殺螨劑是一類(lèi)廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、工業(yè)及其他產(chǎn)業(yè)的農(nóng)藥。主要用于防治農(nóng)業(yè)螨蟲(chóng),或者牲畜或是寵物身上的蜱蟲(chóng)等。每年全球因螨類(lèi)害蟲(chóng)遭受的損失巨大。根據(jù)聯(lián)合國(guó)糧食及農(nóng)業(yè)組織的數(shù)據(jù),全球 80% 的牛群都受到蜱蟲(chóng)侵?jǐn)_,由此造成了全球約為每年73億美元的經(jīng)濟(jì)損失。在南美,受葉螨Mononychellus planki McGregor (Acari: Tetranychidae) 破壞的大豆植物的谷物產(chǎn)量損失約在 18.28%^[1]。而在中國(guó),同樣有近4000萬(wàn)畝的柑橘受到了Panonychus citri (McGregor)的侵?jǐn)_。因此殺螨劑的全球市場(chǎng)需求在逐年增加,2018年殺螨劑市場(chǎng)的前八大產(chǎn)品依次為：螺螨酯、螺甲螨酯、丁醚脲、聯(lián)苯肼酯、噠螨靈、炔螨特、噻螨酮、唑螨酯,它們的銷(xiāo)售總額為5.72億美元,占?xì)Ⅱ齽┦袌?chǎng)的69.1%,預(yù)計(jì)到2025年的市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到20億美元。而隨著全球耕地面積的減少,人口的增加、天然產(chǎn)品需求的增加及可持續(xù)農(nóng)業(yè)實(shí)踐需求的增加,殺螨劑的市場(chǎng)規(guī)?？赡軙?huì)更大^[2]。

而對(duì)全球殺螨劑市場(chǎng)的分析表明,葉螨、柑橘全爪螨和烏爾米全爪螨等紅蜘蛛是迄今為止最重要的經(jīng)濟(jì)物種害螨,占市場(chǎng)的 80% 以上。其他相關(guān)的螨類(lèi)是假葉螨(主要是短葉螨)、銹螨和癭螨和虻螨。而包括柑橘、葡萄藤、大豆、棉花、玉米在內(nèi)的蔬菜和水果(占市場(chǎng)的 74%)是殺螨劑主要應(yīng)用的作物^[3]。

圖1：蜘蛛螨取食作物葉片示意圖^[4]

 

但由于葉螨、全爪螨這些植食性害螨生命周期短、可孤雌生殖、獨(dú)特的代謝工具及環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)讓其對(duì)于殺螨劑抗性增長(zhǎng)極快。據(jù)報(bào)道,在12種抗性節(jié)肢動(dòng)物中,螨類(lèi)占了3種。而全球殺螨劑應(yīng)用中,有機(jī)磷酸鹽、氨基甲酸酯、有機(jī)氯、擬除蟲(chóng)菊酯等常規(guī)化學(xué)殺螨劑仍占據(jù)了主導(dǎo)地位。近年來(lái),雖有聯(lián)苯肼酯、乙唑螨腈等高效的殺螨劑問(wèn)世。但是,殺螨劑同質(zhì)化問(wèn)題依然嚴(yán)峻,搶登已過(guò)專利保護(hù)期產(chǎn)品的現(xiàn)象仍未改觀。

 

表1 報(bào)道的12種抗性節(jié)肢動(dòng)物^[5]

但一方面隨著這些殺螨劑長(zhǎng)時(shí)間、不科學(xué)使用,大部分植食性害螨對(duì)市面上的化學(xué)殺螨劑出現(xiàn)了不同程度的抗性,效果都下降比較明顯。另一方面也是隨著對(duì)環(huán)境問(wèn)題的日益關(guān)注和有機(jī)農(nóng)業(yè)面積的逐步增大,全球市場(chǎng)對(duì)以天然產(chǎn)品保護(hù)作物的需求顯著增加,因此,開(kāi)發(fā)安全、高效、對(duì)環(huán)境友好、對(duì)天敵傷害小且不易產(chǎn)生抗性的安全新型的生物殺螨劑迫在眉睫。

基于此,充分利用中國(guó)的生物資源優(yōu)勢(shì),促進(jìn)生物源殺螨劑的研發(fā)和應(yīng)用,是行業(yè)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的迫切需要。來(lái)自于中國(guó)的成都新朝陽(yáng)作物科學(xué)股份有限公司(以下簡(jiǎn)稱″新朝陽(yáng)″)基于對(duì)藜蘆這一中草藥的高效共同提取技術(shù)創(chuàng)新研發(fā),開(kāi)發(fā)出能有效防治植食性螨蟲(chóng)的殺螨劑″0.1%CE藜蘆根莖提取物″。

一、 藜蘆生物堿研究背景

藜蘆(Veratrum nigrum L．),別名山蔥,黑藜蘆,是一種多年生的藥材。具中國(guó)國(guó)醫(yī)記載,其根及根莖入藥,能催吐、祛痰,主治中風(fēng)痰壅、癲癇、喉痹等；外用治疥癬、惡瘡。

 

圖2：藥用植物藜蘆及其根莖

關(guān)于藜蘆殺蟲(chóng)的研究很早就有報(bào)道。作為中國(guó)本土的殺蟲(chóng)植物,人們常在植被期將其根莖挖出來(lái),煎制成溫和湯劑去冷洗綿羊、山羊、牛等家畜,來(lái)處理家蠅蛆等寄生蟲(chóng)^[6]。而后研究人員陸續(xù)發(fā)現(xiàn)藜蘆對(duì)其它害蟲(chóng)也有很好的防治效果。如藜蘆根莖的乙酸乙酯提取物對(duì)小菜蛾二齡、三齡幼蟲(chóng)殺蟲(chóng)活性很好,分別為225和335ppm^[7]。而藜蘆生物堿提取物對(duì)德國(guó)小蠊成蟲(chóng)與四齡幼蟲(chóng)有一定的致死效果^[8]。同時(shí)研究學(xué)者還發(fā)現(xiàn)藜蘆根莖的不同提取物均有不錯(cuò)的殺螨活性,其中乙醇提取物>氯仿提取物>正丁醇提取物^[9]。以上研究為藜蘆殺蟲(chóng)、殺螨功能的開(kāi)發(fā)帶來(lái)了很好的借鑒意義。但如何從藜蘆中高效提取活性物質(zhì)卻掣肘了藜蘆的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

中國(guó)的研究人員通常使用氨堿化氯仿超聲提取法、水提取法以及乙醇滲濾提取法、超臨界CO2提取法等從藜蘆根莖中獲取活性物質(zhì)。其中氨堿化氯仿超聲 提取法雖然提取率比較高,但大量使用有毒溶劑氯仿；水提取法提取次數(shù)多,水用量大,提取率低；而乙醇滲濾提取法中乙醇的消耗量大,提取率偏低。超臨界CO2提取法提取藜蘆生物堿,不但提取率高、有效成分不被破壞,而且所得到產(chǎn)品的藥物活性和有效成份純度大大提高,另外,CO2無(wú)毒無(wú)溶劑殘留對(duì)人體和環(huán)境無(wú)害,可減緩了傳統(tǒng)提取方法對(duì)環(huán)境的污染,已經(jīng)被列為植物藥效最佳提取分離技術(shù)之一。但風(fēng)險(xiǎn)較大的生產(chǎn)過(guò)程和較高的成本阻礙了其大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

二、藜蘆生物堿研發(fā)進(jìn)展

(1)藜蘆提取工藝研究。經(jīng)過(guò)多年的研發(fā)積累,新朝陽(yáng)首次提出了處方共同提取技術(shù)研究思路及方法。通過(guò)獨(dú)有的共同提取技術(shù)將藜蘆根莖活中的活性物質(zhì)大幅挖掘,促進(jìn)多種活性和有益成分的提取,該技術(shù)成果于2021年獲得中國(guó)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部批準(zhǔn)的0.1%藜蘆根莖提取物可溶液劑產(chǎn)品登記。

共同提取技術(shù)以中藥材藜蘆為主,天然藥材為輔,通過(guò)混合粉碎、過(guò)篩、回流加熱、過(guò)濾、澄清、濃縮等工藝技術(shù),將存在于天然物質(zhì)中的藜蘆胺、白藜蘆醇、藜蘆托素等多重活性成分一并制得,同時(shí)利用不同溶劑對(duì)植物藥材進(jìn)行連續(xù)提取,最大化將植物藥材中的有效活性成分群分階段純化析出。獲得從同一批原料中獲得不同功能性或相似功能性的化合物群組份。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(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

(2)藜蘆活性物質(zhì)作用機(jī)制研究。藜蘆根莖提取物是一類(lèi)混合物,內(nèi)含藜蘆胺、白藜蘆醇、藜蘆托素及環(huán)巴胺、蒜藜蘆堿、氧化白藜蘆醇等十余種活性成分,主要作用于害蟲(chóng)的神經(jīng)系統(tǒng)。

 

圖3：CE藜蘆根莖提取物主要活性成分

 

據(jù)研究報(bào)道,其毒性基于打開(kāi)電壓依賴性 Na⁺ 通道,進(jìn)而打開(kāi)電壓激活的 Ca²⁺ 通道,導(dǎo)致神經(jīng)遞質(zhì)釋放。電壓門(mén)控鈉離子通道是神經(jīng)元和肌肉信號(hào)傳導(dǎo)的組成部分,藜蘆提取物中的活性成分能夠引起鈉離子通道電流紊亂,導(dǎo)致膜通透性改變,引起蟲(chóng)體震顫休克,最終死亡。

圖4：顯微鏡下觀察藜蘆根莖提取物針對(duì)柑橘全爪螨防治效果

同時(shí),有法國(guó)學(xué)者報(bào)道稱,藜蘆生物堿還能與昆蟲(chóng)的乙酰膽堿酯酶(AChE)發(fā)生非競(jìng)爭(zhēng)性抑制^[10]。因藜蘆生物堿作用機(jī)理新穎,可產(chǎn)生多位點(diǎn)攻擊,害螨很難通過(guò)其自身結(jié)構(gòu)變化來(lái)適應(yīng)該多作用位點(diǎn)的藥劑,因此不易產(chǎn)生抗藥性。

圖5：對(duì)藜蘆生物堿作用機(jī)制的研究

 

(3)0.1%CE藜蘆根莖提取物制劑技術(shù)。以先進(jìn)的提取工藝作為支撐,輔以優(yōu)異制劑技術(shù),使得藥劑表面張力小,能快速包裹蟲(chóng)體,促進(jìn)藥液滲透吸收,增強(qiáng)有效成分效果。入水分散性好,分散后溶液透明,呈均相狀態(tài)。1000倍稀釋,完全潤(rùn)濕透帆布片時(shí)間為44秒,可快速潤(rùn)濕滲透。多重光散射穩(wěn)定性數(shù)據(jù)顯示,0.1%CE藜蘆根莖提取物制劑穩(wěn)定性好,完全滿足各種田間施藥環(huán)境。

 

圖6：0.1%CE藜蘆根莖提取物制劑界面接觸角及表面張力數(shù)據(jù)

 

圖7：0.1%CE藜蘆根莖提取物制劑多重光散射穩(wěn)定性數(shù)據(jù)

 

圖8：0.1%CE藜蘆根莖提取物與螺螨酯藥液接觸角對(duì)比

三、0.1%CE藜蘆根莖提取物應(yīng)用技術(shù)研究進(jìn)展

新技術(shù)大幅改善了藥劑的速效性,與以往技術(shù)相比,新朝陽(yáng)公司的產(chǎn)品降低了單一成分的使用量,通過(guò)獨(dú)有工藝使得產(chǎn)品中成分更加豐富,協(xié)同增效作用更加明顯。

圖9：0.1%CE藜蘆根莖提取物防治木瓜紅蜘蛛防治效果

 

 綜上,0.1%CE藜蘆根莖提取物在中國(guó)海南三亞針對(duì)木瓜紅蜘蛛進(jìn)行防治,在蟲(chóng)口基數(shù)50頭/片時(shí),單獨(dú)施藥后20分鐘見(jiàn)效,藥后1天防效達(dá)到99.1%,藥后7天仍然能夠保持92.9%的蟲(chóng)口減退率,其速效性非常突出。

圖10：0.1%CE藜蘆根莖提取物搭配化學(xué)農(nóng)藥防治紅蜘蛛使用增效

 

同時(shí),搭配現(xiàn)有化學(xué)農(nóng)藥一起使用,一是能夠顯著降低紅蜘蛛的蟲(chóng)口基數(shù),減少化學(xué)農(nóng)藥用量提高防效,同時(shí)對(duì)已產(chǎn)生嚴(yán)重抗藥性的作物防治對(duì)象增效明顯。綜上,中國(guó)廣西賀州柑橘柑橘全爪螨高發(fā)期,噴施0.1%CE藜蘆根莖提取物+30%乙螨唑后20分鐘見(jiàn)效,藥后3天未見(jiàn)活蟲(chóng),藥后11天防效能夠保持在95%以上。而江西瑞金臍橙柑橘全爪螨發(fā)生初期,0.1%CE藜蘆根莖提取物+30%四螨嗪.聯(lián)苯肼酯施藥后1天蟲(chóng)體全部死亡,藥后3天任未見(jiàn)活蟲(chóng)活動(dòng),16天后防效接近99%。

 

圖11：0.1%CE藜蘆根莖提取物搭配搭配聯(lián)肼.乙螨唑防治臍橙紅蜘蛛

綜上,在中國(guó)江西贛州市寧都縣紅蜘蛛爆發(fā)的臍橙園(平均每枝梢紅蜘蛛數(shù)量80頭以上)進(jìn)行0.1%藜蘆根莖提取物1000倍搭配聯(lián)肼.乙螨唑進(jìn)行防治?？梢钥闯?聯(lián)肼.乙螨唑?qū)υ摰啬毘燃t蜘蛛防治并不理想。單用藥后1天防效為82.68%,藥后7天下降為65.03%。而在聯(lián)肼.乙螨唑減量25%的情況下與0.1%藜蘆根莖提取物復(fù)配后,藥后1天防效為94.72%,不僅速效性有所提升,而且持效性也大幅提高,藥后7天仍有82.68%的防效,完美的實(shí)現(xiàn)了對(duì)化學(xué)藥劑的減量增效作用。

表 2 廣西武鳴區(qū)防治柑橘全爪螨防效數(shù)據(jù)

注：蟲(chóng)口基數(shù)和活蟲(chóng)數(shù)都是每個(gè)處理10片葉的總數(shù)。

 

而在柑橘全爪螨抗性區(qū)域,″0.1%CE藜蘆根莖提取物+化學(xué)藥劑″搭配使用防效同樣優(yōu)異。綜上,在中國(guó)廣西南寧武鳴區(qū)蟲(chóng)口基數(shù)較大(高發(fā)期)的情況下(藥前各實(shí)驗(yàn)小區(qū)所標(biāo)記葉片平均35頭以上),0.1%CE藜蘆根莖提取物分別搭配阿維乙螨唑、苯丁錫、炔螨特和礦物油藥后1天、3天蟲(chóng)口減退率都在98%以上。藥后8天除搭配炔螨特有少量蟲(chóng)卵孵化,減退率為92.33%外,其他三個(gè)配方減退率仍在99%以上,防治效果十分顯著。

以上田間生測(cè)結(jié)果表明,在紅蜘蛛蟲(chóng)口基數(shù)較低或者較高時(shí),單劑使用和與化學(xué)藥劑復(fù)配使用,藜蘆根莖提取物對(duì)降低紅蜘蛛蟲(chóng)口基數(shù)、提高化學(xué)農(nóng)藥防治效果等方面都表現(xiàn)出了優(yōu)異的防控效果。同時(shí),藜蘆根莖提取物來(lái)源于植物,在推薦使用濃度下,對(duì)絕大部分植株的萌芽期、花期、幼果期等時(shí)期施用安全,對(duì)嫩芽、花及果實(shí)膨大均無(wú)影響。對(duì)害螨天敵等非靶標(biāo)生物安全、對(duì)環(huán)境友好,與現(xiàn)有殺蟲(chóng)、殺螨劑多無(wú)交互抗性,非常適合用于害螨的綜合治理(IPM)。且隨著化學(xué)農(nóng)藥減量使用,柑橘中乙螨唑、螺螨酯、聯(lián)苯肼酯等化學(xué)農(nóng)藥的殘留量完全能夠達(dá)到《中國(guó)食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中農(nóng)藥最大殘留限量》、《歐盟食品中農(nóng)藥殘留限量標(biāo)準(zhǔn)》和《美國(guó)食品中農(nóng)藥殘留限量標(biāo)準(zhǔn)》,為食品安全和農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全提供堅(jiān)實(shí)的保障。

五、基因編輯技術(shù)推動(dòng)藜蘆的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展

藜蘆屬于常見(jiàn)藥材,為百合科(Liliaceae)藜蘆屬多年生草本植物,生于山野、林內(nèi)或灌木叢問(wèn),分布于中國(guó)山西、河北、河南、山東、遼寧、四川、江蘇等地,野生資源豐富。經(jīng)調(diào)查,每年藥用藜蘆產(chǎn)量接近300-500噸,品種包括毛葉藜蘆、興安藜蘆、毛穗藜蘆、牯嶺藜蘆等多個(gè)品種,各品種間活性組分不經(jīng)相同。

隨著生物技術(shù)的快速發(fā)展及對(duì)藜蘆藥材的深入研究,利用基因編輯技術(shù)對(duì)藜蘆藥材品種進(jìn)行改良以及對(duì)野生藜蘆品種進(jìn)行人工馴化已有階段性進(jìn)展。人工培育藜蘆品種將大幅減少藜蘆采挖對(duì)野生種質(zhì)資源的破壞,進(jìn)一步推進(jìn)藜蘆在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域以及醫(yī)藥領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

藜蘆根莖提取物的研發(fā)花費(fèi)近10年時(shí)間,新朝陽(yáng)從植物中尋找能控制柑橘全爪螨的有效物質(zhì),匹配先進(jìn)的共同提取技術(shù),并申請(qǐng)授權(quán)了多項(xiàng)國(guó)家專利,使得藜蘆根莖提取物防效提升了數(shù)倍,成功實(shí)現(xiàn)了生物殺螨劑市場(chǎng)的產(chǎn)業(yè)化。未來(lái),來(lái)源于藥用植物的天然藜蘆根莖提取物將有望逐步減少傳統(tǒng)化學(xué)殺螨劑的使用量,對(duì)提高農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì),提高農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全,改善農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境和維護(hù)生物多樣性上做出更大貢獻(xiàn)。

 

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