植物源殺菌劑研究進展 |
| 自20世紀40年代以來，化學農藥因其品種多、見效快、使用方便、價格低廉等特點而在農藥市場中占據主導地位。然而，由于人們對化學農藥的不合理使用和農藥本身固有的缺點。致使化學農藥在使用中產生了環境污染、人畜中毒、農藥殘留等問題。隨著人們生活質量的提高和環保意識的增強．開發對人畜安全、無污染、低毒、低殘留的生物農藥已成為農藥領域研究的新熱點。 植物源農藥作為生物合理性農藥的一部分，其開發研究一直是新農藥研究的熱點課題之一。植物源農藥來源于自然，能在自然界降解．一般不會污染環境及農產品，在環境和人體中積累毒性的可能性不大，對人和牲畜相對安全，對害蟲天敵傷害小，具有低毒、低殘留的特點，能夠保持農產品的高品質，因此植物源農藥具有廣闊的市場。近幾年，對植物源殺蟲劑的研究較為深入，包括殺蟲植物資源及分布、殺蟲有效成分、作用方式、作用機理及商品化等方面，而有關植物源殺菌劑的研究相對薄弱。《中國土農藥志》(科學出版社，1959)共記述植物性農藥220種，主要為毛茛科、杜鵑花科、大戟科、茄科、百合科、豆科等有毒植物種類；陳冀勝和鄭碩編著的《中國有毒植物》 (科學出版社，1987)一書列入了有毒植物1300余種，其中許多種類具有殺蟲、殺菌作用并被作為植物源農藥利用。因此，開發利用我國豐富的植物資源用于有害生物的防治具有深遠的意義。 1 抗菌與殺菌植物資源 植物是生物活性化合物的天然寶庫，其產生的次生代謝產物超過40萬種，其中的大多數化學物質如萜烯類、生物堿、類黃酮、甾體、酚類、獨特的氨基酸和多糖等均具有殺蟲或抗菌活性。因此，植物被認為是化學合成殺菌劑替代品最好的開發資源。較早用于植物病害防治的有大蒜汁、洋蔥汁、棉子餅、辣蓼、五風草等。 近年來，國內外植保工作者對抗菌植物資源種類進行了大量調查研究，發現了一些具有抗菌活性的植物。Wilkins等曾報道有1389種植物有可能作為殺菌劑，植物中的抗毒素、類黃酮、罹病相關蛋白質、有機酸和酚類化合物等均具有殺菌或抗菌活性。Karade等發現薄荷提取物對鏈格孢菌有抗菌活性。Rastegar等研究發現藏茴香對瓜果腐霉和立枯絲核菌有抑菌活性。Khallil發現丁子香水提取物對Altemaria solani和Saprolegnia parasitica有抑菌活性；蘇格蘭農學院從常用于烹調、藥材和香料的草本植物中研制出天然殺菌劑。這些植物能防治一些真菌病害，尤其是對白粉病、眼點病和葉斑病有效，為今后從事該方面的研究提供了一個尋找植物源殺菌劑的有效途徑。 近幾年來，國內外許多學者調查和研究了一些植物提取物的抗菌、殺菌活性。張應烙等通過井岡山47種植物丙酮提取物對幾種病原菌的抑菌生物活性測定，發現山雞椒、凹葉厚樸和深山含笑提取物中含有農用抗菌成分，且抑菌譜較廣，作為植物源殺菌劑值得進一步研究。西北農林科技大學無公害農藥研究服務中心對西北地N200余種植物的殺菌活性進行了初步篩選，綜合分析認為，菊科和豆科植物在植物源殺菌劑的研究中值得重視。喻大昭等以黃瓜灰霉病菌為供試菌，對49種植物粗提物進行了生物活性篩選，結果表明，油茶和辣蓼粗提物的抑菌活性較高，有必要進一步對其不同組分進行分離、純化、活性追蹤，最終確定其主要活性組分。陳嬌等通過58種植物提取液對葡萄霜霉病菌的游動孢子囊萌發抑制率和接種葉圓盤的發病控制研究，篩選出虎耳草，黃檀，馬尾松，牡丹．刺槐5種具有抑菌作用的植物提取液。孫海峰等以龍膽斑枯病菌為供試菌種，對9種中藥乙醇提取物進行抗龍膽斑枯菌活性試驗，結果發現9種中藥乙醇提取物均有抑菌作用，其中蛇床子、川楝子、知母14 d最低抑菌質量濃度小于0．1 g／mL。具有較強的抗龍膽斑枯病菌作用。于平儒等采用生長速率法測定了28種植物丙酮提取物的離體抑菌活性．發現拔葜的抑菌活性突出。Deepak等測試了40種植物的甲醇提取液對引起珍珠稷霜霉病的粟白發菌的抗孢子形成作用，發現小蓑衣藤、蒜、胡椒等5種植物提取液的抗菌活性同市售的殺菌劑相當．甜橙、萬壽菊、姜等11種植物的甲醇提取液稀釋10倍后仍表現出較強的抗孢子形成作用。此外。傘形科、衛矛科、葫蘆科、桑科等植物的抗菌、殺菌活性均有過報道(見表1)。 從表1可以看出，不同抑菌或殺菌植物的有效成分主要分布在植物根、莖、葉、花、種子等不同部位，且同種植物不同部位，其活性成分含量亦存在差異。黃梁綺齡等香港地區4種紅樹植物的根、莖分別用95％乙醇浸提，發現其浸提物對3種植物病菌抑制活性存在一定差異。 2植物中的抑菌殺菌有效成分的研究 植物源殺菌劑研究的主流在于探索農藥活性的先導化合物，而活性物質的化學結構鑒定是植物源殺菌劑研究的基礎工作。現代色譜分離技術(如高效液相色譜、薄層色譜、葡聚糖凝膠柱色譜以及快速柱層析等)、波譜化學結構鑒定技術(如NMR，MS和X一射線衍射等)的發展及在天然產物有效成分的分離和結構鑒定中的應用，使得植物中的殺菌、抑菌活性成分的確定取得了一定的進展。 Picman等用45種來自植物的萜類物質對鐮刀菌進行抗菌試驗，發現50％以上的萜類物質有很好的抑菌作用。研究人員Benner和Tahara發現蒲公英中的一種倍半萜具有抗菌活性。Aruzzellahe對多種香精油殺菌活性系統的測試發現，多種植物香精油能抑制真菌的生長。 除此之外，植物體中還存在許多有待于開發利用的抑制真菌的蛋白類物質。胡忠等從天麻的頂生球莖中分離并純化得到一種對腐生真菌有強烈抑制活性的蛋白(GAFP)；杜良成等從珠子參中分離得到一種抗菌蛋白對多種植物病原菌有良好的抑制作用。 有些植物粗提物本身沒有抑菌活性，但經過酶解、水解等可得到較好的抑菌活性物質。Luisa等從十字花科植物種子中分離到1 1種芥子油苷及其酶解產物，在對8種真菌的抑菌活性研究中發現。芥子油苷本身不具有抑菌活性，但其酶解產物對立枯絲核菌、腐霉菌具有抑菌活性。 目前發現的植物中的殺(抑)菌活性成分，其結構類型涉及萜類、生物堿類、黃酮類、苷類、皂甙、醌類、香豆素、木脂素、芪類、胺類、酯類、酚類、醛類、醇類、甾類、有機酸及精油類等化合物(見表2)。國外學者對植物精油的抗菌、殺菌活性及其化學成分研究報道較多，江志利等也對植物精油在植物保護中的作用做了系統論述。植物精油的生物活性很高，其應用不僅僅局限于傳統的醫藥、食品、煙酒、日用化學等工業，在植物保護中已展現出很強的實力。因此，植物精油作為植物源殺菌劑類農藥具有潛在的價值和廣闊的市場。 3抑菌作用機理的研究 目前對植物源殺菌劑的抑菌或殺菌作用機理研究較少。一些研究表明，植物源抑(殺)菌物質可作用于菌體細胞的多個結構。Nguefack等通過流式細胞分析術研究了3種植物精油對無害利斯特菌(Listeria innocua)的抑制作用機理是精油可增加細胞膜的滲透性，丁香羅勒精油㈣可以使白假絲酵母菌的細胞壁增厚、分離，影響細胞壁的完整性．進而使白假絲酵母菌的出芽率降低；有些植物提取物不但作用于病原真菌還對寄主植物的防御系統起活化作用。Karavaev等研究發現歐洲防風草和紫草葉子提取物強烈抑制禾白粉菌(Erysinhe graminis)無性孢子和禾柄銹菌(Puccinia graminis)夏孢子的萌發，認為植物提取物激發了小麥自身的合成系統，從而使得光合系統Ⅱ釋放氧氣。劉學端等對天然植物性農藥MHll24的作用機理進行了研究．結果表明MHll24對TMV和CMV有強烈的體外鈍化作用，并能明顯抑制其在煙草植株體內的增殖，同時該藥劑能顯著提高煙草植株體內過氧化物酶的活性；陳紅兵等發現萬壽菊根的提取物可明顯抑制西瓜枯萎病菌菌絲生長，同時該提取物能誘導西瓜保護酶如超氧化物歧化酶(SOD)和過氧化物酶(POD)活性提高，減輕西瓜枯萎病菌粗毒素對西瓜幼苗的毒害作用。 4問題與展望 4．1加強對植物源復配殺菌劑的研究，保護殺菌植物資源 單一殺菌劑開發成本高，用時長，耗資巨大．而且用量大，長期使用病菌易產生抗藥性；開發復配殺菌劑不但成本低，用量少，而且相對單一殺菌劑來說，可以提高其藥效，同時可以擴大殺菌譜．降低用藥量，使植物病害難以產生抗藥性。因此。通過不同殺菌植物提取物之間的復配，不但能提高殺菌效果，還可以避免對原料的過度使用；同時重視珍惜植物，實行科學合理有計劃的采挖．加強人工培育，保證野生植物資源的可持續利用。并通過生物技術手段如植物細胞培養技術、發狀根培養技術、內生真菌培養技術等大量培養殺菌植物。從而減少對野生植物資源的利用。 4．2重視開發植物源殺菌劑新劑型。減少對環境的污染 目前我國農藥的劑型大多是適合于噴霧的劑型。其中以乳油和可濕性粉劑為主，還有懸浮劑。由于乳油中含有大量的甲苯、二甲苯等有機溶劑．不但對人畜有毒，污染環境，且易燃、易爆．因此，在生產、貯運和使用中都不安全，發達國家已禁止或部分禁止在蔬菜和果樹上使用。粉劑雖然可以直接噴撒使用，工效高，不用水，但易漂移污染環境，農藥有效利用率低，一般只有20％的粉劑沉積在目標生物上且葉面附著性差，易被風吹落或被雨水沖刷，藥效期也比較短。自1970年以來，粉劑的生產和使用呈下降趨勢。近年來出現了一系列水基性新劑型如水溶劑、微乳劑、乳劑、懸浮劑、懸浮乳劑、微膠囊劑等。而且微乳劑和乳劑正逐步取代乳油，用水取代了有機溶劑，制劑中也不含固體填料，大大減輕了對環境的壓力。懸浮劑以水為基質，無粉塵危害，對操作者安全，正逐步取代可濕性粉劑。微乳劑、乳劑和懸浮劑等農藥新劑型對環境造成的污染小，且對人畜安全，是行之有效的綠色環保劑型。 4．3對植物源活性物質進行結構鑒定。設計合成新農藥 目前國內對植物源殺菌劑的研究主要是從天然化合物中尋找農藥活性化合物，直接將含農藥活性物質的植物或提取其有效成分加工成農藥；或者將不同植物活性成分進行有機和合理配伍后加工成農藥。然而從天然植物中提取活性物質并進行有效的利用目前還受到許多限制，這主要是：1)植物資源的限制。野生植物資源日益減少、植物引種馴化困難、可耕地面積日益減少等原因使得植物資源很寶貴；2)植物樣品標準化的限制。同一種植物不同品種、同一品種因產地及生態地理位置不同、同一種植物的不同部位其有效成分含量差別較大；同時植物在栽培過程中易受自然環境影響，使產量和質量難以控制。因此，以植物源活性成分為先導物，合成農藥活性成分或其類似物，不受植物資源的限制，是植物源殺菌劑研究的主流，而活性物質的化學結構鑒定是其研究基礎。運用現代色譜分離技術和波譜化學結構鑒定技術對殺菌植物中的活性物質進行化學結構鑒定，并深入進行構效關系的研究．這對于新型農藥設計合成具有重要的指導意義。 總之，植物源殺菌劑具有作用廣譜、無明顯的脊椎動物毒性或植物毒性、環境降解迅速且資源豐富、可再生等優點。尤其是熱帶植物中許多具應用前景的植物源殺菌活性成分尚未開發，因此對植物源殺菌劑的開發和應用具有非常廣闊的前景。 |
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