第8章生物农药的创制.

2019/12/191第八章、生物农药的创制2019/12/192第一节、生物农药的创制思路一、21世纪新农药的特点环境相容性好活性高安全性好市场潜力大2019/12/193第一节、生物农药的创制思路二、生物新农药创制的现状和发展趋势生物农药的创制成功率较高，筛选化学农药的成功率为1/20000，而生物农药的成功率是1/5000，同时化学农药的开发周期是生物农药的3倍，开发费用是生物农药的40倍，注册费用是生物农药的100倍，因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。2019/12/194国外生物农药发展现状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5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究所。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素，其生产菌种都是链霉菌。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井冈霉素相当，与日本的多抗霉素不相上下，达到了国际先进水平，而国内其他厂家的生产水平则差距甚远。2019/12/1952019/12/1962019/12/1972019/12/198产品名称：多抗霉素【产品特点】：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，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。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、瓜果蔬菜及草坪花卉的病害防治。2019/12/199国内生物农药发展现状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药。我国是农用抗生素研究与生产的大国，在某些领域(如井冈霉素及赤霉素)处于国际领先水平。我国农用抗生素的研究始于上世纪50年代，以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．目前我国生物农药生产厂家达到400多家．登记品种140多个。2019/12/1910国内生物农药发展现状其中，农用抗生素井冈霉素、阿维菌素、赤霉素以及苏云金杆菌(Bt)已成为我国生物农药产业中的拳头和领军品种。农用链霉素、农抗120、苦参碱、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的中坚力量，这些品种已占生物农药销售额的90％左右。农用抗生素杀菌剂年产量可达5千吨，常年应用面积达1333～2000万公顷，占到我国农药杀菌剂的15％左右，年销售额约在7～8亿元。2019/12/1911近年来国内农药的应用现状2019/12/1912三、大力挖掘生物农药的生物资源1、活体生物农药资源细菌、真菌、病毒、线虫2、天然生物活性物质资源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。包括内源激素和外源激素。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境下的变异性条件下可产生各种各样的次生代谢产物。2019/12/1913三、大力挖掘生物农药的生物资源3、基因资源采用现代生物工程的手段有目的地高效表达创造新的转基因抗病虫害品种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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。2019/12/1914四、通过对生物农药的改造开发新农药1、活体生物农药的改造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、通过修饰、缺失与宿主范围相关的基因来拓宽病毒的杀虫谱。2019/12/1915四、通过对生物农药的改造开发新农药2、提高代谢产物的产量化学和物理诱变菌株、发酵技术的优化(采用细胞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化对结构基因的催化特征进行详细的分析，修正生物合成机理模型，从而获得结构和活性改变的新衍生产物）2019/12/1916四、通过对生物农药的改造开发新农药3、生物农药的复配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特别有效；不仅可以杀死植物害虫，还可以防治动物体外寄生虫。2019/12/1917五、以化学和生物相结合的方法开发新农药1、基于植物免疫机理创制新农药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农药2、生物农药的化学改造可通过对有效成分及其类似化合物的半合成改造开发生物农药新品种。2019/12/1918五、以化学和生物相结合的方法开发新农药3、仿生农药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，可采用全人工仿生合成的方式进行开发。最先尝试开发的仿生农药是杀虫剂。4、发展化学生物学，寻找新靶标目前，95%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、GABA受体功能、钠离子通道功能、线粒体呼吸、几丁质合成这五种机制中的一种。2019/12/1919第二节、生物农药的创制过程一、生物农药的创制的一般过程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；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；其后要对产生杀虫、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；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。2019/12/1920第二节、生物农药的创制过程二、生物农药的筛选和鉴定1、室内筛选A、离体生物测定：在有机体外，在试管内或其它人工环境中进行生物测定的方法杀菌活性的离体生物测定采用抑菌圈法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）测定法，毒素采用MTT法（或称MTT比色法）2019/12/1921第二节、生物农药的创制过程二、生物农药的筛选和鉴定1、室内筛选B、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。一般以离体生物测定进行初筛后，然后进行活体生物测定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、植物生长调节剂的生物测定2019/12/1922二、生物农药的筛选和鉴定2、活性成分鉴定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。3、田间药效试验田间药效试验是鉴定生物农药效果不可缺少的一个环节。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。2019/12/1923二、生物农药的筛选和鉴定3、田间药效试验田间药效试验的程序可分为小区试验、大区试验、多点试验和示范试验。田间药效试验设计必须设对照和重复药效检查是田间试验的关键性问题之一最后对田间药效试验的资料进行生物统计法分析2019/12/1924三、生物农药的毒理学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、神经毒理学、细胞毒理学等。还有从环境角度进行研究的环境毒理学、生态毒理学、田间毒理学、结构毒理学和宏观毒理学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。同时毒理学提供的信息对指导新农药的设计和科学合理使用也是有帮助的2019/12/1925四、生物农药的残毒、残留及安全性1、毒性实验A、急性毒性：急性经口LD50，急性经皮LD50，急性眼刺激，急性皮肤刺激试验B、蓄积毒性试验：连续给药20天，检查其蓄积毒性C、至突变试验：24小时二次灌胃，取胸骨骨髓检查是否有遗传突变D、亚慢性毒性实验：包括90天经口试验、21天经皮试验、28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2019/12/1926四、生物农药的残毒、残留及安全性E、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2年。F、基因安全试验G、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2019/12/1927五、生物农药登记注册我国从1982年4月10日起执行《农药登记规定》，申请者必须提交农药的药效和药害、毒性、残留性相关资料。我国农药登记分三类：临时登记、品种登记、补充登记。2019/12/1928第三节、创制生物农药的关键技术一、生物活性物质的提取和鉴定1、微生物代谢产物的提取和鉴定2、植物活性物质的提取和鉴定3、动物活性物质的提取和鉴定2019/12/1929第三节、创制生物农药的关键技术二、昆虫病原体的分离纯化与鉴定1、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微生物杀虫剂新资源的第一步。2、病原体的分离纯化A、细菌的分离纯化B、真菌的分离纯化C、放线菌的分离纯化D、病毒的分离纯化2019/12/1930第三节、创制生物农药的关键技术二、昆虫病原体的分离纯化与鉴定3、鉴定病原体的方法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：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物。2019/12/1931第三节、创制生物农药的关键技术三、生物农药的生物测定1、生物测定：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，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，根据反应类型与强度，测定出该物质生物活性大小的一种方法，是筛选生物农药的关键。2019/12/1932三、生物农药的生物测定2、生物测定的计量方式死亡率半数致死剂量（LD50）半数致死浓度（LC50）半数有效剂量（ED50）半数组织培养感染剂量（TCID50）半数致死时间（LT50）空斑形成单位（PFU）2019/12/1933三、生物农药的生物测定2、生物测定的计量方式效价单位与效价效价单位指表示某一物质引起生物反应效力强弱的公认计量单位；效价是指待测制剂通过生物测定，与标准品对比之下求出的效价单位的数量。2019/12/1934三、生物农药的生物测定2、生物测定的计量方式滴度：用几何级数稀释的病毒材料接种细胞、鸡胚或动物，观察病毒增殖的特征如细胞病变、空斑，这一实验方法称病毒的滴定，使50%宿主发生感染的稀释度称病毒的感染滴度。相对毒力指数：标准样品与待测样品的LC50或LT50或ED50的比值2019/12/1935三、生物农药的生物测定3、常用的几种生物测定方法TCID50的测定空斑测定法Bt活体生物测定Bt离体生物测定液体培养抑制测定法抑菌圈法真菌生长抑制法病毒活体生物测定