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我国植物源卫生用药的发展现状

来源：http://ccn.mofcom.gov.cn | 时间：2011/4/18 11:30:08 | 阅读次数：

发布单位：中华人民共和国商务部

• 发布人：
• 小杨

一、植物源农药的历史与现状：

    在早期的农业生产以及日常生活中，人类就发现一些植物对农业害虫或蚊蝇等卫生害虫具有杀伤作用。早在公元前7~5世纪，中国就用莽草等植物杀灭害虫，用菊科艾属的艾蒿茎、叶点燃后熏蚊蝇；公元6世纪就有利用藜芦作杀虫剂的记载；10世纪中叶有用百部根煎汁作杀虫剂的记载；到17世纪，烟草、松脂、除虫菊和鱼藤等已作为农药使用。在印度、巴基斯坦等地，印楝是传统的杀虫植物，当地农民很早以前就将印楝叶子混入谷物在纺织贮粮害虫。
    
　　生物源天然产物农药仅是生物农药的一部分，主要是指以植物、动物、微生物等产生的次生代谢产物开发的农药。
    
　　和传统的化学合成农药相比，生物源天然产物农药具有下述特点：

　　1、大多数天然产物农药对哺乳动物的毒性较低，使用中对人畜比较安全。如鱼藤酮大鼠急性经口LD50为132mg•kg-1；兔急性经皮LD50为1500mg•kg-1；除虫菊素Ⅰ和Ⅱ大鼠急性经口LD50为340mg• kg-1；急性经皮LD50 大于6000mg•kg-1。然而这些天然产物杀虫剂中的有效成分含量都很低，因而在使用中对人畜仍然很安全。

　　2、对环境的压力较小，对非靶标生物比较安全。天然产物农药绝大多数都是生物合成的天然物质，一般只含碳、氢、氧、氮4种元素，在环境中易于降解。和常规化学合成农药相比，天然产物农药对非靶标生物，特别是对鸟类、兽类、蚯蚓、害虫天敌及有益微生物影响较小。天然产物农药的这一特点不仅有利于保持生态平衡，而且有利于有害生物综合治理（IPM）方案的实施。

　　3、化学合成农药和天然产物农药的本质区别不在于前者是人工通过化学反应合成的，后者是生物自身通过一系列生化反应合成的，而在于前者的分子结构是人为设计的，而后者的分析结构是生物在长期的进化过程中形成的。比如舞毒蛾性信息素，在实验室中人工合成的和从舞毒蛾雌虫腹部提取分离的这种性信息素是完全相同的物质，具有相同的分子结构（包括立体结构），因而具有同样的生物活性，都具有引诱雄虫的能力。这种生物活性和该性引诱剂的来源没有关系。
    
　　研究生物活性天然产物的一个重要意义就是可以从天然产物中直接开发商品化农药。目前使用的商品化农药中，相当一部分本身就是天然产物，杀虫剂印楝素制剂、鱼藤酮制剂、除虫菊酯制剂等的有效成分是植物的次生代谢产物。
    
　　研究生物活性天然产物的另一个重要意义是可以从中筛选出先导化合物，用合成方法进行结构优化，以期创制新农药。生物体在进化过程中所经受逆境压力的多样性和复杂性，导致所产生的次生代谢产物的多样性和复杂性，可提供多种新颖独特的化学结构。此外，生物活性天然产物本身源自自然，一般容易降解，因而有较好的环境相容性，适合以其为先导开发环境友好新农药。纵观整个农药的发展史，不难看出，生物活性天然产物是创制新农药的重要途径。

　　二、植物源天然产物中活性物质的提取：
    
　　目前从植物源天然产物中提取活性物质大多以分离的方式，如在溶剂和提取方法的选择方面，主要考虑的问题既不是活性物质的提取率，也不是提取的成本，而是：①如何有效地提取出主要活性成分，而尽可能少地提取出“杂质”（非活性成分）；②提取过程中尽可能采用温和的条件，以免破坏活性成分的分子结构；③提取应和下一步的有效成分分离综合考虑，甚至提取本身就带有粗分离性质。
    
　　以活性成分分离为目的的提取，实验室常用浸渍法、渗漏法和回流提取法。浸渍法和渗漏法的优点是，不需要专门的仪器，在室温下进行，可以避免热不稳定性有效成分的分解（如在回流提取或连续回流提取的过程中），特别适用于大量样品的同时提取。此外，水蒸气蒸馏法也有采用，但这种方法仅局限于能随水蒸气蒸馏而不被破坏的有效成分的提取。这些有效成分不溶或难溶于水，且约在100℃时有较高的蒸汽压，从而被水蒸气带出。如果有效成分为挥发油或一些小分子的生物碱，则可考虑采用水蒸气蒸馏法提取。
    
　　值得注意的是，自20世纪80年代以来，一些新的提取技术和方法逐渐完善和发展起来，并在实践中得到了验证。目前，主要的提取和分离方法大致有以下几种：

　　1、 超临界流体提取法：
    
　　所谓超临界流体，是物质处在其临界温度及临界压力以上的状态，物质状态介于气态和液态之间，因而有气体和液体的某些理化性质。常用的超临界流体为二氧化碳，其临界温度为31.1℃，达到这个温度以上，则不管加多大压力都不能使之液化，只是随着压力增加而密度加大。二氧化碳的临界压力为7.39MPa，如果小于这个压力，则温度无论如何降低，它也不会液化，因此超临界液体又称为高密度气体，其扩散速度大于液体，其黏度小于液体，极具有气体扩散渗透快的特点，又具有液体的溶解能力，并且随着密度增大，溶解能里增强。超临界二氧化碳流体对溶质的溶解度取决于其密度，当在临界点附近，压力和温度发生微小变化时，密度即发生变化，从而引起溶解度的变化。因此，将温度或压力适当变化，可是溶解度在100-1000倍的范围内变化，因而具有较高的溶解性。一般情况下，超临界二氧化碳流体的密度越大，其溶解能力就越大。在恒温条件下随压力升高，溶质的溶解度增大；在恒压条件下随温度升高，溶质的溶解度减小。利用这一特性可从植物材料中萃取某些亲脂性成分。超临界二氧化碳的高扩散性和流动性，则有助于所溶解的各组分彼此分离，达到萃取分离的目的，并能加速溶解平衡，提高萃取效率。

　　2、 超声波提取法：
    
　　超声波是指频率为20KHz~50MHz的机械波，其传播需要借助一定的载体才能进行。超声波在传递过程中存在着正负压力交变周期，在正相位时，对介质分子产生挤压，增加介质原来的密度；负相位时，介质分子稀疏、离散，介质密度减小。也就是说，超声波在溶剂和样品之间产生声波空化作用，导致溶液内气泡的形成、增长和爆破压缩，从而使固体样品分散，增大样品与萃取溶剂之间的接触面积，提高目标物从固相转移到液相的传质速率。

　　3、 微波提取法：
    
　　这是一种通过微波加热的特性来对物料中目标成分进行选择性提取的方法。通过调节相关参数，可有效加热目标成分，有利于弥补成分的提取。微波加热是利用微波场中戒指的偶极子转向极化与界面极化的时间和微波频率相吻合的特点，促使介质传动能级跃升，加剧热运动，将电能转化为热能，这是一种内部加热过程，它直接作用于介质，使整个物料同时被加热。微波提取的原理是植物样品在微波场中吸收大量的能量，细胞内部含有的水及其他物质对微波能量吸收较多，而周围的非极性萃取剂则吸收能量较小，从而在细胞内部的物质直接与相对较冷的萃取剂接触，因而加速了目标产物由细胞内部转移到萃取液中，从而强化了提取过程。

    三、从植物源中提取的活性物质在家卫行业中的研究及应用进展情况：
    
　　由于从植物源中提取的有效成分具有毒性低、降解快，不会产生长期的积累对环境友好，来源丰富，可以再生，不与日益紧缺的石油化工资源争原料，它的可再生性取之不尽用之不竭。十多年来，在我们家卫行业一些有远见卓识的企业，和一些高等院校及科研单位，都曾经投入了大量人力、物力进行植物源杀虫剂的研发，并取得明显成效。在市场准入和法律保障方面有关部门不仅在政策上给予了倾斜（如：农药登记、生产批准方面），同时在《农药管理条例》的修订中对研究、开发、应用植物源农药方面也都给予了法律上的支持。国家在“十五”和“十一五”科技攻关重大项目及科技成果转化基金等项目中，均有植物源杀虫剂项目，被列入国家中长期的科技计划。这对今后促进我国植物源农药的发展势必会起到一个推动作用，特别是对我们家卫行业研究、开发、利用植物源农药提供了许多非常有利的条件。
    
　　我国家卫行业对植物源农药的利用已有十多年的历史，这十多年来，尽管从事研究的企业举步维艰，但他们仍然坚持不懈，各中也取得了一些成果，并在一定范围里得到了推广和应用。尽管有失败有成功，但他们的经验和成果都为今后植物源农药在家卫行业中的开发利用奠定了一个良好的基础。下面就记录了他们的研究成果。

　　（1）、艾叶在蚊香中的应用    （黑猫神日化股份有限公司）
    
　　艾叶蚊香是一种既能洁净空气、又兼有预防和治疗呼吸道疾病和灭蚊、驱蚊功能效果中草药蚊香。
    
　　艾烟对引起不同传染性、流行性疾病的多种致病菌、真菌和病毒都有抑制作用。

　　1 艾叶粉进厂质量要求

　　1．1 细度：60目标准筛，通过率大于90%；（因艾绒的植物纤维长影响细度）

　　1．2 颜色：每批次基本一致；

　　1．3 外观：无其它杂物，不结块，无霉变；

　　1．4 气味：有艾叶药草香味，燃点时也一样，无其它异味；

　　1．5 灰份：小于%%；

　　1．6 水份：小于8%；

　　2 生产中应注意的问题

　　2．1 艾叶是一种多孔植物，孔隙率大于蚊香所用的其他材料。有制定配方时应注意粉料的表面积和表面能对粘性消耗的影响。一般比蚊香用的其它无粘性植物粉末消耗粘性大。

　　2．2 艾叶的硬茎与梗因密度大于艾叶（燃烧发热值各不一样），粉料如不均匀，对燃点时间影响很大。

　　2．3 艾叶的挥发油含量较高，但蒸汽压较高，蚊香干燥过程中，不宜干燥温度过高。否则难以保持艾叶的天然清凉气味（龙脑香）。

　　2．4 艾叶最佳使用应与其他中草药配合使用，如苍术等。

　　2．5 艾叶在蚊香使用量过大，对蚊香表面光洁度有一定的影响，可适当增加粘性调节。

　　（2）、萜类化合物的作用（江西农业大学  江西疾控中心）
  
　　 植物中含有丰富的次生化学物质，在这些化学物质中，萜类化合物是种类最多的1个族群，目前就植物源萜类化合物对昆虫的作用方面多有研究报道，其中亦有不少研究发现了具有应用价值或潜在应用价值的萜类化合物，例如印楝素等。根据日常的观察和前期的研究，我们发现松节油和松脂中含有大量的萜类化合物，并且能对一些昆虫产生作用。考虑到资源因素和药效作用，我们有针对性研究了其中的主要组分α－蒎烯和β－蒎烯，这些萜类化合物由于具有良好的化学反应性能，能通过适宜的化学反应得到萜类化合物，更多萜类化合物亚类的合成为日后发现有活性作用的防虫药物提供了可能。经过近10年的研究和活性筛选发现，来源于松节油和松脂的萜类化合物及其衍生物毒性低，广谱高效，能对蚂蚁、蟑螂、蚊虫等多种病媒生物具有驱避、拒食和生长抑制作用，同时对赤拟谷盗等仓储害虫和小菜蛾等农业害虫也有很强的药效作用。
                                  
　　（三）、从中草药中提取具有杀虫活性的研究进展    （江西山峰日化）
    
　　近年来，为了寻找实现全球可持续发展的有效途径，加大了对植物源农药的重视，研究人员不断地对植物源农药进行了深入探索、研究和总结，同时，越来越多的天然活性物质也被发现和应用。中国是中草药的发源地，我国人民对中草药中的植物药的研究和应用经历了几千年的历史，同时，我国的植物资源来源丰富、分布广泛、种类繁多，因此在研究和应用植物源杀虫剂方面，我国从古到今都具有得天独厚的优势。
    
　　植物源杀虫剂是植物源农药中研究最多的一类，其中植物精油不仅对害虫生物活性很高，作用方式多种多样，且气味芬芳，具有广泛的开发和应用前景。据资料统计，能防治害虫的精油种类很多，主要有香樟油、桉树油、薄荷油、香茅油、松节油、百里香油、菊篙油、菖蒲油、茼篙精油、石竹油、黑胡椒子油、芫荽油、檀香醇、大茴香脑、芸香精油、八角茴香精油等。在有害生物的防制中，植物精油担任着不可替代的角色，对媒介生物主要表现为毒杀、驱避、拒食、抑制生长发育等活性。
    
　　虽然植物源农药与化学农药相比具有不可代替的优势，并得到了社会的广泛认可和接受，但与化学杀虫剂相比，当前植物源杀虫剂的研究和应用中仍存在着一些问题，限制了它们的推广应用。主要表现在两个方面：在研究上，我国植物源杀虫剂的研究面较宽，但研究深度不够尤其是对有效成分在其分子结构、理化性质、毒理实验、构效关系等方面的系统研究；活性成分易分解，制剂成分复杂；杀虫植物中活性成分和化学结构复杂，含量较低，有效成分的确定较困难，不易合成或合成成本太高；在应用上，直接利用多，间接利用少；品种单一，剂型少；易受环境因素影响，稳定性差，不易标准化；大多数植物源杀虫剂药效发挥慢、效力低、用量大、残效短、杀虫谱较窄，更不适合应急处理大面积的害虫防治，且目前新药价格往往又相对较高，成本上无法与化学农药竞争，不易为人们接受；有些化合物的毒性较大，如鱼藤和烟碱，也要注意使用过程中的人畜安全；植物的分布存在地域性，植物的采集具有季节性，加工场地的选择上也存在诸多限制因素。
    
　　纵观国内外，当前广泛的开发利用植物源杀虫剂虽然仍存在一系列问题和困难，但随着生物、信息、分离鉴定和仪器分析等技术的发展，我国植物源农药将会不断取得新的突破，筛选出理想的农药来防治有害生物。
    
　　近年来我公司与江西农业大学、南昌大学就植物源杀虫剂（植物精油）的提取、浓缩和分离、分析技术进行了广泛深入的探讨，利用先进的现代仪器分析手段对植物源杀虫剂中活性成分进行分离、分析同时进行了一系列的活性测试，均取得了一定的进展，但由于植物源杀虫剂中成分复杂，新的植物源杀虫剂在农药登记中需要长时间的试验测试和提供相当的资料，在农药登记中遇到了一些难题。同时因植物源卫生杀虫剂产品大多对有害媒介生物存在作用缓慢（如蚊虫）的状况，消费者对这些制剂产品是“驱”而不是“杀”（如蚊虫）观念的转变还有一个过程。但选择绿色、环保、健康的产品是消费者今后消费行为中的主流观念，所以使用纯天然的植物源卫生杀虫剂作为家用卫生杀虫产品的有效成分将是今后研究人员的一个重要研究课题，也是可持续利用丰富的植物资源保护环境对人类做出的重大贡献。

　　（四）、从天然野菊花中提取天然除虫菊素的研究和应用    （云南南宝植化有限公司）
    
　　除虫菊原产于今南斯拉夫的达尔马第亚、巴尔干阿尔卑斯山等地区，是一种菊科多年生草本植物，于1840年至1876年起逐渐引种到世界各地，至今已有150多年的栽培使用历史。中国云南玉溪江川县在30年代就有人引种，80年代楚雄州曾进行试种，90年代中期云南红河、曲靖、玉溪等开始推广种植，中国现已成为继肯尼亚之后世界第二大除虫菊种植国。
  
　　除虫菊是目前世界上唯一集约化种植的杀虫植物，除虫菊酯与其它合成制剂相比，其优势表现为：
    
　　由于哺乳动物体内有能将其分解的酶，在其体内不会蓄积残留，对温血动物无害；
    
　　在自然界中易降解，对环境无污染；
    
　　杀虫高效广谱，除虫菊几乎对所有的农业害虫及苍蝇、蚊子、跳蚤、蟑螂等均具有极强的触杀作用，具迅速麻痹作用或击倒作用，使用浓度极低；
    
　　天然除虫菊素具有六组成份，昆虫不易识别，不产生抗药性；
    
　　天然菊酯由种植获得,其提取过程和使用对环境污染较小。因此被称为是世界上最安全、最有效的天然杀虫剂。

　　使用范围

　　1、欧盟规定允许在有机食品生产上使用的杀虫剂为除虫菊和印楝；

　　2、联合国粮农组织向全世界推荐了12种生物杀虫剂，其中有几种是除虫菊素（pyrethrins）或拟除虫菊素类化合物。

　　3、中国农业部于2000年3月发布的《绿色食品农药使用准则》中允许在A级、AA级绿色食品中使用的杀虫剂中，除虫菊素位列第一。
    
　　天然除虫菊素是国内外公认最理想的杀虫剂，在人类的生产、生活中有着广泛的用途：
    
　　农林牧业生产：制成微胶囊剂或其它剂型农药，可用来灭杀蚜虫、飞虱、螟虫、毛虫、菜青虫、红蜘蛛、介壳虫、棉铃虫、黑尾叶蝉等害虫。
    
　　粮食仓储：制成粉剂或烟熏剂可防治谷蠹、赤拟谷盗和玉米象等蛀虫。
    
　　日常生活：制成气雾剂或蚊香可杀灭蚊子、苍蝇、白蚁、蟑螂、臭虫、蜘蛛等；还可制成洗洁剂用来灭杀动物身体上的虱、蚤、螨等寄生虫。除虫菊花渣可制作盘香，用于驱避和杀灭蚊子、苍蝇等卫生害虫。
    
　　在天然除虫菊酯提取的工艺中，国际上普遍使用溶剂浸提法，该方法提取率低、品质差，环境污染大。国内则普遍使用CO2超临界技术萃取除虫菊酯。我公司结合多种萃取方法的特点，首次在植化领域提出“亚临界流体萃取”新概念，建成了两条500L的中试生产线，通过近300批次的试验生产，加工除虫菊干花60吨，得到50%的除虫菊酯精品1吨，工艺成熟稳定,该方法有以下优势：

　　1、设备投资省：建一条12000L的生产线，其投备投资远低于其它萃取技术；

　　2、规模大：该工艺设备规模可根据生产需要扩大，生产规模不受限制；

　　3、萃取得率高：该工艺对酯溶性物质的萃取效果较好，对除虫菊酯的萃取率达到97%以上；

　　4、活性成份保存完好：由于在常温状态下萃取和分离，不破坏物质的活性成份，我公司生产的70%的除虫菊酯其除虫菊酯Ⅰ、Ⅱ的比例为2.9：1高于其它萃取技术；

　　5、与环境友好：该工艺无三废排放，是环保型工业。我公司利用自主开发并拥有自主知识产权的“亚临界流体萃取” 技术，自主设计制造了一条3000L×4的“SCE”生产线，该生产线设计年产25%的除虫菊酯200T，是目前国内最大的除虫菊生产线。 该生产线整个生产过程在全密闭状态下完成，无三废排放，生产 过程中排出的花渣是制作蚊香的最好原料，溶剂损失小，电热损耗少，生产成本低，对环境友好。

　　6、根据“SCE”粗膏的特点，研究开发了脱色、脱腊精制工艺，拥有自主知识产权。该工艺具有投资小、提取得率高、产品质量好等优点，能够生产70%—80%高含量的除虫菊酯。精制后的天然除虫菊酯产品色泽呈浅棕黄色透明液体，能够完全溶于脱臭煤油等稀释溶剂，是制造高档卫生杀虫剂及农用剂型最理想的产品。

　　（五）芦荟提取活性成分及芳樟精油的提取（厦门牡丹香化有限公司）
    
　　厦门牡丹香化公司拥有中国第一个芦荟基地，采用膜分离技术提取的10倍、20倍、30倍等芦荟浓缩液，可100%保留芦荟中全部的活性成份，可用于配制化妆品、食品、饮料及各种保健品、药品等，使芦荟的天然风味得到最大程度的发挥。
    
　　该公司联合科研单位，利用生物工程“组织培养法”培育统种芳樟树苗，经过二年的潜心探索研究，所有关键技术基本获得成功，预计该项高新技术推广成功，将使芳樟醇提炼工艺有突破性的发展，同时还给传统林业的改造闯出了一条新路，若大面积种植纯种芳樟树。不但可产生良好的经济效益；还能创造许多的就业机会，有良好的社会效益和环保效益。

　　（六）植物精油或提取物对蚊虫毒杀作用的研究  （中南林业科技大学  彭映辉 教授）
    
　　毒杀作用是指毒害和杀灭，一直是驱蚊灭蚊植物的另一核心研究内容。多年来一些研究者们先后发现多种植物精油或提取物对蚊卵及成年蚊虫具有毒杀作用。Veena等（2005）报道生姜精油及迷迭香精油对数种蚊虫的蚊卵具显著的杀灭效果。Sengottayan等（2006）的研究结果表明2％的苦楝种子甲醇提取物可导致96％的史帝芬疟蚊成年个体死亡。Jarial（2001）则发现6％的大蒜提取物处理过的蚊卵不能正常孵化。
    
　　更多的研究探讨了植物精油或提取物对蚊幼虫的毒杀作用。ZHU Jun-wei 等（2006）的实验结果显示百里香油对白纹伊蚊、埃及伊蚊与淡色库蚊的IV龄期幼虫均具有极强的毒杀作用。等（2007）证实山合欢及罗勒对埃及伊蚊幼虫的具有很强的杀灭活性。
    
　　近年来研究者们采用添加香草醛的方法以提高植物精油或提取物的驱避活性。如杨频等（2005）在以白纹伊蚊为驱避对象的试验中，发现15%的桉油对人的保护时间只有3 h，而添加5%香草醛后其保护时间延长至5 h。Tuetun等（2005）及Choochote等（2004）证实在加有5％香草醛的条件下，旱芹的己烷提取物对埃及伊蚊雌性个体的驱避活性明显强于未加香草醛的处理。

    总而言之，我国植物源卫生用药的研究与开发虽已取得了一定的进展，但还存在以直接利用为主、成本较高、作用缓慢、药物稳定性差等许多问题。为了最大限度地发挥植物源农药的优点，开发出在实践中具有推广价值的植物源农药制剂，尚需在以下几个方面开展研究工作：(1)植物中活性成分结构、作用机制及构效关系的研究；(2)发现先导化合物进而人工合成；(3)植物源农药剂型加工工艺与合理使用技术的研究。我国地大物博，植物资源丰富，发展植物源卫生用药的条件得天独厚。
    
　　植物源农药的资源可以再生，在当前石油等能源紧张的条件下，从植物源农药中提取有效活性，用于农药中，具有取之不尽用之不竭的优势，尽管目前正处在初期阶段，但是可以预料它的前景是美好的。但是长期以来，国家对植物源农药政策发展不明朗，一个阶段以来，植物源农药发展缓慢，随着人们对生态、环境、健康的关注，如何研究开发植物源农药，把它转化为生产力，已经引起了有关部门的重视。正在修改的农药管理条例中，有关部门也已将其列入其中。3月3号在北京召开的“卫生杀虫剂安全管理研讨会”上，有关专家再次提出了希望农药主管部门对植物源农药的研究和开发应该从政策面上给予支持，登记手续上应予以简化。我们有充分的理由相信，随着国家政策的转变，生物、信息、分离鉴定和仪器分析等技术的发展，只要坚持不懈的努力，付出艰辛的劳动和投入，植物源卫生用药的研究一定会不断取得新的突破。

　　（信息来源：中国日用杂品工业协会、家庭卫生杀虫制品专业委员会）

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