农药化学

农药：用于防治、消灭或控制危害农业、林业的病、虫、草和其他有害生物，有目的地调节植物及昆虫生长的化学合成，或者来源于生物、其他天然的一种化合物或者几种化合物的混合物及其制剂。,农药分类：生物农药、化学农药,农药,化学农药,化学物质,生物农药,按活性物分,化学合成物,植物农药,抗生素农药,昆虫信息素,微生物活体农药,害虫天敌,转基因作物,生物农药,化学农药,农药,按来源分,化学物质,生物源,生物,农业有害生物,世界： 昆虫： 80万种 ，危害植物的1万 种； 植物致病微生物 ：810 万种； 线虫： 1.5万种，危害植物的2.53千种； 杂草： 8千种，影响作物产量的1800种； 鼠类： 2800种 中国： 农业有害生物1648种： 害虫 838种 病害 724种 杂草 64种 害鼠 22种,农业、农业有害生物与农药,昆 虫,线 虫,食用,寄生,微生物,杂草,食用,寄生,竞争养分,鼠 类,调控生长,植物保护剂,植物生长调节剂,农药,作物,人 类,动 物,食用,食用,1845-1851年爱尔兰的大饥荒 马铃薯晚疫病大发生,造成百万爱尔兰人死 亡或逃离爱尔兰中国的蝗灾 从公元前707年到1949年发生800余次; 1920，1927，1929，1933，1938大发生； 新中国对治蝗工作十分重视，但蝗蝻情况不 断见诸报端，2003年发生面积逾亿亩。1992年中国棉铃虫大发生 全国棉花减产1/3； 山东棉花减产近50%，损失42亿元。,历史上的重大病虫灾害,收获前的产量损失: 据FAO估计约占世界农业产量的1/3: 虫害 14%；病害 10%；草害 11%。 发展中国家的损失大于发达国家 收获后的(估计)损失: 粮食： 1015%; 水果、蔬菜更大些。,有害生物造成的经济损失,农业有害生物的防治方法,人工防治：以人工捕虫、拔草；物理机械防治： 以物理或机械方法捕虫、拔草 如用锄除草,用黑光灯诱虫农业防治: 利用农业技术措施，包括抗病、 虫育种，轮作，间作等防治农业有害生物生物防治: 利用害虫的天敌及各种微生物活体制剂防治农业有害生物化学防治: 利用各种化学物质，包括天然的、人工合成及微生物发酵合成的化学物质防治农业有害生物 综合防治:（IPM）,复杂的斗争 保护对象多：种植的作物多； 防治对象多：每种作物都有多种病、虫、草害； 保护与防治对象均为生物：防治方法要有选择性 永无休止的斗争 农业有害生物的个体小、繁殖力强、适应能力强、易发生变异。 进攻与防御，制约与反制约，永无休止的斗争。 人类必须不断地研究新的防治策略与方法。,人类与农业有害生物斗争的性质,* 农药是动态发展的,为了适应农业发展的需要 和环境的要求，人们不断地利用科学技术的 新成就，创制新品种取代老品种；* 创新是农药发展的动力源泉；* 现代农药在环境相容性方面已有了长足发展，目前还没有生物农药取代化学农药的有力依据；* 环境相容性好的绿色化学农药是现代农药发展的主流；* 必须善待农药，用其利、抑起其弊！,农药发展的历程,利用天然物时期 1862,无机农药时期 18621940,有机农药时期 19401970,现代有机农药时期 1970,创制新化合物作农药,利用已知物质作农药,世界农药销售额（亿美元）： 1949年 2.9 ，1970年27 ， 2000年 278，2009年450,农业-农药二极关系时期,农业-农药-环境三极关系时期,有机农药的出现奠定了农药工业的基础,农业-农药-环境,农业-农药二极关系 农业促进农药发展 农药促进农业发展农业-农药-环境三极关系 农业与农药都受到环境的制约 农药管理 上市前农药登记 上市后市场监督;*农药管理的发展： 药效管理质量管理毒性环境管理,有机农药时期,药 剂 背 景 DDT（1936） 现代农业机 石油工业六六六（1945） 械化生产 兴起有机磷（约1947） 兴起 有机化学代森锌（1945） 绿色革命 的发展2，4-D（1942） 兴起杀鼠灵（1942） 结 果 农药在农业中广泛、大量应用；竞相开发，有机农药品种涌现； 有机农药取代无机农药 有机农药时期,现代有机农药时期,药 剂 背 景拟除虫菊酯,1964 农 业 苯甲酰脲,1971; 绿色革命肯定了农药的贡献阿维菌素,1971 ; 环 境粉锈灵,1973; “寂静的春天”氯磺隆,1973 ; EPA (1970)组建芸台素内酯,1971; 加强了对农药的管理 第二代抗凝 血剂 化 学 化 工 （1976） ; 新合成和生产技术在农 药研发中的应用 结 果 农药进入现代有机农药时期 农业-农药-环境三极关系,现代有机农药的特征,特征: 三新一高一低一好。 三新: 功能新颖 作用机制新颖 化学结构新 一高：高活性（亩用量10g) 一低: 低毒 一好: 环境相容性好 未来农药的特征 三新一高一低一好,结构、功能、作用机制多样化,化学结构 杂环化合物多、氟化物多、 光学活性化合物多；功 能 昆虫生长调节剂、植物抗病 诱导剂、除草剂安全剂；作用机制 GABA、黑色素抑制剂、麦角 甾醇抑制剂、ALS抑制剂、 HPPD抑制剂、EPSP抑制剂；结果：化学结构-创制农药提供了空间； 功能-农药应用拓宽了领域； 作用机制-抗性治理提供了手段；,农药的负面影响,活性化合物：毒性、不易分解等。生 产 过 程：三废，原药中的杂质， 加工中的助剂等。使 用：非科学使用，违规使用,伤及农业有害生物,靶标作物,无害分解物,大气 水体 土壤,在收获物上的残留,人、畜,使用,农药,非靶标作物:后茬作物周边作物,非把标生物：鱼、虾等水生生物鸟、禽等野生生物益虫、微生物,农药: 全球减少30-35%作物损失，挽回3000亿 美元/年。,农药的重要性及安全性,农药在非农业领域作用：森林保护、草坪整理；蚊蟑鼠蚁霉人类疫病媒介控制；细菌病毒战媒介控制,停用化学农药：在中国，这意味着将有 3.5 亿人挨饿。水果将减产 78 ，蔬菜减产 54 ，谷物减产 32 。- L. Cooping(英),传统农药：土地、资源、食品严重污染,寂静的春天会来吗？,1960s化学农药毒性高度重视1990s中国的棉铃虫抗性危害,新型化学农药安全性LD50 (rats),沙海葵毒素 0.05g/kg蓖麻毒 10.0 g/kgKCN 10.0 mg/kg甲拌磷 3.7 mg/kg (牙膏) 250.0 mg/kg磺酰脲除草剂 5000.0 mg/kg醚菊酯杀虫剂 20000.0mg/kg昆虫生长调节剂 5000.0 mg/kg,2000底全世界生物农药平均仅为1-3,中国为2% 1992巴西里约世界环发大会预言生物农药上世纪末替代化学农药（占使用面积60),化学农药占主导，其它替代技术尚待发展(至少21世纪上叶，即50年内)-美国国家研究会(NRC)、德国生物研究所(BBA),转基因作物需要化学农药：1.种属危害交替态势改变; 2.抗性问题； 3. 转基因作物与农药协同(草甘膦),化学农药的发展空间,关键问题：绿色化学农药-超高效低用量、安全无公害、环境生态友好-危害源头控制,WTO后，我国，特别是我市农药工业面临十分严峻的挑战！,世界农药总销售额(绝大多数为化学农药),中国农药世界地位：产量第二 应用面积第二 销售额仅占8%。,中国农药结构,黑名单,高毒,其它,仿制,创制,中国农药现状,农产品出口损失、生态环境污染、食品安全、卫生防疫影响,多学科集成：化学、生物、环境毒理学、农学、计算机、分子生物学、生态学,限制条件多：靶标详细结构未知。活性、毒性、稳定性(风吹日晒雨淋)、环境残留、生物多样性、生态影响。医药：靶标结构已知(酶、蛋白质)。活性、毒性,候选物,先导结构,化合物筛选,新农药,1-2亿美元，10年,药效验证,毒性-代谢-残留,田间试验,化合物1/80000,农药研究周期及特点,周期长、投入大、效率低 (传统研究策略)：,杀生 - 调控低效 -超高效高毒高残留 - 无公害,化学农药正经历重大转变,20000-100克/亩毒性 10-500mg/Kg 1/1000,100-50克/亩毒性 500-1000mg/Kg 1/10000,5000 mg/Kg 1/80000,广泛性 -选择性高抗性 -低抗性污染 - 环境生态友好,转变,有机氯、磷，氨基甲酸酯灭生,菊酯, 酰胺，苯氧酸等,杂环与含氟衍生物,昆虫神经毒杀、激素除草、需光除草,昆虫生长调控、植物酶抑制、植物免疫激活,1940s1960s 1970s-1990s 1990s-,不同年代药效、毒性、成功率、结构、特征的变迁,基因组学及蛋白组学计算机辅助及化学信息学高通量活体快速筛选合成化学、组合化学,国际研究策略变化,增加经靶标到先导,探索新靶标,先导结构,农药品种,化学,生物活性,菌 植物昆虫,优化新先导,经化学到先导,重要趋势,农药面临的挑战与机遇,挑 战外部 农药功过的争议： 生物农药取代化学 减少化学农药的使用内部 创制新农药面临困难,农药功过的争议,传统农业与生态农业之争 争议焦点 化 肥 与 农 药 传统农业： 对农业生产的贡献杰出 生态农业： 破坏生态环境的罪魁首 对农药的方针： 研究新的防治方法 生物农药取代化学农药 减少化学农药的用量 创制新农药 科学使用农药,生物化学取代化学农药,1992年世界环发大会 号召: 2000年生物农药占农药60%。 结果: 1998年世界农药销售额320亿美元 生物农药3.5(10)亿美元。号召失败的原因: 指标缺乏科学依据； 生物农药的商品属性存在问题。 未来2030年化学农药仍占主导地位。,创制新农药的有利条件,创制新农药已创制新农药是多学科的集成，现代科学技术为创制新农药提供了有利的技术条件，包括： 化学技术； 生物技术； 信息技术。积累了丰富的经验,农药展望,农药已对农业作出了重要贡献并将继续对21世纪的农业有所贡献农药必须不断创新21世纪农业需要环境相容好的绿色农药农药只是一种农业生产的工具，对它必须善待，用其利、抑其弊 ！,近代杀虫剂的研究进展,“杀死” -“调节”“生物合理杀虫剂”（Biorational insecticides），即对害虫高效，对环境、对非靶标生物安全的杀虫剂。杀虫剂的发展经过了下列几个阶段：低效（无机农药，如砷制剂、汞制剂）；安全低效（天然杀虫剂，持效期短，对环境安全，但有些品种对哺乳动物高毒）；高效高残留（有机氯杀虫剂，高残留，不易代谢）；高效低残留（有机磷、氨基甲酸酯杀虫剂，在环境中易代谢降解，但对大多数哺乳动物有高的急性毒性）；高效低毒低残留（大多为类天然产物杀虫剂，如类除虫菊酯、类烟碱杀虫剂等，以及一些偶然合成筛选出的与天然产物作用机制相同的杀虫剂）；高效高选择性低毒低残留（昆虫生长调节剂，不但对哺乳动物安全，对天敌亦有选择性)。可见，随着人们对环境保护的重视程度的加强以及昆虫抗药性的发展，都一直需求不断更新杀虫剂品种。,常见的几个专业术语：,LD50（半致死剂量）：随机选取一批指定的实验动物，用特定的方法，在确定的条件下，求取杀死一半供试动物时所需的药剂量。用毫克/公斤(mg/kg)表示。LC50（半致死浓度）：杀死一半供试动物时所需的药剂浓度。用毫克/立方米(mg/m3)表示。IC50(抑制中浓度)：抑制一半供试动物时所需的药剂浓度。用毫克/立方米(mg/m3)表示。ADI（每日允许摄入量）：将动物实验终身