高、低残
留等优点[4|，成为现在广泛使用的农药。
氨基甲酸酯类农药对人体的急性毒作用与有机
磷农药相似，抑制体内乙酰胆碱酯酶，使它失去分解
乙酰胆碱的功能，造成组织内乙酰胆碱的蓄积而中
毒。由于该类农药的滥用，已发现存在污染，寻找新
的无公害氨基甲酸酯类化合物成为农药化学工作者
目前的主要任务。
1．1．3新烟碱(Neonicotinoids)
第三种是烟叶中的烟碱。早在1690年就发现
烟草萃取液可杀死一些昆虫。1828年确定其有效
成分为烟碱，1904年人工合成烟碱成功[引。烟碱乙
酰胆碱受体(nicotinicacetyrlcholinereceptors，
nAChRs)在昆虫的神经系统中起着重要作用，是新
烟碱类(Neonicotinoids，NNs)杀虫剂、杀螟丹以及
多杀菌素的作用靶标。由于NNs杀虫剂的作用方
式独特、高效低毒，以及其在昆虫和脊椎动物之间具
有高选择性，因此它是杀虫剂销售中增长最快的一
类药剂[s]。
在过去的30年，新烟碱类杀虫剂的发现可以
认为是杀虫剂研究领域里程碑似的革新，这类化
合物高效、有选择性、对哺乳动物安全且与传统农
药不发生交互抗性。图7为新烟碱先导化合物的
结构[6I。
o太翟。护
图6烟碱结构式圈7新烟碱结构式
目前已商品化的新烟碱类农药有8个，最有代
表性的是吡虫灵和噻虫灵‘6|。
／N02
N
图8吡虫灵结构式
H
图9嚷虫灵结构式
1．1．4鱼藤酮(Rotenone)和苦皮藤素V
(CelangulinV)
植物源农药还有鱼藤植物根部提取物鱼藤酐4]和
从苦皮藤植物中分离得到的苦皮藤素V[7|。
图10鱼藤酮结构式
鱼藤酮低毒，不易被害虫产生耐药，它暴露于阳
光下极易被降解，一直被视为安全有效的杀虫剂和
万方数据
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杀鱼剂而广泛应用。它是一种线粒体复合体I抑制
剂，近年来广泛应用于蔬菜、瓜果等病虫害的防治和
鱼塘清理。但是流行病学调查及大量实验表明鱼藤
酮的长期接触与帕金森病的发病有关嘲。
田ll苦皮愿鬃V结构式
苦皮藤素V目前还没有以它作为先导化合物合
成的类似农药，因其分子结构中有不对称碳原子，结
构复杂，合成较困难。加上它近年才被分离出来并
被确定有生物活性，还有待进一步的推广应用。该
化合物对昆虫的作用位点和作用靶标即作用机理还
正在研究中[9]。
2动物和微生物源农药
2．1沙蚕毒素(Nereistoxin)
1934年日本人从一种
海生动物沙蚕中分离出这1
种毒素，1962年确定其结s
构为图12。以此化合物作
为先导，许多类似物被合
成，如杀虫双、杀虫环[4]。
图12沙蚕毒素结构式
：K!>H，c／＼～s厂
圈13杀虫双结构式围14杀虫环结构式
这类农药具有广谱、高效、低毒等特点，而且作
用方式多样，除了具有很强的胃毒作用，还有触杀、
拒食和内吸作用，对鳞翅日、鞘翅目和双翅目的多种
害虫有较好的防治效果，现已被广泛用于防治水稻、
蔬菜和果树等多种农作物的害虫。沙蚕毒素类杀虫
剂是在昆虫体内转化为沙蚕毒素后作用于神经系统
的突触体，使得神经冲动受阻于突触部位[1引。
杀虫双是20世纪七十年代贵州化工研究所模
仿合成沙蚕毒素过程中的一个中间产物，后来发现
它具有生物活性，投人生产并商品化。
2．2苏云金杆菌毒素(Bacillusthuringia_sistoxin)
从苏云金杆菌的培养液中分离出4种毒素，这
些毒素均为蛋白质，其结构尚未弄清。它们对温血
动物和植物均无毒性，加上其低残留无公害，成为广
泛使用的农药[4]。由于它对家畜和人类无害，经中
国绿色食品发展中心审查，被推荐为AA级绿色食
品生产资料[10|。目前还未见其公害报道。
2．3其他生物源农药
利用农林害虫的特点，从这些害虫中分离、提取
的生物源农药还有昆虫保幼激素、几丁质抑制剂、性
外激素等[4|。它们分别影响有害昆虫的蜕皮、保护
和繁殖等生物过程。这类农药也具有绿色农药的特
点。化学合成这些化合物目前还未大量商品化，限
制了它们的推广应用。但一些有益昆虫如家蚕也会
受到影响，要求选择性使用。
3结语
生物源农药的使用克服了化学农药的一些问
题，但在使用过程中还是有它们的不足，如药效慢，
受使用的环境条件温度、湿度和酸碱条件的限制。
随着这些农药的广泛使用，它们对昆虫的抗性、对环
境的残留和人类的毒害作用时有报道。加上一些生
物源农药如果直接来自生物体，受成本等因素的限
制，而用化学合成方法生产，又会给环境带来新的污
染。寻找新的无公害生物源农药、绿色化学合成生
物源农药和依靠现有生物源农药进行混配达到更好
的防治和环境效果，是化学、植保工作者面临的重要
课题。
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比
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万方数据
生物源农药简介
作者：陈明华，CHENMinghua
作者单位：贵州黔西南民族师范高等专科学校化学生物系,兴义,562400
刊名：化学教育
英文刊名：CHINESEJOURNALOFCHEMICALEDUCATION
年，卷(期)：2010,31(2)
参考文献(11条)
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