植物源农药论文

学校代码： 本科生学号： 2008级植物源农药课程论文植物源农药研究的一般程序 学科专业 植物科学与技术 课程名称 植物源农药 本 科 生 任课教师 完成时间 2010年6月 中国 河南 郑州植物源农药研究的一般程序摘 要综述了近年来天然产物中活性成分提取技术研究的进展情况，重点讨论了其中的超临界流体萃取等新技术的原理以及活性物质的分离纯化和鉴定。最后，对植物源农药的发展方向作了展望。关键词：现状及前景；活性物质；提取；分离纯化；发展方向正 文：1.植物源农药的现状及前景20世纪80年代以前的农药主要是指对有害生物具“杀死”作用的传统化学农药。这类农药以其药效高、品种多、防治对象广泛、作用方式多样在植物保护方面扮演着重要的角色，但化学农药大量长期使用引起繁荣公害日趋严重，所产生的“3R”问题，即残留(residue)、抗性(resistance)及害虫再猖獗(resurgence)引起人们对其效果的高度重视和重新评价。并由此对传统的病虫害防治效果评价方法产生了异议。害虫防治不一定要用激烈的方式将其杀死，而是采取包括农业、生物、化学、物理的各种手段，尽可能使害虫的危害处于经济阈值以下，农药对害虫的功能不应是强调单一的杀死，而是着眼于调控、干扰和杀伤。在这更合理的病虫害防治理论基础上。农药被定义为“生物合理农药”、“理想的环境化合物”、“生物调节齐”、“抑虫剂”、“抗虫剂”、“环境和谐农药”等。尽管有不同的术语表达。但今后农药的内涵核心是“对有害生物高效，对非靶标生物及环境安全”。植物作为生物活性化合物的天然宝库，其产生的次生代谢产物超过400000种(Swain，1977)，其中的大多数化学物质如萜烯类、生物碱、类黄酮、甾体、酚类、独特的氨基酸和多糖等均具有杀虫或抗菌活性。目前已发现具有农药活性成分的植物约4000余种，其中具有杀虫活性的植物达2000余种；具有杀菌活性的植物约有1400余种；具有除草及植物生长调节活性的有数百种。虽然具有农药活性的植物种类不少，但在活性物质的化学性质上作过调查研究的植物仅占全世界现有植物种类的10左右，并且到目前为止，已开发利用能与现代化学农药竞争的植物源农药为数也不多。因此，开发利用植物资源用于有害生物防治的前景十分广阔。从植物中探寻新的活性先导物或新的作用靶标，通过类推合成或生物合理设计进行新农药的开发也已成为当前农药化学和农药毒理学研究的热点。2.植物源农药研究的一般程序2.1活性成分的提取2.1.1传统方法 对天然产物中活性成分进行提取，最常用的是溶剂萃取法。所用溶剂包括水和有机溶剂：水能够溶出的成分较多，导致后处理困难；有机溶剂亲水性和亲脂性两种，选择性好，但挥发性大且一般有毒。提取方法主要有浸渍、渗漉、煎煮、回流和连续提取：浸渍和渗漉简单易行，一般在常温或温热条件下操作，适于热不稳定成分的提取，但溶剂消耗量大，费时长，提取效果差；水煎煮法是我国最早使用的传统方法，大部分成分被不同程度的煎出，但具有挥发性以及遇热易破坏的成分不宜用此法；易挥发的有机溶剂加热提取，则需采用回流法；为了弥补回流提取中溶剂消耗量大，操作麻烦的不足，可采用索氏提取法，这是溶剂萃取中最常使用的方法，提取效率较高。但提取液受热时间长，热不稳定成分易分解1。近来发展的自动索氏提取，将高温渗漉与常规索氏提取相结合，溶剂用量比常规索氏提取少一半，且所需时间大幅度的缩短2。水蒸气蒸馏也是一种常用的提取方法。被提取的成分应具有以下条件：就有挥发性，沸腾期间与水长时间共存而不发生化学变化，难溶或不溶于水1。2.1.2新兴提取技术2.1.2.1超临界流体萃取超临界流体萃取分离过程的原理是利用超临界流体的溶解能力与其密度的关系，即利用压力和温度对超临界流体溶解能力的影响而进行的。在超临界状态下，将超临界流体与待分离的物质接触，使其有选择性地把极性大小、沸点高低和分子量大小的成分依次萃取出来。当然，对应各压力范围所得到的萃取物不可能是单一的，但可以控制条件得到最佳比例的混合成分，然后借助减压、升温的方法使超临界流体变成普通气体，被萃取物质则完全或基本析出，从而达到分离提纯的目的，所以超临界流体萃取过程是由萃取和分离组合而成的。最常用的超临界流体为CO2，它的化学性质不活泼、无毒无味、价格适中且具有较低的温度和临界压力，是萃取小分子、低极性、亲脂性物质的理想溶剂。但对于糖苷、多萜等极性或大分子化合物则显得无能为力，加入极性改性剂可使CO2的溶解性和选择性得以改善。但如何将超临界流体萃取的应用范围扩大到极性甚至离子型物质仍是该技术今后发展的重要方向之一。2.1.2.2微波辅助萃取微波辅助萃取是利用极性分子可迅速吸收微波能量的性质，将样品放在不吸收微波的样品杯中，加溶剂后置于密封的萃取罐中进行萃取。天然植物的有效成分往往包埋在细胞壁或液泡内，植物细胞壁主要是由纤维素构成的，具有一定的硬度，是植物有效成分提取的主要屏障。微波辐射导致细胞内的极性物质尤其是水分子吸收微波能量而产生大量的热，使细胞内温度迅速升高，液态水经汽化产生的压力可将细胞膜和细胞壁冲破，形成微小孔洞。进一步加热，细胞内部和细胞壁水分减少，细胞收缩，表面出现裂纹。孔洞和裂纹的存在使细胞外液体易于进入细胞内，溶解并释放细胞内产物3。微波萃取体系根据萃取罐的类型可分为两大类:密闭型微波萃取体系和开罐式萃取体系;根据微波作用于萃取体系(样品) 的方式可分为:发散式微波萃取体系和聚焦式微波萃取体系。2.1.2.3超声提取超声波萃取的原理 超声波萃取的优越性，是基于超声波的特殊物理性质。主要是主要通过压电换能器产生的快速机械振动波来减少目标萃取物与样品基体之间的作用力从而实现固-液萃取分离。 （1）加速介质质点运动。高于20 KHz声波频率的超声波的连续介质（例如水）中传播时，根据惠更斯波动原理，在其传播的波阵面上将引起介质质点（包括药材重要效成分的质点）的运动，使介质质点运动获行巨大的加速度和动能。质点的加速度经计算一般可达重力加速度的二千倍以上。由于介质质点将超声波能量作用于药材中药效成分质点上而使之获得巨大的加速度和动能，迅速逸出药材基体而游离于水中。 （2）空化作用。超声波在液体介质中传播产生特殊的“空化效应”，“空化效应”不断产生无数内部压力达到上千个大气压的微气穴并不断“爆破”产生微观上的强大冲击波作用在中药材上，使其中药材成分物质被“轰击”逸出，并使得药材基体被不断剥蚀，其中不属于植物结构的药效成分不断被分离出来。加速植物有效成份的浸出提取。 （3）超声波的振动匀化（Sonication）使样品介质内各点受到的作用一致，使整个样品萃取更均匀。 2.1.2.4加速溶剂萃取加速溶剂萃取是在较高温度和压力下用溶剂萃取固体或半固体样品的全新的处理方法。加速溶剂萃取的运行程序是先加溶剂再加温，而且在加温的同时加压，高温的时间一般小于10min，因此热降解不是很明显。2.2有效成分的分离与纯化2.2.1膜分离现代膜分离技术分离的根本原理在于膜具有选择透过性。膜分离法是用天然或人工合成的高分子薄膜，以外界能量或化学位差为推动力，对双组分或多组分的溶质和溶剂进行分离、分级、提纯和富集的方法，可用于液相和气相。对于液相分离，可用于水溶液体系、非水溶液体系、水溶胶体系以及含有其他微粒的水溶液体系。 膜材料：具有选择性分离功能的过滤材料。膜分离技术：利用膜的选择性分离特征达到浓缩、分级、纯化等目的的化工单元技术；以选择透过性材料为分离介质，以外界能量为推动力，凭借多组分流体中各组分在膜内传质速度的差异，对物质进行分离、分级、提纯和富集的方法。膜分离过滤原理：膜是两个或多个浓度相之间具有选择性的分离屏障，采用错流过滤分离方式，利用膜材料选择性分离功能对给组分进行分离、纯化；错流方式可有效降低膜污染及防止浓差极化现象，系统连续操作。2.2.2离子交换层析法离子交换层析是以离子交换剂为固定相，依据流动相中的组分离子与交换剂上的平衡离子进行可逆交换时的结合力大小的差别而进行分离的一种层析方法。1848年，Thompson等人在研究土壤碱性物质交换过程中发现离子交换现象。本世纪40年代，出现了具有稳定交换特性的聚苯乙烯离子交换树脂。50年代，离子交换层析进入生物化学领域，应用于氨基酸的分析。目前离子交换层析仍是生物化学领域中常用的一种层析方法，广泛的应用于各种生化物质如氨基酸、蛋白、糖类、核苷酸等的分离纯化。其基本原理为离子交换层析是依据各种离子或离子化合物与离子交换剂的结合力不同而进行分离纯化的。离子交换层析的固定相是离子交换剂，它是由一类不溶于水的惰性高分子聚合物基质通过一定的化学反应共价结合上某种电荷基团形成的。离子交换剂可以分为三部分：高分子聚合物基质、电荷基团和平衡离子。电荷基团与高分子聚合物共价结合，形成一个带电的可进行离子交换的基团。平衡离子是结合于电荷基团上的相反离子，它能与溶液中其它的离子基团发生可逆的交换反应。平衡离子带正电的离子交换剂能与带正电的离子基团发生交换作用，称为阳离子交换剂；平衡离子带负电的离子交换剂与带负电的离子基团发生交换作用，称为阴离子交换剂。3.活性单体的结构鉴定3.1红外光谱法红外光谱法又称“红外分光光度分析法”。简称“IR”,分子吸收光谱的一种。利用物质对红外光区的电磁辐射的选择性吸收来进行结构分析及对各种吸收红外光的化合物的定性和定量分析的一法。被测物质的分子在红外线q1照射下，只吸收与其分子振动、转动频率相一致的红外光谱。对红外光谱进行剖析，可对物质进行定性分析。化合物分子中存在着许多原子团，各原子团被激发后，都会产生特征振动，其振动频率也必然反映在红外吸收光谱上。据此可鉴定化合物中各种原子团，也可进行定量分析。3.2质谱法使试样中各组分电离生成不同荷质比的离子，经加速电场的作用，形成离子束，进入质量分析器，利用电场和磁场使发生相反的速度色散离子束中速度较慢的离子通过电场后偏转大，速度快的偏转小；在磁场中离子发生角速度矢量相反的偏转，即速度慢的离子依然偏转大，速度快的偏转小；当两个场的偏转作用彼此补偿时，它们的轨道便相交于一点。与此同时，在磁场中还能发生质量的分离，这样就使具有同一质荷比而速度不同的离子聚焦在同一点上，不同质荷比的离子聚焦在不同的点上，将它们分别聚焦而得到质谱图，从而确定其质量。3.3核磁共振波谱法核磁共振波谱分析法是分析分子内各官能团如何连接的确切结构的强有力的工具。 磁场中所处的不同能量状态。原子核由质子、中子组成，它们也具有自旋现象。描述核自旋运动特性的是核自旋量子数I。不同的核在一个外加的高场强的静磁场中将分裂成2I1个核自旋能级，其能量间隔为E。对于指定的核素再施加一频率为的属于射频区的无线电短波，其辐射能量h恰好与该核的磁能级间隔E相等时，核体系将吸收辐射而产生能级跃迁，这就是核磁共振现象。4植物源农药研究过程中的问题植物农药、植物性农药、植物质农药。这三种称呼的含义基本一致，它不是一种单一的化合物，而是植物有机体的全部或一部分。它可以含有各种有机物质。如利用杀虫植物材料粗提物加工成的农药制剂、转基嗣抗虫植物等均属此列。而植物源农药，是指来源予植物具有生物活性的化合物如利用从植物体内分离提纯得到的化合物加工成的农药制剩、或人工合成与植物含有的活性化合物结构相同的化合物加工成的农药制刺、或以植物含有的活性化合为先导结构经改造后开发出的农药制剂等属此范畴。早期开发的植物源农药就象市面上的匆匆过客经历了县花一现的辉煌之后。多数已经销声匿迹。目前只有除虫菊素(pyrethrum)、烟碱(nicotine)和鱼藤酮(roterlorle)仍在市场上有少量产品。而苦木素(quassia)、里安那碱(ryania)和沙巴丁(sabadilia)等现已很少或仅在有限范围内使用了。而新开发成功的植物源农药产品则更是屈指可数。5植物源农药未来的发展方向对于植物源农药的研究开发，仅停留在简单的提取和粗放的加工技术层次上是远远不够的。利用先进的技术手段，开辟新的研究方向，才有望提高植物源农药的研究水平，加速我国植物源农药的发展步伐。参考文献：1肖崇厚，中药化学M，上海；上海科技出版社，1997.2Majors RE The changing role of extraction in preparation of solid samplesJ.LC-GC Intl,1996,9(10):638.3张代佳，刘传斌，修志龙等，微波技术在植物细胞内有效成分提取中的应用J，中草药，2000，31(9)：附5-附66