本書以植物源農藥的研究、開發(fā)和應用為主線,結合作者的研發(fā)經驗,系統(tǒng)闡述植物源農藥研究開發(fā)的原理和技術,收集總結我國自新中國成立以來,特別是近20年來植物源農藥研究開發(fā)的成果,以期為推動我國植物源農藥在新的歷史時期大發(fā)展提供參考。
本書可作為農藥學專業(yè)的研究生學習用書,也可供從事農藥創(chuàng)制研究的相關人員參考。
1.本書為“十三五”國家重點出版物出版規(guī)劃項目與國家科學技術學術著作出版基金資助出版重點項,我國首部專注于介紹我國植物源農藥研究與應用的大型專業(yè)學術著作。
2.本書全面闡述了我國植物源農藥30多年來的研究與應用成果,具有極強的系統(tǒng)性、新穎性、引領性與學術性。
3.本書緊密結合我國具有豐富天然植物資源的國情,系統(tǒng)整理了我國在天然產物農藥方面所積累的大量珍貴資料,是當前我國植物源農藥研究領域中全面、極有參考價值的學術著作。
控制農業(yè)有害生物危害,減少農業(yè)有害生物引起的近三分之一的農產品損失,以期在有限的耕地上進一步提高單位面積農產品產量和質量,是現(xiàn)代農業(yè)發(fā)展的必然方向?刂妻r業(yè)有害生物危害的途徑固然有多種,但在今后相當長的一段時期內,施用農藥在有害生物控制中仍然占據(jù)主導地位。盡管近30年來,農藥的生產和應用都取得了長足的進步,但農藥殘留殘毒、對環(huán)境的負面影響及有害生物的抗藥性等問題依然嚴重。隨著社會的進步、科學的發(fā)展,環(huán)境問題和食品安全問題日益成為政府和民眾關注的焦點。為此,2015年2月農業(yè)部印發(fā)《到2020年農藥使用量零增長行動方案》,提出到2020年化學農藥減施30%的目標!皽p量增效”的措施很多,其中一個重要措施就是大力發(fā)展和使用生物農藥,特別是植物源農藥。
我國是最早利用植物防治農業(yè)害蟲和衛(wèi)生害蟲的國家。早在公元前7~公元前5世紀,我國就有用莽草驅趕蚊蠅滋擾的記載;公元6世紀已開始利用藜蘆防治農業(yè)害蟲。在漫長的歷史長河中,我國在利用植物資源防治農業(yè)及衛(wèi)生有害生物方面積累了豐富的經驗。據(jù)不完全統(tǒng)計,經正式文獻報道研究過的殺蟲活性植物63種,殺菌活性植物135種,除草活性植物39種,殺線蟲活性植物8種,殺鼠活性植物6種,殺螺活性植物17種。目前在我國登記并處于有效期內的植物源農藥(有效成分)共24種,其中殺蟲劑12種,殺菌劑8種,殺鼠劑2種,殺螺劑1種,植物生長調節(jié)劑1種。
毋庸諱言,當前我國植物源農藥研究和開發(fā)水平與發(fā)達國家相比還有較大差距。就研究而言,雖然每年都有不少植物源農藥的研究報道,但僅限于植物粗提物的活性測定層面,而且很多是重復性工作,很少涉及有效成分化學和毒理學,極少有對一種植物的活性成分、生物活性及作用機理的系統(tǒng)研究;就產品開發(fā)而言,登記的植物源農藥品種絕大多數(shù)都是《中國土農藥志》中的老品種,登記的有效成分多數(shù)是未經系統(tǒng)分離、鑒定、評價過的真正的活性成分,一般是照搬中藥的有效成分,因而不可能制定真實的質量標準并進行質量控制;就應用而言,多有夸大防治效果、虛列防治對象之嫌。當前市場上的植物源產品多數(shù)都是和化學農藥的復配劑,但其中起主導作用的往往是化學農藥,植物源農藥則實際充當了增效劑的角色。因此,雖然登記有24種有效成分,但真正在規(guī)模化生產銷售的并不多。
為了提高植物源農藥在整個生物農藥中的比重,充分發(fā)揮植物源農藥在保障我國環(huán)境安全、食品安全中的作用,必須進一步提高我國植物源農藥研究開發(fā)水平。首先,在策略方面,應將研究重點放在基于植物源天然產物的新農藥創(chuàng)制,加強植物中農藥活性成分的研究,從中篩選新型農藥先導化合物;加強農藥活性分子作用機理的研究,特別是藥物小分子與生物大分子的互作研究,明確作用靶標和結合位點,以期發(fā)現(xiàn)新的作用靶標。對直接利用植物提取物開發(fā)農藥新產品的研究必須從農藥學的角度,對其資源分布、生物學特性、農藥活性及活性成分、制劑加工、應用技術、作用機理、毒副作用、產業(yè)化及市場前景等進行系統(tǒng)研究。其次,活性篩選中,靶標生物應選擇我國當前農業(yè)生產上重要的有害生物,強調以活體(盆栽或田間)篩選為主,離體篩選為輔,尤其是植物源殺菌劑更應如此。
為此,我們編著了此書,以植物源農藥的研究、開發(fā)和應用為主線,結合近40年的研發(fā)經驗,系統(tǒng)闡述植物源農藥研究開發(fā)的原理和技術,收集總結自新中國成立以來,特別是近20年來我國植物源農藥研究開發(fā)的成果,以期為推動我國植物源農藥在新的歷史時期大發(fā)展提供參考。
全書共分三部分,分別為緒論(第1章)、植物源農藥研究開發(fā)的策略和技術(第2~4章)及中國植物源農藥研究與開發(fā)利用(第5~8章)。第1章緒論介紹植物源農藥的概念、特點、發(fā)展經緯及研究開發(fā)植物源農藥的意義;第2章首先介紹殺蟲、殺菌及除草活性篩選體系,然后系統(tǒng)敘述活性成分提取、分離及結構鑒定方法;第3章介紹植物源農藥開發(fā)利用所涉及的相關基礎研究,制劑加工及應用技術;第4章闡述基于植物源農藥活性成分的新農藥創(chuàng)制策略,包括活性成分的結構修飾篩選,先導化合物發(fā)現(xiàn)、先導優(yōu)化及展開的策略,還包括以活性成分為探針發(fā)現(xiàn)新靶標的策略;第5~7章則是總結植物源殺蟲劑、殺菌劑、除草劑、殺鼠劑、殺螺劑及殺線蟲劑方面的研究進展及成果;第8章則介紹我國登記過的主要植物源農藥產品。
值此書出版之際,我們要感謝南開大學李正名院士!感謝他多年來對我們研究工作的支持和幫助,并在百忙中為本書作序,這既是對我們的鼓勵,更是對我們的鞭策。感謝中國科學院華南植物園葉華谷研究員!感謝他提供全部植物彩色照片,使本書大為增色。我們還要感謝國家自然科學基金、國家重點基礎研究發(fā)展計劃(973計劃)多年來對我們科研工作的資助。感謝本書中引用其著述的中外作者。
由于我們學識水平有限,特別是書中涉及的學科較多,知識面較廣,書中無疑有欠妥或疏漏之處,熱忱歡迎各方面的專家及讀者指教。
編著者
2020年2月
吳文君,西北農林科技大學教授、博導,我國植物源農藥研究領域知名學者,一直致力于我國新農藥創(chuàng)制特別是植物源農藥的研究與應用工作,從1980年起開始專注于殺蟲植物苦皮藤及其它多種植物的研究,從1998年開始農用抗生素的研究。先后主持7項國家自然基金、1項863及1項973課題,主編專著10部,發(fā)表學術論文264篇,其中27篇為SCI收錄論文。申請國家發(fā)明專利13項,其中6項已獲授權,其中1項專利轉讓后已成功實現(xiàn)產業(yè)化生產。
先后獲國家科技進步二等獎(排名di一)、陜西省科技進步一等獎及陜西省發(fā)明專利一等獎各一項。先后被評為國家有突出貢獻的中青年專家、全國優(yōu)xiu教師、陜西省勞動模范。
第1章緒論
1.1植物源農藥的概念及特點4
1.2我國植物源農藥研究開發(fā)與應用歷程6
1.3研究植物源農藥的意義9
參考文獻11
第2章農藥活性篩選及活性成分研究
2.1農藥活性篩選體系14
2.1.1殺蟲殺螨活性篩選體系14
2.1.2殺菌活性篩選體系15
2.1.3除草活性篩選體系18
2.2活性成分的提取19
2.2.1常規(guī)提取法19
2.2.2超臨界流體提取法19
2.2.3超聲波及微波提取法20
2.3活性成分的分離21
2.3.1沉淀法22
2.3.2結晶法22
2.3.3蒸餾法23
2.3.4液-液分配萃取法23
2.3.5逆流色譜法25
2.3.6薄層色譜法35
2.3.7開口柱色譜法40
2.3.8真空柱色譜法47
2.3.9高效液相色譜法48
2.3.10反相離子對色譜法55
2.3.11分離工作的一般程序59
2.3.12活性成分分離過程中值得注意的問題67
2.4活性成分的結構鑒定69
2.4.1結構鑒定的一般程序69
2.4.2質譜69
2.4.3核磁共振70
2.4.4紫外光譜71
2.4.5紅外光譜71
2.4.6結構鑒定實例72
2.4.7液-質聯(lián)用在活性成分結構鑒定中的應用81
2.4.8微譜技術在天然產物結構鑒定中的應用95
參考文獻103
第3章植物源農藥的開發(fā)利用
3.1相關基礎研究108
3.1.1活性成分在植株中的分布108
3.1.2地域性對活性成分的影響110
3.1.3生長期對活性成分的影響111
3.1.4活性成分對光的穩(wěn)定性112
3.1.5可利用資源及其評價113
3.2制劑加工115
3.2.1提取有效成分115
3.2.2劑型與加工119
3.2.3質量控制122
3.2.4混合制劑122
3.3應用技術123
3.3.1應用范圍123
3.3.2防治對象124
3.3.3施藥適期124
3.3.4防治效果評價124
3.4植物源農藥登記及管理125
3.4.1植物源農藥原藥登記125
3.4.2植物源農藥母藥登記127
3.4.3植物源農藥制劑登記127
參考文獻129
第4章基于植物源農藥活性成分的新農藥創(chuàng)制
4.1活性成分的結構修飾132
4.1.1活性成分結構修飾的目的132
4.1.2活性成分結構修飾的主要反應類型134
4.1.3活性成分結構修飾的主要反應技術137
4.1.4活性成分結構修飾研究實例139
4.2從活性成分中發(fā)現(xiàn)先導化合物145
4.2.1先導化合物的概念和意義145
4.2.2先導優(yōu)化及展開策略146
4.2.3先導優(yōu)化實例149
4.3農藥活性成分作用靶標的定位、分離與驗證161
4.3.1靶標的定位162
4.3.2靶標的鑒定167
4.3.3靶標的驗證199
4.3.4受體結構的測定202
4.3.5計算機輔助藥物設計與虛擬篩選203
4.3.6植物源殺蟲劑苦皮藤素作用靶標的研究204
參考文獻224
第5章植物源殺蟲劑研究
5.1菊科植物234
5.1.1除蟲菊234
5.1.2大花金挖耳240
5.1.3天名精242
5.1.4萬壽菊244
5.1.5熊耳草247
5.1.6豚草249
5.1.7蛔蒿251
5.1.8蒼耳254
5.1.9飛機草256
5.1.10豬毛蒿259
5.2楝科植物262
5.2.1印楝262
5.2.2苦楝286
5.2.3川楝291
5.3豆科植物297
5.3.1黃花棘豆297
5.3.2皂莢302
5.3.3厚果雞血藤305
5.3.4魚藤307
5.3.5豆薯319
5.3.6非洲山毛豆322
5.3.7紫穗槐326
5.4衛(wèi)矛科植物329
5.4.1雷公藤329
5.4.2苦皮藤339
5.4.3昆明山海棠349
5.4.4冬青衛(wèi)矛352
5.5茄科植物354
5.5.1曼陀羅354
5.5.2煙草359
5.6大戟科植物365
5.6.1蓖麻365
5.6.2巴豆375
5.6.3大戟378
5.6.4狼毒大戟380
5.6.5澤漆383
5.6.6烏桕386
5.7蘿藦科植物389
5.7.1杠柳389
5.7.2牛心樸子396
5.8夾竹桃科植物402
5.8.1夾竹桃402
5.8.2羊角拗407
5.9蕓香科植物409
5.9.1蕓香409
5.9.2花椒411
5.10天南星科植物417
5.10.1天南星417
5.10.2半夏419
5.10.3菖蒲424
5.10.4石菖蒲428
5.11罌粟科植物432
5.11.1博落回432
5.11.2小果博落回436
5.12蓼科植物438
5.12.1辣蓼438
5.12.2紅蓼442
5.13其他科植物446
5.13.1透骨草446
5.13.2百部449
5.13.3藜蘆453
5.13.4砂地柏458
5.13.5羊躑躅467
5.13.6番荔枝474
5.13.7黑胡椒477
5.13.8駱駝蓬479
5.13.9喜樹483
5.13.10蛇床487
5.13.11馬桑494
5.13.12巴東醉魚草499
5.13.13高良姜501
5.13.14瑞香狼毒503
5.13.15烏頭507
5.13.16荊芥511
5.13.17土荊芥513
5.13.18石蒜517
5.13.19鉤吻519
5.13.20粗榧522
參考文獻524
第6章植物源殺菌劑研究
6.1傘形科植物572
6.1.1蛇床572
6.1.2孜然芹575
6.1.3白芷578
6.1.4當歸580
6.1.5多傘阿魏582
6.1.6竊衣584
6.1.7防風586
6.2菊科植物588
6.2.1萬壽菊588
6.2.2蒲公英589
6.2.3白術592
6.2.4向日葵594
6.2.5蒼耳596
6.2.6蓍599
6.2.7藿香薊601
6.2.8大籽蒿603
6.2.9臭蒿606
6.2.10艾608
6.2.11黃花蒿610
6.2.12大花金挖耳613
6.2.13茼蒿615
6.2.14菊苣617
6.2.15小飛蓬619
6.2.16銀膠菊621
6.2.17薇甘菊623
6.2.18金雞菊627
6.2.19大花金雞菊629
6.2.20兩色金雞菊631
6.2.21羊耳菊633
6.2.22野菊636
6.2.23旋覆花639
6.2.24菊芋642
6.2.25香蕓火絨草644
6.2.26薊646
6.2.27總狀土木香648
6.2.28飛機草650
6.3豆科植物651
6.3.1苦參651
6.3.2白車軸草657
6.3.3紫藤659
6.3.4甘草663
6.3.5苦豆子666
6.3.6落花生668
6.3.7紫苜蓿670
6.3.8羊蹄甲672
6.3.9紅花羊蹄甲674
6.4百合科植物676
6.4.1蒜676
6.4.2散斑竹根七679
6.4.3黃精682
6.4.4多花黃精684
6.4.5玉竹686
6.4.6卷葉黃精690
6.4.7蘆薈692
6.4.8蔥695
6.5唇形科植物697
6.5.1黃芩697
6.5.2南歐丹參701
6.5.3百里香703
6.5.4紫花香薷706
6.5.5廣藿香708
6.5.6羅勒710
6.5.7活血丹713
6.5.8紫蘇715
6.6樟科植物718
6.6.1山雞椒718
6.6.2肉桂721
6.6.3天竺桂725
6.6.4陰香727
6.7蕓香科植物729
6.7.1蕓香729
6.7.2黃檗729
6.7.3白鮮731
6.7.4川黃檗734
6.7.5吳茱萸736
6.8禾本科植物738
6.8.1檸檬草738
6.8.2金鑲玉竹740
6.8.3麻竹742
6.8.4毛竹744
6.8.5箬竹746
6.8.6金絲草748
6.9桑科植物751
6.9.1地果751
6.9.2無花果753
6.10毛茛科植物755
6.10.1黃連755
6.10.2白頭翁759
6.10.3高烏頭761
6.10.4巖烏頭763
6.10.5裂葉鐵線蓮765
6.11蓼科植物767
6.11.1虎杖767
6.11.2拳參770
6.11.3金蕎麥772
6.12茄科植物774
6.12.1煙草774
6.12.2辣椒775
6.13大戟科植物777
6.13.1狼毒大戟777
6.13.2月腺大戟778
6.13.3鐵莧菜780
6.13.4海漆782
6.13.5余甘子784
6.14楝科植物784
6.14.1苦楝784
6.14.2木果楝786
6.15小檗科植物788
6.15.1十大功勞788
6.15.2四川淫羊藿791
6.16瑞香科植物793
6.16.1瑞香狼毒793
6.16.2河朔蕘花794
6.17葫蘆科植物796
6.17.1絲瓜796
6.17.2苦瓜798
6.18藜科植物800
6.18.1藜800
6.18.2土荊芥802
6.19胡桃科植物804
6.19.1胡桃804
6.19.2胡桃楸806
6.19.3山核桃809
6.20罌粟科植物811
6.20.1延胡索811
6.20.2小果博落回813
6.20.3博落回814
6.20.4禿瘡花814
6.21薔薇科植物816
6.21.1梅816
6.21.2扁核木818
6.22苦木科植物820
6.22.1臭椿820
6.22.2鴉膽子823
6.23天南星科植物825
6.23.1菖蒲825
6.23.2石菖蒲825
6.24其他科植物826
6.24.1海桐826
6.24.2銀杏826
6.24.3苦皮藤830
6.24.4百部831
6.24.5番石榴831
6.24.6厚樸833
6.24.7莎草835
6.24.8板藍、菘藍837
6.24.9楊梅840
6.24.10海欖雌842
6.24.11東北紅豆杉845
6.24.12駱駝蓬847
6.24.13瓜馥木847
6.24.14忍冬850
6.24.15常春藤852
6.24.16川續(xù)斷854
6.24.17顯齒蛇葡萄856
6.24.18垂序商陸858
6.24.19廣西地不容860
6.24.20側柏862
參考文獻864
第7章其他植物源農藥研究
7.1植物源除草劑研究878
7.1.1菊科植物878
豬毛蒿878
黃花蒿878
油蒿879
飛機草881
紫莖澤蘭881
煙管頭草883
豚草885
蟛蜞菊885
藿香薊887
腫柄菊887
小飛蓬889
大花金雞菊890
黃頂菊890
蒼耳892
7.1.2禾本科植物893
小麥893
野牛草895
7.1.3胡桃科植物895
胡桃895
胡桃楸897
7.1.4大戟科植物897
麻風樹897
澤漆899
7.1.5桃金娘科植物900
紅千層900
桉樹902
7.1.6茄科植物904
龍葵904
曼陀羅906
7.1.7其他科植物907
芒萁907
馬蓮909
紫苜蓿911
中國粗榧911
米仔蘭912
臭椿914
海桐914
馬先蒿914
黃皮916
紫丁香918
莎草920
黃連920
野老鸛草921
棉花923
石蟬草925
7.2植物源殺線蟲劑研究925
7.2.1菊科植物925
萬壽菊925
7.2.2三尖杉科植物927
三尖杉927
7.2.3豆科植物929
苦豆子929
7.2.4夾竹桃科植物929
夾竹桃929
7.2.5蒺藜科植物930
駱駝蓬930
7.2.6蕓香科植物930
黃皮930
7.2.7大戟科植物931
烏桕931
7.2.8銀杏科植物931
銀杏 931
7.3植物源殺鼠劑研究932
7.3.1衛(wèi)矛科植物932
雷公藤932
7.3.2馬錢科植物933
馬錢子933
7.3.3杜鵑花科植物935
羊躑躅935
7.3.4豆科植物935
皂莢935
苦參936
7.3.5茄科植物936
曼陀羅936
7.4植物源殺螺劑研究938
7.4.1罌粟科植物938
血水草938
7.4.2唇形科植物941
益母草941
7.4.3大戟科植物943
麻風樹943
烏桕944
7.4.4茄科植物944
黃果茄944
7.4.5珙桐科植物946
喜樹946
7.4.6葫蘆科植物946
絞股藍946
7.4.7薯蕷科植物948
盾葉薯蕷948
7.4.8山茶科植物950
油茶950
木荷952
7.4.9桃金娘科植物952
桉樹952
7.4.10菊科植物954
石胡荽954
豚草956
7.4.11豆科植物956
苦葛956
7.4.12銀杏科植物958
銀杏958
7.4.13漆樹科植物958
腰果958
7.4.14楝科植物960
苦楝960
7.4.15夾竹桃科植物960
羊角拗960
參考文獻961
第8章植物源農藥開發(fā)與產業(yè)化
8.1在有效期內的植物源農藥972
苦參堿972
苦皮藤素973
煙堿974
藜蘆堿975
魚藤酮976
除蟲菊素977
印楝素979
狼毒素980
茶皂素980
八角油981
桉油精981
樟腦982
大黃素甲醚983
丁子香酚984
香芹酚984
蛇床子素985
小檗堿986
乙蒜素987
苯丙烯菌酮988
β-谷甾醇989
雷公藤甲素990
莪術醇991
螺威991
蕓苔素內酯992
8.2以前登記過但已不再登記的植物源農藥994
楝素994
茴蒿素995
新煙堿995
苦豆堿995
百部堿995
補骨內酯995
氧化苦參堿996
辣椒堿996
馬錢子堿996
鬧羊花素Ⅱ996
血根堿997
羊角拗苷997
莨菪堿997
烏頭堿997
參考文獻998
索引
中文植物名稱索引999
拉丁文植物名稱索引1001