第八章新農(nóng)藥的研究與開發(fā)新農(nóng)藥的研制過程大體上可分為“研究”與“開發(fā)”兩個階段。在研究階段，主要目的是從大量的化合物中篩選出新的農(nóng)藥活性化合物，發(fā)現(xiàn)先導(dǎo)化合，經(jīng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化，篩選開發(fā)的侯選化合物。在開發(fā)階段，則主要是對侯選化合物進(jìn)行開發(fā)試驗和安全性評價，最后選定農(nóng)藥新品種，進(jìn)行工業(yè)化開發(fā)并商品化。第一節(jié)化學(xué)合成與工藝研究第二節(jié)生物篩選與作用機(jī)理第三節(jié)農(nóng)藥安全性評價第四節(jié)生物源天然產(chǎn)物農(nóng)藥一、先導(dǎo)化合物的發(fā)現(xiàn)及優(yōu)化（一）先導(dǎo)化合物的概念及特點(diǎn)1、先導(dǎo)化合物的概念通過生物測定，從眾多的候選化合物中發(fā)現(xiàn)和選定的具有某種生物活性的新化合物。第一節(jié)化學(xué)合成與工藝研究

2、先導(dǎo)化合物特點(diǎn)（1）具有新穎的化學(xué)結(jié)構(gòu)，并有衍生和改變結(jié)構(gòu)的發(fā)展?jié)摿Γ?）可作為起始研究模型（3）經(jīng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化，可開發(fā)出受專利保護(hù)的新農(nóng)藥品種。先導(dǎo)化合物(leadcompound)：指通過生物測定，從眾多的侯選化合物中發(fā)現(xiàn)和選定的具有某種農(nóng)藥活性的新化合物，一般具有新穎的化學(xué)結(jié)構(gòu)，并有衍生化和改變結(jié)構(gòu)的發(fā)展?jié)摿Γ梢杂米髌鹗佳芯磕Ｐ?，?jīng)過結(jié)構(gòu)優(yōu)化，開發(fā)出受專利保護(hù)的新農(nóng)藥品種。（二）發(fā)現(xiàn)先導(dǎo)化合物的主要途徑1、經(jīng)驗篩選這種方法發(fā)現(xiàn)的活性化合物完全是依靠機(jī)遇，化合物活性和生化機(jī)制是不可預(yù)測的。因此，又稱為隨機(jī)篩選。近年來，經(jīng)驗篩選的重點(diǎn)放在具有新穎化學(xué)結(jié)構(gòu)的化合物方面，特別是：（1）在分子中引入過去農(nóng)藥分子中少見的元素。（2）新型雜環(huán)化合物2、類推合成：對已經(jīng)開發(fā)的活性先導(dǎo)化合物進(jìn)行衍生合成，開發(fā)新的農(nóng)藥品種或發(fā)現(xiàn)新的二次先導(dǎo)化合物。3、天然產(chǎn)物模型：從天然存在的化學(xué)品種獲得具有生物活性的先導(dǎo)化合物。如從沙蠶中獲得殺蟲先導(dǎo)化合物沙蠶毒素，然后進(jìn)行類推合成開發(fā)出殺螟丹、殺蟲雙、殺蟲磺、殺蟲環(huán)等。4、生物合理設(shè)計生物合理設(shè)計：就是以靶標(biāo)生物體生命過程中某個關(guān)鍵的生理生化作用機(jī)制作為研究模型，人為地設(shè)計合成干擾此作用機(jī)制的化合物，從中篩選出先導(dǎo)化合物，然后進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化開發(fā)。生物合理設(shè)計的主體思維分三步：第一步：以昆蟲為例：研究目標(biāo)昆蟲的某一生化途徑，該途徑的末端產(chǎn)物對昆蟲來說是生命攸關(guān)的，如果干擾這一途徑中的某一環(huán)節(jié)，昆蟲將死亡。第二步：研究的干擾機(jī)制第三步：根據(jù)研究清楚的靶標(biāo)，人為地設(shè)計這種酶的抑制劑，合成篩選出的殺蟲劑5.計算機(jī)輔助設(shè)計多維定量構(gòu)效關(guān)系模型化方法

(MDQSAR

)類推合成隨機(jī)合成篩選天然活性物質(zhì)模型生物合理設(shè)計先導(dǎo)（母體）產(chǎn)生一次先導(dǎo)化合物先導(dǎo)優(yōu)化最佳候選物1先導(dǎo)展開二次先導(dǎo)化合物先導(dǎo)優(yōu)化先導(dǎo)展開N次先導(dǎo)化合物先導(dǎo)優(yōu)化最佳候選物N應(yīng)用開發(fā)安全性評價商品化新農(nóng)藥品種最佳候選物2MDQSAR二、小試研究、中試研究1、小試研究的內(nèi)容：（1）選擇合成路線。（2）合成條件優(yōu)化。（3）測定和合成反應(yīng)有關(guān)的理化數(shù)據(jù)，如熱量、黏度等，為設(shè)備選型及進(jìn)一步的工藝性試驗提供依據(jù)。（4）制定原料，中間體，產(chǎn)品的分析方法（5）進(jìn)行物料能量衡算，初步評價經(jīng)濟(jì)效益（6）提供適量合格產(chǎn)品進(jìn)行田間藥效試驗評價和安全性評價2、中試研究內(nèi)容（1）驗證小試結(jié)果（2）根據(jù)工程放大的需要，建立一定規(guī)模的中間試驗裝置（全流程或單元操作）考驗工藝流程的合理性和操作條件的可靠性，測定物料平衡，熱量平衡及制定過程控制方案。（3）主要設(shè)備材質(zhì)選擇和設(shè)備選型（4）較長周期穩(wěn)定和連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)（5）三廢治理方案（6）原材料、中間體及產(chǎn)品的分析方法和建立產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（7）產(chǎn)品應(yīng)用研究（8）中試技術(shù)及中間評價（9）基礎(chǔ)設(shè)計與最終評價新農(nóng)藥研究開發(fā)程序生產(chǎn)廠商先導(dǎo)化合物的發(fā)現(xiàn)→小試研究（基礎(chǔ)研究）→概念設(shè)計→中間試驗（過程研究）→基礎(chǔ)設(shè)計（工業(yè)規(guī)模）第二節(jié)生物篩選與作用機(jī)理一、生物篩選在新農(nóng)藥研究與開發(fā)中的意義1、生物篩選的含義：采取一定的可重復(fù)的方法和步驟，用一定劑量的候選化合物處理供試生物材料，根據(jù)供試生物材料的反應(yīng)并經(jīng)過的統(tǒng)計分析后，選出有效化合物供進(jìn)一步商品化開發(fā)，或作為先導(dǎo)化合物進(jìn)一步研究。2、生物篩選的意義（1）生物篩選提供先導(dǎo)化合物的生物活性信息（2）在先導(dǎo)優(yōu)化及分子設(shè)計，特別是構(gòu)效關(guān)系研究中提供定量活性資料（毒力）（3）對候選化合物商品化開發(fā)價值作出評價。（4）提供毒理學(xué)數(shù)據(jù)二、供篩選的生物材料的選定生物篩選有兩種模式，定向篩選和廣泛篩選。定向篩選：有預(yù)定目標(biāo)，針對特定的有害生物進(jìn)行篩選。如防治棉鈴蟲藥劑篩選，防治白粉病藥劑篩選等。廣泛篩選：又稱普篩，是一種沒有限定和預(yù)期目標(biāo)的篩選。1.生物材料的選取原則（1）在室內(nèi)人為環(huán)境條件下，應(yīng)用較簡便快速的繁殖技術(shù)，可保證全年定時大量供應(yīng)，不受季節(jié)限制。（2）應(yīng)是廣泛發(fā)生為害的主要農(nóng)林有害生物，具有重要的經(jīng)濟(jì)意義，而且在分類地位上有一定代表性。2.供篩選的生物材料（1）昆蟲和螨類。我國常用的種類的是：粘蟲、玉米螟、小菜蛾、棉蚜、米象、淡色庫蚊、朱砂葉螨、雜擬谷盜、棉鈴蟲、二化螟、褐飛虱、豆蚜、家蠅。（2）植物病原菌。我國常用的種類的是：稻瘟病菌、水稻紋枯病菌、甘薯黑疤病菌、馬鈴薯晚疫病菌、番茄早疫病菌、柑桔青霉病菌、蘋果黑星病菌、棉花炭疽病菌、黃瓜霜霉病、花生褐斑病菌、番茄灰霉病菌。（3）雜草。我國常用的種類的是：野燕麥、看麥娘、薺菜、藜、稗、莧、播娘蒿。三、篩選方法與毒理研究（一）初篩：在室內(nèi)進(jìn)行，包括離體測試和盆栽測試。初篩一般只設(shè)計供試化合物的1-3個劑量（濃度）作用于供試生物，初篩觀察供試化合物有無生物活性，何種生物活性，大致的活性強(qiáng)度。1、殺蟲劑活性的初篩方法

（1）飼料混毒法：將待測樣品和試蟲人工飼料或人工飼料混合（一般設(shè)計1000ug/g和100ug/g兩個劑量），接入初孵幼蟲飼養(yǎng)7天，其間觀察試蟲的反應(yīng)癥狀（如存活、爬行、取食、蛻皮、個體大小等），并分別于接蟲后1天、3天和7天檢查死亡率，第七天稱活蟲體重，并與對照比較。（2）葉片浸藥飼蟲法將待測樣品溶于丙酮或甲醇等溶劑，再以水稀釋或?qū)悠纷鳛槿閯┮运♂專ㄒ话阌?000ug/ml，1000ug/ml和100ug/ml三個劑量）將供試害蟲喜歡取食的葉片浸3-5S后取出晾干，飼喂3齡幼蟲3d，觀察記載害蟲的反應(yīng)（如存活、取食、爬行、蛻皮等）（3）微量篩選法在高1.5cm，直徑1.0cm的小杯中，加入1ml含供試樣品的水，放入1頭2齡蚊幼蟲，4h后在雙目解剖鏡下檢查試蟲的反應(yīng)。2、殺菌劑活性初篩方法（1）離體測試離體測試方法：抑制孢子萌發(fā)法和抑制菌絲生長法離體測試：供試化合物濃度設(shè)計為10ug/ml、100ug/ml離體測試的優(yōu)點(diǎn)：簡單、快速、適合微量樣品的初篩離體測試的缺點(diǎn)：與田間防治實際差異大，易造成“漏篩”。（2）活體測試（盆栽試驗）供試化合物濃度一般設(shè)計為：50ug/ml和500ug/ml。盆栽試驗一般都在現(xiàn)代化的大型溫室中進(jìn)行。3、除草劑活性初篩除草劑活性初篩大多數(shù)采用盆栽測試藥劑處理劑量：0.75kg/hm2、1.5kg/hm2、2.25kg/hm2藥劑處理方法：芽前土表處理、混土處理、芽后莖葉處理、水淹條件下用滴管將藥劑滴入土壤中。（二）復(fù)篩經(jīng)過初篩后，絕大多數(shù)供試化合物被淘汰掉，少數(shù)化合物進(jìn)入復(fù)篩階段。復(fù)篩是以低于初篩的濃度對初篩中保留下來的有效樣品作進(jìn)一步的測試。一般采用5個濃度，求出LD50、LC50或ED50、EC50并和常用的商品農(nóng)藥對照，以評價是否可進(jìn)入田間小區(qū)試驗。（三）田間小區(qū)試驗田間小區(qū)試驗是在田間條件下，對室內(nèi)復(fù)篩，特別是盆栽試驗結(jié)果的進(jìn)一步考核和篩選。（四）作用方式和作用機(jī)理研究1、作用方式研究（1）胃毒作用（2）觸殺作用（3）熏蒸作用（4）內(nèi)吸作用（5）對行為的影響2、作用機(jī)理研究第三節(jié)農(nóng)藥安全性評價一、農(nóng)藥衛(wèi)生毒理安全性評價二、農(nóng)藥環(huán)境安全評價一、農(nóng)藥衛(wèi)生毒理安全性評價1、農(nóng)藥衛(wèi)生毒理安全性評價：是通過動物試驗和人群的觀察，來闡明農(nóng)藥的毒性及其潛在的危險性，其目的是為了保護(hù)人類健康和制定預(yù)防措施提供理論依據(jù)。2、毒性試驗內(nèi)容第一階段：急性毒性試驗。包括（1）急性經(jīng)口毒性（LD50)試驗（2）急性經(jīng)皮毒性（LD50)試驗（3）急性吸入毒性（LD50)試驗（4）眼刺激試驗（5）皮膚刺激及致敏性試驗第二階段：亞急性毒性試驗。包括（1）蓄積毒性試驗（2）原核細(xì)胞基因突變試驗及Ames試驗（3）體細(xì)胞試驗（4）生殖細(xì)胞試驗亞急性毒性試驗：對動物的染毒時間14-28d2、毒性試驗內(nèi)容第三階段：亞慢性毒性試驗。包括：（1）90d的經(jīng)口試驗（2）21d的經(jīng)皮試驗（3）21d或28d吸入試驗（4）遲發(fā)性神經(jīng)毒性試驗（5）兩代繁殖試驗（6）致畸試驗和代謝試驗第四階段：慢性毒性試驗大鼠2年喂養(yǎng)試驗或小鼠1.5年喂養(yǎng)試驗二、農(nóng)藥環(huán)境安全評價（一）環(huán)境行為是供試化合物在環(huán)境中發(fā)生的各種物理和化學(xué)現(xiàn)象的總稱，包括化合物在環(huán)境中的化學(xué)行為與物理行為。化學(xué)行為主要指導(dǎo)化合物在環(huán)境中的殘留性及其降解與代謝過程。物理行為主要指化合物在環(huán)境中的移動性及其遷移擴(kuò)散規(guī)律。（二）生態(tài)效應(yīng)包括化合物對非靶標(biāo)生物毒性及化合物在生物體的富集作用。對非靶標(biāo)生物毒性主要包括對天敵的影響，對魚類的影響，對蚯蚓及土壤微生物的影響，對蜜蜂的影響，對家蠶的影響，對鳥類的影響等。新農(nóng)藥研究與開發(fā)實驗室:先導(dǎo)化合物發(fā)現(xiàn),生物篩選,安全性評價,小試試驗和中試試驗田間:小區(qū)試驗,大區(qū)試驗,示范推廣,環(huán)境毒理輻射面積第四節(jié)生物源天然產(chǎn)物農(nóng)藥一、生物源天然產(chǎn)物農(nóng)藥的特點(diǎn)及意義生物源天然產(chǎn)物農(nóng)藥主要是指以植物、動物、微生物等產(chǎn)生的具有農(nóng)用生物活性的次生代謝產(chǎn)物開發(fā)的農(nóng)藥如2.5%魚藤酮乳油，15%井岡霉素水溶性粉劑等。生物源天然產(chǎn)物農(nóng)藥的特點(diǎn)（1）對哺乳動物毒性較低，使用中對人畜比較安全。（2）防治譜較窄，甚至有明選的選擇性。印楝素對鱗翅目幼蟲敏感，對鞘翅目、半翅目、同翅目昆蟲敏感度低。井崗霉素對水稻紋枯病，小麥紋枯病高效，對稻曲病也有效，但對其他病害防效差，甚至根本無效。（3）對環(huán)境的壓力小，對非靶標(biāo)生物比較安全。（4）作用緩慢，在遇到有害生物大量發(fā)生迅速蔓延時往往不能及時控制為害。二、生物源天然產(chǎn)物農(nóng)藥的研究開發(fā)途徑途徑包括三個方面：（1）充分利用我國寶貴的生物資源，開發(fā)天然產(chǎn)物農(nóng)藥新品種。（2）有效成分及其類似化合物的半合成改造。（3）作為創(chuàng)制新農(nóng)藥的先導(dǎo)化合物模型。三、生物源天然產(chǎn)物農(nóng)藥的主要類型（一）植物源天然產(chǎn)物農(nóng)藥1、植物毒素植物中產(chǎn)生的對有害生物具有毒殺作用的次生代謝產(chǎn)物。（1）具有殺蟲作用植物毒素，如除蟲菊素、魚藤酮、煙堿等（2）具有殺菌作用植物毒素：大蒜素等（3）具有殺草作用植物毒素醌類：核桃醌、獨(dú)角金萌素生物堿類：天仙子胺香豆素類：香豆素、當(dāng)歸根素等噻吩和聚炔類：a-三噻吩、十三碳單噻吩聚乙炔萜烯類：單萜、倍半萜、倍半萜內(nèi)酯2、植物中的昆蟲拒食劑和忌避劑（1）拒食劑：印楝素（2）忌避劑：薄荷、山奈、魚腥草、芹菜籽等3、植物內(nèi)源激素乙烯生長素（吲哚乙酸）赤霉素細(xì)胞分裂素脫落酸蕓苔素內(nèi)脂等（二）動物源天然產(chǎn)物農(nóng)藥1、昆蟲內(nèi)源激素：保幼激素（juvenilehormone，JH）保幼激素類似物（juvenilehormoneanalogue，JH）如烯蟲酯、蒙-512（altozar)、雙氧威蛻皮激素（mouitinghormone，MH）如：抑食肼（RH-5849），咪螨2、昆蟲信息素性信息素：蠶蛾醇、棉鈴蟲性信息素產(chǎn)卵忌避素：芥子酸報警激素：E-β-法尼烯等3、昆蟲忌避劑：避蚊胺、避蚊醇4、節(jié)肢動物毒素：是節(jié)肢動物（包括昆蟲）產(chǎn)生的用于保衛(wèi)自身、抵御敵人、攻擊獵物的天然產(chǎn)物。如沙蠶毒素、斑蝥素、黃蜂素、蜂毒肽、蜂毒明肽、蝎毒等。三、微生物天然產(chǎn)物農(nóng)藥1、微生物源殺蟲劑：是目前應(yīng)用最多的生物農(nóng)藥，占整個生物防治劑的90%以上。如殺螨素、阿維菌素、瀏陽霉素。2、微生物源殺菌劑滅瘟素春雷霉素多氧霉素公主嶺霉素農(nóng)抗120武夷霉素中生菌素井岡霉素等3、微生物源除草劑從鏈霉菌發(fā)酵液中分離出一種黃嘌呤堿類抗生素雜草菌素，已用于防除水田稻草等禾本科雜草細(xì)交鏈孢霉素茴香霉素。近年來，從微生物代謝產(chǎn)物開發(fā)新型除草劑最成功的有雙丙氨酰膦和草胺膦，雙丙氨酰膦是從Streptomyces

hydrossopius發(fā)酵液中分離的一種有機(jī)磷雙肽化合物，德國赫司物公司又以雙丙氨酰膦為模板，人工合成開發(fā)出草胺膦生物源天然產(chǎn)物農(nóng)藥：以植物、動物、微生物等產(chǎn)生的具有農(nóng)用生物活性的次生代謝產(chǎn)物開發(fā)的農(nóng)藥如：0.3%印楝素乳油、3%中生菌素等次生代謝產(chǎn)物的特點(diǎn)具有選擇性易降解多樣性復(fù)雜性問題討論生物源天然產(chǎn)物農(nóng)藥與生物源農(nóng)藥有何區(qū)別?常見生物源農(nóng)藥毒性農(nóng)藥名稱LD50(mg/kg)除蟲菊素340魚藤酮132印楝素大于10000阿維菌素10.06常見生物源農(nóng)藥防治對象農(nóng)藥名稱防治對象除蟲菊素鱗翅目幼蟲魚藤酮蚜蟲印楝素鱗翅目幼蟲阿維菌素螨類、鱗翅目幼蟲常見生物源農(nóng)藥作用時間農(nóng)藥名稱作用時間除蟲菊素3-5天蘇云金桿菌5-7天印楝素5-7天阿維菌素3天生物源天然產(chǎn)物農(nóng)藥開發(fā)利用1、直接利用印楝素井崗霉素苦參堿2、有效成分及其類似化合物的半合成改造阿維菌素伊維菌素阿維菌素甲氨基阿維菌素3、作為先導(dǎo)化合物模型除蟲菊素擬除蟲菊酯殺蟲劑沙蠶毒素巴丹、殺蟲雙等大蒜素抗菌劑402蕓薹素蕓苔素內(nèi)酯生物源天然產(chǎn)物農(nóng)藥的類型一、植物源天然產(chǎn)物農(nóng)藥植物源農(nóng)藥分類按防治對象分：植物殺蟲劑、植物殺菌劑、植物殺線蟲劑、植物殺鼠劑、植物除草劑按作用性質(zhì)分植物毒素：如海蔥苷、除蟲菊素、大蒜素等植物昆蟲激素植物昆蟲拒食劑如印楝素、檸檬素植物引誘劑和忌避劑絕育類物質(zhì)植物保衛(wèi)素如豌豆素按作用方式分類特異性植物性殺蟲劑如：印楝素觸殺性植物性殺蟲劑:除蟲菊素、魚藤酮胃毒性植物性殺蟲劑:煙堿丁香油引誘東方果蠅香茅油薄荷芹菜籽菖蒲根種有細(xì)辛醇阻礙雌蟲卵巢發(fā)育植物內(nèi)源激素

乙烯生長素（吲哚乙酸）赤霉素細(xì)胞分裂素脫落酸蕓苔素內(nèi)脂等二、動物源天然產(chǎn)物農(nóng)藥1、昆蟲內(nèi)源激素：保幼激素（juvenilehormone，JH）保幼激素類似物（juvenilehormoneanalogue，JH）如烯蟲酯、蒙-512（altozar)、雙氧威蛻皮激素（mouitinghormone，MH）如：抑食肼（RH-5849），咪螨2、昆蟲信息素

性信息素：蠶蛾醇、棉鈴蟲性信息素產(chǎn)卵忌避素報警激素3、昆蟲忌避劑避蚊胺避蚊醇4、節(jié)肢動物毒素沙蠶毒素斑蝥素黃蜂素蜂毒肽蜂毒明肽蝎毒三、微生物天然產(chǎn)物農(nóng)藥1、微生物源殺蟲劑：是目前應(yīng)用最多的生物農(nóng)藥，占整個生物防治劑的90%以上。如殺螨素、阿維菌素、瀏陽霉素、多殺霉素。2、微生物源殺菌劑滅瘟素春雷霉素多氧霉素公主嶺霉素農(nóng)抗120武夷霉素中生菌素井岡霉素等3、微生物源除草劑雙丙氨酰膦草銨膦四、生物源殺鼠劑1、殺鼠微生物C型肉毒梭菌霉素2、殺鼠植物白頭翁蒼耳天南星曼陀羅曼陀羅馬錢子斷腸草第五節(jié)農(nóng)藥管理和農(nóng)藥登記一、我國的農(nóng)藥管理制度由國家立法機(jī)關(guān)制定和頒布的有關(guān)法律，對農(nóng)藥生產(chǎn)、經(jīng)營、使用等方面進(jìn)行全面管理；由國家或地方行政機(jī)關(guān)制定的某個方面的行政法規(guī)或地方行政法規(guī)，也具有強(qiáng)制性的約束力；由行政部門制定和頒發(fā)的某些規(guī)定和技術(shù)規(guī)范，有指導(dǎo)作用，但無法律約束力。（一）登記前管理登記前管理重點(diǎn)是農(nóng)藥登記。根據(jù)“農(nóng)藥登記規(guī)定”，未經(jīng)登記批準(zhǔn)的農(nóng)藥不得生產(chǎn)、銷售和使用。國外的農(nóng)藥，未經(jīng)我國登記批準(zhǔn)，亦不能在我國生產(chǎn)、銷售和使用。(二)登記后管理1.農(nóng)藥標(biāo)簽管理

標(biāo)簽包含的主要內(nèi)容有：農(nóng)藥名稱、規(guī)格、登記號、生產(chǎn)許可證號、凈重、生產(chǎn)廠家、農(nóng)藥類別、使用說明、毒性標(biāo)志、注意事項和生產(chǎn)日期、批號等。二、農(nóng)藥廣告管理農(nóng)藥廣告的審批原則是：（1）未經(jīng)登記批準(zhǔn)的農(nóng)藥產(chǎn)品不得登廣告；（2）廣告內(nèi)容應(yīng)與農(nóng)藥登記證和農(nóng)藥登記公告相符；（3）不得以任何形式弄虛作假，蒙蔽或欺騙用戶。三、農(nóng)藥登記需要提供的資料1.摘要3.產(chǎn)品化學(xué)：有效成分，原藥，制劑3.毒理學(xué)：急性毒性，三致作用等4.藥效：室內(nèi)，田間5.殘留：殘留分析，安全間隔期6.環(huán)境生態(tài)：環(huán)境行為，對非靶標(biāo)生物毒性7.標(biāo)簽：使用說明，毒性標(biāo)志，注意事項

除草劑

—綠色；殺蟲劑

—紅色；殺菌劑—

黑色；殺鼠劑

—蘭色；生長調(diào)節(jié)劑

—深黃色

第六節(jié)農(nóng)藥的降解及環(huán)境歸趨農(nóng)藥在生物體內(nèi)的代謝農(nóng)藥代謝過程中的主要反應(yīng)類型農(nóng)藥的光解農(nóng)藥生物富集農(nóng)藥對環(huán)境的污染問題——農(nóng)藥殘留

農(nóng)藥殘留的急性毒性問題農(nóng)藥殘留的慢性、亞慢性毒性問題農(nóng)藥殘留對農(nóng)藥產(chǎn)品貿(mào)易的影響農(nóng)藥殘留對農(nóng)產(chǎn)品貿(mào)易的影響

農(nóng)藥對環(huán)境的污染問題——環(huán)境生物毒害對有益生物的影響

蜜蜂、魚類、鳥類、家蠶天敵，赤眼蜂、青蛙蚯蚓、土壤微生物對生物鏈的影響農(nóng)藥在生物體內(nèi)的代謝代謝的概念農(nóng)藥代謝是指作為外源化合物的農(nóng)藥進(jìn)入生物體后，通過多種酶對這些外源化合物所產(chǎn)生的化學(xué)作用。這類作用亦稱生物轉(zhuǎn)化。

農(nóng)藥對環(huán)境的污染問題——環(huán)境中的歸宿歸宿：水、土壤、空氣

影響因子：溫度、濕度、光照、降雨、微生物、pH研究方法放射性同位素示蹤法示蹤法與其它方法配合農(nóng)藥在哺乳動物體內(nèi)的代謝目的研究內(nèi)容供試生物給藥方式農(nóng)藥在其他動物體內(nèi)代謝目的研究內(nèi)容供試生物給藥方式農(nóng)藥在植物體內(nèi)的代謝目的研究內(nèi)容供試生物給藥方式土壤中微生物對農(nóng)藥降解由于農(nóng)藥的大量使用,對環(huán)境有著巨大的潛在危害,可怕的農(nóng)藥中毒事件,地下水的污染,以及對各種生物、害蟲天敵的殺傷引起世人的關(guān)注,人們開始了研究農(nóng)藥在環(huán)境中的行為和去向問題。通過近幾十年研究工作,已經(jīng)肯定了土壤和水環(huán)境的農(nóng)藥降解中微生物起了主要作用,分離到一批能降解或轉(zhuǎn)化某種農(nóng)藥的微生物類群,弄清了微生物降解農(nóng)藥的主要作用方式及降解機(jī)制,以及各類化學(xué)農(nóng)藥微生物降解的途徑。微生物對農(nóng)藥的降解是土壤中農(nóng)藥最主要也是最徹底的凈化。影響微生物活性的諸因素如溫度、有機(jī)質(zhì)含量等都會影響農(nóng)藥的微生物降解。微生物降解農(nóng)藥的研究基本方法包括以下幾個方面:(1)以適當(dāng)濃度范圍的被測試農(nóng)藥作為微生物生長代謝所需的唯一或主要碳源和能源;(2)篩選出能分解農(nóng)藥的微生物;(3)創(chuàng)造適合微生物生長的環(huán)境和條件,包括好氧微生物降解試驗中提供足夠的氧量和厭氧微生物降解試驗中保證隔絕氧;(4)選擇適宜的溫度條件;(5)微生物所需要的氮硫磷源和無機(jī)鹽介質(zhì);(6)選擇合適的農(nóng)藥測定方法。降解農(nóng)藥微生物的分離和篩選為獲取降解農(nóng)藥的微生物菌株,可從現(xiàn)已收藏的菌種中篩選,亦可以從土壤、水體或污染環(huán)境中直接分離篩選或經(jīng)富集培養(yǎng)獲得。農(nóng)藥降解菌的富集培養(yǎng)方法主要有:液體培養(yǎng)法土壤環(huán)流法連續(xù)流動培養(yǎng)法通常是從長期被某種藥劑污染的土壤和污水中取樣經(jīng)富集培養(yǎng),再經(jīng)固體培養(yǎng)分離純化得到所需菌株。降解農(nóng)藥的微生物類別已報道的降解農(nóng)藥的微生物有細(xì)菌、真菌、放線菌、藻類等,大多數(shù)來自土壤微生物類群。細(xì)菌由于其生化上的多種適用能力以及容易誘發(fā)突變菌株從而占了主要的位置,其中假單胞菌屬是最活躍的菌株,對多種農(nóng)藥有分解作用。細(xì)菌

(1)假單胞菌(Pseudomonas):降解農(nóng)藥類型有DDT、馬拉硫磷、甲拌磷、二嗪農(nóng)、DDV、甲基對硫磷、對硫磷、西維因、2.4-D、2甲4氯、茅草枯、西馬津等等(2)芽孢桿菌屬(bacillus):降解農(nóng)藥類型有DDT、甲基對硫磷、對硫磷、殺螟松、毒殺芬、茅草枯、苯硫磷、艾氏劑、狄氏劑、利谷隆、滅草隆、毒莠定等。(3)黃桿菌屬(Flavobacterium):降解農(nóng)藥類型有馬拉硫磷、甲基對硫磷、對硫磷、二嗪農(nóng)、毒死蜱、2，4-D、2甲4氯、毒莠定等。(4)產(chǎn)堿菌屬(Alcaligenes):降解農(nóng)藥類型有茅草枯、抑芽丹、三氯醋酸等。另外,對農(nóng)藥具有降解作用的細(xì)菌還有節(jié)細(xì)胞屬、固氮極毛桿菌屬、短桿菌屬、枝動桿菌屬、鏈球菌屬、極瘤細(xì)菌屬、八疊球菌屬、硫桿菌屬等。降解農(nóng)藥的真菌包括曲霉屬(Aspergillus

)青霉屬(Pinicielium)根霉屬(Rhizopus

)木霉屬(Trichoderma)鐮刀菌屬(Fusarium)交鏈菌屬(Alternaria)頭孢菌屬(Cephalospporium)毛霉屬(Mucor)膠霉屬(Gliocladium)鏈孢霉屬(Neurospora)根霉菌屬(Rhizobium)鐮刀菌屬(Fusarium)交鏈菌屬(Alternaria)頭孢菌屬(Cephalospporium)毛霉屬(Mucor)膠霉屬(Gliocladium)鏈孢霉屬(Neurospora)根霉菌屬(Rhizobium)放線菌

降解農(nóng)藥的有諾卡氏菌屬、鏈霉菌屬、放線菌屬、小單胞菌屬、高溫放線菌屬等。微生物降解農(nóng)藥的途徑

酶促降解作用非酶促作用。酶促作用

(1)微生物以農(nóng)藥或其分子中某部分作為能源和碳源。部分微生物能以某種農(nóng)藥為唯一碳源和能源。有些農(nóng)藥能被微生物立即利用,有的則不能立即利用,需先經(jīng)產(chǎn)生特殊酶后再使農(nóng)藥降解。(2)微生物通過共代謝作用使農(nóng)藥降解。許多研究表明,由于某些化學(xué)農(nóng)藥的結(jié)構(gòu)復(fù)雜,單一的微生物不能使其降解,需靠二種或二種以上的微生物共同代謝降解。微生物的共代謝是目前研究的熱點(diǎn)。(3)去毒代謝作用。微生物不是從農(nóng)藥中獲取營養(yǎng)或能源,而是發(fā)展了為保護(hù)自身生存的解毒作用。非酶促作用

微生物活動使環(huán)境pH方式變化而引起農(nóng)藥降解,或產(chǎn)生某些輔助因子或化學(xué)物質(zhì)參與農(nóng)藥的轉(zhuǎn)化。農(nóng)藥代謝過程中的主要反應(yīng)類型氧化作用：氧化是微生物降解農(nóng)藥的重要非酶促反應(yīng)，有多種形式，如羥基化、脫烷基、?-氧化、脫羧基、醚鍵開裂、環(huán)氧化、氧化偶聯(lián)、芳環(huán)或雜環(huán)開裂等。

脫烷基作用：烷基與N、O或S原子連接的農(nóng)藥容易在微生物作用下進(jìn)行脫烷基降解(如三氮苯類和甲苯胺類)。還原作用：某些農(nóng)藥在厭氣條件下發(fā)生還原作用，如在厭氣條件下氟樂靈中的硝基被還原為胺基。

水解作用：許多無機(jī)酸酯類農(nóng)藥(對硫磷、馬拉硫磷)和苯酰胺類農(nóng)藥在微生物作用下，酰胺和酯鍵易發(fā)生水解作用：又如：環(huán)破裂作用：許多細(xì)菌和真菌能使芳香環(huán)破裂，這是環(huán)狀有機(jī)物在土壤中降解的重要步驟。如2，4D在無色桿菌作用下發(fā)生苯環(huán)破裂：在同類化合物中，影響其降解速率的因素有：化合物取代基的種類、數(shù)量、位置以及取代基團(tuán)的大小。苯類化合物中，不同取代基對各種微生物抗分解的順序為：-NO2＞-SO3H＞-OCH3＞-NH2＞-COOH＞-OH。同類化合物中，取代基的數(shù)量愈多，基團(tuán)的分子愈大，就愈難分解。脫氯作用：許多有機(jī)氯農(nóng)藥可在微生物作用下脫氯，如P，P′-DDT脫氯轉(zhuǎn)變成P，P′-DDD；又如林丹(γ-666)經(jīng)梭狀芽孢桿菌和大腸桿菌作用，脫氯成為氯苯和苯：縮合或共軛形成。縮合包括將有毒分子或其一部分,與另一有機(jī)化合物結(jié)合,從而使農(nóng)藥或其衍生物失去活性。應(yīng)當(dāng)指出，農(nóng)藥的降解過程是非常復(fù)雜的。一種農(nóng)藥在其降解過程中常常包含多種不同類型的化學(xué)反應(yīng)(或降解作用)。例如，殺蟲劑乙酰基磷酸酯(毒蟲畏)的微生物降解歷程如下：在微生物的作用下，母體物(Ⅰ)生成脫乙基毒蟲畏(Ⅱ)，或者由水解或氧化作用經(jīng)由一個中間體生成2，4-二氯苯乙酮(Ⅳ)，再還原為1-(2，4二氯苯基)乙醇(Ⅴ)，再氧化為二醇(Ⅵ)，從(Ⅵ)起可能有第二條途徑，即異構(gòu)化為環(huán)氧化物2，4-二氯苯環(huán)氧乙烷(Ⅶ)，然后Ⅵ和Ⅶ氧化生成對氯苯甲酸(Ⅷ)。農(nóng)藥降解產(chǎn)物對環(huán)境的影響是不同的。有些劇毒農(nóng)藥，一經(jīng)降解就失去了毒性；而另一些農(nóng)藥，雖然自身的毒性不大，但它們的分解產(chǎn)物毒性很大；還有一些農(nóng)藥，其本身和代謝產(chǎn)物都有較大的毒性。所以在評價一種農(nóng)藥是否對環(huán)境有污染時，不僅要看農(nóng)藥本身的毒性，而且還要注意代謝產(chǎn)物是否具有潛在危害。

農(nóng)藥的光解光解的概念殘留在大氣、作物、水體和土壤表面的農(nóng)藥在陽光的作用下遭受光降解的能力。重要的非生物降解途徑。對農(nóng)藥殘留、藥效、毒性均有重大影響。表示：降解半衰期：t0.5

光解試驗試驗材料蒸餾水農(nóng)藥純品/原藥配制水溶液，有機(jī)溶劑助溶（乙腈，無光敏性）光化學(xué)反應(yīng)儀：光源（汞燈或氙燈）、光反應(yīng)管、馬達(dá)、溫控裝置紫外強(qiáng)度計、照度計殘留分析儀器設(shè)備、材料前處理設(shè)備化學(xué)試劑、玻璃器皿分析儀器：氣相色譜、液相色譜、色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀試驗方法配制藥液：蒸餾水培養(yǎng)：50℃，5天反應(yīng)：于光化學(xué)反應(yīng)裝置中光源：汞燈或氙燈，距光反應(yīng)管13.5cm溫度：25±2℃，壓縮機(jī)或風(fēng)機(jī)控溫采樣：7次以上檢測計算公式

Ct=C0e-ktt0.5=Ln2/kC0

：初始濃度Ct

：t時間時的濃度k：降解速率常數(shù)t：培養(yǎng)時間t0.5：半衰期質(zhì)量要求殘留分析方法：準(zhǔn)確度：添加回收率70~110%

靈敏度：小于初始濃度10%*1/3蒸餾水：pH6.0~7.5光源：推薦氙燈，光譜特性與太陽光相似采樣點(diǎn)：至少7個點(diǎn)，其中5個點(diǎn)濃度為初始濃度的20%~70%農(nóng)藥光解特性等級劃分等級半衰期（t0.5）降解性1000W氙燈(h)300W汞燈(min)1<3<5易降解23~65~15較易降解36~1215~30中等降解412~2430~60較難降解5>24>60難降解農(nóng)藥在土壤中的動態(tài)農(nóng)藥在土壤中的殘留動態(tài)農(nóng)藥在土體中經(jīng)揮發(fā)、淋溶、降解而逐步消失,但仍有一部分殘留在土體中。農(nóng)藥在土壤中的殘留期是由農(nóng)藥本身的理化性質(zhì)和其他影響因素比如土壤質(zhì)地、土壤含水量、土壤微生物等決定的。例如:有機(jī)磷酸鹽昆蟲殺傷劑只能在土壤中存在幾天;使用廣泛的2,4-D在土壤中能存在2-4周。有關(guān)試驗表明,在各類農(nóng)藥中,含鉛、砷、銅、汞類農(nóng)藥半衰期最長可達(dá)30年,有機(jī)氯類農(nóng)藥次之,其半衰期最長可達(dá)15年。某些有機(jī)磷農(nóng)藥半衰期最少只有1天。1有機(jī)氯農(nóng)藥（OCPS）在土壤中的殘留

有機(jī)氯農(nóng)藥是一種廣譜殺蟲劑,是歷史上最早大規(guī)模使用過的高殘毒農(nóng)藥,屬神經(jīng)毒物和實質(zhì)臟器毒物,可致癌,具有性質(zhì)穩(wěn)定,不易分解,脂溶性高、水溶性低,表現(xiàn)高殘留、易遷移的特性,土壤中殘留期最長,一般有數(shù)年至二三十年之久.最新的研究報告表明:我國局部地區(qū)土壤中OCPS的殘留量仍然較高,不可忽視.同時,國外亦有大量的研究報告表明:無論是農(nóng)業(yè)國還是發(fā)達(dá)的工業(yè)國均頻繁地從土壤中檢出OCPS的殘留物.因此,有機(jī)氯農(nóng)藥殘留仍是土壤中主要化學(xué)污染物負(fù)荷的重要組成之一,全國大部分地區(qū)土壤中仍有殘留.如1992年國家環(huán)?？偩譁y試表明,江蘇南通棉區(qū)土壤中DDT最高殘留量仍達(dá)1.23mg/kg.目前我國雖禁止生產(chǎn)有機(jī)氯農(nóng)藥,但已生產(chǎn)的產(chǎn)品在一定范圍內(nèi)仍在使用,故其殘留已成為潛在的危險物質(zhì).2有機(jī)磷農(nóng)藥在土壤中的殘留

有機(jī)磷農(nóng)藥是我國目前使用范圍最廣、用量最大的農(nóng)藥,不少國家已禁用或限用的甲胺磷竟占我國農(nóng)藥產(chǎn)量的20%.有機(jī)磷農(nóng)藥施用的過程中部分農(nóng)藥會殘留于土壤中,且在土壤中有一定殘留期.例如,2003年在江蘇省蘇中地區(qū)7個縣(市)分別選擇具有代表性的高、中、低3種不同施藥水平田塊.對土壤中7種有機(jī)磷農(nóng)藥殘留進(jìn)行檢測,結(jié)果表明:土壤有機(jī)磷農(nóng)藥檢出率和100%.3其它農(nóng)藥的在土壤中殘留

磺酰脲類除草劑自問世以來雖對世界農(nóng)業(yè)生產(chǎn)作出過巨大的貢獻(xiàn),但是它具有不易揮發(fā)不易光解,隨土壤pH上升其半衰期延長的特點(diǎn);研究表明,堿性土壤中,化學(xué)水解作用最慢,從而使用量的1～20%長期殘留在土壤中,以致對后茬敏感作物產(chǎn)生藥害,殘留影響甚至可延長至施用后2～3年之久.1995年沈陽發(fā)生氯磺隆污染水稻的重大事故,造成533.4hm2

稻田受害,其中267hm2絕收.一些長期使用長殘效除草劑的田塊還出現(xiàn)了除草劑殘留量累積的現(xiàn)象,嚴(yán)重影響了后茬作物的輪作,形成了“癌癥田”的現(xiàn)象.其它除草劑如咪唑啉酮、三唑嘧啶磺酰胺、三氮苯甚至用于小麥田的敵稗也會傷害后茬作物.4.農(nóng)藥在土壤中殘留的影響因素

(1)農(nóng)藥的理化性質(zhì),農(nóng)作物的影響,施藥方式,農(nóng)藥劑型,土壤對農(nóng)藥的吸附作用,土壤性質(zhì)對農(nóng)藥的影響,農(nóng)藥性質(zhì)對吸附作用的影響[,土壤質(zhì)地、有機(jī)質(zhì)含量、pH值、水分含量、土壤微生物群落,光照強(qiáng)度等多種因素.(2)農(nóng)藥殘留物質(zhì)與土壤有機(jī)質(zhì)的相互作用,鍵結(jié)合,離子鍵結(jié)合,電荷轉(zhuǎn)移復(fù)合物,配位體交換,疏水性結(jié)合,螯合作用,氫鍵相互作用,范德華力.(3)農(nóng)藥殘留物與土壤礦物的相互作用,礦物對農(nóng)藥的吸附作用,一些中性有機(jī)分子即使在大量水分子存在的條件下也能被粘土礦物有效地吸附.農(nóng)藥土壤中的吸附土壤吸附作用的概念農(nóng)藥吸附作用是指農(nóng)藥被吸持在土壤中的能力。農(nóng)藥在固液兩相之間分配達(dá)到平衡的比值。表示：吸附常數(shù)Kd農(nóng)藥吸附能力的強(qiáng)弱決定于農(nóng)藥的水溶性，分配系數(shù)與離解特性等。水溶性小，分配系數(shù)大，離解作用強(qiáng)的農(nóng)藥，容易被土壤吸附；土壤性質(zhì)對農(nóng)藥吸附作用的影響也很大。有機(jī)質(zhì)含量高，代換量大，質(zhì)地粘重的土壤，就容易吸附農(nóng)藥。農(nóng)藥吸附性能的強(qiáng)弱對農(nóng)藥的生物活性、殘留性與移動性都有很大影響。評價移動性、持留性、生物活性、環(huán)境毒性的重要指標(biāo)。土壤吸附作用試驗方法試驗材料土壤

3種以上性質(zhì)差異較大：以pH、有機(jī)質(zhì)、粘粒含量衡量風(fēng)干，過篩農(nóng)藥純品/原藥溶于0.01mol/LCaCl2溶液，有機(jī)溶劑助溶（少量，無干擾：丙酮、乙腈）恒溫振蕩器、離心機(jī)殘留分析儀器設(shè)備、材料前處理設(shè)備化學(xué)試劑、玻璃器皿分析儀器：氣相色譜、液相色譜、色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀預(yù)試驗稱量土壤，加入藥液(<5mg/L)，保持一定的水土比5：1，10：1，20：1，100：1恒溫振蕩：25±2℃，24小時離心，取上清液，測定農(nóng)藥含量同時設(shè)置兩組空白：土壤+0.01mol/LCaCl2溶液，0.01mol/LCaCl2農(nóng)藥溶液計算吸附率若吸附率>25%，進(jìn)行解析試驗和高級吸附試驗解析試驗分出上清液，土壤固相中加入0.01mol/LCaCl2溶液24小時振蕩，離心分離測定上清液農(nóng)藥含量重復(fù)操作一次合計兩次農(nóng)藥含量計算解析率若吸附率<75%，進(jìn)行質(zhì)量平衡試驗高級吸附試驗配置藥液：0.04,0.2,1.0,5.0,10.0mg/L操作同預(yù)試驗求出吸附系數(shù)質(zhì)量平衡試驗選擇適當(dāng)?shù)奶崛?，提取、檢測土壤中的農(nóng)藥含量驗證吸附試驗過程中的農(nóng)藥質(zhì)量平衡土壤吸附作用試驗方法數(shù)據(jù)處理

吸附率

M-Ce×V0xA=×100=×100MMM：平衡時未加土壤的溶液中農(nóng)藥含量Ce：土壤吸附平衡時，水相中濃度V0：水溶液體積

x：吸附于土壤中的農(nóng)藥量解析率

(C1-C2)V-(V0-V)CeD=×100XC1：第一次解析濃度C2：第二次解析濃度V0：吸附試驗前水相的體積V：吸附試驗后水相的體積吸附常數(shù)

Cs=Kd

×Ce1/nCs=x/MCs：土壤對農(nóng)藥的吸附濃度Kd

：土壤吸附系數(shù)1/n：Cs與Ce關(guān)系曲線斜率求得：

LnKd=LnCs-1/nLnCe土壤吸附作用試驗質(zhì)量要求水、土壤殘留分析方法：準(zhǔn)確度：添加回收率70~110%

靈敏度：水中小于最小平衡濃度1/3助溶劑：<0.2%質(zhì)量平衡試驗回收率>75%農(nóng)藥土壤吸附性等級劃分等級Kd吸附性1>200易吸附250~200較易吸附320~50中等吸附45~20較難吸附5<5難吸附土壤中農(nóng)藥的結(jié)合殘留

農(nóng)藥的母體化合物和代謝物與土壤中的腐殖質(zhì),通過化學(xué)結(jié)合或物理結(jié)合作用,牢固結(jié)合在一起的.農(nóng)藥的這種結(jié)合殘留在一定條件下可再度以農(nóng)藥的母體或代謝產(chǎn)物的形式釋放出來,使之成為生物活性高、植物可吸收利用的游離農(nóng)藥或代謝物,從而增加土壤環(huán)境有毒物質(zhì)濃度.多年來,持久性有機(jī)氯農(nóng)藥被禁用,而有機(jī)磷、氨基甲酸酯、擬除蟲菊酯類農(nóng)藥應(yīng)用非常廣泛,這些非持久農(nóng)藥與土壤都有較強(qiáng)的結(jié)合能力.有機(jī)磷殺蟲劑在土壤中的結(jié)合殘留量高達(dá)26%～80%,氨基甲酸酯類農(nóng)藥西維因的結(jié)合殘留量達(dá)49%,擬除蟲菊酯類農(nóng)藥的結(jié)合殘留量達(dá)36%～54%,一些除草劑的結(jié)合殘留量達(dá)28%～55%。農(nóng)藥在土壤中的淋溶

農(nóng)藥淋溶作用是指農(nóng)藥在土壤中隨水垂直向下移動的能力。影響農(nóng)藥淋溶作用的因子與影響農(nóng)藥吸附作用的因子基本相同，恰好成反相關(guān)關(guān)系。一般來說，農(nóng)藥吸附作用愈強(qiáng)，其淋溶作用愈弱。另外與施用地區(qū)的氣候、土壤條件也關(guān)系密切。在多雨，土壤砂性的地區(qū)，農(nóng)藥容易被淋溶。農(nóng)藥淋溶作用的強(qiáng)弱，是評價農(nóng)藥是否對地下水有污染危險的重要指標(biāo)。土壤淋溶作用試驗試驗材料

3-4種代表性土壤砂土、砂壤土、粉砂壤土、粘壤土風(fēng)干，過篩薄層層系法柱淋洗法薄層層系法

制泥漿，涂于層析板（0.5-1mm），晾干點(diǎn)藥，以