一种竹红菌乙素光活化农药 技术领域
本发明涉及一种光活化农药，尤其涉及一种竹红菌乙素光活化农药。
背景技术
我国是一个农业大国，据统计，常年发生病虫害面积30亿亩次。由于病虫害不能有效控制，每年减产水稻10％、小麦20％、棉花20-40％。1992年，我国棉铃虫大爆发，造成棉花减产超过30％。近年我国西北大面积的蝗灾给农、林、牧业造成巨大损伤，因此开发高效、光谱的新型农药，成为当务之急的重大任务。
从几十年的发展历程来看，农药工业已经取得了长足的进步。农药是一个巨大的产业，市场需求巨大。国际生产的化学农药产品约有200种，中国生产的有150种左右。90年代生产的化学农药品种、产量和产值虽仍占主要地位，但是由于化学农药本身具有许多弊端，例如：化学农药对人畜有高毒性作用；化学农药在使用之后可能会有部分残留；化学农药在用量不当或制剂质量不良时可能对植物产生药害；某些有害生物可能对某一种或某一类化学农药产生抗药性；某些化学农药由于难以被生物或环境降解，会在环境(包括土壤、大气、水体等)中积累而成为长期污染源等。所以化学农药市场已停滞不前，并出现负增长。代之化学农药的是蓬勃发展的生物农药。与化学农药相比，生物农药有如下几点优势：选择性强、无污染、不易产生抗药性等，但由于生物农药的研究和生产成本较高，也限制了其广泛推广。
光活化农药是近些年来发展的一种新型、高效、无毒的农药。其原理是光动力作用，即光敏剂在光照和分子氧存在的条件下，对细胞、病毒、生物体的杀伤作用，或在该条件下对生物分子诱发的化学修饰作用。光敏剂一般是一些在可见光谱区有强吸收的染料。光敏剂在癌细胞上积累，光照后可以杀死癌细胞，叫做光动力治疗(photodynamictherapy)。如果作为农药，用来杀死害虫，通常叫做光活化农药(photoactivated pesticides)。
最早利用对害虫产生光毒性反应的实验始于1928年(Heita J R，Chemtech.，Aug.，1988，484-488)，观察染料溶液对蚊子幼虫的杀伤作用。从此以后的70年中有20余种昆虫曾被用来做过光动力作用的实验(Sternberg E D，Dolphin D，Tetrahedron，54，1998，4151-4202)，其中主要是蚊、蝇，特别是果蝇。美国农业部开发了荧光素(uranine)和根皮红(phloxine B)混合物作为活性组分，放在诱饵中，取代马拉硫磷(malathion)，用来抑制果蝇。其它被实验的昆虫还有苹果蛾(codlingmoth)、东方蜚蠊(oriental cockroach)、洋白菜蝶(cabbage butterfly)、玉米耳虫(corn earworm)、小地老虎(black cutworm)、苹果蝇(apple maggot)等。将光敏剂混合于饲料或溶于水后喷在植物叶子上，甚至撒在蝇类喜吃的粪便上，害虫吃了光敏剂以后经日光或荧光灯、白炽灯照射，在几天内就可以被杀死。现已成功地用于鸡舍内除苍蝇，污水面上除蚊，果林中消灭果蝇等。目前最新的进展是对南瓜十二星叶甲(cornrootworm)的防治，在诱饵中放入光敏染料，害虫吃了以后，经太阳光的照射，几小时后就可以观察到害虫的死亡情况。
光动力农药对目标害虫有如下几个作用：体外试验抑制己酰胆碱酯酶；体内降低血淋巴；还原血细胞；减轻干重和湿重；降低蛋白和脂肪的水平；在成虫羽化后停止生成。由于光敏染料催化产生的活性氧在细胞上地生物化学作用点多，所以大田害虫对它的抗药性发展很慢。
国内关于光活化物用于害虫治理的研究刚刚起步，在1993年，清华大学化学系的邱勇等曾在《化学通报》发表了一篇综述性介绍文章(邱勇等，化学通报，21-24，1993)，而后在1998年，张志义等人公开了关于含竹红菌甲素的新型生物农药杀虫剂原药的制法专利(专利号96120600.4)和关于用竹红菌甲素抗棉铃虫的杀虫剂专利(含竹红菌甲素的生物农药杀虫剂及其制法，专利号96120599.7。其杀虫剂的配制方法特征为：将原药加入到表面活性剂中制成胶束，通过胶体磨研磨，然后加入有机溶剂和防冻剂，搅拌均匀。)，但其表面活性剂用量大，成本高。
【发明内容】
为解决棉花、果树、水稻、蔬菜、小麦、大豆、烟叶等作物的病虫害防治中普遍存在的农业问题，本发明提供了一种竹红菌乙素光活化农药。
本发明的一种竹红菌乙素光活化农药，按重量百分比计，包括以下组分和含量：
竹红菌乙素 0.02～0.24
非离子表面活性剂 0.5～5
水 其余
其中所述的非离子表面活性剂(乳化剂)可为辛基酚聚氧乙烯(9)醚或辛基酚聚氧乙烯(10)醚。
本发明的一种竹红菌乙素光活化农药，按重量百分比计，还可以含有0.2～1％缓冲剂(pH调节剂)，所述缓冲剂为磷酸盐类，包括磷酸二氢钾和磷酸氢二钠的混合物，其二者的重量比例为1∶2～4，同时，还可含有0.02～0.24％还原剂(稳定剂)，所述还原剂可为抗坏血酸。
本发明所述竹红菌乙素(HB)是属于4，9-二羟基-3，10-苝醌衍生物，分子式为C30H24O9，分子量528，结构式为：
本发明中竹红菌乙素是将天然微生物真菌竹红菌中提取的竹红菌甲素经脱水反应制得。竹红菌(Hypocrella bambusae(B.et Br.)Sacc.)是盛产于我国镇西北、川西南、藏东南等地区特有野生资源。竹红菌，属于子束菌纲、肉座菌科、亚肉座菌属，属于真菌。其性状为：子座肉质，干后软木质、褐红色，遇碱后变绿、半球型、有孔口、直径1-2厘米；子束圆筒形，(20-30)×(300-360)微米，子束孢子8个，蠕虫形，有分隔，微黄色，右旋扭曲呈蝇状，(7.5-10)×(260-360)微米，侧丝纤细，内部菌丝深褐色。已知，竹红菌乙素是一种天然有机色素，具有光敏性质；其产品的理化性质为：黑色晶体，无臭、无味，纯度98％，熔点209-210℃，易溶于氯仿、丙酮、乙酸乙酯，溶于甲醇、乙醇，微溶于石油醚，不溶于水，不易发生水解反应，但在碱性环境中可发生自敏光氧化反应。
竹红菌寄主为箭竹，每年元月竹红菌子座开始形成，八月大量成熟，十月后掉落。因此，每年8，9，10月份采集为宜。从竹红菌中提取的主要组分是竹红菌甲素(Hypocrellin A)和竹红菌乙素(HypocrellinB)。民间曾用竹红菌素治疗胃痛和关节炎，现已发展为治疗皮肤顽症、抗艾滋病、抗肿瘤和微血管类疾病潜在的有效光敏药物。宋玉珠博士学位论文(中国科学院感光化学研究所，99届，75-77页)试验结果表明竹红菌乙素比竹红菌甲素具有更高的杀虫效率。(供试害虫：棉铃虫、粘虫。采用联合国棉农组织FAO规定的统一标准方法—浸渍法，用五万分之一浓度的光敏剂竹红菌甲素(HA)和竹红菌乙素(HB)浸渍后，24小时后观察，HA可杀死试虫30％，HB可杀死试虫40％。)
本发明的一种竹红菌乙素光活化农药的制备方法，a.按所需比例将HB和非离子表面活性剂在氯仿溶液(HB浓度可在0.5mmol/l左右)中溶解，减压蒸馏除去氯仿，使HB在非离子表面活性剂中均匀分散成糊状；
b.按照比例将还原剂、缓冲剂加入水中，搅拌溶解；
将a，b混合溶解均匀后，在0-30℃的条件下，超声分散1～1.5小时。
制剂应在常温下避光保存。
本发明的一种竹红菌乙素光活化农药的杀虫机理：竹红菌乙素是脂溶性化合物，它进入生物体内主要富集在细胞膜上，在有光和氧存在的条件下，光活化农药的杀虫机理主要表现为光敏作用机理或光动力作用机理。光活化农药的关键是光敏剂，一般是在可见区至红外区有强吸收的有色化合物。光敏剂吸光以后，由基态(单重态)跃迁到寿命较短的单重态激发态，激发单重态经过系间窜跃生成寿命较长的激发三重态(10-3-10s)。在光敏剂的激发三重态，将发生两类反应(图1)：(I)直接与底物发生抽氢反应或电子转移，生成自由基或自由基离子，再和O2作用，产生超氧负离子O2，这一反应过程称类型I反应；(II)直接与氧发生能量转移反应，生成单重态氧1O2，；而单重态氧是一种具有高反应活性、高氧化性的活性体。这一反应过程称类型II反应。类型I反应和类型II反应可同时发生，但这两个过程所占比重明显受光敏剂、底物、氧浓度以及敏化剂与底物的结合等因素的影响。整个过程可以说是一个光敏氧化过程。通过光敏作用，不仅可产生半醌自由基(sens·-和sens·+)，还能产生活性氧(O2·-、·OH、1O2和H2O2)等中间体，这些活性瞬态物质会引起细胞膜脂质过氧化，膜蛋白交联，导致活细胞死亡。整个过程中光敏剂并不介入毒性反应，只是起催化剂的作用。光敏剂从被激发到单重态，大约10毫秒或更快。一个光敏剂分子有可能在每分钟产生成千的1O2，可以破坏成千的靶标分子，而不象一般农药那样，一个有机磷分子仅破坏一个目标分子。杀虫过程取决于四个因素，即：
速度平衡式V＝K4[虫][染料][光][氧]光敏剂的杀虫效果取决于虫子、光敏剂的浓度、光强和氧的浓度等四个因素。光活化农药的理化性质：图2、3为竹红菌乙素(HB)的吸收光谱和荧光发射光谱。
从图2可以看出：HB在胶束溶液中的可见吸收光谱保留了3个苝醌类化合物的特征吸收带(Ia，IIa，IIIa)。和在氯仿中相比，Ia峰发生稍许红移(3nm)到466nm，其它两个峰位基本没有改变；同时整个峰型变宽使IIa峰成为肩峰。这种现象可根据Frank-Condon原理说明，即处于基态平衡态S0的分子受辐照后被激发到Frank-Condon激发态S1′，然后经非辐射弛豫到激发平衡态S1，再经荧光辐射跃迁至Frank-Condon基态S0′，最后再由S0′弛豫到基态平衡态S0，这种非辐射弛豫主要起源于溶剂笼中分子的取向和溶剂与溶质分子间的相互作用，在吸收光谱方面表现为峰型及位置的变化。HB被胶束包裹后处于疏水栅状层中，水对HB的作用较小，HB和表面活性剂分子间可通过偶极-偶极间的静电相互作用从而使源于苝醌环上的ππ*电子跃迁所形成的峰出现红移且峰型变宽。由于水分子对HB的作用较小，因此来源于HB分子内质子传递的吸收带IIa和IIIa的位置保持不变；同时IIa和IIIa带吸收略有增加，这是由于HB与胶束结合以后降低了HB的分子运动，而增强了分子内质子传递的缘故。
和在氯仿中相比，HB在胶束中的荧光发射光谱峰型和峰位没有大的变化，发射峰在621nm，但在强度上有明显降低。空白实验表明，表面活性剂在检测波段没有荧光峰，在HB的乙醇和缓冲溶液中加入TX-100不会猝灭HB荧光。这样HB荧光强度的降低可以考虑主要是由于缓冲水溶液的影响。因为HB尽管处在疏水的栅状层中，胶束体系限制了HB分子的自由运动，但被增溶的HB的激发单重态仍有可能同胶束周围水分子提供的-OH高级振动态能级相互作用而导致荧光猝灭。光活化农药的光动力活性：在胶束溶液中，HB也能光敏产生1O2，O2·-和·OH，测得1O2产生的量子产率分别为0.72，与HB在苯中的1O2量子产率相近，说明在胶束中HB保持了1O2的产生能力。用自旋捕获法能够检测到·OH与DMPO，1O2与TEMP形成的加合物的EPR信号。但未检测到O2·-与DMPO的加合物的EPR信号，这是由于在胶束溶液中有大量水存在的情况下，O2·-易发生歧化反应生成H2O2。在除氧的HB胶束溶液中，能够检测到HB·-的生成，这可能是由于在胶束溶液中有利于HB·-的生成和稳定性。
本发明中选择的竹红菌乙素新型光活化农药的原料是我国特产天然光敏剂，具有易提取、产率高、成本低、光毒性高、暗毒性低、对人畜无害、在长时间受光照射条件下自身可经自敏光氧化降解，因此具有无残留及无环境、土壤污染等优点，因此本发明的竹红菌乙素光活化农药是一种比较理想的替代化学农药的新型“绿色农药”。与普通的化学农药和生物农药相比，本发明将水乳剂改为水剂，不仅大大简化生产工艺，降低制剂的生产成本，节约原料，而且使用更安全、方便。
本发明制剂作为光活化农药具有较强的内吸、触杀作用，杀虫谱广，害虫不易产生抗药性，使用简单、安全、方便，不易燃易爆，对人畜无毒，易生物降解，无残留及环境污染，适用于粮、棉、果树、蔬菜、烟叶等作物的病虫害防治。
附图说明图1光动力作用示意图图2.HB在胶束(HB-Triton X-100)和在氯仿(HB-CHCl3)中的吸收光谱图3.HB在胶束(HB-Triton X-100)和氯仿(HB-CHCl3)中的荧光发射光谱
【具体实施方式】
实施例1
各组分含量(重量％)配比为：
竹红菌乙素 0.02
非离子表面活性剂(厂家：北京化学试剂公司，商标：北化，商品名：Triton X-100) 1
缓冲剂磷酸二氢钾 0.06
缓冲剂磷酸氢二钠 0.14
还原剂抗坏血酸 0.02
水 其余
竹红菌乙素的制备(下同)
a.从竹红菌中提取竹红菌甲素(HA)
提取方法参考文献赵开弘《有机化学》1989年9卷252-254页的文章(赵开弘等，有机化学9，252-254，1989)，并作了一些改进。具体方法如下：20g粉碎竹红菌置于Soxlet提取器中，以500ml氯仿作溶剂连续提取4小时，提取液用4×100ml水反复萃取。分出氯仿层，在旋转蒸发器上抽除氯仿，所得固体用8×25ml石油醚洗涤(必要时再用1％NaHCO3溶液洗涤)，该固体在空气中自然风干，然后用氯仿-石油醚重结晶两次，所得晶体即为竹红菌甲素(HA)，纯度高达98％。
b.将竹红菌甲素(HA)转变为竹红菌乙素(HB)
竹红菌乙素(HB)由甲素脱水得到，制备方法参照文献赵开弘《有机化学》1989年9卷252-254页的文章(赵开弘，蒋丽金等，有机化学9，252-254，1989)。具体方法如下：1g甲素溶解于1000ml 1.5％的氢氧化钾水溶液中，避光搅拌24h后，用稍过量稀盐酸中和。用氯仿抽提产物，在旋转蒸发器上抽除氯仿，所得固体用氯仿-石油醚重结晶，所得晶体即为竹红菌乙素(HB)，产率99％。
理化性质：黑色粉末状固体，无刺激性气味，不溶于水，易溶于氯仿、丙酮、乙酸乙酯，溶于甲醇、乙醇，微溶于石油醚。经薄层层析法(硅胶G制成1％的柠檬酸板，以乙酸乙酯∶氯仿＝3∶1 v/v作展开剂)，产品纯度达98％以上。
(4)竹红菌乙素的光活化农药水剂的物理性质：深红色透明液体，无不良刺激性气味，无可燃性，无悬浮物，热稳定性(45±1℃，14天)≤2.5％，常温下自然曝光2周分解率≤2.5％，在常温避光保存的条件下，性质稳定。实施例2
各组分含量(重量％)配比为：
竹红菌乙素 0.1
非离子表面活性剂(厂家：北京化学试剂公司，商标：北化，商品名：Triton X-100) 4
缓冲剂磷酸二氢钾 0.16
缓冲剂磷酸氢二钠 0.34
还原剂抗坏血酸 0.1
水 其余实施例3
各组分含量(重量％)配比为：
竹红菌乙素 0.24
非离子表面活性剂(厂家：北京化学试剂公司，商标：北化，商品名：OP10)
5
缓冲剂磷酸二氢钾 0.31
缓冲剂磷酸氢二钠 0.69
还原剂抗坏血酸 0.24
水 其余