第8章生物农药的创制

1、2021-12-221第八章、生物农药的创制 2021-12-222第一节、生物农药的创制思路o一、21世纪新农药的特点环境相容性好环境相容性好活性高活性高安全性好安全性好市场潜力大市场潜力大2021-12-223第一节、生物农药的创制思路o二、生物新农药创制的现状和发展趋势二、生物新农药创制的现状和发展趋势o生物农药的创制成功率较高，筛选化学农药生物农药的创制成功率较高，筛选化学农药的成功率为的成功率为1/20000，而生物农药的成功，而生物农药的成功率是率是1/5000，同时化学农药的开发周期，同时化学农药的开发周期是生物农药的是生物农药的3倍，开发费用是生物农药的倍，开发费用是生物农药的

2、40倍，注册费用是生物农药的倍，注册费用是生物农药的100倍，因倍，因此化学农药的创制需要更厚实的经济基础主此化学农药的创制需要更厚实的经济基础主更强大的科研实力。更强大的科研实力。2021-12-224国外生物农药发展现状o国际上农用抗生素的研究与开发方面具有影响的国际上农用抗生素的研究与开发方面具有影响的研究机构有研究机构有5 家，他们是美国的默克公司和诺华家，他们是美国的默克公司和诺华公司，日本的明治制药、北里研究所和理化学研公司，日本的明治制药、北里研究所和理化学研究所究所 。o我国的井冈霉素与日本的多抗霉素是目前开发最我国的井冈霉素与日本的多抗霉素是目前开发最为成功的两大农用杀菌抗生

3、素，其生产菌种都是为成功的两大农用杀菌抗生素，其生产菌种都是链霉菌链霉菌 。o目前大北农集团旗下的北京绿色农华植保科技有目前大北农集团旗下的北京绿色农华植保科技有限公司研发的多抗霉素其生产技术及生产成本与限公司研发的多抗霉素其生产技术及生产成本与井冈霉素相当，与井冈霉素相当，与 日本的多抗霉素不相上下日本的多抗霉素不相上下 ，达到了国际先进水平达到了国际先进水平 ，而国内其他厂家，而国内其他厂家 的生产的生产水平则差距甚远。水平则差距甚远。2021-12-2252021-12-2262021-12-2272021-12-228产品名称：多抗霉素o【产品特点】：本品属于农用抗菌类杀菌剂，有较【产

4、品特点】：本品属于农用抗菌类杀菌剂，有较强的内吸性，具有预防和治疗作用，其治疗效果较强的内吸性，具有预防和治疗作用，其治疗效果较好。该药主要干扰氨基酸的代谢酯酶系统，从而影好。该药主要干扰氨基酸的代谢酯酶系统，从而影响蛋白质的合成，抑制菌丝伸长和造成细胞颗粒化，响蛋白质的合成，抑制菌丝伸长和造成细胞颗粒化，但对孢子萌发无影响。其渗透性强并能在植物体内但对孢子萌发无影响。其渗透性强并能在植物体内移行，喷药后见效快，耐雨水冲刷，持效期较长。移行，喷药后见效快，耐雨水冲刷，持效期较长。能有效防治瓜果、蔬菜及其他作物的真菌性病害，能有效防治瓜果、蔬菜及其他作物的真菌性病害，广泛用于水稻、小麦、瓜果蔬菜

5、及草坪花卉的病害广泛用于水稻、小麦、瓜果蔬菜及草坪花卉的病害防治。防治。2021-12-229国内生物农药发展现状o中国是一个农药大国，农药用量很大。但国产农药中国是一个农药大国，农药用量很大。但国产农药的品种主要是国外研发、专利期已过的品种，自主的品种主要是国外研发、专利期已过的品种，自主创制的品种数量有限，国内常年生产和使用的农药创制的品种数量有限，国内常年生产和使用的农药品种中完全具有知识产权的农药品种主要是生物农品种中完全具有知识产权的农药品种主要是生物农药。药。o我国是农用抗生素研究与生产我国是农用抗生素研究与生产 的大国，在某些领的大国，在某些领域域 ( 如井冈霉素及赤霉素如井冈霉

6、素及赤霉素 )处于国际领先水平处于国际领先水平 。我国农用抗生素的研究始于上世纪我国农用抗生素的研究始于上世纪5 0 年代年代 ，以，以筛选杀菌抗生素和植物生长调节剂为主。经过近半筛选杀菌抗生素和植物生长调节剂为主。经过近半个世纪的研究与发展个世纪的研究与发展 目前我国生物农药生产厂目前我国生物农药生产厂家达到家达到4 0 0 多家多家 登记品种登记品种1 4 0 多个多个 。2021-12-2210国内生物农药发展现状o其中，农用抗生素井冈霉素、阿维菌素其中，农用抗生素井冈霉素、阿维菌素 、赤、赤霉素以及苏云金杆菌霉素以及苏云金杆菌 ( B t )已成为我国生物农药已成为我国生物农药产业中的

7、拳头和领军品种产业中的拳头和领军品种 。农用链霉素。农用链霉素 、农抗、农抗 1 2 0、苦参碱、苦参碱 、多抗霉素和中生菌素等产业化品种、多抗霉素和中生菌素等产业化品种 已成为我国生物农药产业已成为我国生物农药产业 的中坚力量的中坚力量 ，这些品种，这些品种已占生物农药销售额已占生物农药销售额 的的9 0 左右左右 。农用抗生素。农用抗生素杀菌剂年产量可达杀菌剂年产量可达5千吨，常年应用面积达千吨，常年应用面积达1 3 3 3 2 0 0 0 万公顷万公顷 ，占到我，占到我 国农药杀菌剂的国农药杀菌剂的1 5 左右，年销售额约在左右，年销售额约在7 8 亿元。亿元。2021-12-2211近

8、年来国内农药的应用现状2021-12-2212三、大力挖掘生物农药的生物资源o1、活体生物农药资源、活体生物农药资源n细菌、真菌、病毒、线虫细菌、真菌、病毒、线虫o2、天然生物活性物质资源、天然生物活性物质资源n天然生物活性物质资源是指各种生物在生命活天然生物活性物质资源是指各种生物在生命活动过程中产生的化学物质。包括动过程中产生的化学物质。包括内源激素内源激素和和外外源激素源激素。如植物在逆环境中形成的次生代谢产。如植物在逆环境中形成的次生代谢产物，动物的毒素，微生物的多样性及在不同环物，动物的毒素，微生物的多样性及在不同环境下的变异性条件下可产生各种各样的次生代境下的变异性条件下可产生各种

9、各样的次生代谢产物。谢产物。2021-12-2213三、大力挖掘生物农药的生物资源o3、基因资源、基因资源n采用现代生物工程的手段有目的地高效表采用现代生物工程的手段有目的地高效表达达n创造新的转基因抗病虫害品种创造新的转基因抗病虫害品种n动物毒素几乎都是多肽衍生物或蛋白质，动物毒素几乎都是多肽衍生物或蛋白质，不适合直接作为杀虫剂，但适合转基因不适合直接作为杀虫剂，但适合转基因n抗菌肽能广谱杀伤细菌、部分真菌、寄生抗菌肽能广谱杀伤细菌、部分真菌、寄生虫、部分病毒以及肿瘤细胞等。虫、部分病毒以及肿瘤细胞等。2021-12-2214四、通过对生物农药的改造开发新农药o1、活体生物农药的改造、活体生

10、物农药的改造o病毒杀虫剂的重组改造很活跃，比较成熟的病毒杀虫剂的重组改造很活跃，比较成熟的病毒杀虫剂改造技术路线至少有三条：去除病毒杀虫剂改造技术路线至少有三条：去除某种非必须基因来增强杀虫效果、插入某些某种非必须基因来增强杀虫效果、插入某些昆虫选择性毒素基因提高杀虫速度、通过修昆虫选择性毒素基因提高杀虫速度、通过修饰、缺失与宿主范围相关的基因来拓宽病毒饰、缺失与宿主范围相关的基因来拓宽病毒的杀虫谱。的杀虫谱。2021-12-2215四、通过对生物农药的改造开发新农药o2、提高代谢产物的产量、提高代谢产物的产量o化学和物理诱变菌株、发酵技术的优化化学和物理诱变菌株、发酵技术的优化(采用细胞采用

11、细胞融合或基因重组等新技术选育高产的工程用菌种融合或基因重组等新技术选育高产的工程用菌种)、在生物合成机理阐明基础上的次生代谢产物的和组在生物合成机理阐明基础上的次生代谢产物的和组合生物合成改造（利用成熟的技术克隆微生物代谢合生物合成改造（利用成熟的技术克隆微生物代谢产物的生物合成基因簇，提出代谢产物的独特合成产物的生物合成基因簇，提出代谢产物的独特合成机理模型，然后通过系统性的基因敲除、突变株回机理模型，然后通过系统性的基因敲除、突变株回补、突变株产物分析、异源蛋白超量表达和体外催补、突变株产物分析、异源蛋白超量表达和体外催化对结构基因的催化特征进行详细的分析，修正生化对结构基因的催化特征进

12、行详细的分析，修正生物合成机理模型，从而获得结构和活性改变的新衍物合成机理模型，从而获得结构和活性改变的新衍生产物）生产物）2021-12-2216四、通过对生物农药的改造开发新农药o3、生物农药的复配、生物农药的复配o植物农药相互复配是今后发展的另一趋势，植物农药相互复配是今后发展的另一趋势，如印楝素和除虫菊酯（或合成除虫菊酯）的如印楝素和除虫菊酯（或合成除虫菊酯）的复配，除虫菊酯的杀虫谱宽，二者结合不仅复配，除虫菊酯的杀虫谱宽，二者结合不仅能提高药效，而且对有除虫菊酯抗性的害虫能提高药效，而且对有除虫菊酯抗性的害虫特别有效；不仅可以杀死植物害虫，还可以特别有效；不仅可以杀死植物害虫，还可以

13、防治动物体外寄生虫。防治动物体外寄生虫。2021-12-2217五、以化学和生物相结合的方法开发新农药o1、基于植物免疫机理创制新农药、基于植物免疫机理创制新农药n通过模拟体内天然信息分子功能，优化其结构，通过模拟体内天然信息分子功能，优化其结构，人工合成植物激活剂喷洒农作物，也可以诱导人工合成植物激活剂喷洒农作物，也可以诱导植物对病原菌产生广谱的抗菌活性，控制植物植物对病原菌产生广谱的抗菌活性，控制植物病害，从而有的放矢地开发生产环境相容性新病害，从而有的放矢地开发生产环境相容性新农药农药o2、生物农药的化学改造、生物农药的化学改造n可通过对有效成分及其类似化合物的半合成改可通过对有效成分及

14、其类似化合物的半合成改造开发生物农药新品种。造开发生物农药新品种。2021-12-2218五、以化学和生物相结合的方法开发新农药o3、仿生农药、仿生农药n对于植物体内含量甚微但生物活性较高且结构对于植物体内含量甚微但生物活性较高且结构相对简单能够人工合成的化合物，可采用全人相对简单能够人工合成的化合物，可采用全人工仿生合成的方式进行开发。工仿生合成的方式进行开发。n最先尝试开发的仿生农药是杀虫剂。最先尝试开发的仿生农药是杀虫剂。o4、发展化学生物学，寻找新靶标、发展化学生物学，寻找新靶标n目前，目前，95%的商品化杀虫剂的作用机制主要是的商品化杀虫剂的作用机制主要是干扰乙酰胆碱受体功能、干扰乙

15、酰胆碱受体功能、GABA受体功能、钠受体功能、钠离子通道功能、线粒体呼吸、几丁质合成这五离子通道功能、线粒体呼吸、几丁质合成这五种机制中的一种种机制中的一种 。2021-12-2219第二节、生物农药的创制过程o一、生物农药的创制的一般过程一、生物农药的创制的一般过程o首先要提取或纯化生物活性物质，分离纯培养采集首先要提取或纯化生物活性物质，分离纯培养采集的昆虫病原体标本；的昆虫病原体标本；o接着要对生物活性物质和生物体进行筛选和鉴定，接着要对生物活性物质和生物体进行筛选和鉴定，确定其药效和鉴定有效成分；确定其药效和鉴定有效成分；o其后要对产生杀虫、杀菌或除草活性物质的生物进其后要对产生杀虫、

16、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，等直接的工业化商品开发，形成天然产物农药品种，并确定其经济效益、社会效益和生态效益；并确定其经济效益、社会效益和生态效益；o最后还要完成生物农药的毒理学研究及安全性研究，最后还要完成生物农药的毒理学研究及安全性研究，并完成农药登记注册。并完成农药登记注册。2021-12-2220第二节、生物农药的创制过程o二、生物农药的筛选和鉴定二、生物农药的筛选和鉴定o1、室内筛选、室内筛选oA、离体生物测定：在有机体外，在试管内、离体生物测定：在有

17、机体外，在试管内或其它人工环境中进行生物测定的方法或其它人工环境中进行生物测定的方法n杀菌活性的离体生物测定采用抑菌圈法杀菌活性的离体生物测定采用抑菌圈法n杀虫活性的离体生物测定采用空斑测定法或杀虫活性的离体生物测定采用空斑测定法或TCID50（半数组织培养感染剂量（半数组织培养感染剂量 ）测定法，毒测定法，毒素采用素采用MTT法（或称法（或称MTT比色法）比色法）2021-12-2221第二节、生物农药的创制过程o二、生物农药的筛选和鉴定二、生物农药的筛选和鉴定o1、室内筛选、室内筛选oB、活体生物测定：是以活的生物个体为试、活体生物测定：是以活的生物个体为试验对象测定生物样品的毒效。验对象

18、测定生物样品的毒效。n一般以离体生物测定进行初筛后，然后进行活一般以离体生物测定进行初筛后，然后进行活体生物测定体生物测定n包括：杀菌活性的活体生物测定、杀虫活性的包括：杀菌活性的活体生物测定、杀虫活性的生物测定、除草活性的生物测定、植物生长调生物测定、除草活性的生物测定、植物生长调节剂的生物测定节剂的生物测定2021-12-2222二、生物农药的筛选和鉴定二、生物农药的筛选和鉴定o2、活性成分鉴定活性成分鉴定n生物农药的活性成分有二大类：一种是生物体生物农药的活性成分有二大类：一种是生物体本身，另一种是生物体产生的无生命的物质。本身，另一种是生物体产生的无生命的物质。o3、田间药效试验、田间

19、药效试验n田间药效试验是鉴定生物农药效果不可缺少的田间药效试验是鉴定生物农药效果不可缺少的一个环节。一个环节。n田间药效试验在施药后，通过对害虫、植物病田间药效试验在施药后，通过对害虫、植物病害和杂草的生长动态的观察，检测作物对药剂害和杂草的生长动态的观察，检测作物对药剂的反应，作物被为害的程度，及分析产品数量的反应，作物被为害的程度，及分析产品数量和质量，来评价生物农药的作用。和质量，来评价生物农药的作用。2021-12-2223二、生物农药的筛选和鉴定二、生物农药的筛选和鉴定o3、田间药效试验、田间药效试验n田间药效试验的程序可分为小区试验、大田间药效试验的程序可分为小区试验、大区试验、多

20、点试验和示范试验。区试验、多点试验和示范试验。n田间药效试验设计必须设对照和重复田间药效试验设计必须设对照和重复n药效检查是田间试验的关键性问题之一药效检查是田间试验的关键性问题之一n最后对田间药效试验的资料进行生物统计最后对田间药效试验的资料进行生物统计法分析法分析2021-12-2224三、生物农药的毒理学o主要从不同层次阐明农药对有机体的伤害作主要从不同层次阐明农药对有机体的伤害作用，包括：生理毒理学、分子毒理学、神经用，包括：生理毒理学、分子毒理学、神经毒理学、细胞毒理学等。毒理学、细胞毒理学等。o还有从环境角度进行研究的环境毒理学、生还有从环境角度进行研究的环境毒理学、生态毒理学、田

21、间毒理学、结构毒理学和宏观态毒理学、田间毒理学、结构毒理学和宏观毒理学毒理学o毒理学研究对于评价该农药的毒性、安全性毒理学研究对于评价该农药的毒性、安全性和有效性是十分必要的。同时毒理学提供的和有效性是十分必要的。同时毒理学提供的信息对指导新农药的设计和科学合理使用也信息对指导新农药的设计和科学合理使用也是有帮助的是有帮助的2021-12-2225四、生物农药的残毒、残留及安全性o1、毒性实验、毒性实验oA、急性毒性：急性经口、急性毒性：急性经口LD50，急性经皮，急性经皮LD50，急性眼刺激，急性皮肤刺激试验急性眼刺激，急性皮肤刺激试验oB、蓄积毒性试验：连续给药、蓄积毒性试验：连续给药20

22、天，检查其蓄积天，检查其蓄积毒性毒性oC、至突变试验：、至突变试验：24小时二次灌胃，取胸骨骨髓小时二次灌胃，取胸骨骨髓检查是否有遗传突变检查是否有遗传突变oD、亚慢性毒性实验：包括、亚慢性毒性实验：包括90天经口试验、天经口试验、21天天经皮试验、经皮试验、28天吸入试验、两代繁殖试验、诱发天吸入试验、两代繁殖试验、诱发致畸试验、代谢试验、迟发性神经毒性试验等致畸试验、代谢试验、迟发性神经毒性试验等2021-12-2226四、生物农药的残毒、残留及安全性oE、慢性毒性试验：长期暴露癌的诱发实验、慢性毒性试验：长期暴露癌的诱发实验、慢性联合致癌试验，试验需要慢性联合致癌试验，试验需要2年。年。

23、oF、基因安全试验、基因安全试验oG、环境安全评价试验：对环境生物的毒性、环境安全评价试验：对环境生物的毒性及其在环境中的残留性、移动性和富集性及其在环境中的残留性、移动性和富集性2021-12-2227五、生物农药登记注册o我国从我国从1982年年4月月10日起执行日起执行农药登记农药登记规定规定，申请者必须提交农药的药效和药害、，申请者必须提交农药的药效和药害、毒性、残留性相关资料。毒性、残留性相关资料。o我国农药登记分三类：临时登记、品种登记、我国农药登记分三类：临时登记、品种登记、补充登记。补充登记。2021-12-2228第三节、创制生物农药的关键技术o一、生物活性物质的提取和鉴定一

24、、生物活性物质的提取和鉴定n1、微生物代谢产物的提取和鉴定、微生物代谢产物的提取和鉴定n2、植物活性物质的提取和鉴定、植物活性物质的提取和鉴定n3、动物活性物质的提取和鉴定、动物活性物质的提取和鉴定2021-12-2229第三节、创制生物农药的关键技术o二、昆虫病原体的分离纯化与鉴定二、昆虫病原体的分离纯化与鉴定o1、样品的采集和处理：从感染疾病的昆虫、样品的采集和处理：从感染疾病的昆虫中分离杀虫微生物是研究杀虫微生物和发掘中分离杀虫微生物是研究杀虫微生物和发掘微生物杀虫剂新资源的第一步。微生物杀虫剂新资源的第一步。o2、病原体的分离纯化、病原体的分离纯化nA、细菌的分离纯化、细菌的分离纯化n

25、B、真菌的分离纯化、真菌的分离纯化nC、放线菌的分离纯化、放线菌的分离纯化nD、病毒的分离纯化、病毒的分离纯化2021-12-2230第三节、创制生物农药的关键技术o二、昆虫病原体的分离纯化与鉴定二、昆虫病原体的分离纯化与鉴定o3、鉴定病原体的方法、鉴定病原体的方法o从昆虫中分离的微生物，必须根据科赫假定从昆虫中分离的微生物，必须根据科赫假定来证实是昆虫的病原体。科赫假定的内容：来证实是昆虫的病原体。科赫假定的内容：这种微生物必须与昆虫发病有关系、这种微这种微生物必须与昆虫发病有关系、这种微生物可在实验室分离并纯培养、这种纯培养生物可在实验室分离并纯培养、这种纯培养的微生物接种到昆虫体内会产生同样的疾病、的微生物接种到昆虫体内会产生同样的疾病、从实验室患病昆虫中能够回收到同样的微生从实验室患病昆虫中能够回收到同样的微生物。物。2021-12-2231第三节、创制生物农药的关键技术o三、生物农药的生物测定三、生物农药的生物测定o1、生物测定：生物测定：是以试剂与生命物质相互作是以试剂与生命物质相互作用的方式来估测物质的性质、质量和效力，用的方式来估测物质的性质、质量和效力，即利用昆虫、动物、植物、细菌、组织细胞即利用昆虫、动物、植物、细菌、组织细胞等对被检测物质产生的生物反应，根据反应等对被检测物质产生的生物反应，根据反应类型与强度，测定出该物质生物活性大小的类型与强度，测定出该