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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 高效、安全聯(lián)苯菊酯構(gòu)型的研究
- 小類：
- 生命科學(xué)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡(jiǎn)介：
- 農(nóng)藥作為人類文明進(jìn)步的產(chǎn)物，為解決人類的溫飽、增強(qiáng)社會(huì)穩(wěn)定，促進(jìn)社會(huì)發(fā)展作出了不可磨滅的貢獻(xiàn)。中共十七屆三中全會(huì)通過的《中共中央關(guān)于推進(jìn)農(nóng)村改革發(fā)展若干重大問題的決定》提出，糧食安全任何時(shí)候都不能放松，必須長(zhǎng)抓不懈，要抓緊實(shí)施糧食戰(zhàn)略工程，加快落實(shí)全國(guó)新增千億斤糧食生產(chǎn)能力建設(shè)規(guī)劃的重大任務(wù)。而環(huán)境友好綠色農(nóng)藥的開發(fā)是確保農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的關(guān)鍵之一，也是全面建設(shè)小康社會(huì)進(jìn)程中需要解決的重大科學(xué)技術(shù)問題。我們以典型手性農(nóng)藥聯(lián)苯菊酯為模式化合物，在對(duì)映體手性分離的基礎(chǔ)上，建立了基于對(duì)映體選擇性和整合生物學(xué)效應(yīng)評(píng)價(jià)的生物效應(yīng)/環(huán)境毒性比值高的新型農(nóng)藥構(gòu)型篩選的研究方法，為揭示手性化合物生物效應(yīng)的對(duì)映體選擇性的機(jī)理和開發(fā)新型、安全、高效農(nóng)藥提供了技術(shù)支持。
- 詳細(xì)介紹：
- 環(huán)境友好綠色農(nóng)藥的開發(fā)是確保農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的關(guān)鍵之一，隨著手性農(nóng)藥使用量的逐年增加，對(duì)手性農(nóng)藥不同對(duì)映體進(jìn)行研究得到高效、安全的新構(gòu)型已成為綠色農(nóng)藥開發(fā)和創(chuàng)制的一個(gè)重要方向。本研究以一種廣泛使用的新型擬除蟲菊酯類農(nóng)藥聯(lián)苯菊酯（cis-Bifenthrin，cis-BF）為模式化合物，在Sumichiral OA-2500-I手性柱分離cis-BF獲得對(duì)映體純標(biāo)樣的基礎(chǔ)上，以人乳腺癌細(xì)胞系MCF-7和基因工程重組酵母（YES）系統(tǒng)為內(nèi)分泌干擾研究模型，以大鼠腎上腺嗜鉻細(xì)胞瘤PC-12細(xì)胞為神經(jīng)毒性研究模型，以人絨毛膜癌細(xì)胞系JEG-3為生殖毒性研究模型，對(duì)cis-BF的環(huán)境安全和健康風(fēng)險(xiǎn)的對(duì)映體選擇性進(jìn)行研究；同時(shí)在已有研究的基礎(chǔ)上以大型蚤（D.magna）的慢性毒性實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)了cis-BF對(duì)靶標(biāo)生物殺蟲活性的對(duì)映體選擇性。研究結(jié)果顯示：1R-cis-BF的殺蟲活性遠(yuǎn)高于1S-cis-BF，而1S-cis-BF對(duì)非靶標(biāo)生物的內(nèi)分泌干擾效應(yīng)、神經(jīng)毒性和生殖毒性則遠(yuǎn)高于1R-cis-BF。以上結(jié)果說明，1R-cis-BF可能是一種更高效、安全的新型農(nóng)藥構(gòu)型，為進(jìn)一步對(duì)cis-BF的改造提供了重要的基礎(chǔ)。同時(shí)這一研究為手性農(nóng)藥的發(fā)展提供了基于毒理學(xué)對(duì)映體選擇性的高效、安全農(nóng)藥開發(fā)和研制的新思路。
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 研究目的： 高效、安全綠色農(nóng)藥的研究和創(chuàng)制是我國(guó)農(nóng)業(yè)和環(huán)保發(fā)展的重要內(nèi)容，本研究針對(duì)國(guó)家需求，旨在建立基于對(duì)映體選擇性和整合生物學(xué)效應(yīng)評(píng)價(jià)基礎(chǔ)上的生物效應(yīng)/環(huán)境毒性比值高的新型農(nóng)藥構(gòu)型，為開發(fā)綠色農(nóng)藥提供重要科學(xué)依據(jù)。 基本思路： 以新型、常用的擬除蟲菊酯類農(nóng)藥聯(lián)苯菊酯為模式化合物，通過評(píng)價(jià)其對(duì)靶標(biāo)生物的殺蟲活性和對(duì)非靶標(biāo)生物的環(huán)境安全性，得到了一種可能的聯(lián)苯菊酯高效、安全的構(gòu)型，并對(duì)其對(duì)映體選擇性的分子機(jī)理進(jìn)行了研究。 主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)和技術(shù)關(guān)鍵： 隨著手性農(nóng)藥在國(guó)內(nèi)、外的使用量逐年增加，對(duì)其改造，開發(fā)和研制既具有現(xiàn)實(shí)意義，也有相當(dāng)大的科學(xué)意義。 在對(duì)映體分離、絕對(duì)構(gòu)型表征的基礎(chǔ)上，利用多種細(xì)胞系作為體外研究模型、結(jié)合基因工程重組酵母評(píng)價(jià)體系整合評(píng)價(jià)了聯(lián)苯菊酯對(duì)靶標(biāo)和非靶標(biāo)生物的有效性和毒性，并對(duì)其毒性的機(jī)理進(jìn)行了研究，研究結(jié)果尚未見報(bào)道。本研究具有農(nóng)業(yè)化學(xué)、生物化學(xué)、分離科學(xué)等多學(xué)科相互交叉、滲透和綜合的特點(diǎn)，原創(chuàng)性強(qiáng)。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 擬除蟲菊酯是一類典型的手性農(nóng)藥。已有研究表明：它的環(huán)境行為、殺蟲活性、環(huán)境安全性具有顯著的對(duì)映體差異[1]，但系統(tǒng)、深入的基于生物效應(yīng)/環(huán)境毒性比值，研究新型、高效、安全的擬除蟲菊酯類農(nóng)藥的新構(gòu)型還非常有限。我們作品的科學(xué)性和先進(jìn)性主要表現(xiàn)在： 1. 建立了聯(lián)苯菊酯高效液相手性拆分技術(shù)，為后續(xù)的研究提供了基礎(chǔ)； 2. 建立了多種以體外培養(yǎng)細(xì)胞為模型的環(huán)境安全評(píng)價(jià)方法； 3. 在分子機(jī)理上對(duì)聯(lián)苯菊酯殺蟲活性和環(huán)境安全的對(duì)映體選擇性的機(jī)理進(jìn)行了探討，在國(guó)內(nèi)外相關(guān)的學(xué)術(shù)期刊發(fā)表了相關(guān)的研究論文，研究結(jié)果為手性農(nóng)藥的改造和開發(fā)提供了技術(shù)支持，既具有一定的科學(xué)意義，又具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。 參考文獻(xiàn)： 1. Enantioselectivity in environmental safety of current chiral insecticides. Proc. Natl. Acad. Sci. USA., 2005, 102: 701-706.
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 所獲獎(jiǎng)項(xiàng)： 1. 2008年11月獲學(xué)校第二十屆“運(yùn)河杯”學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽特等獎(jiǎng)； 2. 2009年6月獲浙江省第十一屆“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽特等獎(jiǎng)。 4篇代表性論文： 1. Enantioselectivity in chronic toxicology and uptake of the synthetic pyrethroid insecticide bifenthrin in Daphnia magna. Environ. Toxicol. Chem., 2009, 28(7): 1475-1479. (IF: 2.309) 2. Induction of macrophage apoptosis by an organochlorine insecticide acetofenate. Chem. Res. Toxicol., 2009, 22 (2): 504-510. (IF: 3.508) 3. Chronic toxicity and cytotoxicity of the synthetic pyrethroid insecticide cis-bifenthrin. J. Environ. Sci., 2009, (In press). (IF: 0.480) 4. Cytotoxicity of lambda-cyhalothrin on the macrophage cell line RAW 264.7. J. Environ. Sci., 2009, (In press). (IF: 0.480)
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 技術(shù)指導(dǎo)和數(shù)據(jù)支持
作品可展示的形式
- 實(shí)物、產(chǎn)品、樣品
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)： 本研究集合了農(nóng)藥化學(xué)、 毒理學(xué)、分離科學(xué)等多學(xué)科，建立了適合整合評(píng)價(jià)手性農(nóng)藥環(huán)境安全性和生物有效性的多種方法，發(fā)現(xiàn)R型聯(lián)苯菊酯是符合目前“綠色農(nóng)藥”要求的新型、安全、高效的構(gòu)型，為進(jìn)一步進(jìn)行農(nóng)藥的設(shè)計(jì)、改造提供了十分重要的科學(xué)依據(jù)。 市場(chǎng)分析和經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)： 手性擬除蟲菊酯類殺蟲劑既作農(nóng)用，更多的是農(nóng)村、城市的家庭、公共場(chǎng)所殺蚊、殺蚤、殺蛛等方面的使用（家庭與公共衛(wèi)生應(yīng)用）。在我國(guó)目前已有2家一定規(guī)模的生產(chǎn)企業(yè)（揚(yáng)農(nóng)化工集團(tuán)和南京紅太陽集團(tuán)）生產(chǎn)。然而國(guó)外的專利問題制約著我國(guó)的發(fā)展，如果我們搶先一步，用手性技術(shù)這一化學(xué)領(lǐng)域最前沿的高新技術(shù)，走構(gòu)型優(yōu)化新品種之路，一定能事半功倍。在中國(guó)無論哪家現(xiàn)有的農(nóng)藥生產(chǎn)廠家實(shí)現(xiàn)工業(yè)化，幾乎不會(huì)有任何風(fēng)險(xiǎn)，其經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益不可估量。
同類課題研究水平概述
- 農(nóng)藥的廣泛使用既給人們提供了必要的食品，又是造成土壤、地表水污染乃至食品安全的主要因素之一?；瘜W(xué)農(nóng)藥的不可替代與環(huán)境保護(hù)、食品安全的矛盾，使人們把發(fā)展化學(xué)農(nóng)藥的目標(biāo)集中在發(fā)展擬天然產(chǎn)物（或稱仿生）結(jié)構(gòu)的“綠色農(nóng)藥”上，以期得到對(duì)靶標(biāo)生物有更高效能，而對(duì)非靶標(biāo)生物及人類更安全和友好的構(gòu)型。 手性是自然界的普遍特征，而對(duì)映體選擇性是生命過程中必然的規(guī)律。人們從自然界得到靈感，希望開發(fā)出對(duì)映體純的手性化合物，來解決前面所提到的矛盾。目前，手性農(nóng)藥在市場(chǎng)上已占較大的份額（約25%），但目前生產(chǎn)和使用的大部分手性農(nóng)藥仍為外消旋體（Racemate, 對(duì)映異構(gòu)體1:1混合物）。在評(píng)價(jià)這類農(nóng)藥的藥效及研究其環(huán)境污染行為時(shí)，人們幾乎都把它們當(dāng)作純的單一化合物來看待，即使發(fā)達(dá)國(guó)家的環(huán)境法規(guī)亦是如此。 目前，手性農(nóng)藥對(duì)映體純的研究與應(yīng)用，最成功的一例是除草劑異丙甲草胺（Metolachlor），s-構(gòu)型的能除草，r-構(gòu)型的致突變。盡管現(xiàn)在世界幾大農(nóng)藥生產(chǎn)公司都在手性農(nóng)藥的對(duì)映體水平上從靶標(biāo)生物角度研究其高效構(gòu)型，但從非靶標(biāo)生物的安全性上綜合研究工作幾乎沒有。 手性農(nóng)藥的非靶標(biāo)生物的安全性（或叫環(huán)境安全性）研究，是從早期應(yīng)用的手性有機(jī)氯農(nóng)藥開始的，這類外消旋手性農(nóng)藥一直被看作純的單一化合物的環(huán)境行為來研究。究其研究滯后的原因：一是人們很難得到對(duì)映體純的標(biāo)樣；二是手性分析方法長(zhǎng)期以來沒有被很好解決。所以從對(duì)映體層面上篩選農(nóng)藥構(gòu)型就不可能。 近年來，Kohler等人提出“對(duì)手性污染物的環(huán)境歸宿應(yīng)考慮化學(xué)結(jié)構(gòu)的立體選擇性”。Lewis等也在Nature雜志上撰文指出“土壤環(huán)境的變化影響手性污染物的降解”。隨著新的手性農(nóng)藥不斷出現(xiàn)，僅滿足于對(duì)老農(nóng)藥的殘留調(diào)查顯然是不夠的。 縱觀近10余年這方面的研究，其主要有二大方面不足。一是集中在已禁止的老農(nóng)藥的調(diào)查，從環(huán)境友好角度對(duì)映體層面上的研究幾乎是空白；二是主要對(duì)單一手性中心的農(nóng)藥研究較多，對(duì)多手性中心的農(nóng)藥研究甚少，對(duì)手性擬除蟲菊酯殺蟲劑幾乎沒有。 總之，手性農(nóng)藥的發(fā)展將愈來愈快。在對(duì)映體水平上研究手性農(nóng)藥是科學(xué)發(fā)展到今天的必然，基于毒理學(xué)效應(yīng)和生物活性基礎(chǔ)的高效、安全新型農(nóng)藥的研究和開發(fā)必將成為農(nóng)業(yè)化學(xué)和環(huán)境科學(xué)新的學(xué)科生長(zhǎng)點(diǎn)。
