印楝素的發(fā)展與應(yīng)用分析

崔 晨，賀素姣

（河南化工職業(yè)學(xué)院，河南 鄭州 450042）

印楝素的發(fā)展與應(yīng)用分析

崔 晨，賀素姣

（河南化工職業(yè)學(xué)院，河南 鄭州 450042）

介紹了印楝素的殺蟲機(jī)理和在我國的發(fā)展概況，并對(duì)其產(chǎn)業(yè)化前景和市場潛力進(jìn)行了分析。對(duì)印楝素未來的發(fā)展方向進(jìn)行了展望。

印楝素；殺蟲機(jī)理 ；全合成；安全性

印楝(Azadirachta indica)是原產(chǎn)于印度、緬甸的一種楝科(Meliaceae)喬木， 是一種適生于干熱河谷地區(qū)、喜溫耐旱的經(jīng)濟(jì)樹種。1968 年聯(lián)合國在一份報(bào)告中稱印楝是“本世紀(jì)對(duì)當(dāng)?shù)鼐用竦淖畲蠖髻n”， 印楝也被美國農(nóng)業(yè)部譽(yù)為“可解決全球問題的樹”[1]。它的種子、葉片和樹皮中均含有以印楝素為主的多種殺蟲活性成分，可用于制造生物農(nóng)藥。印楝素是一種四環(huán)三萜類化合物，是最有潛力的昆蟲拒食劑和生長干擾劑[2]。自Butterworth等[3]于1968年首次分離和鑒定出印楝素的結(jié)構(gòu)以來，大量的方法用來提取分離和純化這些三萜化合物。早期萃取分離的目的是為了得到印楝素以便研究其結(jié)構(gòu)和性能，近期則主要是為了提高萃取物的收率和印楝素的含量，以降低印楝生物農(nóng)藥的生產(chǎn)成本[4]。

1 殺蟲機(jī)理

印楝素具有其他植物殺蟲劑無法比擬的高生物活性，對(duì)昆蟲主要有以下幾個(gè)方面：(1)強(qiáng)烈的拒食作用。直接拒食或因印楝素處理使取食量減少或不食導(dǎo)致昆蟲死亡[9]；(2)有效地?cái)_亂昆蟲的胚后發(fā)育。通過擾亂昆蟲的內(nèi)分泌，使得幼蟲蛻皮、化蛹不正常，導(dǎo)致死亡；(3)有效的絕育作用。有相當(dāng)一些昆蟲經(jīng)處理后出現(xiàn)很高的絕育率，被處理后的雌蟲生命期延長，食量低，產(chǎn)卵力下降；(4)在不干擾昆蟲蛻皮的劑量下處理昆蟲，昆蟲的適應(yīng)性會(huì)降低。如大馬利筋長蜷雄蟲不能交配，地中海實(shí)蠅雌蟲不能識(shí)別雄性激素等等。

眾多的研究表明，印楝素的殺蟲作用最主要是由于其能夠擾亂昆蟲的內(nèi)分泌活動(dòng)，從而干擾昆蟲的正常發(fā)育進(jìn)程，最終死亡。這種擾亂作用， 是建立在整個(gè)相互協(xié)調(diào)、相互作用的內(nèi)分泌系統(tǒng)基礎(chǔ)上的一種綜合作用，而非單就某一靶標(biāo)而言。但其作用的靶標(biāo)器官主要集中在腦、心側(cè)體、前胸腺等[10]。

從化學(xué)結(jié)構(gòu)上看，印楝素類化合物與昆蟲體內(nèi)的類固醇和甾類化合物等激素類物質(zhì)非常相似，因而害蟲不易區(qū)分它們是體內(nèi)固有的還是外界強(qiáng)加的，它們既能夠進(jìn)入害蟲體內(nèi)干擾害蟲的生命過程，從而殺死害蟲，又不易引起害蟲對(duì)其產(chǎn)生抗藥性。這類化合物與脊椎動(dòng)物的激素類的結(jié)構(gòu)差異很大，所以它們對(duì)人畜幾乎是無毒的。

2 提取方法

隨著印楝產(chǎn)業(yè)在我國的大規(guī)模發(fā)展，傳統(tǒng)的浸提技術(shù)已被淘汰，取而代之的是微波、超聲波和超臨界流體技術(shù)，有的已實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)?？焖佥腿〖夹g(shù)是目前國內(nèi)外正在研究開發(fā)的一種新的萃取技術(shù)，目前尚未投入生產(chǎn)，還停留在實(shí)驗(yàn)室階段。

王中元等[5]用超聲波法萃取機(jī)進(jìn)行了印楝素強(qiáng)化浸提試驗(yàn)研究，在超聲波強(qiáng)化浸出條件下，40min的萃取率相當(dāng)于傳統(tǒng)溶劑萃取法2h的萃取率，若萃取時(shí)間都為2h的話，則應(yīng)用超聲波強(qiáng)化萃取印楝素的萃取率可高達(dá)95%，而傳統(tǒng)溶劑萃取法只有84%，表明用超聲波法萃取效果顯著。宗乾收等[6]以家用變頻微波爐改造而成的微波化學(xué)反應(yīng)器為主要設(shè)備，研究了在微波誘導(dǎo)下萃取印楝種仁中印楝素的方法，對(duì)微波功率、輻射時(shí)間和萃取溶劑等影響微波萃取的條件進(jìn)行了篩選和優(yōu)化。江定心等[7]建立了用超臨界流體從印楝種子中萃取印楝素的方法，用正交試驗(yàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)選擇萃取條件。中國林科院資源昆蟲研究所段瓊芬研究組引進(jìn)的創(chuàng)新技術(shù)——快速萃取法，是指用快速萃取器使物料在適當(dāng)?shù)娜軇┲型ㄟ^外來能量的作用，被充分分散成微粒，與溶劑充分接觸使組分進(jìn)入溶液而達(dá)到提取目的。段瓊芬等[8]進(jìn)行了國產(chǎn)和緬甸產(chǎn)印楝種子中印楝素的提取試驗(yàn)，并與其他方法比較，結(jié)果微波輻射法、超聲波強(qiáng)化法、快速萃取法提取印楝素的得率分別為0.237%、0.268%、0.438%。

3 全合成研究現(xiàn)狀

印楝素(A zadirachtin)是1968年從印楝Azadirach ta indica中分離得到的對(duì)200多種昆蟲具有很好拒食活性和生長破壞作用的化合物，對(duì)高等動(dòng)物無毒。由于其結(jié)構(gòu)獨(dú)特而又復(fù)雜，引起了世界許多合成化學(xué)家和農(nóng)藥化學(xué)家的興趣。其中，自印楝素的分離直至其化學(xué)結(jié)構(gòu)的確定，歷時(shí)18年。在經(jīng)過22年不懈努力以后， Ley 及其合作者[11]終于報(bào)道了印楝素的全合成過程，這標(biāo)志著對(duì)印楝素這一復(fù)雜分子的人工全合成取得了成功。在整個(gè)印楝素的全合成過程中，一共包括了71個(gè)步驟(其中最長的連續(xù)步驟達(dá)到48個(gè)之多)，總收率為0.00015%。印楝素成功實(shí)現(xiàn)全合成，是合成化學(xué)家們22年不懈努力的結(jié)果，這是在人工合成具有昆蟲拒食作用的印楝素方面取得的標(biāo)志性成果之一[12]。

4 安全性

印楝素具有不易使害蟲產(chǎn)生抗藥性、藥效時(shí)間長、在環(huán)境中很容易被降解及對(duì)高等動(dòng)物無害的特點(diǎn)[13]，是當(dāng)前世界各國研究最多、公認(rèn)的廣譜、高效、低毒、低殘留的環(huán)境友好新型殺蟲劑[14]。盡管如此，按農(nóng)藥管理的要求，在辦理登記注冊(cè)過程中，仍需完成毒理學(xué)醫(yī)學(xué)資料及生態(tài)資料的整理。印楝本身十分安全，但對(duì)于生產(chǎn)企業(yè)，從收購印楝果實(shí)到干燥、貯藏、提取、加工成劑的過程中，對(duì)可能影響產(chǎn)品毒性的幾種易變因素必須嚴(yán)加控制。如提取物的自然類別，種核提取中三萜類、檸檬素類的比例，污染的提取物可能產(chǎn)生的黃曲霉素，以及溶劑的毒性等。

5 產(chǎn)業(yè)化前景

世界上大約有1600多種有殺蟲作用的植物，而殺蟲廣，殺蟲效率高的植物卻很少。印楝對(duì)環(huán)境無污染，是害蟲的天敵，且害蟲不易對(duì)它產(chǎn)生抗性，完全符合綜合防治的要求，因而它具有廣泛的應(yīng)用前景，是未來許多合成農(nóng)藥的理想替代品。印楝素集經(jīng)濟(jì)、生態(tài)、社會(huì)效益為一體，其產(chǎn)業(yè)化前景十分廣闊。

由于印楝素良好的殺蟲性能和選擇性，一直受到人們重視。自1985年第一個(gè)商品化的印楝素制劑在美國獲準(zhǔn)登記后，日前許多國家都成功開發(fā)出了商品化的印楝素制劑，使印楝素生物農(nóng)藥在世界范圍內(nèi)得到了應(yīng)用。美國印楝農(nóng)藥生產(chǎn)發(fā)展最快，產(chǎn)品最多，獲利最大。我國也在1997年由華南農(nóng)業(yè)大學(xué)開發(fā)出了商品化的0.3%的印楝素乳油制劑，申報(bào)了相關(guān)的專利， 并于2004年由云南中科生物產(chǎn)業(yè)有限公司獲得該制劑的農(nóng)藥登記及生產(chǎn)許可。目前，已經(jīng)獲得農(nóng)藥登記的印楝素類殺蟲劑有美國、英國、加拿大、印度、德國等十幾個(gè)國家的幾十個(gè)品種，這些制劑中有乳油、可濕性粉劑、懸浮劑、顆粒劑等，應(yīng)用領(lǐng)域包括糧食、蔬菜、水果、經(jīng)濟(jì)作物、飼料草等眾多領(lǐng)域?，F(xiàn)今其化學(xué)合成雖然產(chǎn)率比較低，但已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)了。

長期以來對(duì)于菜青蟲主要采用各種化學(xué)農(nóng)藥進(jìn)行防治，而化學(xué)農(nóng)藥的長期、大量使用導(dǎo)致菜青蟲對(duì)多種化學(xué)農(nóng)藥產(chǎn)生抗藥性，使菜青蟲更猖獗發(fā)生。用印楝素與高效氯氰菊酯混配，能使2種藥劑的優(yōu)勢互補(bǔ)，減少用藥量，有效降低成本，擴(kuò)大殺蟲譜，延緩害蟲抗藥性。高志強(qiáng)等[15]進(jìn)行的室內(nèi)毒力測定結(jié)果表明，在印楝素中加入適量高效氯氰菊酯可以增強(qiáng)印楝素對(duì)菜青蟲的防治效果。印諫素也可以和比較著名的生物源農(nóng)藥除蟲菊素復(fù)配，二者結(jié)合，不僅藥效提高，而且可以殺死對(duì)除蟲菊素有抗性的害蟲。此外，二者的有效結(jié)合不僅可以殺死植食性害蟲，還可以用來防治動(dòng)物體外寄生蟲。印楝素和其它農(nóng)藥的復(fù)配是提高印楝素類殺蟲劑藥效的有效途徑[16]。此外，印楝可提供醫(yī)藥、農(nóng)藥、肥料、土壤改良物、化工原料多種用途，它的葉子和種子除具有殺蟲殺菌功用外，還有抗皮炎、牙周炎、利尿等作用，可用于制備治癌、抗炎、驅(qū)蟲藥物。在印度幾個(gè)世紀(jì)以來，印楝枯餅一直被用作土壤增肥劑，由于含氮量高，可部分代替氮肥，且含硫量高，有熏蒸消毒作用，對(duì)一些土壤害蟲有殺蟲驅(qū)蟲效果。將它施于花圃、菜地，植株生長健壯，抗病蟲害能力增強(qiáng)。

6 展望

印楝素是目前世界上公認(rèn)的活性最強(qiáng)的植物源拒食劑，而且對(duì)昆蟲生長調(diào)節(jié)方面的活性最穩(wěn)定，表現(xiàn)出很好的劑量-反應(yīng)關(guān)系，因而印楝被認(rèn)為是最適合于商品化開發(fā)的植物性殺蟲劑。印楝素和其它農(nóng)藥的復(fù)配是提高印楝殺蟲劑藥效的有效途徑，今后植物源農(nóng)藥與其它類農(nóng)藥包括化學(xué)農(nóng)藥的復(fù)配將會(huì)越來越受到重視。現(xiàn)在存在的問題還有很多，如其提取效率不高，有機(jī)全合成雖然已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，但其產(chǎn)率較低。

今后對(duì)印楝素的研究， 除繼續(xù)對(duì)其有效成分提取及提高全合成的產(chǎn)率降低生產(chǎn)成本外，還要對(duì)其殺蟲機(jī)理進(jìn)行進(jìn)一步研究。在應(yīng)用領(lǐng)域，提高印楝素在水中的分散性，保證有較長的保存期以及印楝素與其它農(nóng)藥的復(fù)配也是近幾年研究的熱門。由于植物源農(nóng)藥和化學(xué)農(nóng)藥都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，隨著綠色農(nóng)業(yè)的發(fā)展，植物源農(nóng)藥與其它類農(nóng)藥包括化學(xué)農(nóng)藥的復(fù)配將受到越來越多的重視。

[1] Zhang,Z X, Cheng D M, Xu H H. Plant Protect, 2007(33):80.

[2] 榮曉東，徐漢虹，等.植物殺蟲劑印楝的研究進(jìn)展[J].農(nóng)藥學(xué)學(xué)報(bào)，2000(2)：9-14.

[3] BUTTERWORTH J H, MORGAN E D. Isolation of a Substance that Suppresses Feeding in Locusts [J] J Chem Cormmun, 1968(1):23-24.

[4] 段瓊芬，姚春才，等.我國印楝素萃取技術(shù)的研究現(xiàn)狀與應(yīng)用前景[J].農(nóng)藥，2008，47(7)：483-486.

[5] 王中元，陳玉明，等.印楝素強(qiáng)化浸提試驗(yàn)研究[J].農(nóng)產(chǎn)品化學(xué)加工學(xué)刊，2007(1): 68.

[6] 宗乾收，林軍，等.印楝種仁中印楝素微波萃取方法研究[J].農(nóng)藥，2004，43(5)：230-232.

[7] 安鑫南.林產(chǎn)化學(xué)工藝學(xué)[M].北京：中國林業(yè)出版社，2002：250-251.

[8] 段瓊芬，王有瓊，等.4種提取印楝素方法的比較[J].農(nóng)藥，2005，44(10)：455-456.

[9] Govidachari T R, Narasimhan N S, Suresh G J. Chem.Ecol., 1995(21):1585.

[10] 李曉東，趙善歡.印諫素對(duì)昆蟲的毒理作用機(jī)制[J].華南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1995，17(1):118-122.

[11] Veitch G E, Beckmann E, Burke B J, Boyer A, Maslen S L, Ley S V. Angew. Chem.,2007(46): 7629.

[12] 樊會(huì)丹， 張從海，等.印楝素的合成、結(jié)構(gòu)修飾及生物活性研究進(jìn)展[J].有機(jī)化學(xué)，2009，29(1): 20-33.

[13] Mordue A J, Blackwell A J.Insect Physiol., 1993(40):4387.

[14] Kalinowski H O, Ermel K, Schmutterer H. Liebigs Ann. Chem., 1993:1033.

[15] 高志強(qiáng)，宋仲容，等.印楝素與高效氯氰菊酯混劑對(duì)菜青蟲毒力最佳配比的篩選[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2008，36(1)：117-118.

[16] 王麗琴.天然植物殺蟲劑印棣素的研究進(jìn)展[J].哈爾濱師范大學(xué)自然科學(xué)學(xué)報(bào)，2005，21(5)：51-53.

Application and Development of Azadirachtin

CUI Chen， HE Su-jiao
(Henan Vocational College of Chemical Technology， Zhengzhou 450042， China)

The insecticidal mechanism of azadirachtin and its development situation in China were introduced. The industrialization prospects and market potentials were also analyzed in detail. Finally， the developing direction of azadirachtin in the future was prospected.

azadirachtin; insecticidal mechanism; total synthesis; security

TQ 453.3

A

1671-9905(2014)05-0040-03

2014-02-27