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植物化学保护学,农学院 姚安庆教授,植物化学保护学教学内容,绪论第一章 植物化学保护基本概念第二章 农药剂型和使用方法第三章 杀虫剂第四章 杀菌剂第五章 除草剂第六章 植物生长调节剂第七章 有害生物抗药性及其治理,农 药 学,农药学主要研究农药的创制与合成，剂型加工，农药作用机理，病、虫、草害的抗药性与科学使用，农药残留与环境毒理等，是一门化学与生物学、环境科学、农学等相结合的边缘学科。,植物化学保护学,植物化学保护学是应用化学农药来防治害虫、病菌、杂草及其它有害生物，保护农、林业生产的一门科学（实际上化学调控也包含在植物化学保护的范畴内）。,本课程研究对象,1.靶标生物生物学特性及其化学防治技术；2.农药药理学及其研究技术；3.主要农药品种的作用特点；4.农药制剂学；,教学目的,通过理论学习和实践，掌握农药学的基本概念，农药的作用机理、剂型、主要品种的作用特点、使用技术原理等基本知识和基本技能，以便能够正确合理地使用农药高效、安全、经济地防治农作物有害生物，并能根据需要，独立地进行科学试验。,农药,自然条件下有害生物、植物和环境间可以形成一平衡体系,环境条件,植 物,有害生物,难点和重点,1.农药学的基本概念2.农药学的发展历史及趋势3.农药学面临的问题与对策 学时分配:2学时,.农业生产为什么需要化学防治？,世界四大难题：人口、粮食、能源、环境 1975：40.58亿，耕地14.8亿公顷 2000：60.52亿，耕地15.5亿公顷 21世纪中叶：人口90120亿,人口增加50%耕地增长5%0.25ha/人58%79%的人口缺乏营养,病、虫、草、鼠等有害生物对农作物及其产品造成的损失平均为收获量的30%35%,收获后的损失估计为10%20%。,人们与农业有害生物的斗争是永无止境的！化学防治是各种防治措施中最有效的一种！,.化学防治的特点,高效性：许多新的化合物每亩使用的有效成 分质量在1g或1g以下。如硝基亚胺类、二酰胺类杀虫剂、甲氧基丙烯酸酯类杀菌剂、磺酰脲类、咪唑啉酮类除草剂。,速效性：对害虫的击倒速度可以在10分钟以内，甚至更短！如拟除虫菊酯类杀虫剂对蚊子 的击倒速度可以在数秒钟以内。,有效性：单位时间和劳动者可以实施大面 积防治对于防治一些暴发性病虫害的防治为重要。,实用性：机动灵活，可于多种场合任意用，又可因剂型、机械等条件的配合而广泛应用。大多数农药品种的施用没有 地域及生物种群的限制，此外，农药可以大规模工业化生产、产量及质量 容易得到保证；品种及剂型繁多，可供选择的余地很大。,农药使用,农业有害生物,靶标作物,无害分解物,大气、水体、土壤,作物上残留,非靶标作物,其它非靶标生物,人、畜,3.农药的归趋及其危害,美国1988年中毒死亡因素分析,致癌因子,占因癌症死亡的%,饮 食,35,烟 草,30,职业病,4,酒 精,3,污 染,2,化学品,1,致癌因子分析（美国）,4.化学农药的发展与贡献,贫穷国家,发达国家,如果没有农药发达国家3%5的农业人口能够支撑95的非农业人口食物供给吗？,世界农药产量(制剂),化学农药仍然是农业生产中的必需品,我国化学防治面积每年约40亿亩次，施用农药近60万吨（折百）。2009年我国农药产量已接近200万吨（折百），居世界第一位。生产原药品种250多个，制剂品种2000个以上，大小厂家4000多个。其中：杀虫剂 72%杀菌剂 11%除草剂 15%其 它 2%,5.农药发展史,(1)发展前期(天然药物时代)：(公元1000多年前19世纪中期)标志性事件:矿物性药物如砒石（As2O3）、石灰、雄黄（As4S4）、雌黄（As2S）以及除虫菊、烟草和鱼藤等植物性药剂。近3000年前荷马在“奥得赛”中就提到过“硫磺避害”，可以认为这是最早使用农药的报道。1596年本草纲目记叙1892种药品，其中包括矿物性和植物性的杀虫剂。尼古丁是最早使用的杀虫剂.,(2).人工制造的无机农药时期(19世纪中期20世纪40年代),标志性事件：无机农药时代最早出现的无机农药是农家现配现用的石硫合剂与波尔多液。1851年，法国人格里森以等量石灰与硫磺加水共煮制取了格里森水，石流合剂基本定型。1878年法国人米亚尔代在波尔多地区发现硫酸铜与石灰水混合液有防治葡萄霜霉病的效用，并取名为波尔多液。,1890年吉勒特提出制造砷酸钙杀虫。(Ca3(AsO4)2Ca(OH)2 在莫尔顿和弗纳尔德的努力下，砷酸铅也于1894年面市并于1906年开始大规模生产使用。(PbHAsO4),19世纪中叶对砷化合物的研究导致了1867年巴黎绿（一种不纯的亚砷酸铜）的应用，当时在美国用于控制科罗拉多甲虫的蔓延，使用范围十分 广泛，并在1900年成为世界上第一个立法的杀虫剂。此后，一直到20世纪30年代后半叶杀虫剂在植物保护领域的应用仍然仅限 于无机化合物和植物性产品，杀虫活性低,单位面积用量大，作用单一，被称为“低效杀虫剂时代”。,(3).有机合成农药时期(20世纪40年代20世纪末),1874年,瑞士，Zeidler合成了DDT。1939年，Muller发现DDT杀虫活性。,Paul ller(1899-1965)The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1948,1825年Furaday合成了六六六；1941年（法）和1942年（英）分别发现了其杀虫活性,LD50:1.12mg/kg,1944年发现成为使用历史最长的有机磷杀虫剂LD50:6.5mg/kg,1938年发现其杀虫活性为第一个有机磷商品制剂,Joseph A.Lambrech在1953年合成了第一个商品化氨基甲酸酯杀虫剂甲萘威。,LD50:630mg/kg,1973年，拟除虫菊酯类（Permethrin）出现，进入了农药的超高效时代。,噻虫嗪,1984年，吡虫啉（Imidacloprid)氯化烟碱类杀虫剂问世，近年来发展迅速。,标志性事件：印楝素(Azadirachtin)及生长素类物质的开发与应用。现代农药的特点：生物合理农药（Biorational pesticides)环境友好农药（Environment friendly pesticides)生物调节剂（bioregulators),(4)绿色农药时期：20世纪末,到目前为止，已经鉴定出10余种类似物的化学结构，其中Azadirachtin A在种核提取物中的含量最高，而Azadirachtin E的活性人们一般认为最强。这些化合物都属于四环三萜类，在剂量低到0.1g/L时就表现出比较好的拒食活性，是目前世界上公认的活性最强的拒食剂，且对人畜无害。对昆虫还有忌避、调节生长和绝育等多种作用，同时还表现出杀菌和杀线虫活性。,2000年日本农药公司和杜邦公司的科研人员发现邻苯二甲酰胺类和邻甲酰氨基苯甲酰胺类化合物，是首次发现作用于靶标鱼尼丁受体（RyRs）的合成杀虫剂。大鼠急 性经口LD5o5000 mgkg；对鳞翅目昆虫表现出优异的防治效果，使用剂量为 1-2g9a.i/667m2)就达到明显的防治效果。,6.三大类农药研究的新进展,杀虫剂:二甲酰胺类,杀菌剂:甲氧基丙烯酸酯类:低毒、高效、广谱、内吸性杀菌剂，几乎对所有真菌（卵菌、藻菌、子囊菌、半知菌）病害如白粉病、锈病、霜霉病、稻瘟病等均有良好的生物活性。,醚菌酯,甲氧基丙烯酸酯类,除草剂:乙酰乳酸合成酶抑制剂如磺酰脲类、咪唑啉酮类、磺酰胺类.,磺酰脲类,咪唑啉酮类,五氟磺草胺（Penoxsulam）,(1)抗药性(Rdsistance);有害生物的一个种群能够抵抗农药致死剂量的能力并在种群中发展起来的现象,7.农药学面临的问题,抗 性 抗性指数 级 别（倍数）无抗性：5 低抗：5-10 中抗：10-40 高抗：40-160 极高抗：160,抗药性程度，一般通过比较抗性品系和敏感品系的致死中量的倍数来确定，也可用区分剂量(杀死99%敏感品系的剂量)方法来测定昆虫种群中抗性个体百分率。对农业害虫来说，如果抗性倍数在5倍（卫生害虫在5-10倍）以上，或者抗性个体百分率在10%-20%以上，一般说昆虫已产生了抗药性。抗性倍数或抗性个体百分率愈大，其抗性程度愈高。,交互抗性：昆虫的一个品系由于相同的抗性机理或相似作用机理或类似化学结构，对于选择药性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。负交互抗性：指昆虫的一个品系对一种杀虫剂产生抗性后，反而对另一种未用过的药剂变得更为敏感的现象。多种抗性：指昆虫的一个品系由于存在多种不同的抗性基因或等位基因，能对几种或几类药剂都产生了抗性。,（1962）Silent Spring,(2)残留(Residue)农药使用后在生物或环境中转移和持留并产生危害的现象.Rachel Carson(19071964),首批列入关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约受控名单的12种Persistent Organic Pollutants（POPs）：有机氯杀虫剂：滴滴涕、氯丹、灭蚁灵、艾氏剂、狄氏剂、异狄氏剂、七氯、毒杀酚；工业化学品：六氯苯和多氯联苯；,(3)再增猖獗(Resurgence)再增猖獗是施用杀虫药剂、害虫数量一度下降之后再度上升,以至再次形成猖獗的现象。,害虫再猖獗的原因是复杂的，概括起来有：1.天敌区系的破坏；2.杀虫剂残留或者代谢物对害虫的繁殖有直接刺激作用；3.化学药剂改变了寄主植物的营养成分等。如溴氰菊酯还可刺激雌褐稻虱的产卵量，并使水稻有更多的分蘖和叶片，导致褐稻虱的迁入量的增加。,8.农药发展的趋势,(1).农药的生产和开发向高效、专业、垄断性发展；如1997年山德士与汽巴嘉基合并成当时最大的诺华公司，其后又与捷利康合并成先正达公司；安万特和拜耳 2002年6月整合为拜耳作物科学公司，2002年销售额60亿欧元。,全球农药销售额（百万美元),2010中国农业企业排名,1.红太阳集团有限公司 34.84亿人民币（2005）2.镇江江南化工有限公司 3.浙江新安化工集团股份有限公司 4.南通江山农药化工股份有限公司 5.沙隆达集团公司 6.浙江金帆达生化股份有限公司,2007世界农药企业排名,德国拜耳（Bayer)74.58（亿美元）瑞士先正达(Syngenta)72.58 德国巴斯夫(BASF)42.97 美国陶氏(DowAgro)37.79美国孟山都(Monsanto)35.99 美国杜邦(DuPont)23.69,(2).杀菌剂出现增长趋势,2006,全球农药按类型销售额,2003-2006,2003,2004,2006,2008,(3).化合物的研究侧重高效、低毒及高效体拆分、低毒衍生物及新作用靶标化合物的利用、开发；,茚虫威,茚虫威中含有一个手性中心,其中只有S体具有生物活性,因而手性合成S体是一个重要的目标。,(4).农药加工技术侧重向环境保护和提高利用效率两个方向发展；主要开发悬浮剂、微乳剂、可分散性粒剂等绿色剂型；同时研究特殊助剂以减杀有效成分的使用剂量。如渗透剂、黏结剂、增效剂等。,教学小结,1.正确理解农药的概念 目的：化学保护 化学调控 性质：化学合成、来源于生物、其他天然物质 2.农药的发展：高效、低毒、生物源、非杀生 3.农药学面临的问题：抗性、残留、再增猖獗,学习方法,1.自学，广泛查阅有关文献；2.课堂讲解要点；3.课堂讨论、提问（作为一重要环节）；4.设计性实验，完成作业；5.实地调查写出调查报告(包括实地参观)。,参考文献专著或教材,1 杀虫药剂的分子毒理学；张宗炳2 杀虫药剂的生物化学和生理学；威尔金逊3 杀虫剂的毒理及应用；张宗炳等4 杀菌剂毒理学；林孔勋5 农药使用技术原理；屠予钦6 昆虫抗药性及治理；唐振华7 杀虫植物与植物性杀虫剂；徐汉虹8 植物化学保护研究技术；慕立义,中文期刊,农药 世界农药 农药学学报植物保护 植物保护学报 昆虫知识昆虫学报 中国农业科学,外文期刊,Pesticide SciencePesticide Biochemistry and PhysiologyPesticide WorldCrop ProtectionAgricultural ChemicalsAgricultural Chemicals ResearchPesticide OutlookChemical Abstracts.CAJournal of agricutural and food chemistryJournal of Economical Entomology,思考题,1 农药发展历史及其标志性化合物2 农药面临的问题及其对策3 世界和国内前6大农药企业4 农药发展的趋势5 农药、植物化学保护,