第8章生物農藥的創(chuàng)制

第八章、生物農藥的創(chuàng)制

2/5/20231第一節(jié)、生物農藥的創(chuàng)制思路一、21世紀新農藥的特點環(huán)境相容性好活性高安全性好市場潛力大2/5/20232第一節(jié)、生物農藥的創(chuàng)制思路二、生物新農藥創(chuàng)制的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢生物農藥的創(chuàng)制成功率較高，篩選化學農藥的成功率為1/20000，而生物農藥的成功率是1/5000，同時化學農藥的開發(fā)周期是生物農藥的3倍，開發(fā)費用是生物農藥的40倍，注冊費用是生物農藥的100倍，因此化學農藥的創(chuàng)制需要更厚實的經(jīng)濟基礎主更強大的科研實力。2/5/20233國外生物農藥發(fā)展現(xiàn)狀國際上農用抗生素的研究與開發(fā)方面具有影響的研究機構有5家，他們是美國的默克公司和諾華公司，日本的明治制藥、北里研究所和理化學研究所。我國的井岡霉素與日本的多抗霉素是目前開發(fā)最為成功的兩大農用殺菌抗生素，其生產(chǎn)菌種都是鏈霉菌。目前大北農集團旗下的北京綠色農華植?？萍加邢薰狙邪l(fā)的多抗霉素其生產(chǎn)技術及生產(chǎn)成本與井岡霉素相當，與日本的多抗霉素不相上下，達到了國際先進水平，而國內其他廠家的生產(chǎn)水平則差距甚遠。2/5/202342/5/202352/5/202362/5/20237產(chǎn)品名稱：多抗霉素【產(chǎn)品特點】：本品屬于農用抗菌類殺菌劑，有較強的內吸性，具有預防和治療作用，其治療效果較好。該藥主要干擾氨基酸的代謝酯酶系統(tǒng)，從而影響蛋白質的合成，抑制菌絲伸長和造成細胞顆?；?，但對孢子萌發(fā)無影響。其滲透性強并能在植物體內移行，噴藥后見效快，耐雨水沖刷，持效期較長。能有效防治瓜果、蔬菜及其他作物的真菌性病害，廣泛用于水稻、小麥、瓜果蔬菜及草坪花卉的病害防治。

2/5/20238國內生物農藥發(fā)展現(xiàn)狀中國是一個農藥大國，農藥用量很大。但國產(chǎn)農藥的品種主要是國外研發(fā)、專利期已過的品種，自主創(chuàng)制的品種數(shù)量有限，國內常年生產(chǎn)和使用的農藥品種中完全具有知識產(chǎn)權的農藥品種主要是生物農藥。我國是農用抗生素研究與生產(chǎn)的大國，在某些領域(如井岡霉素及赤霉素)處于國際領先水平。我國農用抗生素的研究始于上世紀50年代，以篩選殺菌抗生素和植物生長調節(jié)劑為主。經(jīng)過近半個世紀的研究與發(fā)展．目前我國生物農藥生產(chǎn)廠家達到400多家．登記品種140多個。2/5/20239國內生物農藥發(fā)展現(xiàn)狀其中，農用抗生素井岡霉素、阿維菌素、赤霉素以及蘇云金桿菌(Bt)已成為我國生物農藥產(chǎn)業(yè)中的拳頭和領軍品種。農用鏈霉素、農抗120、苦參堿、多抗霉素和中生菌素等產(chǎn)業(yè)化品種已成為我國生物農藥產(chǎn)業(yè)的中堅力量，這些品種已占生物農藥銷售額的90％左右。農用抗生素殺菌劑年產(chǎn)量可達5千噸，常年應用面積達1333～2000萬公頃，占到我國農藥殺菌劑的15％左右，年銷售額約在7～8億元。2/5/202310近年來國內農藥的應用現(xiàn)狀2/5/202311三、大力挖掘生物農藥的生物資源1、活體生物農藥資源細菌、真菌、病毒、線蟲2、天然生物活性物質資源天然生物活性物質資源是指各種生物在生命活動過程中產(chǎn)生的化學物質。包括內源激素和外源激素。如植物在逆環(huán)境中形成的次生代謝產(chǎn)物，動物的毒素，微生物的多樣性及在不同環(huán)境下的變異性條件下可產(chǎn)生各種各樣的次生代謝產(chǎn)物。2/5/202312三、大力挖掘生物農藥的生物資源3、基因資源采用現(xiàn)代生物工程的手段有目的地高效表達創(chuàng)造新的轉基因抗病蟲害品種動物毒素幾乎都是多肽衍生物或蛋白質，不適合直接作為殺蟲劑，但適合轉基因抗菌肽能廣譜殺傷細菌、部分真菌、寄生蟲、部分病毒以及腫瘤細胞等。2/5/202313四、通過對生物農藥的改造開發(fā)新農藥1、活體生物農藥的改造病毒殺蟲劑的重組改造很活躍，比較成熟的病毒殺蟲劑改造技術路線至少有三條：去除某種非必須基因來增強殺蟲效果、插入某些昆蟲選擇性毒素基因提高殺蟲速度、通過修飾、缺失與宿主范圍相關的基因來拓寬病毒的殺蟲譜。2/5/202314四、通過對生物農藥的改造開發(fā)新農藥2、提高代謝產(chǎn)物的產(chǎn)量化學和物理誘變菌株、發(fā)酵技術的優(yōu)化(采用細胞融合或基因重組等新技術選育高產(chǎn)的工程用菌種)、在生物合成機理闡明基礎上的次生代謝產(chǎn)物的和組合生物合成改造（利用成熟的技術克隆微生物代謝產(chǎn)物的生物合成基因簇，提出代謝產(chǎn)物的獨特合成機理模型，然后通過系統(tǒng)性的基因敲除、突變株回補、突變株產(chǎn)物分析、異源蛋白超量表達和體外催化對結構基因的催化特征進行詳細的分析，修正生物合成機理模型，從而獲得結構和活性改變的新衍生產(chǎn)物）2/5/202315四、通過對生物農藥的改造開發(fā)新農藥3、生物農藥的復配植物農藥相互復配是今后發(fā)展的另一趨勢，如印楝素和除蟲菊酯（或合成除蟲菊酯）的復配，除蟲菊酯的殺蟲譜寬，二者結合不僅能提高藥效，而且對有除蟲菊酯抗性的害蟲特別有效；不僅可以殺死植物害蟲，還可以防治動物體外寄生蟲。2/5/202316五、以化學和生物相結合的方法開發(fā)新農藥1、基于植物免疫機理創(chuàng)制新農藥通過模擬體內天然信息分子功能，優(yōu)化其結構，人工合成植物激活劑噴灑農作物，也可以誘導植物對病原菌產(chǎn)生廣譜的抗菌活性，控制植物病害，從而有的放矢地開發(fā)生產(chǎn)環(huán)境相容性新農藥2、生物農藥的化學改造可通過對有效成分及其類似化合物的半合成改造開發(fā)生物農藥新品種。2/5/202317五、以化學和生物相結合的方法開發(fā)新農藥3、仿生農藥對于植物體內含量甚微但生物活性較高且結構相對簡單能夠人工合成的化合物，可采用全人工仿生合成的方式進行開發(fā)。最先嘗試開發(fā)的仿生農藥是殺蟲劑。4、發(fā)展化學生物學，尋找新靶標目前，95%的商品化殺蟲劑的作用機制主要是干擾乙酰膽堿受體功能、GABA受體功能、鈉離子通道功能、線粒體呼吸、幾丁質合成這五種機制中的一種。2/5/202318第二節(jié)、生物農藥的創(chuàng)制過程一、生物農藥的創(chuàng)制的一般過程首先要提取或純化生物活性物質，分離純培養(yǎng)采集的昆蟲病原體標本；接著要對生物活性物質和生物體進行篩選和鑒定，確定其藥效和鑒定有效成分；其后要對產(chǎn)生殺蟲、殺菌或除草活性物質的生物進行良種選育、大量繁殖、提取有效成分、制劑加工等直接的工業(yè)化商品開發(fā)，形成天然產(chǎn)物農藥品種，并確定其經(jīng)濟效益、社會效益和生態(tài)效益；最后還要完成生物農藥的毒理學研究及安全性研究，并完成農藥登記注冊。2/5/202319第二節(jié)、生物農藥的創(chuàng)制過程二、生物農藥的篩選和鑒定1、室內篩選A、離體生物測定：在有機體外，在試管內或其它人工環(huán)境中進行生物測定的方法殺菌活性的離體生物測定采用抑菌圈法殺蟲活性的離體生物測定采用空斑測定法或TCID50（半數(shù)組織培養(yǎng)感染劑量

）測定法，毒素采用MTT法（或稱MTT比色法）2/5/202320第二節(jié)、生物農藥的創(chuàng)制過程二、生物農藥的篩選和鑒定1、室內篩選B、活體生物測定：是以活的生物個體為試驗對象測定生物樣品的毒效。一般以離體生物測定進行初篩后，然后進行活體生物測定包括：殺菌活性的活體生物測定、殺蟲活性的生物測定、除草活性的生物測定、植物生長調節(jié)劑的生物測定2/5/202321二、生物農藥的篩選和鑒定2、活性成分鑒定生物農藥的活性成分有二大類：一種是生物體本身，另一種是生物體產(chǎn)生的無生命的物質。3、田間藥效試驗田間藥效試驗是鑒定生物農藥效果不可缺少的一個環(huán)節(jié)。田間藥效試驗在施藥后，通過對害蟲、植物病害和雜草的生長動態(tài)的觀察，檢測作物對藥劑的反應，作物被為害的程度，及分析產(chǎn)品數(shù)量和質量，來評價生物農藥的作用。2/5/202322二、生物農藥的篩選和鑒定3、田間藥效試驗田間藥效試驗的程序可分為小區(qū)試驗、大區(qū)試驗、多點試驗和示范試驗。田間藥效試驗設計必須設對照和重復藥效檢查是田間試驗的關鍵性問題之一最后對田間藥效試驗的資料進行生物統(tǒng)計法分析2/5/202323三、生物農藥的毒理學主要從不同層次闡明農藥對有機體的傷害作用，包括：生理毒理學、分子毒理學、神經(jīng)毒理學、細胞毒理學等。還有從環(huán)境角度進行研究的環(huán)境毒理學、生態(tài)毒理學、田間毒理學、結構毒理學和宏觀毒理學毒理學研究對于評價該農藥的毒性、安全性和有效性是十分必要的。同時毒理學提供的信息對指導新農藥的設計和科學合理使用也是有幫助的2/5/202324四、生物農藥的殘毒、殘留及安全性1、毒性實驗A、急性毒性：急性經(jīng)口LD50，急性經(jīng)皮LD50，急性眼刺激，急性皮膚刺激試驗B、蓄積毒性試驗：連續(xù)給藥20天，檢查其蓄積毒性C、至突變試驗：24小時二次灌胃，取胸骨骨髓檢查是否有遺傳突變D、亞慢性毒性實驗：包括90天經(jīng)口試驗、21天經(jīng)皮試驗、28天吸入試驗、兩代繁殖試驗、誘發(fā)致畸試驗、代謝試驗、遲發(fā)性神經(jīng)毒性試驗等2/5/202325四、生物農藥的殘毒、殘留及安全性E、慢性毒性試驗：長期暴露癌的誘發(fā)實驗、慢性聯(lián)合致癌試驗，試驗需要2年。F、基因安全試驗G、環(huán)境安全評價試驗：對環(huán)境生物的毒性及其在環(huán)境中的殘留性、移動性和富集性2/5/202326五、生物農藥登記注冊我國從1982年4月10日起執(zhí)行《農藥登記規(guī)定》，申請者必須提交農藥的藥效和藥害、毒性、殘留性相關資料。我國農藥登記分三類：臨時登記、品種登記、補充登記。2/5/202327第三節(jié)、創(chuàng)制生物農藥的關鍵技術一、生物活性物質的提取和鑒定1、微生物代謝產(chǎn)物的提取和鑒定2、植物活性物質的提取和鑒定3、動物活性物質的提取和鑒定2/5/202328第三節(jié)、創(chuàng)制生物農藥的關鍵技術二、昆蟲病原體的分離純化與鑒定1、樣品的采集和處理：從感染疾病的昆蟲中分離殺蟲微生物是研究殺蟲微生物和發(fā)掘微生物殺蟲劑新資源的第一步。2、病原體的分離純化A、細菌的分離純化B、真菌的分離純化C、放線菌的分離純化D、病毒的分離純化2/5/202329第三節(jié)、創(chuàng)制生物農藥的關鍵技術二、昆蟲病原體的分離純化與鑒定3、鑒定病原體的方法從昆蟲中分離的微生物，必須根據(jù)科赫假定來證實是昆蟲的病原體?？坪占俣ǖ膬热荩哼@種微生物必須與昆蟲發(fā)病有關系、這種微生物可在實驗室分離并純培養(yǎng)、這種純培養(yǎng)的微生物接種到昆蟲體內會產(chǎn)生同樣的疾病、從實驗室患病昆蟲中能夠回收到同樣的微生物。2/5/202330第三節(jié)、創(chuàng)制生物農藥的關鍵技術三、生物農藥的生物測定1、生物測定：是以試劑與生命物質相互作用的方式來估測物質的性質、質量和效力，即利用昆蟲、動物、植物、細菌、組織細胞等對被檢測物質產(chǎn)生的生物反應，根據(jù)反應類型與強度，測定出該物質生物活性大小的一種方法，是篩選生物農藥的關鍵。2/5/202331三、生物農藥的生物測定2、生物測定的計量方式死亡率半數(shù)致死劑量（LD50）半數(shù)致死濃度（LC50）半數(shù)有效劑量（ED50）半數(shù)組織培養(yǎng)感染劑量（TCID50）半數(shù)致死時間（LT50）空斑形成單位（PFU）2/5/202332三、生物農藥的生物測定2、生物測定的計量方式效價單位與效價

效價單位指表示某一物質引起生物反應效力強弱的公認計量單位；效價是指待測制劑通過生物測定，與標準品對比之下求出的效價單位的數(shù)量。2/5/202333三、生物農藥的生物