天然植物源化合物-CE苦參堿 突破了抗性薊馬防治關(guān)鍵技術(shù)瓶頸 分享
發(fā)布時(shí)間:2023-11-03 17:43:00 來(lái)源:轉(zhuǎn)載 訪問(wèn)量:
依托中國(guó)豐富的藥用植物資源及應(yīng)用技術(shù),專注于綠色農(nóng)業(yè)生物技術(shù)創(chuàng)新研發(fā)的企業(yè)-成都新朝陽(yáng)作物科學(xué)股份有限公司經(jīng)過(guò)多年的研發(fā),成功開(kāi)發(fā)出天然新型植物源化合物CE苦參堿這一創(chuàng)新生物技術(shù),并推廣應(yīng)用到農(nóng)業(yè)薊馬等蟲(chóng)害防治領(lǐng)域,為全球有機(jī)、綠色農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)做出了卓越貢獻(xiàn)。
一.全球農(nóng)業(yè)抗性薊馬發(fā)生現(xiàn)狀及防治策略
薊馬(Thrips)是一種體型微小,隱匿性強(qiáng)的昆蟲(chóng),成蟲(chóng)體長(zhǎng)約0.5~5mm,極少數(shù)體長(zhǎng)可達(dá)10~14mm[1-3]。薊馬食性復(fù)雜,包括植食性、捕食性和菌食性,其中植食性薊馬主要危害作物。迄今為止,全世界記錄的薊馬科種類達(dá)2000余種,隸屬于4亞科約276屬,在中國(guó)占79屬315種[4]。薊馬利用刺吸式口器汲取農(nóng)作物組織器官中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)以滿足自身生長(zhǎng)發(fā)育的需要[4,7],并通過(guò)直接取食、產(chǎn)卵或傳播病毒的方式產(chǎn)生危害,而因傳播病毒所造成的損失又遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)直接危害[8-9]。
圖1 薊馬
近年來(lái),全球貿(mào)易和氣候變暖加速了薊馬的擴(kuò)散和傳播,薊馬現(xiàn)已成為世界性重要的農(nóng)林害蟲(chóng)。據(jù)調(diào)查結(jié)果顯示,西花薊馬的寄主達(dá)60多科500余種,已成為危害最為嚴(yán)重的農(nóng)林害蟲(chóng)之一[10-11]。西花薊馬主要危害作物心葉、幼果和花器。危害初期葉片、幼果表面出現(xiàn)缺刻或斑點(diǎn),嚴(yán)重時(shí)葉片及果實(shí)出現(xiàn)銹褐斑,最終導(dǎo)致葉片、果實(shí)脫落和植株枯萎而死。此外,西花薊馬還可傳播病毒,造成大面積作物減產(chǎn)[12]。棕櫚薊馬,又名節(jié)瓜薊馬,主要危害茄果類蔬菜,通過(guò)取食和產(chǎn)卵致果實(shí)出現(xiàn)斑痕、畸形,根據(jù)危害程度,造成的經(jīng)濟(jì)損失可達(dá)15%~90%[13]。
薊馬危害作物同時(shí)還傳播其它病害,據(jù)保守估計(jì),1996—2006年期間格魯吉亞地區(qū)由于番茄斑萎病毒TSWV的傳播對(duì)花生、煙草、番茄和甜椒上造成的經(jīng)濟(jì)損失總計(jì)3.5億美元[14]。而美國(guó)由于TSWV病毒傳播造成的總損失超過(guò)14億美元 [14,15]。
隨著殺蟲(chóng)劑的廣泛使用,薊馬類害蟲(chóng)的抗藥性也不斷發(fā)生變化,目前,全球?qū)λE馬類害蟲(chóng)的防治仍然主要依賴于化學(xué)藥劑的使用,它的廣譜、高效、速效性和易操作性等特點(diǎn)是普遍為人們所接受的重要原因。常用藥劑包括有機(jī)磷類、氨基甲酸酯類、擬除蟲(chóng)菊酯類、新煙堿類殺蟲(chóng)劑。但是長(zhǎng)期施用化學(xué)藥劑造成的嚴(yán)重抗性已經(jīng)成為制約農(nóng)業(yè)生產(chǎn)一個(gè)重要的因素。
經(jīng)調(diào)查,2003年西班牙Almeria地區(qū)采集的西花薊馬對(duì)多殺菌素(spinosad)的抗藥性指數(shù)增長(zhǎng)萬(wàn)倍[16],2004年從Murcia[17]溫室采集的西花薊馬也對(duì)多殺菌素產(chǎn)生了高水平抗性(RF>3682)。Immaraju等[18]對(duì)美國(guó)加州地區(qū)的薊馬抗藥性進(jìn)行了研究,指出該種群對(duì)阿維菌素的抗性水平增加了798倍。Loughner等[19]報(bào)道,因頻繁使用多殺菌素造成了美國(guó)的西花薊馬田間種群對(duì)多殺菌素抗性的迅速發(fā)展。Herron等[20]報(bào)道澳大利亞的一些西花薊馬田間種群對(duì)多殺菌素也已產(chǎn)生了不同水平的抗藥性。西花薊馬對(duì)多殺菌素產(chǎn)生抗性的同時(shí),對(duì)煙堿類藥劑噻蟲(chóng)嗪也產(chǎn)生了高達(dá)84倍的顯著抗性[21]。同時(shí)對(duì)吡蟲(chóng)啉、甲維鹽、辛硫磷、啶蟲(chóng)脒、毒死蜱、高效氯氰菊酯和滅多威均產(chǎn)生了中等水平的交互抗性[22]。
因此,全新的抗性薊馬防治手段的研發(fā)顯得極為迫切。隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展,通過(guò)對(duì)天然植物源提取技術(shù)、制劑技術(shù)的深入研究,植物源代謝產(chǎn)物因其具有良好的應(yīng)用效果,且在自然界降解快,不易產(chǎn)生抗藥性的特點(diǎn),被越來(lái)越多的地應(yīng)用于農(nóng)業(yè)病害防治??鄥ⅲ⊿ophora flavescens Alt.)作為一種傳統(tǒng)藥用植物,屬于豆科、槐屬草本或亞灌木,富含生物堿類、黃酮類天然化合物,此外還有少數(shù)酚類、三萜類、苯丙素類、脂肪酸類和氨基酸類成分,可作為臨床藥用、化妝品添加劑、農(nóng)藥等多個(gè)領(lǐng)域。
圖2 苦參植株及藥材
二.關(guān)于苦參提取物的應(yīng)用研究
苦參生物堿由苦參的干燥根、植株、果實(shí)經(jīng)乙醇等有機(jī)溶劑提取制得,其中以苦參堿、氧化苦參堿含量最高??鄥A的農(nóng)業(yè)研究較為豐富,研究報(bào)道顯示,苦參生物堿可被用于防治稻縱卷葉螟,其效果顯著,且對(duì)水稻安全[23],對(duì)茶尺蠖也有較好的防治效果[24]。同時(shí),苦參生物堿與其他生物農(nóng)藥聯(lián)用具有顯著的增效作用,能夠減少用藥次數(shù),防止靶標(biāo)抗性的產(chǎn)生,受到許多植物保護(hù)工作者的青睞??鄥⑸飰A與除蟲(chóng)菊素聯(lián)用對(duì)蘋(píng)果蚜蟲(chóng)具有良好的防治效果,對(duì)果樹(shù)安全[25]??鄥⑸飰A與煙堿聯(lián)用對(duì)草原蝗蟲(chóng)具有良好的防治效果[26],對(duì)苜蓿蚜也具有一定的防效[27]。對(duì)人畜低毒,使用安全,被認(rèn)為是21世紀(jì)最新型的植物源生物農(nóng)藥之一。
圖3 苦參堿 CAS:519-02-8
依托中國(guó)豐富的藥用植物資源及應(yīng)用技術(shù),專注于綠色農(nóng)業(yè)生物技術(shù)創(chuàng)新研發(fā)的企業(yè)-成都新朝陽(yáng)作物科學(xué)股份有限公司經(jīng)過(guò)多年的研發(fā),成功開(kāi)發(fā)出天然新型植物源化合物CE苦參堿這一創(chuàng)新生物技術(shù),并推廣應(yīng)用到農(nóng)業(yè)薊馬等蟲(chóng)害防治領(lǐng)域,為全球有機(jī)、綠色農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)做出了卓越貢獻(xiàn)。
三、苦參生物堿最新研究進(jìn)展
(1)苦參堿登記信息。據(jù)中國(guó)農(nóng)藥信息網(wǎng)顯示,成都新朝陽(yáng)作物科學(xué)股份有限公司(以下簡(jiǎn)稱″新朝陽(yáng)″)于2018年獲得了0.3%苦參堿可溶液劑中國(guó)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部ICAMA注冊(cè)登記(登記證號(hào): PD20181302)。主要登記靶標(biāo)為薊馬和蚜蟲(chóng)。
圖4 ICAMA注冊(cè)登記信息
(2)0.3%CE苦參堿可溶液劑的殺蟲(chóng)機(jī)制
作為一種高活性生物堿,苦參生物堿會(huì)抑制靶標(biāo)細(xì)胞內(nèi)的Na+、K+-ATPase引發(fā)細(xì)胞內(nèi)外離子濃度的紊亂,從而干擾正常的生理過(guò)程。 抑制Ca2+、Mg2+-α-TPase會(huì)擾亂信號(hào)傳導(dǎo)的第二信使Ca2+的穩(wěn)態(tài),導(dǎo)致代謝功能障礙。同時(shí),谷氨酸和γ-氨基丁酸含量升高,谷丙轉(zhuǎn)氨酶活性被抑制,而谷氨酸脫羧酶活性被激活。根據(jù)這些結(jié)果推斷,苦參生物堿首先抑制谷丙轉(zhuǎn)氨酶,導(dǎo)致谷丙轉(zhuǎn)氨酶相對(duì)升高,進(jìn)一步激活谷氨酸脫羧酶積累γ-氨基丁酸,從而加強(qiáng)氯離子的流入,引起突觸后膜的超極化,觸發(fā)抑制性突觸后電位,因此動(dòng)作電位的傳導(dǎo)被中斷。最終呈現(xiàn)的中毒癥狀,表現(xiàn)為典型的觸角與腿部抽搐、隨即癱瘓和死亡。
圖5 0.3%CE苦參堿可溶液劑針對(duì)薊馬藥后田間鏡檢數(shù)據(jù)
(3)0.3%CE苦參堿可溶液劑的提取技術(shù)研究
新朝陽(yáng)公司經(jīng)過(guò)多年科研攻關(guān),采用原創(chuàng)的植物源共同萃取技術(shù),產(chǎn)品中活性組分更加豐富,協(xié)同增效作用明顯,顯著增加了苦參提取物對(duì)蟲(chóng)害的活性。且進(jìn)一步降低了應(yīng)用成本,有效推動(dòng)了苦參生物堿在農(nóng)業(yè)上的推廣應(yīng)用。
新朝陽(yáng)0.3%CE苦參堿可溶液劑產(chǎn)品擁有多種主要生物堿和其它植物源成分,實(shí)現(xiàn)多種 有效成分的最大化提取,降低各種生產(chǎn)能耗的同時(shí),組分間 協(xié)同增效更顯著,與植物親和力好,使用安全性高,共同提升產(chǎn)品防效。
圖6 0.3%CE苦參堿可溶液劑的多種主要活性成分
(4)0.3%CE苦參堿可溶液劑處方技術(shù)研究。利用新朝陽(yáng)創(chuàng)新研發(fā)的共同萃取技術(shù)和新型的制劑加工工藝技術(shù),充分發(fā)揮產(chǎn)品功效和優(yōu)勢(shì),保證產(chǎn)品在使用中的穩(wěn)定性和最佳生物活性。在配方中使用分子生物成膜技術(shù)和高分子黏附技術(shù),快速增加藥液對(duì)靶標(biāo)包裹作用,迅速降低藥液表面張力和接觸角,有助于藥液快速鋪展和持久耐雨水沖刷,促進(jìn)吸收和提升有效利用率,增強(qiáng)防治效果。
圖7 0.3%CE苦參堿可溶液劑葉面鋪展性數(shù)據(jù)
同時(shí),納米技術(shù)的加入讓產(chǎn)品制劑性能更加優(yōu)異,入水自動(dòng)分散,與水互溶為一體。納米級(jí)粒度更易被吸收利用,快速降低表面張力和接觸角,減少藥液使用中的彈跳、漂移等浪費(fèi),有效提高了藥劑有效利用率。
圖8 0.3%CE苦參堿可溶液劑制劑接觸角數(shù)據(jù)
0.3%CE苦參堿可溶液劑產(chǎn)品能顯著降低搭配藥劑的表面張力。提高其他化學(xué)藥劑鋪展?jié)櫇窈蜐B透吸收,顯著提高化學(xué)農(nóng)藥有效利用率。CE苦參堿與70%吡蟲(chóng)啉搭配混用,能快速把吡蟲(chóng)啉表面張力由67mN/m降到23mN/m。與多殺霉素或乙基多殺霉素等懸浮劑混配時(shí),能提升自動(dòng)分散性能,增加潤(rùn)濕性和滲透性,增加其在靶標(biāo)上的鋪展和耐雨水沖刷。
圖9 0.3%CE苦參堿可溶液劑搭配吡蟲(chóng)啉動(dòng)態(tài)表面張力變化數(shù)據(jù)
(5)0.3%CE苦參堿可溶液劑應(yīng)用技術(shù)研究。天然植物源殺蟲(chóng)劑0.3%CE苦參堿可溶液劑的成功開(kāi)發(fā),有助于有效緩解抗性薊馬難以防治的問(wèn)題,對(duì)天敵具有良好的保護(hù)作用,減少用藥次數(shù),最大限度的節(jié)省成本。目前,長(zhǎng)期依賴單一和相同機(jī)理的化學(xué)農(nóng)藥,施藥次數(shù)增多,用藥成本增高,導(dǎo)致抗藥性十分嚴(yán)重、農(nóng)殘超標(biāo)。而天然植物源殺蟲(chóng)劑相比于傳統(tǒng)防治技術(shù)而言,其優(yōu)點(diǎn)在于天然產(chǎn)物易降解,毒性小,多重成分協(xié)同增效,不易產(chǎn)生抗藥性,且對(duì)環(huán)境更安全。
與此同時(shí),為了充分發(fā)揮植物源農(nóng)藥速效性強(qiáng)、不易產(chǎn)生抗藥性等優(yōu)勢(shì),新朝陽(yáng)建立了生物農(nóng)藥″預(yù)防-預(yù)防性治療-治療″的主動(dòng)防治體系,即在病害發(fā)生前和初期,主要以生物農(nóng)藥為主;在爆發(fā)期使用生物農(nóng)藥搭配化學(xué)藥劑,最大程度的抑制蟲(chóng)口基數(shù)和快速繁殖,減少化學(xué)農(nóng)藥的使用。
大量田間實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明,在芒果薊馬發(fā)生初期(海南省三亞市),單獨(dú)使用0.3%CE苦參堿可溶液劑500倍稀釋防效達(dá)到84.29%,能顯著降低蟲(chóng)口基數(shù),達(dá)到預(yù)防的目的。
圖10 0.3%CE苦參堿可溶液劑預(yù)防芒果薊馬田間數(shù)據(jù)
在病害發(fā)生的中后期,即是爆發(fā)期,選擇以″植物源農(nóng)藥+化學(xué)農(nóng)藥″為主線從而達(dá)到減量增效的核心應(yīng)用技術(shù)手段,在提高防治效果的前提下,降低化學(xué)農(nóng)藥使用量,降低了靶標(biāo)抗藥性,降低化學(xué)農(nóng)藥殘留,提高農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì),改善農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境,維系生物多樣性和減輕環(huán)境壓力。
通過(guò)室內(nèi)蚜蟲(chóng)毒力活性測(cè)試發(fā)現(xiàn),0.3%CE苦參堿可溶液劑對(duì)河北唐山桃蚜具有良好的生物活性,致死中濃度(LC50)為3.8059 mg/L,顯著高于吡蟲(chóng)啉的死中濃度(LC50)41.8203 mg/L。將0.3%CE苦參堿可溶液劑與吡蟲(chóng)啉混合后致死中濃度(LC50)進(jìn)一步降低至2.1254 mg/L,二者聯(lián)合使用后表現(xiàn)出顯著協(xié)同增效作用。
表1 0.3%CE苦參堿可溶液劑協(xié)同增效毒力數(shù)據(jù)
2022年7月,中國(guó)四川省蒲江縣豆角薊馬爆發(fā),使用0.3%CE苦參堿可溶液劑稀釋500倍搭配化學(xué)藥劑60g/L乙基多殺菌素懸浮劑減量30%使用。藥后2小時(shí)及表現(xiàn)出優(yōu)異的速效性,防效達(dá)到96.73%,藥后7天仍然能夠保持80%的防治效果,綜合防效超過(guò)化學(xué)藥劑60g/L乙基多殺菌素懸浮劑單用,能夠起到化學(xué)農(nóng)藥見(jiàn)量增效目的。
表2 0.3%CE苦參堿可溶液劑搭配60g/L乙基多殺菌素懸浮劑防治爆發(fā)期豆角薊馬數(shù)據(jù)
圖11 0.3%CE苦參堿可溶液劑搭配60g/L乙基多殺菌素懸浮劑防治爆發(fā)期豆角薊馬數(shù)據(jù)
經(jīng)過(guò)大量數(shù)據(jù)顯示,0.3%CE苦參堿可溶液劑對(duì)作物具有很高的安全性,2022年中國(guó)三亞市崖州區(qū)芒果薊馬爆發(fā),使用0.3%CE苦參堿可溶液劑500倍進(jìn)行防治后,對(duì)芒果葉片、幼果均無(wú)不良影響,在保證藥劑效果的前提下最大程度的保護(hù)了作物的安全。
圖12 0.3%CE苦參堿可溶液劑對(duì)芒果安全性數(shù)據(jù)
同時(shí),0.3%CE苦參堿可溶液劑對(duì)蚜蟲(chóng)亦有很好的防治效果。2022年6月中國(guó)新疆庫(kù)爾勒市阿瓦提農(nóng)場(chǎng)棉花蚜蟲(chóng)爆發(fā)。使用0.3%CE苦參堿可溶液劑稀釋750倍進(jìn)行防治,藥后10天防效達(dá)到97.86%,與化學(xué)藥劑10%氟啶蟲(chóng)酰胺20g/畝無(wú)顯著性差異,效果優(yōu)異,同時(shí)對(duì)棉花葉片安全無(wú)藥害。
表3 0.3%CE苦參堿可溶液劑防治棉花蚜蟲(chóng)數(shù)據(jù)
四、 藥用植物苦參的產(chǎn)業(yè)化潛力
苦參作為一種廣泛被運(yùn)用于醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的藥用植物品種,在中國(guó)作為一種常見(jiàn)藥材,種植廣泛,主要分布于中國(guó)南北各省區(qū)而印度、日本、朝鮮、俄羅斯西伯利亞地區(qū)也有分布。近年來(lái),隨著合成生物學(xué)的快速發(fā)展,通過(guò)酵母、植物干細(xì)胞等真核生物工廠技術(shù)合成植物生物堿類化合物成為現(xiàn)階段的熱門研究方向,通過(guò)基因工程、蛋白組學(xué)、蛋白酶工程等先進(jìn)技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用,使得通過(guò)大規(guī)模生物工程技術(shù)生產(chǎn)藥用活性物質(zhì)成為了可能。生物合成技術(shù)的應(yīng)用必將進(jìn)一步推動(dòng)苦參生物堿的深入產(chǎn)業(yè) 化應(yīng)用。
五、展望
在人類越來(lái)越關(guān)注環(huán)境質(zhì)量和健康的今天,使用環(huán)境友好類農(nóng)藥的愿望越來(lái)越迫切,發(fā)展和應(yīng)用植物源生物殺蟲(chóng)劑已成為一種趨勢(shì)。當(dāng)下,農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展已成為主旋律,植物源生物農(nóng)藥的毒副作用小、安全、環(huán)境兼容性好等特點(diǎn)得到公認(rèn),已成為全球農(nóng)藥發(fā)展重點(diǎn)。據(jù)報(bào)道,2017年全球生物農(nóng)藥的銷售額已超過(guò)33億美元,并以13.9%的年復(fù)合增長(zhǎng)率持續(xù)高速增長(zhǎng)。隨著環(huán)境安全、食品安全以及全球主要國(guó)家政策的大力推動(dòng),未來(lái)十年生物農(nóng)藥市場(chǎng)份額將持續(xù)提升。開(kāi)發(fā)綠色高效、微囊緩釋、納米農(nóng)藥、滿足飛防需求等功能性產(chǎn)品和技術(shù)將是未來(lái)重點(diǎn)。
全新天然植物源農(nóng)藥CE苦參堿的推出,因其具有效果突出、應(yīng)用成本低、安全性高、無(wú)殘留、對(duì)環(huán)境更友好等特點(diǎn),解決了傳統(tǒng)化學(xué)藥劑抗性增加快、防效降低、農(nóng)藥殘留高以及對(duì)環(huán)境不安全等痛點(diǎn),為食品安全和農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全提供堅(jiān)實(shí)的技術(shù)保障,為維系生物多樣性、減輕環(huán)境壓力和提高生物安全,為實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的價(jià)值提升和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展作出貢獻(xiàn),以促進(jìn)生物農(nóng)業(yè)的健康發(fā)展。
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