天然除虫菊酯梁醒才.ppt

天然除虫菊酯梁醒才,数十年合成杀虫剂的使用带来了种种恶果,诸如生产过程中及杀虫剂喷施使用后对环境造成了严重的污染,抗药性的产生使害虫越来越难防治,残留农药的果蔬及粮食给人们带来的种种健康问题等,致使人们不得不重新重视和开发天然生物杀虫剂。,前言,天然除虫菊素（酯）是国内外公认最理想的杀虫剂，在人类的生产、生活中有着广泛的用途：,1、欧盟规定允许在有机食品生产上使用的杀虫剂为除虫菊和印楝；2、联合国粮农组织向全世界推荐了12种生物杀虫剂，其中有几种是除虫菊素（pyrethrins）或拟除虫菊素类化合物。3、中国农业部于2000年3月发布的绿色食品农药使用准则中允许在A级、AA级绿色食品使用的杀虫剂中，除虫菊素位列第一。,前言,除虫菊的栽培和应用历史,除虫菊(PyrethrumcinerariaefoliumTrev.)又称白花除虫菊，隶属于菊科菊属，为多年生草本植物，株高约30-80厘米，顶生白色雏菊。除虫菊原产于南斯拉夫，即现在的塞尔维亚和黑山共和国一带，现世界范围广泛栽培。我国以云南省为主要种植地，且种植的菊花除虫菊素含量较高。,天然除虫菊酯（pyrethrins）作用特点及研究进展,提取与生产生产生活中的应用杀虫机理除虫菊酯的特点,除虫菊（pyrethrum）,除虫菊酯（pyrethrins）是指菊科菊属植物除虫菊(PyrethrumcinerariaefoliumTrev)花中所含有效杀虫成分的总称，它主要由6个结构极相似的化合物组成。这是迄今发现的不污染环境，对人畜等哺乳动物安全低毒，对害虫蚊蝇等迅速击倒而不易产生抗药性的高效天然杀虫剂。,天然除虫菊酯国内外的研究现状与进展,除虫菊酯的提取与生产在生产生活中的应用开发杀虫机理的研究除虫菊酯的特点,CO2超临界提取技术应用在除虫菊产业化规模化生产中，并研制出了一批用于产业化的除虫菊酯标准品、原药产品标准品。红河森菊生物有限公司使用的就是CO2超临界提取技术。,天然除虫菊酯的提取与生产,物理性质：易溶于乙醇、甲醇、石油醚主要杀虫成分：除虫菊酯、,瓜菊酯、,茉莉菊酯、主要杂质：油脂、色素（蒲公英素等）。稳定剂（抗氧化剂）：BHT,2,6-二叔丁基对甲酚、丹宁酸（鞣酸）和对苯二酚。增效剂：增效醚（piperonylbutoxide,PBO）等。,天然除虫菊酯的提取与生产,根据不同的化学结构和中毒症状，除虫菊酯类杀虫剂可分为两型：,型主要包括天然除虫菊酯和结构上不含-氰基的合成拟除虫菊酯，如氯菊酯（permethrin)；中毒症状为颤抖（T-综合症）型为结构上含有-氰基的合成拟除虫菊酯，如溴氰菊酯（deltamethrin)；中毒症状为骚动和大量分泌唾液（CS-综合症）,除虫菊酯进入蝗虫体内的主要途径分析：根据药剂进入体内途径的不同，大概可以分为3类：（1）表皮，听器，节间膜点滴法（2）气门熏蒸法（3）口腔叶片夹毒法,杀虫机理研究,除虫菊酯属于神经毒剂，目前认为其毒理机制是直接与神经膜上钠通道作用而产生毒性，同时可能作用于钙通道、氯通道以及钾通道等电压敏感性的通道。不但对周围神经系统有作用，对中枢神经系统、甚至对感觉器官也有作用，因此，它同时具有驱避、击倒和毒杀三种不同作用。IsiahM.Warner（1999）等发现除虫菊酯、瓜菊酯、茉莉菊酯有趋避、击倒的作用,而除虫菊酯、瓜菊酯、茉莉菊酯具有致死作用。并且最主要的杀虫成分是除虫菊酯、。,一般认为，药剂通常是通过表皮接触进入，因此，先受到影响的是感觉器官及感觉神经元。由于除虫菊素作用于钠离子通道，引起神经细胞的重复后放释放钠离子，即使钠离子持续进入神经细胞，最终导致害虫麻痹、死亡。HannaThti(2000)研究得出除虫菊酯和增效剂在体外有抑制ATPase活性的作用。,杀虫机理研究,钠离子通道：钠离子通道是神经细胞上控制钠离子进入细胞膜的一个重要结构，在没有刺激时是关闭的，当一个刺激给予一个冲动或轴突传导一个信息时，钠离子通道开，大量钠离子进入细胞内。钠离子通道通过允许钠离子进入细胞内而达到传递神经冲动的作用。,*药剂表皮接触感觉器官及感觉神经元*膜外Na+钠离子通道细胞给予一个刺激*轴突传导一个信息,钠离子通道关闭,钠离子通道开放,大量钠离子进入细胞内,传递神经冲动,害虫麻痹、死亡,神经细胞重复后放,除,道,虫,菊,素,作,用,于,钠,离,子,通,除虫菊酯对其它通道的影响,此外，GABA通道和钾通道也可能是除虫菊酯作用的靶标。电压门控性氯通道也会受到型除虫菊酯的抑制(ForshawandRay,1990;Forshawetal.,1988)，氯通道是一种抑制型通道，因此，抑制氯通道会加强钠通道的作用效果。溴氰菊酯加快电压依赖型IA和IK钾通道的激活，但是对失活过程没有影响（曹军，2002）。,喷洒实验,对害虫喷洒实验表明，东亚飞蝗成虫在被喷洒5乳油后大约30分钟内紧张的活动表现为乱爬乱动，之后活动节律减弱，再过一个小时开始死亡。这与其作用于钠离子通道，引起神经细胞的重复后放，最终导致害虫麻痹、死亡的理论解释是一致的。,0.5%除虫菊酯喷洒试验记录,日期：2005-11-18材料：蝗虫幼虫（蝗蝻）试虫数：2017：24喷药17：26击倒2只17：28击倒12只（死亡2只）17：30击倒15只（死亡3只）17：32击倒19只（死亡3只）17：34击倒20只（死亡3只）17：55死亡7只19：25死亡19只19：50死亡20只观察现象：迅速击倒，击倒之后有抽搐和排便现象（20只试虫有9只排便），但是无明显的骚动现象。抽搐时间可长达2小时。,除虫菊酯杀虫剂的特点,植物性、纯天然、可持续生产、无污染残留除虫菊酯是从菊科菊属植物的花中抽提出来的，因此是植物性天然杀虫剂，加之在处理和生产过程中，使用的稳定剂（抗氧化剂）、增效剂和其他辅助成份都是源于植物的天然产物，所以最终产品是植物性纯天然的。除虫菊酯、稳定剂（抗氧化剂）、增效剂和其他辅助成份都是从植物中提取的，可以不断的、持续的生产，不会发生因为资源用尽而原料供应不上的问题，所以是可持续生产的。除虫菊酯在自然环境中不稳定，可迅速分解为水和二氧化碳，不残留任何有毒物质，不污染食品和环境。通过控制稳定剂的数量比例就可以达到调配除虫菊酯分解速率的目的。,对害虫广谱性,根据田间实验和观察，除虫菊酯可用于防治卫生害虫和农业害虫；不仅可作用于危害植物地上部分的害虫，还可作用于根部害虫；对农业害虫不仅具有击倒、杀死的作用，还有驱避的作用，在施用过除虫菊酯的田块、环境，昆虫就很少光临。此外，除虫菊酯还可以作用于不同环境的昆虫，如草地、水田、旱地和温室大棚等。由于除虫菊酯可以做成不同的产品，所以既适用于大面积的农田和果园，也适用于小面积的菜地和花园。据不完全统计，除虫菊酯可作用于14个目的昆虫和螨类（表1）。,除虫菊酯控制的害虫类群,对哺乳动物低毒,哺乳动物体内存在能将天然除虫菊酯分解的酶，因此，除虫菊酯在哺乳动物体内不会蓄积残留，也不会致畸、致癌、致突变等。除虫菊酯对昆虫的毒性比对哺乳动物的毒性大得多，乃是因为它对昆虫和哺乳动物的乙酰胆碱受体nAChR作用位点不同。,不易产生抗性,除虫菊酯主要是由六种成份组成，各种成份都有着不同的作用，如除虫菊酯是击倒和驱避的作用，除虫菊酯是致死的作用。六种成份的作用协同起来就形成非常复杂的杀虫机理，使害虫不容易产生抗性。事实上直到现在都还没有对除虫菊酯产生抗性的害虫的相关报道。,化合物R1R2除虫菊酯CH3CH=CH238除虫菊酯COOCH3CH=CH230瓜叶菊酯CH3CH39瓜叶菊酯COOCH3CH313茉莉菊酯CH3CH2CH35茉莉菊酯COOCH3CH2CH35,产品的多样性,原料类：25%、50%、70%的天然除虫菊素原油、除虫菊干花、干花粉和花渣，可用于加工制作各种杀虫产品，用于农业、畜牧业、家居卫生等领域。产品已销往日本、东南亚国家和南美诸国。,产品的多样性,终端产品（“云菊”牌农用除虫菊杀虫剂）：主要有5%除虫菊乳油、5%水乳剂、1.5%可湿性粉剂等。5%除虫菊素乳油是我国第一个获得登记的有机天然除虫菊农药制剂，也是我国极少数“微毒”农药产品之一，作为新型的植物源杀虫剂，对多种农林害虫，如蚜虫、叶蝉、蓟马、白粉虱、果蝇、甲虫以及夜蛾、棉铃虫等多种鳞翅目幼虫都有很好的防治效果。5%天然除虫菊素水乳剂对棉蚜、菜青虫等有很好的药效。0.5%除虫菊乳油对东亚飞蝗的蝗蝻有很好的杀虫作用。,生产生活中的应用开发,农林牧业生产：制成水乳剂、粉剂或其它剂型农药，可用来灭杀蚜虫、飞虱、螟虫、毛虫、小菜蛾、菜青虫、红蜘蛛、介壳虫、棉铃虫、黑尾叶蝉茶小绿叶蝉等害虫,用于蔬菜、茶叶、水果、花卉、烟草等作物的害虫防治。,水乳剂,粉剂,此外天津一家公司研制出驱虫蚊帐，即在蚊帐表面涂敷有除虫菊酯的药膜，当蚊虫附着在蚊帐表面时，药物通过蚊虫的腿进入体内，导致腿与身体的分离。此后，蚊虫将无法飞行，着落和叮咬。,生产生活中的应用开发,中英文除虫菊相关名词,除虫菊酯（素）（pyrethrins）这一名词用来指从除虫菊花中提取出来的天然杀虫活性成分。拟除虫菊酯（pyrethriods）则指的是人工合成的类似化合物。而pyrethrum一词则指涵盖以上两类物质的总称即“除虫菊类杀虫剂”，在英语中也指除虫菊这种植物及其花。,谢谢！,中国科学院昆明动物研究所红河森菊生物有限公司,电压敏感性钠通道Voltage-sensitiveSodiumChannels,钠通道是拟除虫菊酯类杀虫剂的主要作用靶标，且拟除虫菊酯主要作用于钠通道亚基的S6片断上的位点（Wangetal.,2001;WangangWang,2003;Narahashi,1992,2002)哺乳动物神经元钠通道在相当于昆虫钠通道super-kdr位置上的氨基酸残基是异亮氨酸而不是蛋氨酸，当用蛋氨酸取代野生大鼠的钠通道的异亮氨酸时可使其对溴氰菊酯的敏感性增加100倍（Vaisetal.,2001)。这也许解释了为什么拟除虫菊酯类杀虫剂对哺乳动物毒性较低，而对昆虫有强烈的毒杀作用。,Narahashi研究小组用膜片钳技术证实拟除虫菊酯引起神经兴奋性毒性是因为延迟神经细胞钠通道结构部位的（位于钠通道内外两侧之间的疏水性区域），延迟钠通道的失活过程，产生持久的活化，导致重复后放（Narahashi,1992,1996,2002;Narahashi,etal.,1998),在一次长去极化波长作用下，当膜去极化到-50mv时，100nmol/L氯菊酯(型)即可造成通道大量开放；当膜复极化到-130mv时，通道尚未关闭，尾电流衰变缓慢（Warmaketal.,1997）,可见型菊酯对钠通道作用是一个单一刺激，即诱发暴发放电（burst）。而溴氰菊酯（型）则不是如此，在一次长去极化波长作用下，溴氰菊酯对通道没有影响；但在多次短去极化波长作用下，10nmol/L溴氰菊酯即可完全修饰通道，随着溴氰菊酯修饰的通道增加，被修饰通道的失活速率显著减慢，尾电流衰变也减慢(Vaisetal.,2000a)。,Salgado等(1983)研究表明，I型拟除虫菊酯类杀虫剂通过对负后电位的加强引起重复后放，型拟除虫菊酯类杀虫剂则引起微小兴奋性突触后电位的提高，表明神经末端的去极化是其毒杀作用的重要机制。两型拟除虫菊酯在电生理学上对钠通道的影响是有一定差异的，但总的结果主要是影响钠离子通道的激活与失活动力学，表现为通道开放延长，以致在去极化过程中全细胞钠流延长，以至于复极化尾钠流显著减慢，从而造成神经兴奋性的传导障碍，出现中毒症状(Narahashi，1996)。,作用位点研究,通过研究抗性机理，间接证实S6L1014F(Soderlundetal.,2001)、S6V410M(Heetal.,1999)和S6F1550I(Pittendrighetal.,1997;Martinetal.,2000)可能参与了拟除虫菊酯受体位点的形成。,Tovoltage-sensitivecalciumchannel(VSCC),Voltage-sensitiveionchannelsuperfamilyincludesthevoltage-sensitivesodium,calcium,chlorideandpotassiumchannels.ItisgenerallyacceptedthatVSSCistheprimaryactionsiteofthesecompounds(Narahashi,1992,2002).However,ithasbeenhypothesizedrecentlythatthereareadditional,toxiclolgicallyrelevant,cellulartargetsofsomepyrethroidcompounds,includingvoltage-sensitivecalcium(Ca+)channels(Soderlundetal.,2002).,VSCCsareimportanttoneuronalfunctionduringdevelopmentandforneurotransmitterrelease,geneexpression,andelectricalexcitabilityinthenervoussystem.VSCCsareheteromericproteincomplexesconsistingofthe1，2andinsomecasessubunit.The1subunitformstheporeofthechannel,allowingCa2+ionstopassfromonesideoftheplasmamembranetotheother.ItalsocontainsthemajordeterminantsforfunctionalandpharmacologicalpropertiesofVSCCchannels.Thesubunitmodulatesthefunctionalcharacteristicsandmembraneexpressionof1subunits.,Sixkindsofsubtypes(L,N,P,Q,R,andT)ofVSCCshavebeenseparatedaccordingtotheirdifferentpharmacologicalandfunctionalcharacteristics.Thesixdifferentchanneltypesfallintotwomajorcategories:Low-Voltage-activated(LVA)andHigh-Voltage-activated(HVA).Duringdevelopmentofthenervoussystem,N-(Jonesetal.,1997)andL-(Dreanetal.,1995)typeVSCCareexpressedearlyandplaycriticalrolesinmigrationofcerebellargranulecells,geneactivation.P-typeVSCCisanimportantroleinsynaptictransmissioninadultanimals(Iwasakietal.,1995).,Thephenylalkylaminesanddihydropyridines,whichantonL-typeVSCCinheartandsmoothmuscle,arewidelyutilizedtotreatcardiovasculardisordersincludinghypertension.N-,P-,Q-,andR-typeVSCChavebeenassociatedwithreleaseofsocalled“fastneurotransmitters”fromsynapsesintheneocotrtex,hippocampus,cerebellum,neuromuscularjunction,andsomeperipheralautonomiceffentors.,OneimportantfunctionofL-typeVSCCistomediateCa2+entrywhichisassociatedwithactivationofsecondmessengerpathwaysandlinkedtoactivationofgeneexpression(Mermelsteinetal.,2000).CurrentsmediatedbyT-typeVSCCsareinvolvedinpacemakeractivityandburstfiring,oscillatorybehaviorinthalamicneurons,generationofCa2+-mediatedactionpotential(Perez-Reyes,2003).,EvidencesuggestingthatVSCCmaybetargetsofpyrethroids,Ingeneral,thedatacomefromthreedifferenttypesofexperiments:(1)electrophysiologicaldatafrommammaliancells,(2)1)electrophysiologicaldatafromnonmammaliancells,(3)datafromsynaptosomalpreparations.,mammals,FourstudieshavereportedthatL-andT-typeVSCCwereinhibitedbytetramethrininneruoblastoma（Tsunooetal.,1985;Yoshiietal.,1985),cardiacsinoatrialnode(窦房结）（Hagiwaraetal.,1988),orsmoothmusclecells(SomeyaandYoshino,1990).,Dataneed,Lackofdefinedconcentration-responserelationships,withsomeeffectsobservedonlyatrelativelyhighconcentrationsTheuseofindirectmeasuresofVSCCfunctionDatafromstudiesthathavenotbeenpeer-reviewedTheneedforreplicationofsomeeffects,Insects,DeltamethrinshiftedtheactivationofanLVA-typecurrentinhousefly(M.domestica)neuronstomorehyperpolarizedpotentials(Duceetal.,1999).Nanomolarconcentrations(1nM)ofdeltamethrinprolongedCa2+-mediatedactionpotentialsanddepolarizedthemembranesofastrainofparamecium(P.tetraurelia),whichlacksvoltage-gatedsodiumchannels(Symingtonetal.,1999).,Ingeneral,invertebrateVSCCdonotfitintothegeneralclassificationschemeutilizedforvertebrateVSCCanddonotpossessthesamepharmacologicalprofileasvertebrateVSCC(forreview,seeWicheretal.,2001).DatafrominvertebratepreparationsalsosuggestthatCa2+channeslinthesepreparationsaresensitivetopyrethroids,butthehomologyoftheseinvertebratechannelstomammalianchannelsisunclear.Presently,thedatadonotprovideconclusiveevidencethatneuronalVSCCaretargetsofpyrethroids.However,thehypothesiscannotbedismissedbecauseofthecurrentinformationeither.,除虫菊酯对其它通道的影响,此外，GABA通道和钾通道也可能是除虫菊酯作用的靶标。电压门控性氯通道也会受到型除虫菊酯的抑制(ForshawandRay,1990;Forshawetal.,1988)，氯通道是一种抑制型通道，因此，抑制氯通道会加强钠通道的作用效果。溴氰菊酯加快电压依赖型IA和IK钾通道的激活，但是对失活过程没有影响（曹军，2002）。,我的工作,1、观察稳定剂、纯除虫菊酯和加稳定剂的除虫菊酯作用于蝗虫之后的中毒症状。2、做稳定剂对蝗虫的作用（钠、钾通道）可能性：1、有激活作用2、有抑制作用3、没有作用3、研究除虫菊酯对蝗虫的作用方式（钠、钾、钙、氯通道）4、看除虫菊酯对蝗虫、棉铃虫、甜菜夜蛾、茶黄毒蛾等害虫的作用（中毒症状观察），选择其中有特殊中毒症状的种类做生理学研究,时间安排（大概）,2005年12月1日之前写完综述2006年2月1日之前完成除虫菊酯对昆虫作用机理的相关章节的写作2006年6月之前基本掌握膜片钳技术，并且弄清稳定剂对蝗虫的作用2006年12月之前弄清除虫菊酯对蝗虫的作用机理2006年12月以后工作：观察比较蝗虫、棉铃虫、茶毛虫、甜菜夜蛾等常见农业害虫经除虫菊酯作用后的中毒症状，找出有特殊中毒症状的种类，做它的药理学机制。,对蝗虫的产品,原油对蝗虫有特殊效果，在施用后分钟即可看到蝗虫死,应用前景及展望,经济价值科研价值药理作用的研究抗菌作用的研究抗病毒作用的研究,药物残留及毒副作用,M.E.Zabik（2000）等对美国本地使用除虫菊酯、的苹果、梨、胡萝卜和南瓜进行药物残留分析发现：使用除虫菊酯杀虫剂后这些有机食品中无显著的药物残留。但是，还要对这些食品中生物杀虫剂残留作进一步的监测，这也是在国外有机食品的价格比较贵的原因。,药物残留及毒副作用,IrmaKakko（2003）等发现含有氰基的菊酯对哺乳动物的中枢神经系统产生神经毒性。如目前国内常用的品种有溴氧菊酯、杀灭菊酯、氯氰菊酯、二氧笨醚菊酯、甲氰菊酯等拟除虫菊酯类农药，因使用不当或污染食品而引起中毒。目前尚未发现有天然除虫菊酯对哺乳动物的毒害作用的报道,它对水生动物可能有毒害作用。,合成菊酯类的中毒症状：初期头疼、头晕、恶心、乏力、耳鸣、面部胀麻；以后有剧烈头痛、视物模糊，入睡困难或恶梦等中枢神经中毒症状。自觉四肢乏力、肌束震颤，严重者每日发作抽搐多达1030次，伴意识不清，发作间歇期间神志朦胧，精神萎靡，不思饮食。目前尚无特殊的治疗药物。,药物残留及毒副作用,国际市场1996年160-170美元/公斤1999年300美元/公斤以上现阶段,天然除虫菊酯的消费国为美国、日本、英国及欧共体国家,消费需求呈逐年攀升势头,现在这些国家主要从肯尼亚和澳大利亚进口。自一九九八年以来,如大日本除虫菊株式会社、日本住友化工、美国庄臣公司及许多外贸公司均向我国提出订货要求,且每家的订货量均较大。,经济价值,经济价值,国内市场基本处于空白状态,仅有几家蚊香厂将除虫菊植株用来做蚊香,另有个别的公司从国外进口天然除虫菊家庭喷雾剂在国内销售,价格昂贵。红河森菊生物有限公司生产有粉剂、乳剂和蚊香等产品。随着我国人民消费水平的不断提高及对自身健康意识的增强,没有农药残留的果蔬、粮食以及没有毒副作用的安全家用卫生杀虫剂等产品的市场会越来越广,这就为我国的除虫菊产业发展提供了良好机遇。,科学研究展望,药理作用的研究对蝗虫作用的研究由于蝗虫对我国的农业生产和生态造成很大的灾害，并且针对蝗虫的体壁较其它昆虫的体壁厚不易吸收药剂的特点，我们实验室（中科院昆明动物研究所昆虫学组）与红河森菊生物有限公司合作开展了研究除虫菊酯用于蝗灾治理的研究。,科学研究展望,药理作用的研究杀虫机理的进一步研究对于除虫菊酯杀虫分子机理还有待于进一步的研究，因为除了钠离子通道，它还可能作用于氯离子通道等其它的分子靶标。另外，除了触殺作用外，我们也要研究是否有胃毒作用和其它作用。只有阐明了除虫菊酯杀虫的分子机理这一问题，才能大量长期使用除虫菊酯作为杀虫剂用于农业生产。,科学研究展望,抗菌作用的研究国内外在植物抗菌试验中应用最多的抗菌药是除虫菊酯，特别是用于由真菌引起的人类及动物的皮肤病，但药效有限。因而，找到除虫菊酯中抗菌的活性成分提高药效，也是除虫菊酯科研工作的一个课题。,科学研究展望,抗病毒作用的研究除虫菊酯中的一种成分蒲公英素（Taraxacin）在除虫菊花的提取物中含量较高，并且具有抗单纯疱疹病毒等病毒以及增强机体免疫力的作用。近几年来，禽流感正在对世界的禽类养殖和人类的生命安全造成巨大的威胁。因而，我们中科院昆明动物所拟将开展蒲公英素对禽流感病毒的抗病毒研究。,1999年世界绿色食品销售额为215亿美元，2001年达到240亿美元。世界绿色食品生产每年以550的速度增长。世界最大的绿色食品市场是美国、欧盟和日本，最大的绿色农产品生产国是加拿大和美国，各有种植面积200万公顷，其次是澳大利亚，种植面积为170万公顷。,世界绿色食品现状,绿色食品在巴西,199