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防治灰霉病新技術(shù),全新虎杖根莖提取物重新定義生物殺菌劑(虎杖根提取物功效與作用)  

 發(fā)布時間:2023-10-13 17:01:00   來源:轉(zhuǎn)載   訪問量:

一、引言


殺菌劑是指能有效控制或殺死對植物有害的病原微生物—細(xì)菌、真菌和藻類的化學(xué)制劑。在全球范圍內(nèi),通常作為防治各類病原微生物的藥劑的總稱[1]。各類植物病原菌是引起植物病害的主要因素之一,給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成了巨大的經(jīng)濟損失。而真菌病害又是植物病害中最大的一類,占植物病害的70%~80%,病害發(fā)生面積廣、危害性極其嚴(yán)重,難以防治[2]。              


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圖1:常見作物真菌性病害示例

 

全球范圍內(nèi),作物真菌性病害對園林植物以及農(nóng)作物都帶來了巨大的經(jīng)濟損失?;颐共∽鳛槲:ψ魑锏闹饕婢『χ唬軌蛭:η芽?、葫蘆科、薔薇科等 470 多種植物[3],引起植株葉片大量脫落,果蔬腐爛,產(chǎn)品質(zhì)量下降。該病害每年在全球造成的經(jīng)濟損失超過 100 億美元,僅在葡萄釀酒行業(yè),灰霉病爆發(fā)年造成的葡萄酒產(chǎn)量降低最多可達(dá) 20%以上。葡萄在貯藏過程中也常遭受灰霉病的危害,嚴(yán)重時造成的產(chǎn)后損失高達(dá) 50%[4]。在中國,草莓種植面積較大,但由于灰霉病的危害,一般會造成減產(chǎn) 20%~30% ,嚴(yán)重時高達(dá)50%以上,這對果農(nóng)造成了不可小覷的經(jīng)濟損失?;颐共∽鳛榉言耘嗟闹匾『?,會造成番茄減產(chǎn) 20% ~ 30%,甚至?xí)哌_(dá) 50%。在園林觀賞植物中,月季在長途冷藏運輸過程中也深受其害,通過調(diào)查發(fā)現(xiàn),在極端條件下可造成 70% 以上的采后損失。在大田作物小麥上所發(fā)生的赤霉病又稱爛穗病、麥秸枯、爛麥頭、紅麥頭、紅頭瘴,小麥?zhǔn)芎笄ЬC合粒重降低,發(fā)芽率下降,發(fā)芽勢減弱,出粉率低,面粉質(zhì)量差 ,色澤灰暗,商品價值降低。一般大流行年病穗率達(dá)50-100%,產(chǎn)量損失10-20%,中等發(fā)生年病穗率30-50%,產(chǎn)量損失5-10%[5]。而近年來部分主產(chǎn)區(qū)氣候變化引起的降水、溫度變化,同時導(dǎo)致了小麥白粉病的爆發(fā),嚴(yán)重時減產(chǎn)幅度可達(dá)到 40%以上。隨著農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)調(diào)整,大棚、溫室等人工環(huán)境設(shè)施種植技術(shù)的推廣應(yīng)用,溫暖高濕的集中種植環(huán)境使得真菌性病害變得更難防治。人工氣候環(huán)境中極易爆發(fā)真菌性病害,在中國每年因白粉病的發(fā)生導(dǎo)致草莓減產(chǎn)約 10%~20%,爆發(fā)時高達(dá) 50%以上甚至絕產(chǎn)。


長期以來,植物真菌性病害的防治主要依賴于化學(xué)農(nóng)藥, 苯醚甲環(huán)唑、晴菌唑、戊唑醇、氟菌唑、吡唑醚菌酯,代森錳鋅, 氟啶胺,三唑酮、嘧霉胺、腐霉利、異菌脲等都常被用來防治作物真菌性病害。已代森錳鋅為代表的預(yù)防保護(hù)劑防治效果有限,單用無法滿足用戶對病害的防治需求。而以苯醚甲環(huán)唑為代表的具有內(nèi)吸性殺菌劑在抑制病原菌生長侵害的同時,也會一定程度的對作物生理指標(biāo)造成影響,通常表現(xiàn)在葉綠素合成抑制,作物生長緩慢,以及長期使用降低植物對病原菌的抵抗力方面。同時,長時間的化學(xué)藥劑施用進(jìn)一步造成了病原菌的抗藥性增強、農(nóng)藥殘留和環(huán)境污染等問題[6]。真菌性病害的防治會進(jìn)入由環(huán)境影響問題、作物健康問題以及病害防控問題相互制約的惡性循環(huán)中。


市場調(diào)研數(shù)據(jù)顯示,近些年全球殺菌劑市場發(fā)展進(jìn)一步加快,一方面是由于引起作物病害的病源菌抗性逐年上升,使得殺菌劑市場對新產(chǎn)品有著持續(xù)的需求。據(jù)報道,僅2012-2013 年間,中國境內(nèi)湖北省草莓灰霉病菌對多菌靈的抗性頻率為63.6%[7]。遼寧、河北、北京、安徽和四川5個省市的草莓灰霉病菌對多菌靈的抗性頻率達(dá)到 53.6%~99.0%[8]。另一方面全球農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)的調(diào)整,蔬菜,水果以及各類經(jīng)濟作物種植種類和種植面積的擴大,進(jìn)一步增加了對殺菌劑產(chǎn)品的需求,殺菌劑在未來有著巨大的發(fā)展空間。同時,隨著人們對環(huán)境問題的日益關(guān)注,有機農(nóng)業(yè)面積的逐步增大,全球市場對以低毒低抗性天然產(chǎn)物作物保護(hù)投入品需求的增加。研發(fā)一款環(huán)境友好、高效、低毒、不易產(chǎn)生抗藥性、且對作物生長具有促進(jìn)作用的生物農(nóng)藥產(chǎn)品急為迫切。


二、 關(guān)于虎杖根莖提取物的研究現(xiàn)狀


虎杖(ReynoutriaJaponica Houtt.)為中國傳統(tǒng)藥用植物,主要分布于華東、中南及遼寧、陜西、甘肅、四川、貴州、云南等地。


具中國國醫(yī)記載,其根及根莖入藥,具有活血定痛、清熱利濕、止渴化痰的作用[9]。有研究表明,藥用植物虎杖中富含虎杖苷、白藜蘆醇、大黃素及大黃甲醚等活性成分[10]。其提取物具有抗癌功能,對腫瘤細(xì)胞的增殖具有明顯的抑制作用,能夠大幅減緩腫瘤組織生長速度[11-12]。同時,虎杖中所形成的次級代謝產(chǎn)物具有天然的抵御病蟲害功能,在虎杖種植過程中很少發(fā)生嚴(yán)重的病蟲害,基本不需要任何防治技術(shù)[13]。

 

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圖2:藥用植物虎杖植株及其藥用部位

 

基于虎杖次級代謝產(chǎn)物的特點及其藥理作用,虎杖被用于農(nóng)業(yè)領(lǐng)域防控植物病害的發(fā)生。大黃素甲醚作為虎杖次級代謝產(chǎn)物中豐度最高的活性成分之一,對植物白粉病、霜霉病、灰霉病和炭疽病等植物病害均具有很高的活性。


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圖3:大黃素甲醚 CAS:521-61-9


三、 虎杖根莖提取物的產(chǎn)業(yè)化研究進(jìn)展


(1)虎杖根莖提取物的登記情況


根據(jù)世界農(nóng)化網(wǎng)報道,Albaugh,LLC旗下Prime Source推出了殺菌劑Azoxy Bio(嘧菌酯和生物殺菌劑大虎杖提取物),目前已獲得美國環(huán)保署登記于2022年春季上市,是一款內(nèi)吸型殺菌劑,除了能預(yù)防性廣譜防治主要草坪和觀賞植物病害外,還能促進(jìn)植物的免疫系統(tǒng),實現(xiàn)良好的抗病管理。


據(jù)悉,成都新朝陽作物科學(xué)股份有限公司(以下簡稱 ″新朝陽″)登記的全新生物殺菌劑-虎杖根莖提取物防治灰霉病也將很快獲證產(chǎn)業(yè)化。


(2)新朝陽虎杖根莖提取物的作用機制


經(jīng)過試驗測試分析,0.4%虎杖根莖提取物對白粉病孢子萌發(fā)具有顯著抑制及破壞作用。藥劑處理96h后,通過臺盼藍(lán)染色和外觀形態(tài)觀察,孢子囊被大量染色,結(jié)構(gòu)遭到破壞,失去萌發(fā)功能。

 

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圖4:0.4%虎杖根莖提取物處理96h后對白粉孢子的影響

 

實驗觀察發(fā)現(xiàn)0.4%虎杖根莖提取物在具有優(yōu)良防治效果的同時,能夠促進(jìn)作物生長,緩解因施藥對作物生長的影響。在推薦使用濃度下,其葉長平均增長1.26cm,其葉寬平均增長2cm。

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圖5:0.4%虎杖根莖提取物處理對作物生長的影響


(3)虎杖根莖提取物的提取技術(shù)研究


經(jīng)過多年的研發(fā)積累,新朝陽首次提出了共同萃取技產(chǎn)品開發(fā)思路及天然產(chǎn)物活性分子群的概念。通過對提取工藝的關(guān)鍵環(huán)節(jié)控制,靶向性的對提取物中活性次級代謝產(chǎn)物種類進(jìn)行控制。通過共同萃取技術(shù),實現(xiàn)了虎杖根莖中活性物質(zhì)的最大程度挖掘,獲得了包括大黃素、大黃素甲醚、大黃酚、大黃酸、白藜蘆醇在內(nèi)的活性分子群。解決了一般植物源農(nóng)藥成分單一,綜合防效低以及使用成本過高等問題。有效推動虎杖根莖提取物在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用。

 

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圖6:共同萃取技術(shù)研究及虎杖根莖提取物活性分子群

 

通過對藥材原料的混合粉碎、過篩、回流加熱、過濾、澄清、濃縮等工藝技術(shù),進(jìn)行多次連續(xù)提取。將藥用植物原料中的活性分子群分階段純化析出,顯著提高植物藥材原料的利用率,降低生產(chǎn)成本,顯著增加市場競爭力。0.4%虎杖根莖提取物在豐富活性分子群的加持下,協(xié)同增效顯著,具有廣泛的殺菌普的同時,對提升作物免疫力,促進(jìn)作物生長具有積極的意義。

 

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圖7:0.4%虎杖根莖提取物中富含多種活性成分

 

(4)0.4%虎杖根莖提取物先進(jìn)的制劑工藝


利用先進(jìn)懸浮制劑技術(shù),針對含有多種組分,成分復(fù)雜的虎杖根莖提取物,開展精準(zhǔn)化配方開發(fā),優(yōu)選制劑原材料配比,并結(jié)合多重光散射測試等,開發(fā)貯存穩(wěn)定的最佳制劑配方。同時根據(jù)防治靶標(biāo)及作物特點,通過表面活性劑處方篩選,結(jié)合動靜態(tài)表面張力優(yōu)化、接觸角測試優(yōu)化等技術(shù),提高藥液潤濕、鋪展、成膜粘附、保濕抗蒸發(fā)性能,提高葉片藥液沉積量,增加有效成分對于農(nóng)作物葉面和有害生物表面的黏附性與覆蓋率,提高產(chǎn)品田間應(yīng)用效果,進(jìn)一步提升植物源農(nóng)藥在田間的防治效果。

      

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圖8:0.4%虎杖根莖提取物外觀及入水分散性能


通過反復(fù)的實驗摸索,提高制劑性能,達(dá)到了產(chǎn)品外觀為均相液體,入水自動納米級分散。在稀釋500倍后任具有顯著的潤濕和滲透性。

 

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圖9:0.4%虎杖根莖提取物動態(tài)表面張力數(shù)據(jù)


多維度穩(wěn)定性數(shù)據(jù)顯示,0.4%虎杖根莖提取物制劑穩(wěn)定性好,熱貯后無明顯析水分層現(xiàn)象,完全滿足各種田間施藥環(huán)境。

 

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圖10:0.4%虎杖根莖提取物多重光散射光譜圖

 

(5)0.4%虎杖根莖提取物安全性研究


經(jīng)研究,0.4%虎杖根莖提取物對鳥類、家蠶和蜜蜂等環(huán)境生物為低毒。毒理學(xué)試驗結(jié)果顯示對大鼠屬于″微毒″。對日本大耳白兔眼睛無激性,對日本大耳白兔皮膚無刺激性,并未見豚鼠皮膚變態(tài)反應(yīng)。根據(jù)農(nóng)藥產(chǎn)品毒性分級標(biāo)準(zhǔn),0.4%虎杖根莖提取物懸浮劑屬于微毒類農(nóng)藥。

0.4%虎杖根莖提取物對黃瓜苗生長期安全性實驗結(jié)果顯示,在推薦用量以及1倍、2倍濃度下(稀釋125倍、166倍、250倍和500倍),5天后均未出現(xiàn)藥害現(xiàn)象。

 

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圖11:0.4%虎杖根莖提取物針對黃瓜室內(nèi)安全性數(shù)據(jù)


0.4%虎杖根莖提取物對草莓花期安全性田間實驗結(jié)果顯示,在推薦用量以及1倍、2倍濃度下(稀釋125倍、250倍和500倍),5天后實驗結(jié)果顯示,3個濃度下均對草莓老葉、幼葉和花均未出現(xiàn)藥害現(xiàn)象。

 

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圖12:0.4%虎杖根莖提取物針對草莓田間安全性數(shù)據(jù)

 

0.4%虎杖根莖提取物在推薦使用濃度下,對植株的萌芽期、花期等時期施用安全,對嫩芽、花均無影響。非常適合用于植物病害防控的綜合治理,為食品安全和農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全提供堅實的保障。


(6)0.4%虎杖根莖提取物的應(yīng)用


0.4%虎杖根莖提取物對白粉病具有良好的防治效果。室內(nèi)實驗結(jié)果顯示,0.4%虎杖根莖提取物稀釋500倍針對黃瓜白粉病1次藥后15天達(dá)到99.4%, 與化學(xué)對照無顯著性差異。

 

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圖13:0.4%虎杖根莖提取物針對黃瓜白粉病室內(nèi)活性數(shù)據(jù)

 

0.4%虎杖根莖提取物對黃瓜灰霉同樣具有良好的防治效果。實驗結(jié)果顯示,0.4%虎杖根莖提取物能夠達(dá)到67.4%,與化學(xué)農(nóng)藥沒有顯著性差異。

 

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圖14:0.4%虎杖根莖提取物針對黃瓜灰霉病室內(nèi)活性數(shù)據(jù)


0.4%虎杖根莖提取物對香蔥灰霉病的田間生測實驗結(jié)果顯示,0.4%虎杖根莖提取物500倍稀釋后綜合防效達(dá)到56.25%,化學(xué)對照嘧霉胺1000倍稀釋和1500倍稀釋分別為50.57%和33.52%,其防治效果無顯著性差異。同時,0.4%虎杖根莖提取物500倍稀釋后搭配化學(xué)對照嘧霉胺減量30%施用,防效顯著提升20%以上,減量增效作用顯著。

 

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圖15:0.4%虎杖根莖提取物針對香蔥灰霉病田間活性數(shù)據(jù)


綜上,0.4%虎杖根莖提取物懸浮劑對灰霉病和白粉病有良好的防治效果,在植株發(fā)病前,稀釋500倍噴施植株,能有效預(yù)防病害的發(fā)生,在發(fā)病初期搭配化學(xué)農(nóng)藥,可實現(xiàn)在化學(xué)農(nóng)藥減量30%的前提下有效控制病害的蔓延,同時,對促進(jìn)作物生長具有顯著的作用。


四、藥用植物虎杖的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展?jié)摿?/span>


虎杖,蓼科,屬多年生草本植物年生草本植物,主要分布于中國的華東、中南及遼寧、陜西、甘肅、四川、貴州、云南等地?;⒄壬L速度快,易種易出易管理。目前已實現(xiàn)大規(guī)模人工種植,人工種植解決了市場上虎杖藥材的流通不足問題,這為虎杖產(chǎn)業(yè)化奠定了堅實的基礎(chǔ)。近年來,隨著分子育種、合成生物學(xué)等尖端生物技術(shù)的發(fā)展。建立優(yōu)質(zhì)種苗繁育基地、通過微生物、植物干細(xì)胞等生物合成技術(shù)生產(chǎn)虎杖次級代謝產(chǎn)物已成為研究熱門方向??深A(yù)見在未來,虎杖的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展必將多元化,掌握虎杖品種資源,通過對虎杖種群各品系間個體性狀與產(chǎn)量和質(zhì)量的遺傳相關(guān)性研究分析,篩選出優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)優(yōu)良品系。借助于已較成熟的 TDNA片段基因整合技術(shù),對個體性狀進(jìn)行改良,培育出優(yōu)質(zhì)品種,進(jìn)一步提高品種純度,優(yōu)化產(chǎn)品質(zhì)量。 支撐企業(yè)推廣環(huán)保、低毒的植物源農(nóng)藥,有助于提高產(chǎn)品競爭力,推動農(nóng)藥產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級,其具有重要的經(jīng)濟意義。


五、展望


據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計,農(nóng)藥主要產(chǎn)品殺蟲劑、殺菌劑和除草劑全球市場占比超過95%?!吨袊鴼⒕鷦┬袠I(yè)現(xiàn)狀深度調(diào)研與投資趨勢預(yù)測報告2022-2029年》數(shù)據(jù)顯示,2020年中國殺菌劑市場規(guī)模由2017年的40.3億元增長到57億元。目前在中國農(nóng)藥大類品種中,殺菌劑僅次于殺蟲劑和除草劑,占比為22.13% [2]。近年來,灰霉病已經(jīng)發(fā)展成為一種重要的、全球分布的植物真菌類病害。其中,以由灰葡萄孢(B.cinerea)引起的灰霉病分布最為廣泛,可危害蔬菜、果樹、花卉等200多種作物。近幾年來,隨著保護(hù)地栽培面積不斷擴大,灰霉病危害日趨嚴(yán)重。據(jù)《Molecular Plant Pathology》報道,灰葡萄孢位列給全球造成經(jīng)濟損失十大植物病原真菌的第2位,僅次于稻瘟病[15]。新朝陽充分利用中國的生物資源優(yōu)勢,創(chuàng)新研發(fā)形成的0.4%虎杖根莖提取物懸浮劑防治灰霉病,具有效果突出、應(yīng)用成本低、促進(jìn)作物生長效果顯著、安全性高、無殘留、對環(huán)境更友好等特點,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、影響作物生長以及對環(huán)境不安全等痛點,滿足行業(yè)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的迫切需要。不僅有效控制病害的發(fā)生,更有利于從宏觀和微觀上恢復(fù)與重建以自然調(diào)控為核心的生態(tài)系統(tǒng),實現(xiàn)植物微生態(tài)系統(tǒng)的平衡、人與自然的和諧共生。

 

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