植物源農(nóng)藥是指利用植物有機(jī)體的全部或部分有機(jī)物質(zhì)及其次生代謝物加工而成的制劑,包括從植物中提取的活性成分、植物本身和按活性結(jié)構(gòu)合成的化合物及衍生物。傳統(tǒng)化學(xué)農(nóng)藥的大量,甚至過(guò)量使用對(duì)環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染,同時(shí)隨著食物鏈的傳遞,最終會(huì)對(duì)人體的健康造成各種各樣的危害,因而安全無(wú)污染、環(huán)境友好型的植物源農(nóng)藥越來(lái)越受到重視。
常見(jiàn)植物源農(nóng)藥的分布區(qū)域極其植物各部位有效成分含量
地球上現(xiàn)有約30多萬(wàn)種植物,約有高等植物3萬(wàn)多種,能控制有害生物的高等植物有6,300多種,具有殺蟲(chóng)活性的2,400種,植物中含有豐富的次級(jí)代謝產(chǎn)物,種類超過(guò)40萬(wàn)種,主要包括黃酮、生物堿、木質(zhì)素、萜烯、酚類等物質(zhì)。凡植物資源大國(guó),開(kāi)發(fā)植物源農(nóng)藥具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。與植物源農(nóng)藥的品質(zhì)息息相關(guān)的包括其自然生長(zhǎng)產(chǎn)地、生產(chǎn)商對(duì)來(lái)源植物部分的理解、提取工藝等。
植物名稱 |
原產(chǎn)地 |
自然分布情況 |
國(guó)內(nèi)分布情況 |
印楝 |
印度、緬甸等 |
印度、巴基斯坦、孟加拉國(guó)、西非以及南美洲等熱帶亞熱帶干旱地區(qū) |
引種種植,目前主要產(chǎn)地為海南、廣東、云南、四川等地 |
除蟲(chóng)菊 |
伊朗、達(dá)爾馬第亞和阿爾卑斯山等 |
在世界各地均有分布,但大部分作物生長(zhǎng)在肯尼亞、坦桑尼亞和澳大利亞 |
引種種植,現(xiàn)陜西、黑龍江、湖南、四川、廣東等地均有栽培 |
苦參 |
中國(guó)南北各省區(qū) |
在印度、日本、朝鮮、俄羅斯西伯利亞等地 |
全國(guó)均有分布,主要分布在甘肅、寧夏、內(nèi)蒙、河北、河南、黑龍江等地區(qū),種植主產(chǎn)于山西、河北、河南等地 |
苦豆子 |
內(nèi)蒙古、寧夏、甘肅、新疆、西藏等 |
原蘇聯(lián)、阿富汗、伊朗、土耳其、巴基斯坦和印度北部 |
主要分布在中國(guó)西北部,北由內(nèi)蒙古高原經(jīng)阿爾善高原、哈密盆地、吐魯番盆地至準(zhǔn)噶爾盆地之間,兩帶之間則呈間斷狀分布 |
蛇床子 |
中國(guó)和越南 |
中國(guó)華東、西南、西北、華北、東北地區(qū)。朝鮮、越南、北美及歐洲國(guó)家 |
全國(guó)各地均有分布 |
油樟 |
中國(guó)(華中植物區(qū)) |
中國(guó)(華中植物區(qū)) |
主要分布于四川宜賓,湖北、湖南和陜西等地有少量分布 |
植物源農(nóng)藥的主要成分來(lái)源不僅僅局限于下表的植物中,在其他科屬植物中也有存在,如在菲楝、泰楝以及印楝內(nèi)生真菌中發(fā)現(xiàn)了印楝素的存在;相關(guān)研究表明蛇床子素還存在于當(dāng)歸屬、古當(dāng)歸屬、蛇床屬等14個(gè)屬的傘形科植物以及柑橘屬、黃皮屬、象橘屬、擬蕓香屬等17個(gè)屬的蕓香科植物,另外在菊科和豆科少數(shù)種中也有分布;桉葉油還可從桃金娘科植物藍(lán)桉、樟科植物及這兩科同屬的其他植物中得到的。此外,其他科屬的植物也含有相當(dāng)豐富的植物芳香精油,如蕓香科、傘形花科、唇形花科、菊科、姜科、龍腦香科和禾本科等。
有效成分 |
來(lái)源植物 |
植物各部位含量 |
印楝素 |
印楝 |
來(lái)源于印楝整株,含量:種子>葉片>樹(shù)皮或枝條>木材,在種子中印楝素含量約為0.10%~0.50%,少數(shù)可達(dá)0.60% |
除蟲(chóng)菊素 |
除蟲(chóng)菊 |
存在于頭花中,每朵花中含有0.4%~2%的除蟲(chóng)菊素。除蟲(chóng)菊素I和Ⅱ占除蟲(chóng)菊素總量的60%~70%,I約占35%,Ⅱ約占32% |
苦參堿 |
苦參、苦豆子 |
來(lái)源于苦參、山豆根和苦豆子的干燥根、植株、果實(shí)等提取分離純化制得的生物堿,其苦豆子地上部分總生物堿含量為6.11%~8.03%,種子的含量為8.11% |
蛇床子素 |
蛇床子 |
來(lái)源于蛇床子的干燥成熟果實(shí),在蛇床子中含量最高(約1%左右,占香豆素60%) |
桉葉素 |
油樟 |
存在于油樟的根、莖、葉中,油樟葉含油率高達(dá)3.8%~4.5%,比香樟樹(shù)葉含油率(1.5%)高1~2倍,油樟油中1,8-桉葉油素的含量在47%~59%之間 |
植物源農(nóng)藥的研發(fā)和應(yīng)用
植物源農(nóng)藥廣為人知的是其殺蟲(chóng)的功能,除了殺蟲(chóng)功能外,植物源農(nóng)藥還有殺線蟲(chóng)、殺菌和除草等功效,值得被進(jìn)一步發(fā)掘和重視,這才能真正迎來(lái)生物農(nóng)藥的時(shí)代。
1 殺蟲(chóng)
就以印楝素為例,印楝素有較廣的殺蟲(chóng)譜,能防治十字花科蔬菜上的小菜蛾、菜青蟲(chóng)和斜紋夜蛾,以及茶樹(shù)茶毛蟲(chóng),柑橘作物上的潛葉蛾、紅蜘蛛、銹蜘蛛、蚜蟲(chóng)、粉虱和各類蝗蟲(chóng)等害蟲(chóng)。然而殺蟲(chóng)譜廣,研究報(bào)道有效并不能說(shuō)明實(shí)際田間在殺滅害蟲(chóng)上有切實(shí)的效果。印楝素會(huì)影響和干擾害蟲(chóng)的取食嗅覺(jué)或味覺(jué),致使害蟲(chóng)拒絕或停止進(jìn)食,同樣也會(huì)影響害蟲(chóng)的荷爾蒙水平,致使害蟲(chóng)發(fā)育不全或停止發(fā)育。目前國(guó)內(nèi)印楝素產(chǎn)品含量普遍偏低,使用濃度在10 mg/kg左右或更低,有研究和實(shí)踐表明,印楝素起到趨避和拒食的作用的有效濃度在20 mg/kg左右。也就是說(shuō)在實(shí)際田間應(yīng)用中,對(duì)如印楝素等植物源生物農(nóng)藥的有效成分含量達(dá)到多少才能發(fā)揮出殺蟲(chóng)作用,并且兼顧用藥成本,需要更加系統(tǒng)指導(dǎo)。
2 防控線蟲(chóng)
植物源農(nóng)藥在防控線蟲(chóng)的作用上也有報(bào)道。Hassan等專家研究發(fā)現(xiàn)120 mg/L印楝水提物,對(duì)大豆根結(jié)線蟲(chóng)有明顯的抑制作用,對(duì)幼蟲(chóng)孵化抑制率為75%,幼蟲(chóng)死亡率為100%,對(duì)雌性成蟲(chóng)降低百分率為83%,對(duì)包囊為80%,此外,印楝干葉提取物對(duì)番茄根結(jié)線蟲(chóng)有顯著的抑制作用。從白花除蟲(chóng)菊中獲得的化合物具有殺線蟲(chóng)和抑菌活性??鄥A作為“殺線一號(hào)”的原料防治松材線蟲(chóng)。
3 殺菌
印楝素、除蟲(chóng)菊素、苦參堿、蛇床子素、桉葉素都有具有殺菌的作用機(jī)理。印楝內(nèi)的抑菌活性物質(zhì)能夠抑制入侵病原菌的發(fā)育繁殖來(lái)防治病害,在植物被病原菌侵染時(shí),誘導(dǎo)作物自身產(chǎn)生抗病性的防御酶,增強(qiáng)植物的抗病能力。楝科楝屬植物可作為廣譜抑菌劑,對(duì)多種革蘭氏陽(yáng)性菌和陰性菌均有抑制作用??鄥A來(lái)源之一的苦豆子根,其提取物對(duì)小麥赤霉病菌、黃瓜白粉病菌、小麥白粉病菌、番茄葉霉病菌和蘋果炭疽病菌等五種病原菌均有較強(qiáng)的抑制活性。能抑制白菜霜霉病菌、小麥赤霉菌、紋枯病菌、白粉病菌、禾谷鐮刀菌等常見(jiàn)植物病原菌。桉葉素的主要來(lái)源植物油樟,其精油對(duì)水稻稻瘟病菌、小麥赤霉病菌、玉米紋枯病菌、松赤枯病菌及膠孢炭疽桿菌等植物源真菌有強(qiáng)烈的抑制作用。
對(duì)于植物源殺菌劑方面,中國(guó)的研究歷史還比較短,早期的研究主要還是進(jìn)行篩選。隨著近年來(lái)一些學(xué)者對(duì)植物殺菌抑菌研究的深入,也已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了多種效果優(yōu)良的殺菌植物材料,部分已經(jīng)形成產(chǎn)品。目前植物源除草劑的主要研究方向是從異株克生化合物中篩選出具有高活性的先導(dǎo)化合物,再人工修飾優(yōu)化合成新型高效的植物源除草劑。
4 除草、殺螨和其他額外效果
印楝分離的一些酚類化合物對(duì)稗草和鴨舌草具有強(qiáng)烈抑制發(fā)芽的活性,將印楝油農(nóng)藥增效劑加入除草劑中,能夠顯著提高除草劑對(duì)雜草的防除效果,而且除草劑用量可減少50%以上。印楝枯餅還可作為土壤增肥劑、改良劑,增強(qiáng)植株和土壤的抗病蟲(chóng)害能力。除蟲(chóng)菊水浸液中含有潛在的化感物質(zhì),對(duì)雜草種子發(fā)芽率及對(duì)受體植物的根長(zhǎng)、苗高表現(xiàn)出“低促高抑”的效應(yīng),且隨水浸液質(zhì)量濃度升高,抑制作用逐漸增強(qiáng),劉群和慕小倩研究,表明除蟲(chóng)菊用于治理闊葉雜草的效果會(huì)更有效??鄥A具有明顯的刺激植物生長(zhǎng)作用,苦參堿處理小麥旗葉后,有利于葉片中蔗糖的形成,調(diào)節(jié)蔗糖生物合成和子粒灌漿。張方賀等研究,表明8-甲基香豆素具有較強(qiáng)的除草活性,而蛇床子素這類簡(jiǎn)單香豆素是否具有除草活性還有待研究。藍(lán)桉葉的揮發(fā)性成分對(duì)草種子萌發(fā)、發(fā)芽生長(zhǎng)過(guò)程都有明顯的抑制作用且呈正相關(guān)的關(guān)系。
據(jù)統(tǒng)計(jì),迄今為止全球已發(fā)現(xiàn)30多個(gè)科的植物中具有除草活性的天然化合物近百種,根據(jù)除草活性劃分主要有天然羧酸類、醌酚類、三酮類、萜烯類、生物堿類、香豆素類、噻吩類、二苯醚類。
在植物源殺螨劑的研究中國(guó)基本處于篩選階段,有研究發(fā)現(xiàn)很多具有殺蟲(chóng)活性的植物也有一定的殺螨作用,且作用效果較好,主要有楝科、茄科、豆科、菊科、瑞香科和唇形科、傘形科、茄科等植物。近年來(lái),中國(guó)很多學(xué)者對(duì)具有豐富的植物資源的地區(qū)進(jìn)行了殺螨活性研究,并取得了一定的研究成果。
我國(guó)雖然在植物源殺蟲(chóng)劑的研究方面取得了一定的突破,但仍有很多問(wèn)題亟待解決:
·目前已取得登記資格的植物源殺蟲(chóng)劑雖不少,但實(shí)際生產(chǎn)的廠家很少甚至沒(méi)有廠家生產(chǎn),很多登記的植物源殺蟲(chóng)劑仍處于空缺狀態(tài),在生產(chǎn)實(shí)踐中應(yīng)用的也仍然很少;
·我國(guó)對(duì)植物源農(nóng)藥的篩選范圍不夠廣泛,目前主要集中在楝科、豆科等植物范圍,而且篩選地區(qū)僅涉及到全國(guó)局部地區(qū);
·中國(guó)植物源殺蟲(chóng)劑為主,但研究面較寬,研究深度不夠尤其是對(duì)有效成分在其分子結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)、毒理實(shí)驗(yàn)、構(gòu)效關(guān)系等方面的系統(tǒng)研究;
·在植物源農(nóng)藥的研究也不夠全面,主要用于殺蟲(chóng)、殺菌、除草,對(duì)于殺螨及植物源安全劑方面研究仍比較少。
現(xiàn)階段采購(gòu)生物農(nóng)藥的兩大主體一是政府采購(gòu),二是有機(jī)基地為了有機(jī)認(rèn)證才必須使用一點(diǎn)生物農(nóng)藥,這個(gè)市場(chǎng)尚未真正嶄露頭角,其的價(jià)值認(rèn)知遠(yuǎn)遠(yuǎn)被低估。研究層面和認(rèn)知層面雙管齊下,擴(kuò)大植物源原藥生產(chǎn),制劑開(kāi)發(fā),從而推動(dòng)市場(chǎng)發(fā)展。
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