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1、农药化学农药化学主讲教师：主讲教师：贺红武、陈琼贺红武、陈琼20112011学年度学年度农药化学讲授提纲农药化学讲授提纲本本课课程程合合计计3636学学时时，其其中中讲讲授授占占2828学学时时，调调研研，完完成成小小论论文文6 6学学时时，考考试试2 2学时，讲授学时安排如下：学时，讲授学时安排如下：一、绪论（一、绪论（4 4学时）学时）二、农药的代谢与选择性原理（二、农药的代谢与选择性原理（4 4学时）学时）三、杀虫剂概述（三、杀虫剂概述（6 6学时）学时）四、除草剂概述（四、除草剂概述（4 4学时）学时）五、杀菌剂概述（五、杀菌剂概述（4 4学时）学时）六、植物生长调节剂（六、植物生长调
2、节剂（2 2学时）学时）七。杀鼠剂（七。杀鼠剂（2 2学时）学时）八、生物源农药简介（八、生物源农药简介（2 2学时）学时）参考书目：参考书目：1 1、陈茹玉，杨华铮、徐本立，、陈茹玉，杨华铮、徐本立，农药化学农药化学，清华大学出版社，清华大学出版社，20022002。2 2、赵善欢，、赵善欢，植物化学保护植物化学保护，中国农业出版社，第四版。，中国农业出版社，第四版。3 3、吴文君，、吴文君，农药学原理农药学原理，中国农业出版社。，中国农业出版社。4 4、唐除痴等，、唐除痴等，农药化学农药化学，南开大学出版社，南开大学出版社，19881988年。年。课程要求1 1，平时成绩，平时成绩 (40
3、%)(40%)1),1),课堂学习态度及考勤课堂学习态度及考勤2),2),阅读或调研农药相关的资料，完成一篇小论文：阅读或调研农药相关的资料，完成一篇小论文：“农农药与人类社会药与人类社会”2, 2, 闭卷考试：农药化学的基本概念（闭卷考试：农药化学的基本概念（60%60%）相关杂志：相关杂志：世界农药世界农药 、农药农药、 现代农药现代农药农药学学报农药学学报 、中国农药中国农药、农药应用与研究农药应用与研究 我校相关的农药研究机构或组织农药化学研究所（1978年开始组建）农药学硕士点(1996)农药学博士点(1998)农药与化学生物学教育部重点实验室(2003)农药学国家级重点学科(200
4、8)。农药学为我校的校级重点学科和优势学科农药学为湖北省省级重点学科农药学湖北省高等学校科学研究优势与特色领域第一章第一章绪论绪论一、农药研究的意义一、农药研究的意义1.农药的重要性农药的重要性2.我国农药工业的现状我国农药工业的现状二、农药与环境二、农药与环境三、农药的基本概念三、农药的基本概念四、农药的分类四、农药的分类五、农药的毒性与安全性评价五、农药的毒性与安全性评价六、农药登记六、农药登记七、农药发展、回顾与未来展望七、农药发展、回顾与未来展望1. 1. 农药的重要性农药的重要性人类在二十一世纪面临五大挑战人类在二十一世纪面临五大挑战: : 人口和粮食人口和粮食 环境和环境质量环境和
5、环境质量 资源和能源资源和能源 医疗福利医疗福利 新的信息系统新的信息系统 21世纪人类面临的挑战中，人口与粮食仍然是并存的严峻问题和最严重的挑战之一。粮食对人类生存与发展具有重要意义。世界农业面临每年增加7000万人口的巨大压力。人口成倍增长人口成倍增长人口成倍增长人口成倍增长, ,粮食增长极少粮食增长极少粮食增长极少粮食增长极少n n目前世界上仍有近目前世界上仍有近目前世界上仍有近目前世界上仍有近1010亿人处于饥饿的状况。亿人处于饥饿的状况。亿人处于饥饿的状况。亿人处于饥饿的状况。农药对人类的贡献在全世界，农业病虫草害种类有十多万种在全世界，农业病虫草害种类有十多万种, , 其中，其中，
6、昆虫昆虫1 1万种，万种，线线虫虫8-108-10万种，万种，微生物微生物2 2千种，千种，杂草杂草1 1千种，千种，据统计，全世界每年有据统计，全世界每年有10亿吨左右的庄稼毁于病虫害，由于病、亿吨左右的庄稼毁于病虫害，由于病、虫、草、鼠害等造成的作物减产幅度达虫、草、鼠害等造成的作物减产幅度达2030，如果一旦停止用药或严重的用药不当，一年后将减少收成如果一旦停止用药或严重的用药不当，一年后将减少收成2540（与正常用药相比），两年后将减少（与正常用药相比），两年后将减少4060以至绝产。以至绝产。使用农药提高农作物耕地单位面积产量使用农药提高农作物耕地单位面积产量据统计，农药挽回了每年因
7、其造成的据统计，农药挽回了每年因其造成的30-35%谷物损失，大谷物损失，大约每年价值约每年价值3000亿美元。亿美元。国内现状国内现状我国人口我国人口1313亿，人多地少亿，人多地少( ( 以占世界以占世界7%7%耕地养活耕地养活占世界占世界22%22%的人口的人口) )，土地等可利用资源的使用已接近极限。，土地等可利用资源的使用已接近极限。1994年美国年美国Brown博士以博士以“谁来养活中国谁来养活中国”为题预测为题预测2030年我国将进口食物年我国将进口食物24亿吨，超过当前世界食物贸易总量亿吨，超过当前世界食物贸易总量（2亿吨）。亿吨）。粮食问题历来具有重要战略意义。因此粮食问题历
8、来具有重要战略意义。因此合理使用农药防合理使用农药防治病、虫、草、鼠害治病、虫、草、鼠害,提高单位面积产量、增强作物品提高单位面积产量、增强作物品质是解决我国粮食问题的重要出路之一质是解决我国粮食问题的重要出路之一.我国农药工业我国农药工业的的现状现状2005年，我国化学农药制造业实现了快速发展，我国农年，我国化学农药制造业实现了快速发展，我国农药出口金额开始超过进口额成为净出口国。药出口金额开始超过进口额成为净出口国。1986年我国农药总产量为年我国农药总产量为10.2万吨，到万吨，到2005年农药总产量年农药总产量达到达到103.94万吨，万吨，19年间产量扩大了年间产量扩大了10.2倍。
9、倍。我国农药产品结构我国农药产品结构目前目前我国农药生产品种已趋齐全，达我国农药生产品种已趋齐全，达310310余个，占余个，占17.3%17.3%，具有我国自主知识产权的产品具有我国自主知识产权的产品1313个，占个，占4.15%4.15%。覆盖了杀虫。覆盖了杀虫剂、杀菌剂、除草剂和植物生长调节剂的主要类型。剂、杀菌剂、除草剂和植物生长调节剂的主要类型。 2005年实现了农药产品结构的重大调整年实现了农药产品结构的重大调整占农药总量杀虫剂、杀菌剂、除草剂1990年78%9%10%2005年41.8%10.1%28.6%2010年年40%5000除草剂洋地黄0.4强心剂秋水仙碱1.7消炎剂医药
10、品消炎痛1.2消炎剂阿斯匹林400解热剂吗啡120-250镇静剂对致癌原因的认识对致癌原因的认识家庭主妇认为家庭主妇认为癌病专家认为癌病专家认为食品添加剂43.5%1%农药农药24%0%吸烟11.5%30%大气污染、公害9%2%锅巴4%0%病毒1%10%通常食物0%35%性生活、生育0%7%职业0%4%酒0%3%放射线、紫外线0%3%医药品0%1%工业品0%1%1962年，美国海洋生物学家蕾切尔卡逊（Rachel Carson）经过4年时间，调查了使用化学杀虫剂对环境造成的危害，出版了寂寂静静的的春春天天（Silent Silent SpringSpring）一书。在书中，蕾切尔卡逊阐述了农药
11、对环境的污染，用生态学的原理分析了化学杀虫剂对人类赖以生存的生态系统带来的危害。卡逊认为，农业有害生物的防治需要另觅“蹊径”。近年来，用生物农药代替化学农药的呼声甚高。1992年在巴西里约热内卢召开的联合国环境与发展大会就曾提出“到到2000年，生物农药的用量要占农药年，生物农药的用量要占农药60%”的号召的号召。1962年美国海洋生物学家蕾切尔卡逊提出: 化学化学农药让农药让“春天春天”“寂静寂静”（2 2）人们曾普遍认为生物农药将在）人们曾普遍认为生物农药将在2020世纪末代替化学农世纪末代替化学农药。药。（占农药使用面积60）， 然而然而20002000年底，全世界生物农药仅占农药总量的
12、年底，全世界生物农药仅占农药总量的3.5%3.5%。（以耕地面积计）说说“替代替代”为时尚早为时尚早 。生物农药缘何生物农药缘何“叫好不叫座叫好不叫座”？我我国国生生物物农农药药的的研研究究始始于于20世世纪纪50年年代代初初，至至今今已已有有50多多年年的的历历史史，目目前前虽虽然然有有了了一一定定的的产产业业化化规规模模，但但销销售售困困难难，处处于于“叫叫好好不不叫叫座座”的的尴尴尬境地。尬境地。生生物物农农药药能能否否让让“春春天天”不不再再“寂寂静静”科科学学时时报报访访中中国国农农业业大大学学农农药药专家陈万义教授专家陈万义教授生物农药优点生物农药优点：选择性强，多数对人畜较安全，
13、与环境相容性好；对天敌安全；不选择性强，多数对人畜较安全，与环境相容性好；对天敌安全；不易产生抗性；生产工艺较简单，开发与登记费用低于化学农药。易产生抗性；生产工艺较简单，开发与登记费用低于化学农药。生物农药不足生物农药不足：（1）有的生物农药对人畜毒性较高或对环境影响较大）有的生物农药对人畜毒性较高或对环境影响较大.；（2）稳定性较差，贮存条件苛刻，货架寿命短；）稳定性较差，贮存条件苛刻，货架寿命短；根根据据1998年年英英国国出出版版的的生生物物农农药药手手册册）中中收收录录的的60种种微微生生物物活活体体农农药药统统计计，其其货货架架寿寿命命达达两两年年的的仅仅15%，30%的的微微生生
14、物物活活体体农农药药的货架寿命低于的货架寿命低于3个月，个月，10%的微生物活体农药要求货到即用。的微生物活体农药要求货到即用。（3）缺乏标准检测方法；）缺乏标准检测方法；（4）防效缓慢，防治对象单一；）防效缓慢，防治对象单一；（5）质量不稳定，尤其是活体；）质量不稳定，尤其是活体；（6）植物农药差异性大（时间、地点、土壤等）植物农药差异性大（时间、地点、土壤等,其药效发挥缓慢，其药效发挥缓慢，难以稳定。难以稳定。优点： 1. 高效、速效 2. 使用方便，适应性广 3. 便于规模生产 4. 经济效益显著（成本低，农本低） 1： 810 1：3050 （花卉、果树、药材）化学农药的特点化学农药的
15、特点因此，在可预见的将来，与化学药物在医药中的地位类似，在农林水产业的发展中，将长期出现化学农药占据主导地位，将长期出现化学农药占据主导地位，生物农药占据辅助地位的局面生物农药占据辅助地位的局面。（二）世界农药的发展趋势（二）世界农药的发展趋势近近年年来来，随随着着科科学学技技术术的的发发展展和和环环境境生生态态保保护护的的要要求求，农农药药经经历历了了以下变化过程：以下变化过程：1,药效从常效、高效到目前的超高效药效从常效、高效到目前的超高效(5000-20000mg/kg.近年，农药正处于更新换代时期。在环境保护意识日益增强的背景下，高活性、环境相容性好的农药正在逐渐取代老一代品种2,农药
16、对人类的危害正在由高毒、低毒发展到无公害农药对人类的危害正在由高毒、低毒发展到无公害杀生杀生 - 调控调控低效低效 -超高效超高效高毒高残留高毒高残留 - 无公害无公害化学农药正经历重大转变化学农药正经历重大转变 20000-100克克/亩亩毒性毒性 10-500mg/Kg 1/2000 100-50克克/亩亩毒性毒性 500-1000mg/Kg 1/10000 5000 mg/Kg 1/80000广泛性广泛性 -选择性选择性高抗性高抗性 -低抗性低抗性污染污染 - 环境生态友好环境生态友好转转变变有机氯、磷，有机氯、磷，氨基甲酸酯氨基甲酸酯灭生灭生菊酯菊酯, 酰胺，苯氧酸酰胺，苯氧酸等等杂环
17、与含氟衍生物杂环与含氟衍生物昆虫神经毒杀、激昆虫神经毒杀、激素除草、需光除草素除草、需光除草昆虫生长调控、植物酶抑昆虫生长调控、植物酶抑制、植物免疫激活制、植物免疫激活1940s1960s 1970s-1990s 1990s- 不同年代药效、毒性、成功率、结构、特征的变迁不同年代药效、毒性、成功率、结构、特征的变迁（三）世界农药开发新特点（三）世界农药开发新特点1. 1. 形成新的农药品种体系形成新的农药品种体系 2. “2. “仿生仿生”合成成为了开发热点合成成为了开发热点 3. 3. 生物源农药开发再掀高潮生物源农药开发再掀高潮 4. 4. 光学活性农药合成越来越受到人们关光学活性农药合成
18、越来越受到人们关注注 5. 5. 生物技术的应用生物技术的应用1.1.形成新的农药品种体系形成新的农药品种体系1.1 1.1 杀虫剂杀虫剂从传统的有机磷、氨基甲酸酯、拟除虫菊酯类杀虫剂，从传统的有机磷、氨基甲酸酯、拟除虫菊酯类杀虫剂，到后来的苯甲酰脲类、哒嗪酮类；最近又出现了以吡到后来的苯甲酰脲类、哒嗪酮类；最近又出现了以吡虫啉为首的新烟碱类杀虫剂及吡咯类杀虫剂、嘧啶胺虫啉为首的新烟碱类杀虫剂及吡咯类杀虫剂、嘧啶胺类杀虫剂、酰肼类杀虫剂等类杀虫剂、酰肼类杀虫剂等 微生物源杀虫剂也形成了体系，如从阿维菌素类衍生微生物源杀虫剂也形成了体系，如从阿维菌素类衍生出依维菌素、埃玛菌素、埃珀利诺菌素、道拉
19、菌素和出依维菌素、埃玛菌素、埃珀利诺菌素、道拉菌素和其类似的弥拜霉素其类似的弥拜霉素 1.2 1.2 杀菌剂杀菌剂传统的二硫代氨基甲酸酯类杀菌剂已趋淘汰，传统的二硫代氨基甲酸酯类杀菌剂已趋淘汰，苯并咪唑类、三唑类杀菌剂垄断杀菌剂市场的历史将苯并咪唑类、三唑类杀菌剂垄断杀菌剂市场的历史将被改换。被改换。吗啉类、酰胺类杀菌剂正逐步形成气候，吗啉类、酰胺类杀菌剂正逐步形成气候，各种杂环类杀菌剂不断诞生。各种杂环类杀菌剂不断诞生。而甲氧基丙烯酸酯类杀菌剂系列的形成可谓是杀菌剂而甲氧基丙烯酸酯类杀菌剂系列的形成可谓是杀菌剂领域的一大里程碑。领域的一大里程碑。嘧啶胺类杀菌剂也将一露头角。此外，嘧啶胺类杀菌
20、剂也将一露头角。此外，农用抗生素类杀菌剂也十分引人注目。农用抗生素类杀菌剂也十分引人注目。 1.3 1.3 除草剂除草剂有机膦酸类、酰胺类有机膦酸类、酰胺类、均三嗪类、吡啶苯氧酸类等，均三嗪类、吡啶苯氧酸类等，磺酰脲类、咪唑啉酮类、二苯醚类、环已烯酮类、芳磺酰脲类、咪唑啉酮类、二苯醚类、环已烯酮类、芳氧苯氧丙酸类等也成为了除草剂市场的主体。氧苯氧丙酸类等也成为了除草剂市场的主体。酞酰亚胺类、嘧啶类、双嘧啶吡唑啉酮类、嘧啶并三酞酰亚胺类、嘧啶类、双嘧啶吡唑啉酮类、嘧啶并三唑（四唑）新系列的形成，也为中间体的合成提供了挈唑（四唑）新系列的形成，也为中间体的合成提供了挈机和课题。机和课题。2.“2.
21、“仿生仿生”合成成为了开发热合成成为了开发热点点从天然物质中寻找新农药的先导化合物无疑是从天然物质中寻找新农药的先导化合物无疑是十分有效的途径之一十分有效的途径之一 2.1 2.1 以天然源物质为先导物进行以天然源物质为先导物进行“仿生仿生”合成合成 2.2 2.2 从害物靶标着手进行模拟从害物靶标着手进行模拟“仿生仿生”合成新合成新农药农药 2.12.1以天然源物质为先导物进行以天然源物质为先导物进行“仿生仿生”合合成成植物源：植物源：除虫菊除虫菊拟除虫菊酯（拟除虫菊酯（4444个）；个）；毒扁豆碱毒扁豆碱氨基甲酸酯类（氨基甲酸酯类（6767个）；个）； 烟碱烟碱新烟碱类（新烟碱类（7 7个
22、）；个）；鱼藤酮鱼藤酮哒嗪酮类（哒嗪酮类（3 3个）个）微生物源微生物源：StrobilurineStrobilurine甲氧基丙烯酸类；甲氧基丙烯酸类；二氧吡咯菌素二氧吡咯菌素溴虫腈；溴虫腈；吡咯霉素吡咯霉素拌种咯拌种咯 动物源动物源：沙蚕沙蚕沙蚕毒类；沙蚕毒类；虾、蟹虾、蟹壳聚糖壳聚糖2.2 2.2 从害物靶标着手进行模拟从害物靶标着手进行模拟“仿生仿生”合成新农合成新农药药 对害物靶标特有酶结构的剖析，模拟仿生合成对害物靶标特有酶结构的剖析，模拟仿生合成与其可配伍或结构相近的化合物创制新农药与其可配伍或结构相近的化合物创制新农药（如（如ALSALS酶、酶、ACCACC酶、原卟啉原氧化酶及
23、几丁质酶、原卟啉原氧化酶及几丁质合成酶）合成酶）利用昆虫等害物特有的物质利用昆虫等害物特有的物质如信息素，进行如信息素，进行“仿生仿生”合成来控制害虫合成来控制害虫 3 3 生物农药源开发再掀高潮生物农药源开发再掀高潮有机化学合成农药的问世，使早期的植物农药如鱼藤有机化学合成农药的问世，使早期的植物农药如鱼藤酮、烟碱等渐趋萎缩酮、烟碱等渐趋萎缩 拟除虫菊酯类的诞生，又使在拟除虫菊酯类的诞生，又使在2020世纪世纪7070年代曾一度兴年代曾一度兴起的微生物农药又大受冲击起的微生物农药又大受冲击 由于化学农药开发难度的增加及环境压力所至，微生由于化学农药开发难度的增加及环境压力所至，微生物农药的开
24、发再度兴旺，开发主力从物农药的开发再度兴旺，开发主力从7070年代的日本移年代的日本移向了美国和西欧大公司，新的微生物农药也不断诞生。向了美国和西欧大公司，新的微生物农药也不断诞生。例如继阿维菌素后又开发了弥拜霉素、多杀菌素等例如继阿维菌素后又开发了弥拜霉素、多杀菌素等 通过化学的手段对存在着某些不足的生物农药通过化学的手段对存在着某些不足的生物农药或生物物质经过结构改造，开发了一批新的高或生物物质经过结构改造，开发了一批新的高效、安全的农药。如阿维菌素、依维菌素、埃效、安全的农药。如阿维菌素、依维菌素、埃玛菌素、埃珀菌素和道拉菌素玛菌素、埃珀菌素和道拉菌素4 4 光学活性农药合成越来越受光学
25、活性农药合成越来越受到人们关注到人们关注很多化学物质具有手光学活性，农药也不例外。很多化学物质具有手光学活性，农药也不例外。据统计，世界上现有的据统计，世界上现有的20002000余个农药品种中，余个农药品种中，有有30%30%左右具有光学活性，其中尤以拟除虫菊左右具有光学活性，其中尤以拟除虫菊酯类最为突出酯类最为突出 通过对光学活性的拆分、转位，开发了一批纯通过对光学活性的拆分、转位，开发了一批纯光学活性的农药。其不仅提高了效果，还大大光学活性的农药。其不仅提高了效果，还大大节约的成本节约的成本 5. 5. 生物技术的应用生物技术的应用毒素毒素BtBt基因的获得基因的获得BtBt作用机制的研
26、究作用机制的研究遗传工程作物（转基因作物）遗传工程作物（转基因作物）基因工程在农业上的应用主要有以下几个方面：基因工程在农业上的应用主要有以下几个方面： 将苏云金杆菌的杀虫基因转移到农作物上，使农作物具有将苏云金杆菌的杀虫基因转移到农作物上，使农作物具有杀虫功能。杀虫功能。 将某种土壤菌的抗除草剂基因转移到农作物上，使农作物将某种土壤菌的抗除草剂基因转移到农作物上，使农作物对某种除草剂有耐药性对某种除草剂有耐药性 将某种抗病毒的基因转移到农作物上，使农作物具有抗病将某种抗病毒的基因转移到农作物上，使农作物具有抗病毒作用毒作用 学习要点学习要点基本概念基本概念农药农药、生物农药、化学农药生物农药、化学农药、农药分类农药分类急性毒性急性毒性、LD50、经口经口LD50、经皮经皮LD50慢性毒性慢性毒性、农药残留农药残留、农药农药三三证 课后阅读：相关杂志：相关杂志：世界农药、农药、现代农药农药学学报、中国农药、农药应用与研究
