新烟碱类杀虫剂(1)

新烟碱类杀虫剂——综述2013.8参考文献张梅凤,范金勇,张宏伟,张秀珍,马新刚.新烟碱类杀虫剂的研究进展.世界农业[J].2009,31(1):22-25,52.邓天福，高扬帆，陈锡岭.新烟碱类杀虫剂的选择毒性机理.河南科技学院学报[J].2010,38(4):23-26.范银君，史雪岩，高希武.新烟碱类杀虫剂吡虫啉和噻虫嗪的代谢研究进展.农药学学报[J].2012,14(6):587-596.杨吉春，李淼，柴宝山，刘长令.新烟碱类杀虫剂最新研究进展.农药[J].2007,46(7):433-438.邱光.吡虫啉的应用及其负面效应的研究进展.华东昆虫学报[J].2005,14(1):76-81.简介历史背景第一代新烟碱类杀虫剂第二代新烟碱类杀虫剂第三代新烟碱类杀虫剂结构特征作用机制分类氯代吡啶类氯代噻唑类其他杂环衍生物抗性与治理结束语历史背景合成烟碱类杀虫剂的研究开发，是继拟除虫菊酯以来杀虫剂合成史上的又一重大突破。与拟除虫菊酯类杀虫剂相比，研究过程也如出一辙，烟碱类杀虫剂是以天然烟碱为模型，经结构改进而发现的性能优异的化学杀虫剂，并具有与天然烟碱相同的作用方式，即作用于烟碱乙酞胆碱受体。烟碱类杀虫剂的研究历史可追溯到60年代初对天然烟碱的研究，但直到80年代才取得实质性进展。1978年，Soloway报道了一类新的硝基亚甲基杂环类杀虫剂及其结构活性关系，其中活性最好的代表性化合物是硝噻嗪(Nithiazin)，该硝基亚甲基杂环化合物杀虫活性高、作用快、毒性低，但是，其光稳定性甚差，难以进入实际应用。此后，Shell公司于1981年开始了一项研究计划，致力于在保持硝噻嗪高活性的同时，克服其光不稳定性这一主要问题，从而发现了光稳定性硝基亚甲基杂环类杀虫剂WLIO8477。NSNOONithiazineSNONOOWLIO8477烟碱类杀虫剂研究开发的突破性进展是日本拜耳公司吡虫啉(Imidaeloprid)的发现。吡虫琳融烟碱和硝基亚甲基杂环的结构于一体，化学物理性质大大改进，杀虫活性显著提高，对哺乳动物及环境生物的毒性也明显降低，这标志着新一代化学杀虫剂的问世。由于吡虫啉具有植物性代谢产物烟碱的基本结构，也由于其对昆虫的作用靶标与烟碱相同，都是作用于乙酰胆碱受体，也可能此类化合物的合成来源于烟碱结构“模板”的灵感，1993年，由Tamizawa和Yamamoto建议，将此类杀虫剂称为新烟碱类杀虫剂(Neonicotinoid)。NCH3N烟碱第一代新烟碱类杀虫剂作为第一代新烟碱类杀虫剂的代表，吡虫啉的出现给世界农业带来了空前影响。其特殊的作用机理：通过与烟碱型的乙酰胆碱受体结合，使昆虫异常兴奋，最终导致全身痉挛麻痹而死，成为引导新一代杀虫剂的一大亮点。此外，该杀虫剂与常规杀虫剂没有交互抗性，不仅具有优良的内吸性、高效、杀虫谱广，持效期长、对哺乳动物毒性低等特点，而且还具有良好的根部内吸活性、胃毒和触杀作用。同为第一代新烟碱类杀虫剂的还有啶虫脒，其作用机理主要通过与乙酰胆碱受体结合使昆虫异常兴奋，全身痉挛、麻痹而死，具有内吸性强、用量少、速效好、活性高、持效期长、杀虫谱广、与常规农药无交互抗性等特点。该药防治对有机磷类、拟除虫菊酯类和氨基甲酸酯类已产生抗性的害虫也有效，是取代高毒有机磷农药的理想替代品之一。交互抗性指昆虫的一个品系由于相同抗性机理或相似作用机理或类似化学结构，对于选择药剂以外的其它从未使用过的一种药剂或一类药剂也产生抗药性的现象。NClNNN啶虫脒acetamipridNNNClNNOO吡虫啉imidacloprid第二代新烟碱类杀虫剂作为第二代新烟碱类杀虫剂的代表噻虫嗪，其与吡虫啉相似的作用机理为其博得市场。噻虫嗪不仅具有触杀、胃毒、内吸活性，而且具有更高的活性、更好的安全性、杀虫作用速度快、持效期长等特点，是取代那些对哺乳动物毒性高、有残留和环境问题的有机磷、氨基甲酸酯类、有机氯类杀虫剂的较好品种。近几年已在国内申请了多项有关新型噻虫嗪类杀虫剂研制的专利，有较好的发展前景。NNOSNClNNOO噻虫嗪thiamethoxam第三代新烟碱类杀虫剂第三代新烟碱类杀虫剂是以呋虫胺为代表的四氢呋喃环化合物，根据环上药效环的不同，主要还可分为硝基烯胺、硝基胍、氰基脒三类。其中，硝基烯胺类化合物的商品化产品不多，代表的有杀虫剂烯啶虫胺。其作用机理与其它的新烟碱类杀虫剂相似，主要作用于昆虫神经，对害虫的突触受体具有神经阻断作用。具有卓越的内吸和渗透作用，低毒、高效、残效期长等特点。对用传统杀虫剂防治产生抗药性的害虫也有良好的活性，与某些害虫已产生抗药性的农药如有机磷等传统农药混用起到增效的作用。最近报道该化合物还具有一定的植物生长调节活性。而硝基胍类杀虫剂中，已经商品化的品种如吡虫啉、噻虫胺、噻虫嗪、呋虫胺均为该类化合物的代表。氰基脒类化合物中已经商品化的有啶虫脒、噻虫啉。NClNNNOO烯啶虫胺nitenpyram突触是神经细胞的一种特化连接，神经递质信号分子可通过此连接从一个神经细胞传递到另一个神经细胞或肌肉细胞。图1.新烟碱类杀虫剂的结构特征ER1R2结构特征NNOSNClNNOO噻虫嗪杂环基团功能基团桥链含氮环状或开环部分NNHNClNNOO吡虫啉药效基团=X-Y：•硝基烯胺(-N-C(orN)=CH-NO2)•硝基胍(-N-C(orN)=N-NO2)•氰基脒(-N-CH=N-CN)ONNNNOO呋虫胺Z=NH、NR、CH2、O、S等作用机制烟碱乙酰胆碱受体(nicotinacetylcholinereceptors，nAChRs)是一种调节神经系统的离子通道复合体，主要负责快速突触传递。在昆虫的神经系统中，nAChR起主要作用，并是杀虫剂作用的一个重要靶标。新烟碱类杀虫剂的作用机制不同于其他杀虫剂，主要是通过选择性控制昆虫神经系统烟碱型乙酰胆碱酯酶受体，阻断昆虫中枢神经系统的正常传导，从而导致害虫出现麻痹进而死亡。也就是说新烟碱类杀虫剂是昆虫nAChRs激动剂。具有杀虫活性的烟碱类如烟碱、降烟碱和天虫碱在生理学条件下都有一个氮原子质子化，电离化的烟碱不易穿透中枢神经系统周围的离子屏障，而新烟碱类杀虫剂由于它们的疏水性，能够克服离子屏障与靶标位点结合。与烟碱相比，新烟碱类杀虫剂与作用位点有更强的亲和性。激动剂（agonist）也称完全激动剂、促效剂，其与受体之间既具有高亲和力，同时也具有高内在活性，能与受体结合产生最大效应。分类—氯代吡啶类吡虫啉(Imidacloprid)吡虫啉是继硝基亚甲基杂环类杀虫剂之后由日本拜耳公司发现的第一个商品化烟碱类杀虫剂品种。吡虫啉是内吸性杀虫剂，具有良好的根部内吸特性、触杀和胃毒作用及高残留活性。其作用机制主要体现在与昆虫乙酰胆碱酯酶受体(AchR)具有很强的亲和性，引起刺激传递不断加剧，冲动传导不能中断，从而扰乱昆虫正常的神经活动,昆虫处于极度兴奋状态,逐渐在麻痹中死亡。可用作土壤处理、种子处理和叶面喷雾，防治刺吸式口器害虫、土壤害虫、粉虱、草皮害虫及马铃薯甲虫。应用对象包括禾谷类作物、棉花、水稻、玉米、花生、土豆、甜菜、蔬菜等多种其他作物。NNNClNNOO吡虫啉Imidacloprid吡虫啉分类—氯代吡啶类烯啶虫胺(Nitenpyram)烯啶虫胺是继吡虫啉之后由武田药品公司研究开发的又一个烟碱类杀虫剂。该杀虫剂主要作用于昆虫神经，对害虫的突触受体具有神经阻断作用，在自发放电后扩大隔膜位差，并最后使突触隔膜刺激下降，结果导致神经的轴突触隔膜电位通道刺激殆失。对水稻叶蝉及飞虱、温室蚜虫、粉虱及条虫等高效，具有高效、低毒、内吸、无交互抗性等4大特点，是优良的半翅目害虫防治药剂。近期，诺华公司将烯啶虫胺开发用于猫狗等宠物跳蚤的防治，商品名为Capstar。这是一种作用非常迅速的片剂，可供宠物服用，口服后30min便可见效，一次服用，24h后的有效率达95%～100%。其有效成分烯啶虫胺能迅速排出体外，增加了安全性，并减少了产生抗性的可能性。NClNCH3NCH3NOO烯啶虫胺Nitenpyram烯啶虫胺噻虫嗪(Thiamethoxam)噻虫嗪又名Diacloden，由诺华公司于1991年发现。该杀虫剂分子中引入了氯代噻唑结构，被誉为第二代烟碱类化合物的代表品种。与以前的商品化烟碱类杀虫剂相比，具有明显的优点，如更低的应用剂量，较宽的杀虫谱等，可用于大部分农作物防治多种刺吸式和咀嚼式口器害虫，包括某些鳞翅目害虫。1997年起，噻虫嗪首先进入新西兰市场，商品名为Cruiser，用于玉米种子处理；1998年又在南非、巴西、印尼及拉丁美洲上市，商品名为Aotara/Cruiser，目前主要的应用作物包括棉花、蔬菜、土豆、玉米、水稻、果树及大豆等。防治对象为蚜虫、粉虱、飞虱、甲虫、象甲等；应用方式包括叶面、土壤喷雾及种子处理。该品种也已在巴拉圭和印尼登记，商品名Gammon；1998年在美国和加拿大完成登记申请，商品名为Platinum等。分类—氯代噻唑类NNOSNClNNOOCH3噻虫嗪Thiamethoxam噻虫嗪噻虫胺(Clothianidin)噻虫胺由日本武田公司发现，与该公司的同类品种烯啶虫胺相比，其分子结构的主要差别，一是用氯代噻唑基团取代了吡啶基团，二是用硝基亚氨基结构取代了硝基亚甲基部分。这些结构上的变化，虽然没有重大突破，但是却充分借鉴并巧妙运用了吡虫啉及啶虫脒研究过程中的基团变换。据称，噻虫胺的活性可与吡虫琳相比，是广谱内吸杀虫剂，既可用于茎叶处理，也可用于土壤、种子处理，目前正由武田与拜耳公司共同进行市场开发，1997-1998年进行田间试验，用于水稻、蔬菜、果园、茶叶及其它作物，商品名为Dantotsu。分类—氯代噻唑类NNSNClNNOOCH3H噻虫胺(ClothianidinNClNCH3NCH3N啶虫脒acetamipridNClNCH3NCH3NOO烯啶虫胺NitenpyramNNNClNNOO吡虫啉imidacloprid噻虫胺分类—其他杂环衍生物MTI-446通用名呋虫胺(Dinotefuran)，是到目前为止发现的唯一的含四氢呋喃环的烟碱类杀虫剂品种，其结构特征是用四氢呋喃环取代了噻虫胺的氯代吡啶环。呋虫胺由日本三井化学公司发现，已进人开发阶段。该品种具有广谱活性，对哺乳动物、鸟类及水生生物低毒。试验表明，以有效成分100~200岁公顷剂量，可用于茄子、黄瓜、蕃茄、卷心菜、苹果、甜菜等多种作物上防治多种半翅目害虫和其他一些重要害虫，具有胃毒、触杀及内吸作用。ONNCH3NNOO呋虫胺DinotefuranNNSNClNNOOCH3噻虫胺clothianidin呋虫胺抗性与治理国内外抗性检测发现，已有烟粉虱、马铃薯甲虫、小菜蛾、灰稻虱、豆荚盲蝽、桃蚜、棉蚜、麦长管蚜、阿根廷粉虱、家蝇、德国小蠊、黑腹果蝇等13种害虫对吡虫啉产生了不同程度的抗性，其中粉虱和稻飞虱的抗性尤为突出。为了防止和延缓害虫对新烟碱类杀虫剂抗性的产生和发展，迫切需要行之有效的措施。具有抗性治理策略有：充分优化新烟碱类杀虫剂的使用剂量和时间，尽量使用药剂的有效剂量，减少亚致死量导致轻度抗性产生的可能性；与作用机理不同的其它杀虫剂轮用和混用；合理利用农业防治、生物防治等防治手段，从根本上减少化学药剂的用量；作物轮作来提高基因的混合程度，减少抗性个体出现的频率。总之，为了减少抗性，必须合理使用新烟碱类杀虫剂，避免或减少目前广泛存在的吡虫啉滥用、单一使用等不合理用药现象。烟粉虱豆荚盲蝽桃蚜小菜蛾棉蚜灰稻虱家蝇德国小蠊黑腹果蝇结束语新烟碱类杀虫剂是一类具有新颖杂环化学结构的高效杀虫剂，是乙酰胆碱受体抑制剂，主要作用于昆虫神经，其独特的作用机制使该类产品对传统杀虫剂产生抗性的害虫也有良好的仿效。新烟碱类杀虫剂具有高效、低毒、广谱、选择毒性强和对环境安全等特点，是取代那些对哺乳动物高毒、有残留和环境问题的有机磷、氨基甲酸酯类、拟除虫菊酯类、有机氯类杀虫剂的最佳品种之一，市场前景非常广阔。谢谢！