生物源农药biogenic pesticides

利用生物资源开发的农药。狭义概念，指直接利用生物产生的天然活性物质或生物活体作为农药。广义概念，还包括按天然物质的化学结构或类似衍生结构人工合成的农药。自然界种类繁多的动物、植物和微生物在各自生命过程中产生出各种具有特定生理功能的生物活性物质。其中有的对自身有作用，有的对自身无作用而对他种生物有作用。这些生物合成的天然物质具有多种多样的化学结构，一旦发现其农药功能，即可将此有效成分经提取加工作为农药应用； 某些天然有效成分在生物体内含量稀少，难以直接利用，因此往往在鉴定化学结构之后，用人工合成方法来生产应用； 或者再利用此化学结构作先导化合物模型，进行衍生类似物的合成，进而开发出比天然物性能更好的仿生合成农药。
沿革 在农药的发展历史中，生物源农药是最古老的一类。早在公元前的文献中已有记载，古代人根据实践经验采集某些动植物体用撒灰、浸拌、熏烟等方法防治有害生物。例如中国《周礼·秋官》记述“嘉草攻之”“莽草熏之”“焚牡菊，以灰洒之”等防治害虫的方法； 古罗马人也有使用藜芦防治鼠类和昆虫的民间传说。一些有效的经验世代相传，至今仍在使用。19世纪以来，在近代科学技术和工业发展的基础上，生物源农药的开发应用逐渐从经验上升到科学试验阶段。例如植物性杀虫剂除虫菊、鱼藤和烟草发展为商品化加工制剂并广泛应用。20世纪早期微生物学的发展，促进了微生物农药的开发，重要进展有苏云金杆菌的发现和防治害虫的试验。30年代以来，几类植物内源激素先后被发现和利用。自从40年代有机化学合成农药迅速兴起和发展之后，生物源农药的研究开发被相对忽视而发展缓慢。直到60年代由于化学合成农药的毒性、残留等种种问题暴露，要求改进农药和保护生态环境的呼声日高，对于开发相对安全的生物源农药的需求重新受到重视。同时，现代科学技术包括生物学、化学、微电子技术等的迅速发展也为深入研究生物源农药创造了条件。在最近的30年里，新 一代生物源农药得到加速发展。其中，农用抗生素和活体微生物农药已发展成重要的农药类型； 昆虫信息素、保幼激素和植物性拒食剂、引诱剂、驱避剂等已有相当程度的开发应用； 还有一些例如植物防卫素和异株克生物质等尚处于研究阶段。同时，以天然活性物质的化学结构为模型而衍生合成的仿生农药也取得显著成功。例如从天然除虫菊素衍生合成的拟除虫菊酯类和从沙蚕毒素衍生合成的杀螟丹、杀虫环等新一代杀虫剂品种，合成的激素型植物生长调节剂、昆虫信息素和保幼激素类似物等。近年来，现代生物工程技术如遗传工程、细胞工程和酶工程等新的研究开发手段应用于农药领域，使生物源农药的发展进入更高阶段，特别在农用抗生素和微生物农药的菌种选育和生产效率提高方面已取得相当成效。
特点 生物源农药比化学合成农药更适合在现代农业的有害生物综合防治策略中应用。因为生物源农药一般较易在环境中降解消失，而且不少品种具有靶标专一的选择性，使用后对人畜和非靶生物相对安全，所以对环境和生态的影响较小。不少生物源农药的作用方式是非毒杀性的，包括调节生长发育、引诱、驱避、拒食、绝育、寄生、捕食等，比化学合成农药的作用更加广泛。这些非毒杀性生物源农药的缺点在于作用比较温和缓慢，在遇到有害生物大量发生迅速蔓延时就比不上化学合成农药那样能够起到控制作用。
分类与应用 生物源农药以其优良的特点和丰广的资源，已开发应用于几乎所有的农药领域。按来源和性能进行分类并举例简述。
植物源农药 包括植物毒素(phytotoxin)、植物内源激素(plant hormone)、植物源昆虫激素(phytoge-nous insect hormone)、拒食剂(antifeedant)、引诱剂(attractant)、驱避剂(repellent)、绝育剂(chemosteri-lant)、增效剂(synergist)、植物防卫素(phytoalexin)、异株克生物质(allelochemical)等。
植物毒素 植物产生的对有害生物具有毒杀作用的次生代谢物质。例如： 具有杀虫作用的除虫菊素、鱼藤酮、烟碱、假木贼碱(anabasine)、兰尼定(ryanodine)、藜芦碱(veratrine)、茴蒿素(santonin)；具有杀鼠作用的海葱糖苷(scilliroside)、马钱子碱(strychnine); 具有杀菌作用的大蒜素(allicin)，中国开发应用其合成衍生物乙蒜素(抗菌剂402); 具有抗烟草花叶病毒病作用的海藻酸钠等。由植物天然有效成分衍生合成的农药，著名例子有从除虫菊素衍生开发的拟除虫菊酯类(pyrethroids)和从毒扁豆碱(physostigmin)衍生开发的氨基甲酸酯类(carbamates)两大类杀虫剂。
植物内源激素 植物产生的调节自身生长发育过程的非营养性微量活性物质。它在植物界普遍存在主要类型有： 乙烯、生长素（吲哚乙酸）、赤霉素、细胞分裂素和脱落酸。近年又发现一类新的甾族植物激素芸薹素内酯(brassinolide)。这些激素各有特定的调节生理功能。由于其在植物体内含量极微，因此根据其化学结构衍生开发出合成或半合成的植物生长调节剂来商品化应用。例如： 乙烯利、2,4-滴、萘乙酸、玉米素(N⁶-异戊烯腺嘌呤)等。
植物源昆虫激素 已发现多种植物体内存在昆虫蜕皮激素(ecdysones)类似物，含量较昆虫体内多，且较易提取利用。具有抗昆虫保幼激素功能的早熟素(prococene)是从藿香蓟属植物中发现提取的，现已人工合成活性更高的类似物。
拒食剂 植物产生的能抑制昆虫味觉感受器而阻止其摄食的活性物质。已发现的此类物质化学类型有：糖苷、醌和酚、萜烯、香豆素、木聚糖、生物碱、甾族、聚乙炔等。拒食作用最强的几种属于萜烯和香豆素类，例如从印楝种子提取的印楝素(azadirachtin)和从柑桔种子提取的类柠檬苦素(limonoids)都是萜烯类高效拒食剂。
引诱剂和驱避剂 植物产生的对特定昆虫具有引诱或驱避作用的活性物质。例如某些香精油如丁香油可引诱东方果蝇和日本丽金龟，香茅油可驱避蚊虫。
绝育剂 植物产生的对昆虫有绝育作用的活性物质。例如从印度菖蒲根部提取的 β-细辛脑(β-asarone)能阻止雌虫卵巢发育，从巴拿马硬木天然活性成分衍生合成的绝育剂对红铃虫有效。
增效剂 植物产生的对杀虫剂有增效作用的活性物质。例如芝麻油中含有的芝麻素(sesamin)和由此衍生合成的胡椒基丁醚(piperonyl butoxide)。
植物防卫素 由感病植物自身诱导产生的抗菌活性物质。已研究阐明的化学结构类型有： 豌豆素、异黄酮、苯并呋喃衍生物、芪类、呋喃乙炔类、多烯、番薯酮、三萜烯、倍半萜烯、二氢菲、色酮、异香豆素等，至今未达到实用化。
异株克生物质 植物产生的某些次生代谢物质释放到环境中能影响附近同种或异种植物的生长，包括刺激或抑制作用。已发现的化学结构类型有：肉桂酸衍生物、香豆素、酚酸、鞣酸、类黄酮、萜类、甾族、脂肪酸及其醇、酮、醛、不饱和内酯、醌类、氨基酸、多肽、生物碱、氰醇、硫化物、芥子油苷、嘌呤、核苷等。它们有不同的作用机制，作为开发除草剂或植物生长调节剂的潜在资源，至今尚未实用化。
动物源农药 包括动物毒素(animal toxin)、昆虫激素(insect hormone)、昆虫信息素(pheromone)和天敌动物(natural enemy)等。
动物毒素 动物产生的对有害生物具有毒杀作用的活性物质。已鉴定化学结构的动物毒素不少，例如阿根廷蚁产生的防卫毒素、大胡蜂产生的曼达拉毒素(mandaratoxin)、斑蝥产生的斑蝥素(cantharidin)等但均未商品化。从海生环节动物异足索沙蚕产生的沙蚕毒素(nereistoxin)有杀虫作用，根据其化学结构衍生合成开发的沙蚕毒衍生物杀虫剂例如杀螟丹和杀虫环(thiocyclam)等品种已大量生产应用。
昆虫激素 由昆虫内分泌腺体产生的具有调节昆虫生长发育功能的微量活性物质。主要有脑激素(brainhormone)、蜕皮激素(molting hormone)和保幼激素(juvenile hormone)三类。脑激素是蛋白质或多肽化合物，蜕皮激素是胆甾酮结构化合物，这两类激素用作农药尚未实用化。保幼激素是萜类化合物，具有控制昆虫正常发育变态的作用。在鉴定其化学结构的基础上，衍生合成，多种保幼激素类似物(juvenoids)已经商品化应用。例如烯虫酯(methoprene)和几种药效更高的非萜化合物，用于害虫防治。
昆虫信息素 又称昆虫外激素，是昆虫产生的作为种内或种间个体间传送信息的微量活性物质具有高度专一性，引起其他个体的某种行为反应，包括引诱、刺激、抑制、控制摄食或产卵、交配、集合、报警、防御等功能。每种信息素都有特定的立体化学结构，多数是几种化合物按一定比例的混合物。它们大多是长链不饱和烃的醇、酯、醛、酮和环氧化合物。在阐明化学结构之后，以人工合成制备和应用。1990年已商品化的昆虫信息素有50种左右，用于测报害虫发生和防治，其中应用最多的是具有性引诱功能的性信息素(sex pheromone)。
天敌动物 对有害生物具有寄生性或捕食性的天敌动物，通过商品化繁殖、施放起防治作用。
微生物源农药 包括农用抗生素(agricultural anti-biotic)和活体微生物农药(microbial pesticide)。
农用抗生素 由微生物发酵产生的具农药功能的次生代谢物质。现已发展成生物源农药的重要大类。按用途区分举例： 防治真菌病害的灭瘟素、春雷霉素、多抗霉素、有效霉素(validamycin)、灭粉霉素(mildiomycin)等，中国开发的井冈霉素已大规模生产，用于防治水稻纹枯病； 用于防治细菌病害的链霉素(streptomycin)和土霉素(terramycin)等； 用于防治螨类的四抗菌素(tetranactin)和中国开发的浏阳霉素等；用于防治禽畜球虫病的莫能霉素(monensin)和盐霉素(salinomycin)等； 用作除草剂的双丙氨酰膦(bialaphos)；用作植物生长调节剂的赤霉素(gibberellin)也是由微生物发酵生产的。近年来新开发的高效广谱抗生素杀虫菌素(avermectin)具有防治昆虫、螨、家畜体内外寄生虫的效果。
活体微生物农药 利用有害生物的病原微生物作为农药，以工业方法大量繁殖其活体并加工成制剂来应用。按微生物分类有： ❶真菌： 利用对害虫致病的真菌作为杀虫剂，例如白僵菌、绿僵菌等。利用使杂草致病真菌作为除草剂，例如Collego(Colletotrichumglloesporioides)用于防除水稻、大豆田的杂草皱叶槐兰。
❷细菌： 已商品化应用的有苏云金杆菌，其孢子内产生毒蛋白晶体，具有杀虫活性，对多种害虫有效，已发现许多变种，各有适用的对象害虫。其他已商品化的尚有用于防治金龟甲的日本金龟甲芽孢杆菌(B.popilliae)和用于防治蚊幼虫的球状芽孢杆菌等。
❸放线菌： 多种农用抗生素均由放线菌产生。也可利用放线菌对病原微生物的颉颃作用制成活体抗生菌制剂应用，例如中国研究开发的“878”和“5406”抗生菌剂等。
❹病毒：利用使昆虫致病病毒作为病毒杀虫剂，包括核多角体病毒、颗粒体病毒等杆状病毒，均有高度专一寄生性。由于病毒需用活体昆虫培养繁殖，因此开发应用规模不大。利用弱毒化病毒防治植物病毒性病害也是另一利用途径。
❺线虫：利用对昆虫无专性寄生的线虫开发作为杀虫剂的研究已取得进展，正进入实用阶段。
❻原虫：利用微孢子原虫作为杀虫剂，在美国已有商品化应用。(见彩图41、42、44、46)