植物化学保护讲义 植保2001(30学时) 孔祥清 2004年3月
1 植物化学保护讲义 植保 2001 (30 学时) 孔祥清 2004 年 3 月
概 述 植物化学保护是应用化学农药来防治植物及其产品上的有害生物(如病、 虫、草、鼠等),保护农林业生产的一门科学。有机化学农药自上世纪40年代 开始大量生产并广泛使用以来,已成为植物化学保护的重要手段。 农药发展的历史 农药使用已具有悠久的历史,据研究,中国、希腊等国家早在公元前1200 年就有杀虫剂的记载,只不过最早使用的农药主要是植物性和矿物性农药。我 国明朝万历年间《本草纲目》中,记述了矿物性的砒霜、石灰、植物性的百部、 狼毒、苦参等用于防治害虫的情况。在10世纪之前,我国就开始用硫酸铜、 硫酸亚铁、防治害虫。烟草、除虫菊、雷公藤、苦树皮等植物性农药在我国也 有很长应用时期,但多为零星使用,方法简单、用量少。农药作为商品大量销 售是从19世纪中叶开始,其发展过程大致分为三个阶段 第一阶段为无机及天然产物利用时期(第一代农药)三大杀虫植物除虫 菊、烟草、鱼藤的杀虫作用早已被确认,但作为杀虫剂产品在市场上销售是在 1850年前后开始,1880年后硫磺粉、石硫合剂在英国、德国广泛用来防治植 物病害;1882年法国密拉德脱发现了波尔多液可以用来防治霜霉病;1910年 硫酸烟碱商品化,但这时期的农药主要用于防治果树、蔬菜、棉花等的病虫害。 第二阶段为有机合成时期(第二代农药)自1938年瑞土科学家米勒博 土发现滴滴涕的杀虫作用后,农药进入了新时期。在第二次世界大战期间,滴 滴涕在防治卫生害虫方面做出了突岀的贡献,挽救了千百万人的生命,使人们 看到了有机化合物作为农药的巨大潜力。1945年米勒因此获得诺贝尔化学奖。 以后人们相继开发出了高效六六六、西维因及有机硫杀菌剂,在第二次世界大 战期间,德国的士拉德合成了一系列有机磷化合物,但法西斯德国有着不可告 人的目的,直到战后才公布于世。有机磷化合物对昆虫具有强烈的触杀作用 它的发现使有机磷化合物迅速成为农药中一大类重要化合物是当今品种最多 应用最广、药效较高的一类杀虫剂,1944年又发现2,4D可以除草,因而 出现了除草剂工业
2 概 述 植物化学保护是应用化学农药来防治植物及其产品上的有害生物（如病、 虫、草、鼠等），保护农林业生产的一门科学。有机化学农药自上世纪 40 年代 开始大量生产并广泛使用以来，已成为植物化学保护的重要手段。 一、 农药发展的历史 农药使用已具有悠久的历史，据研究，中国、希腊等国家早在公元前 1200 年就有杀虫剂的记载，只不过最早使用的农药主要是植物性和矿物性农药。我 国明朝万历年间《本草纲目》中，记述了矿物性的砒霜、石灰、植物性的百部、 狼毒、苦参等用于防治害虫的情况。在 10 世纪之前，我国就开始用硫酸铜、 硫酸亚铁、防治害虫。烟草、除虫菊、雷公藤、苦树皮等植物性农药在我国也 有很长应用时期，但多为零星使用，方法简单、用量少。农药作为商品大量销 售是从 19 世纪中叶开始，其发展过程大致分为三个阶段： 第一阶段为无机及天然产物利用时期（第一代农药） 三大杀虫植物除虫 菊、烟草、鱼藤的杀虫作用早已被确认，但作为杀虫剂产品在市场上销售是在 1850 年前后开始，1880 年后硫磺粉、石硫合剂在英国、德国广泛用来防治植 物病害；1882 年法国密拉德脱发现了波尔多液可以用来防治霜霉病；1910 年 硫酸烟碱商品化，但这时期的农药主要用于防治果树、蔬菜、棉花等的病虫害。 第二阶段为有机合成时期（第二代农药） 自 1938 年瑞士科学家米勒博 士发现滴滴涕的杀虫作用后，农药进入了新时期。在第二次世界大战期间，滴 滴涕在防治卫生害虫方面做出了突出的贡献，挽救了千百万人的生命，使人们 看到了有机化合物作为农药的巨大潜力。1945 年米勒因此获得诺贝尔化学奖。 以后人们相继开发出了高效六六六、西维因及有机硫杀菌剂，在第二次世界大 战期间，德国的士拉德合成了一系列有机磷化合物，但法西斯德国有着不可告 人的目的，直到战后才公布于世。有机磷化合物对昆虫具有强烈的触杀作用， 它的发现使有机磷化合物迅速成为农药中一大类重要化合物，是当今品种最多、 应用最广、药效较高的一类杀虫剂，1944 年又发现 2，4—D 可以除草，因而 出现了除草剂工业
第三阶段为新型农药发展时期(第三代农药)从上世纪60年代开始,特 别是1962年卡而逊女土发表《寂静的春天》一书,在书中揭示了农药的迁移 转化对生态系统的影响、对人类可能产生的威胁,使人们对环境污染中农药的 影响有了新的认识,开始了一系列新的思索。因此,上世纪70年代左右,美 国、日本、英国等国家先后对一些农药禁用、限制使用,有些人甚至主张禁止 使用一切农药。同时,人们也清楚的看到:人口増长的严峻形势对农业生产所 带来的巨大压力,人口增长要求增加食物,在增加食物生产中农药又扮演着重 要角色,农药向何处发展?较长时间以来,农药的研究和生产主要注意了两方 面:一是农药的效果即农药在防治有害生物,保护农业生产和人类免受有害 生物侵袭方面的效果,经过几十年的努力,这方面的效果是显著的;二是经济 利润农药施用产生的经济效益也是不用怀疑的;然而它对人类、环境、对有益 生物所带来的威胁,总有一天会将农药的益处化为乌有。为克服农药的缺点 农药的开发必须要考虑对人类和环境的安全性,因此,新型农药的开发,除了 农药的效果之外,更应该注意:(1)易分解,不易在环境中富集;(2)对人体不 构成危害,使生产者、使用者和消费者都感到安全;(对作物及有用生物具有 选择性,同时具有高度的亲和性;对病虫害高效,对目标有定向性;(4)单位面 积中用药量少,以减轻对环境的影响和改善其经济性;(5)使用对环境无污染、 毒理学上安全的载体和稀释剂。 植物化学保护在农业生产中的重要性 在人类的农业发展史中,没有确切的资料可以说明人类是在什么时候开始 用化学药物防治有害生物的,进入20世纪以来,在农业生产中开始大量施用 化学物质以后,农业生产发生了很明显的变化。农药的发展,特别是化学农药 的发展,是农业技术进步的重要内容,在近代农业发展中扮演着重要角色,(1) 使用农药有效的控制了很多对农业生产危害极大的有害生物,使农作物的产量 得到稳定和提高。()促进农业生产的变革近代农药的应用在这方面表现是非 常突出的,最典型的例子是除草剂的应用,由于广泛使用除草剂控制了农田杂 草的危害,不仅减轻了农民对农田管理的劳动强度、节省了农田除草时间、降
3 第三阶段为新型农药发展时期（第三代农药） 从上世纪 60 年代开始，特 别是 1962 年卡而逊女士发表《寂静的春天》一书，在书中揭示了农药的迁移、 转化对生态系统的影响、对人类可能产生的威胁，使人们对环境污染中农药的 影响有了新的认识，开始了一系列新的思索。因此，上世纪 70 年代左右，美 国、日本、英国等国家先后对一些农药禁用、 限制使用，有些人甚至主张禁止 使用一切农药。同时，人们也清楚的看到：人口增长的严峻形势对农业生产所 带来的巨大压力，人口增长要求增加食物，在增加食物生产中农药又扮演着重 要角色，农药向何处发展？较长时间以来，农药的研究和生产主要注意了两方 面：一是农药的效果 即农药在防治有害生物，保护农业生产和人类免受有害 生物侵袭方面的效果，经过几十年的努力，这方面的效果是显著的；二是经济 利润 农药施用产生的经济效益也是不用怀疑的；然而它对人类、环境、对有益 生物所带来的威胁，总有一天会将农药的益处化为乌有。为克服农药的缺点， 农药的开发必须要考虑对人类和环境的安全性，因此，新型农药的开发，除了 农药的效果之外，更应该注意：⑴ 易分解，不易在环境中富集； ⑵ 对人体不 构成危害，使生产者、使用者和消费者都感到安全；⑶对作物及有用生物具有 选择性，同时具有高度的亲和性；对病虫害高效，对目标有定向性；⑷单位面 积中用药量少，以减轻对环境的影响和改善其经济性；⑸使用对环境无污染、 毒理学上安全的载体和稀释剂。 二、 植物化学保护在农业生产中的重要性 在人类的农业发展史中，没有确切的资料可以说明人类是在什么时候开始 用化学药物防治有害生物的，进入 20 世纪以来，在农业生产中开始大量施用 化学物质以后，农业生产发生了很明显的变化。农药的发展，特别是化学农药 的发展，是农业技术进步的重要内容，在近代农业发展中扮演着重要角色，⑴ 使用农药有效的控制了很多对农业生产危害极大的有害生物，使农作物的产量 得到稳定和提高。⑵促进农业生产的变革 近代农药的应用在这方面表现是非 常突出的，最典型的例子是除草剂的应用，由于广泛使用除草剂控制了农田杂 草的危害，不仅减轻了农民对农田管理的劳动强度、节省了农田除草时间、降
低了除草费用,也使种植制度中推行免耕法成为可能,使人们可以在水稻生产 中使用直播栽培等新技术 植保方针 我国的植保方针是“预防为主,综合防治”,对综合防治的正确理解是:从 生态学观点出发,综合利用一切有效防治措施,使用物理、机械方法、农业栽 培耕作措施以及生物防治和化学防治,通过抗虫、抗病育种、新方法、新途径 的应用(性外激素、保幼激素、拒食剂)而且使它们协调起来。这也就是上一 世纪70年代前后国外提出的“害物综合治理"。完全依靠农药,单独使用化学 防治的做法将逐步减少以至不复存在,但必须指出,在综合防治体系中,使用 化学农药在今后仍占有重要地位,在消除杂草方面尤其如此,在全世界范围内, 化学除草剂在全部农药中所占的比例,近些年有了较大提高足以证明这一点 尤其在国营农场如不使用农药,很难控制病、虫、草、鼠害,就达不到高产、 稳产的要求。这点在我国及先进国家是很明显的,目前及今后可预见到将来, 化学防治仍然是综合防治中的主要措施,是农业上不可缺少的手段. 四、农药化学的发展趋势和动向 (一)新农药创制 新农药创制工作标志着现代科学中大规模的跨学科的集体科硏活动,专业 跨度大(涉及生物学、农学、毒理学、环保等)投资大(国外平均6000万美 元),周期长(8-10年)风险大(命中率为1/2000),因此开展新农药的创制 工作是一个十分艰巨的任务 (二)元素有机农药 有机磷化学在化学农药中占有重要位置,少量有机磷化合物对动物有较强 烈的神经反应,这是由于抑制了动物体内的胆碱脂酶的活性,人们学会利用昆 虫和人体中其它酶系的差昇设计出新的高效、低毒有机磷杀虫剂,获得很大成 功。近年来有机磷化学又在杀菌剂、除草剂和植物生长调节剂中获得实用,例
4 低了除草费用，也使种植制度中推行免耕法成为可能，使人们可以在水稻生产 中使用直播栽培等新技术。 三、 植保方针 我国的植保方针是“预防为主，综合防治”，对综合防治的正确理解是：从 生态学观点出发，综合利用一切有效防治措施，使用物理、机械方法、农业栽 培耕作措施以及生物防治和化学防治，通过抗虫、抗病育种、新方法、新途径 的应用（性外激素、保幼激素、拒食剂）而且使它们协调起来。这也就是上一 世纪 70 年代前后国外提出的“害物综合治理”。完全依靠农药，单独使用化学 防治的做法将逐步减少以至不复存在，但必须指出，在综合防治体系中，使用 化学农药在今后仍占有重要地位，在消除杂草方面尤其如此，在全世界范围内， 化学除草剂在全部农药中所占的比例，近些年有了较大提高足以证明这一点， 尤其在国营农场如不使用农药，很难控制病、虫、草、鼠害，就达不到高产、 稳产的要求。这点在我国及先进国家是很明显的，目前及今后可预见到将来， 化学防治仍然是综合防治中的主要措施，是农业上不可缺少的手段。 四、 农药化学的发展趋势和动向 （一）新农药创制 新农药创制工作标志着现代科学中大规模的跨学科的集体科研活动，专业 跨度大（涉及生物学、农学、毒理学、环保等）投资大（国外平均 6000 万美 元），周期长（8-10 年）风险大（命中率为 1/2000），因此开展新农药的创制 工作是一个十分艰巨的任务。 （二）元素有机农药 有机磷化学在化学农药中占有重要位置，少量有机磷化合物对动物有较强 烈的神经反应，这是由于抑制了动物体内的胆碱脂酶的活性，人们学会利用昆 虫和人体中其它酶系的差异设计出新的高效、低毒有机磷杀虫剂，获得很大成 功。近年来有机磷化学又在杀菌剂、除草剂和植物生长调节剂中获得实用，例
如 Monsanto公司开发的草甘膦已为该公司赚了十多亿美元,许多有机氟新 结构的出现引人注目,由于氟元素和氟基团导入分子后使其电子效应加强,在 有机体内的脂溶性和渗透性大大增强、生物活性往往有很大改进。例如氟酰胺 是优良的杀鼠剂,氟氨氰菊酯是一种新杀螨剂 (三)超高效农药 研制每亩施用量为0.5-5克的农药,这样一方面降低了农药对环境和生态 的影响,另一方面也大大降低化工原料的消耗,近年来开发成功的超高效农药 有杀菌剂三唑酮、杀虫剂溴氰菊酯和除草剂绿磺隆、宝收等。 (四)天然农药 例如多种植物性农药、生物性农药、昆虫生长调节剂等。在某种意义上说 自然界是创制新农药的最好设计师,很多有名的杀虫剂起始于植物中有效成分 的出现,微生物的代谢物往往具有杀菌和杀虫活性,最近天然农药化学进展很 快,已发现了许多有活性的物质,例如闹羊花素、 Azadirachtin、 Hydantocidin。但由于涉及许多基础研究有待深入开展,加上成本和利润等问 题的干扰,目前仍停留在实验阶段,随着科技水平不断提高,将来具有实用化 是可能的 (五)光学活性农药 当今世界上使用的农药中有22%是纯光学体,其它78%中有5%有一定 的光学活性,近年来急速发展的菊酯类杀虫剂的光学活性对生物活性的重要意 义已为人们逐步接受,这种认识正逐步扩展到杀菌剂和除草剂中,这也是现代 农药发展的趋势之一,光学活性农药之所以越来越被重视有下述理由:()能立 体专一地和酶的作用部位吻合,因此高效;(2)生产厂家节省化工原料;(3)由于 用量少,对环境保护有益;光学活性体往往仅占所有光学异构体的一小部分 其他异构体往往无效,例如溴氰菊酯中的1R3R-S体具有很高髙活性,但仅占所 有光学体的125% (六)无公害农药 这类农药使用后,对农副产品及河流、土壤、大气等自然环境不会产生污 染和毒化、对自然生态环境也不会造成明显影响
5 如 Monstanto 公司开发的草甘膦已为该公司赚了十多亿美元，许多有机氟新 结构的出现引人注目，由于氟元素和氟基团导入分子后使其电子效应加强，在 有机体内的脂溶性和渗透性大大增强、生物活性往往有很大改进。例如氟酰胺 是优良的杀鼠剂，氟氯氰菊酯是一种新杀螨剂。 （三）超高效农药 研制每亩施用量为 0.5-5 克的农药，这样一方面降低了农药对环境和生态 的影响，另一方面也大大降低化工原料的消耗，近年来开发成功的超高效农药 有杀菌剂三唑酮、杀虫剂溴氰菊酯和除草剂绿磺隆、宝收等。 （四）天然农药 例如多种植物性农药、生物性农药、昆虫生长调节剂等。在某种意义上说， 自然界是创制新农药的最好设计师，很多有名的杀虫剂起始于植物中有效成分 的出现，微生物的代谢物往往具有杀菌和杀虫活性，最近天然农药化学进展很 快，已发现了许多有活性的物质，例如 闹 羊 花 素 、 Azadirachtin 、 Hydantocidin。但由于涉及许多基础研究有待深入开展，加上成本和利润等问 题的干扰，目前仍停留在实验阶段，随着科技水平不断提高，将来具有实用化 是可能的。 （五）光学活性农药 当今世界上使用的农药中有 22%是纯光学体，其它 78%中有 5%有一定 的光学活性，近年来急速发展的菊酯类杀虫剂的光学活性对生物活性的重要意 义已为人们逐步接受，这种认识正逐步扩展到杀菌剂和除草剂中，这也是现代 农药发展的趋势之一，光学活性农药之所以越来越被重视有下述理由：⑴能立 体专一地和酶的作用部位吻合，因此高效；⑵生产厂家节省化工原料；⑶由于 用量少，对环境保护有益；光学活性体往往仅占所有光学异构体的一小部分， 其他异构体往往无效，例如溴氰菊酯中的 1R,3R,-S 体具有很高活性，但仅占所 有光学体的 12.5%。 （六）无公害农药 这类农药使用后，对农副产品及河流、土壤、大气等自然环境不会产生污 染和毒化、对自然生态环境也不会造成明显影响