殺螨劑是一類廣泛應(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,或者牲畜或是寵物身上的蜱蟲等。每年全球因螨類害蟲遭受的損失巨大。根據(jù)聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織的數(shù)據(jù),全球 80% 的牛群都受到蜱蟲侵擾,由此造成了全球約為每年73億美元的經(jīng)濟損失。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,同樣有近4000萬畝的柑橘受到了Panonychus citri (McGregor)的侵擾。因此殺螨劑的全球市場需求在逐年增加,2018年殺螨劑市場的前八大產(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,它們的銷售總額為5.72億美元,占殺螨劑市場的69.1%,預(yù)計到2025年的市場規(guī)模將達到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)實踐需求的增加,殺螨劑的市場規(guī)模可能會更大^[2]。

而對全球殺螨劑市場的分析表明,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)濟物種害螨,占市場的 80% 以上。其他相關(guān)的螨類是假葉螨(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、獨特的代謝工具及環(huán)境適應(yīng)性強等特點讓其對于殺螨劑抗性增長極快。據(jù)報道,在12種抗性節(jié)肢動物中,螨類占了3種。而全球殺螨劑應(yīng)用中,有機磷酸鹽、氨基甲酸酯、有機氯、擬除蟲菊酯等常規(guī)化學(xué)殺螨劑仍占據(jù)了主導(dǎo)地位。近年來,雖有聯(lián)苯肼酯、乙唑螨腈等高效的殺螨劑問世。但是,殺螨劑同質(zhì)化問題依然嚴峻,搶登已過專利保護期產(chǎn)品的現(xiàn)象仍未改觀。

 

表1 報道的12種抗性節(jié)肢動物^[5]

但一方面隨著這些殺螨劑長時間、不科學(xué)使用,大部分植食性害螨對市面上的化學(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環(huán)境問題的日益關(guān)注和有機農(nóng)業(yè)面積的逐步增大,全球市場對以天然產(chǎn)品保護作物的需求顯著增加,因此,開發(fā)安全、高效、對環(huán)境友好、對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,充分利用中國的生物資源優(yōu)勢,促進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。來自于中國的成都新朝陽作物科學(xué)股份有限公司(以下簡稱″新朝陽″)基于對藜蘆這一中草藥的高效共同提取技術(shù)創(chuàng)新研發(fā),開發(fā)出能有效防治植食性螨蟲的殺螨劑″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。具中國國醫(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)于藜蘆殺蟲的研究很早就有報道。作為中國本土的殺蟲植物,人們常在植被期將其根莖挖出來,煎制成溫和湯劑去冷洗綿羊、山羊、牛等家畜,來處理家蠅蛆等寄生蟲^[6]。而后研究人員陸續(xù)發(fā)現(xiàn)藜蘆對其它害蟲也有很好的防治效果。如藜蘆根莖的乙酸乙酯提取物對小菜蛾二齡、三齡幼蟲殺蟲活性很好,分別為225和335ppm^[7]。而藜蘆生物堿提取物對德國小蠊成蟲與四齡幼蟲有一定的致死效果^[8]。同時研究學(xué)者還發(fā)現(xiàn)藜蘆根莖的不同提取物均有不錯的殺螨活性,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、殺螨功能的開發(fā)帶來了很好的借鑒意義。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無毒無溶劑殘留對人體和環(huán)境無害,可減緩了傳統(tǒng)提取方法對環(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)險較大的生產(chǎn)過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)進展

(1)藜蘆提取工藝研究。經(jīng)過多年的研發(fā)積累,新朝陽首次提出了處方共同提取技術(shù)研究思路及方法。通過獨有的共同提取技術(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,通過混合粉碎、過篩、回流加熱、過濾、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,同時利用不同溶劑對植物藥材進行連續(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,顯著增加市場競爭力。

(2)藜蘆活性物質(zhì)作用機制研究。藜蘆根莖提取物是一類混合物,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)研究報道,其毒性基于打開電壓依賴性 Na⁺ 通道,進而打開電壓激活的 Ca²⁺ 通道,導(dǎo)致神經(jīng)遞質(zhì)釋放。電壓門控鈉離子通道是神經(jīng)元和肌肉信號傳導(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柑橘全爪螨防治效果

同時,有法國學(xué)者報道稱,藜蘆生物堿還能與昆蟲的乙酰膽堿酯酶(AChE)發(fā)生非競爭性抑制^[10]。因藜蘆生物堿作用機理新穎,可產(chǎn)生多位點攻擊,害螨很難通過其自身結(jié)構(gòu)變化來適應(yīng)該多作用位點的藥劑,因此不易產(chǎn)生抗藥性。

圖5：對藜蘆生物堿作用機制的研究

 

(3)0.1%CE藜蘆根莖提取物制劑技術(shù)。以先進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,能快速包裹蟲體,促進藥液滲透吸收,增強有效成分效果。入水分散性好,分散后溶液透明,呈均相狀態(tài)。1000倍稀釋,完全潤濕透帆布片時間為44秒,可快速潤濕滲透。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比

三、0.1%CE藜蘆根莖提取物應(yīng)用技術(shù)研究進展

新技術(shù)大幅改善了藥劑的速效性,與以往技術(shù)相比,新朝陽公司的產(chǎn)品降低了單一成分的使用量,通過獨有工藝使得產(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海南三亞針對木瓜紅蜘蛛進行防治,在蟲口基數(shù)50頭/片時,單獨施藥后20分鐘見效,藥后1天防效達到99.1%,藥后7天仍然能夠保持92.9%的蟲口減退率,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,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口基數(shù),減少化學(xué)農(nóng)藥用量提高防效,同時對已產(chǎn)生嚴重抗藥性的作物防治對象增效明顯。綜上,中國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分鐘見效,藥后3天未見活蟲,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天蟲體全部死亡,藥后3天任未見活蟲活動,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)進行0.1%藜蘆根莖提取物1000倍搭配聯(lián)肼.乙螨唑進行防治。可以看出,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,完美的實現(xiàn)了對化學(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：蟲口基數(shù)和活蟲數(shù)都是每個處理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,在中國廣西南寧武鳴區(qū)蟲口基數(shù)較大(高發(fā)期)的情況下(藥前各實驗小區(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天蟲口減退率都在98%以上。藥后8天除搭配炔螨特有少量蟲卵孵化,減退率為92.33%外,其他三個配方減退率仍在99%以上,防治效果十分顯著。

以上田間生測結(jié)果表明,在紅蜘蛛蟲口基數(shù)較低或者較高時,單劑使用和與化學(xué)藥劑復(fù)配使用,藜蘆根莖提取物對降低紅蜘蛛蟲口基數(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,藜蘆根莖提取物來源于植物,在推薦使用濃度下,對絕大部分植株的萌芽期、花期、幼果期等時期施用安全,對嫩芽、花及果實膨大均無影響。對害螨天敵等非靶標(biāo)生物安全、對環(huán)境友好,與現(xiàn)有殺蟲、殺螨劑多無交互抗性,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到《中國食品安全國家標(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)量安全提供堅實的保障。

五、基因編輯技術(shù)推動藜蘆的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展

藜蘆屬于常見藥材,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,分布于中國山西、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)展及對藜蘆藥材的深入研究,利用基因編輯技術(shù)對藜蘆藥材品種進行改良以及對野生藜蘆品種進行人工馴化已有階段性進展。人工培育藜蘆品種將大幅減少藜蘆采挖對野生種質(zhì)資源的破壞,進一步推進藜蘆在農(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)花費近10年時間,新朝陽從植物中尋找能控制柑橘全爪螨的有效物質(zhì),匹配先進的共同提取技術(shù),并申請授權(quán)了多項國家專利,使得藜蘆根莖提取物防效提升了數(shù)倍,成功實現(xiàn)了生物殺螨劑市場的產(chǎn)業(yè)化。未來,來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)境和維護生物多樣性上做出更大貢獻。

 

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