我國植物源農(nóng)藥的研究現(xiàn)狀與應用前景

摘 要：目前人們已經(jīng)在野生植物資源中發(fā)現(xiàn)了很多具有殺蟲、殺菌、抗病毒和除草作用的天然活性物質，開發(fā)利用這些野生植物資源，合成植物源殺蟲劑、殺菌劑、抗病毒劑和除草劑等生物農(nóng)藥具有較大的發(fā)展?jié)摿徒?jīng)濟價值。綜述了我國植物源農(nóng)藥的自然資源及農(nóng)藥產(chǎn)品，植物源農(nóng)藥的分類、作用機理等研究現(xiàn)狀以及在生產(chǎn)實踐中的應用開發(fā)前景。

關鍵詞：植物源農(nóng)藥；研究現(xiàn)狀；應用前景

中圖分類號：S482.39 文獻標識碼：A 文章編號：1006-060X（2016）02-0115-05

植物源農(nóng)藥的有效成分是植物體中的次生代謝產(chǎn)物，如生物堿類、黃酮類、萜烯類、酚類等。植物源農(nóng)藥具有不破壞生態(tài)環(huán)境、靶標有害生物不易產(chǎn)生抗藥性、對非靶標生物安全、活性成分的作用方式特異等特點，在有機農(nóng)業(yè)領域得到廣泛應用。我國植物資源極為豐富，也是研究和應用植物源農(nóng)藥較早的國家。筆者就我國植物源農(nóng)藥的自然資源、農(nóng)藥產(chǎn)品、產(chǎn)品分類、作用機理等研究進展以及在生產(chǎn)實踐中的應用前景進行較為系統(tǒng)的論述，以期為植物源農(nóng)藥的高效研究、開發(fā)與利用提供參考。

1 植物源農(nóng)藥的自然資源與農(nóng)藥產(chǎn)品

1.1 植物源農(nóng)藥的自然資源

據(jù)不完全統(tǒng)計，全世界已報道有1 000余種植物具有殺蟲活性，有40余種具有殺螨活性，有110余種具有殺線蟲活性；有380余種對昆蟲具有拒食活性，有280余種對昆蟲具有忌避活性，有28種對昆蟲具有引誘活性，有4種能引起昆蟲不育；抗細菌的植物有11種，抗真菌的有94種，抗病毒的有17種，主要集中于楝科、菊科、豆科、衛(wèi)矛科、大戟科植物[1]。我國地域遼闊、地形復雜、氣候多樣，其獨特的地理和氣候條件孕育了豐富的植物資源，現(xiàn)有高等植物470科，3 700余屬，近3萬種，其中可開發(fā)成植物源農(nóng)藥的自然資源見表1。

1.2 植物源農(nóng)藥的農(nóng)藥產(chǎn)品

植物是生物活性化合物的天然寶庫，其次生代謝產(chǎn)物超過40萬種，按照其次生代謝產(chǎn)物的化學分子結構，可用于植物源農(nóng)藥開發(fā)的大致可分為以下幾種：（1）生物堿類，主要有煙堿、苦參堿、藜蘆堿、喜樹堿、雷公藤堿、木防己堿、苦豆子堿等；（2）萜類，包括蒎烯、單萜類、二萜類、三萜類物質，主要有印楝素、川楝素、茶皂素、苦皮藤素等；（3）黃酮類，主要有魚藤酮、毛魚藤酮等；（4）精油類，主要有菊蒿油、薄荷油、百里香油、肉桂精油、蕓香精油等。

自2000年以來，我國植物源農(nóng)藥研發(fā)取得了較快發(fā)展，研究人員對多種植物次生代謝產(chǎn)物進行了殺蟲作用評價，對印楝、魚藤等多種植物的活性成分開展了深入研究。目前有關植物源農(nóng)藥的開發(fā)主要涉及楝科、豆科、衛(wèi)矛科、菊科等科屬植物，其中以魚藤酮、印楝素、苦參堿、煙堿和茴蒿素等作為活性成分的植物源農(nóng)藥已經(jīng)登記，生產(chǎn)廠家達50余家，截至2014年12月，已登記的植物源農(nóng)藥產(chǎn)品共有373種，有效成分31種[1]，已經(jīng)登記的部分植物源農(nóng)藥產(chǎn)品、活性成分及其主要防治對象見表2。根據(jù)農(nóng)業(yè)部農(nóng)藥檢定所（ICAMA）的統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，2012年已經(jīng)登記的生物源農(nóng)藥品種有112個，實際生產(chǎn)的有64個，其中正常生產(chǎn)的植物源農(nóng)藥有14個，產(chǎn)量最高的為苦參堿，其次為印楝素，最少的為大黃素甲醚。

2 植物源農(nóng)藥的分類

2.1 植物源殺蟲劑

植物源殺蟲劑中開發(fā)最成功的是楝科植物印楝，其活性成分是分布在種核和葉中的印楝素，印楝素的作用是可以擾亂昆蟲的內分泌系統(tǒng)，影響昆蟲促前胸腺激素的合成與釋放，導致昆蟲變態(tài)和發(fā)育不足。其次是豆科植物魚藤，其活性成分是分布在根皮中的魚藤酮，魚藤酮是一種代謝抑制劑和神經(jīng)毒劑，可引起昆蟲拒食、活動遲滯或麻痹，表現(xiàn)為緩慢死亡，其作用機理與抑制呼吸和阻斷神經(jīng)傳導有關，目前我國已經(jīng)生產(chǎn)出了多種魚藤酮制劑，用于防治小菜蛾、棉鈴蟲等抗性害蟲。其他研究較多的殺蟲植物有茄科植物煙草，其活性成分煙堿可作為煙熏劑防治吸食性害蟲；瑞香科植物瑞香狼毒的乙醇提取物對菜青蟲、玉米螟幼蟲和桃蚜也有很強的生物活性；從紫樹科植物喜樹中分離到的喜樹堿是一種有效的昆蟲不育劑。此外，李冠華等[2]從灰毛豆（Tephrosia purpurea）種子的甲醇提取物中，采用色譜技術分離純化活性化合物，結合核磁共振圖譜和質譜方法鑒定化合物的結構為12α-羥基魚藤酮，發(fā)現(xiàn)其對黑翅土白蟻（Odontotermes formosanus）工蟻成蟲有一定的觸殺活性，可進一步研究用于白蟻防治；田間藥效試驗表明：9% 12α-羥基魚藤酮水乳劑對稻縱卷葉螟、白背飛虱和褐飛虱均有較好防效，用藥量為80～100 mL/667 m2時，可有效防治田間稻縱卷葉螟低齡幼蟲，具有較好的持效性，用藥量為100～120 mL/667 m2時，可高效殺滅白背飛虱和褐飛虱，具有較好的速效性。

2.2 植物源殺菌劑

由于真菌引起的作物病害相對較多，關于真菌病害生物防治的研究也較多。已有研究表明，厚樸葉粗提物對10種植物病原真菌（包括棉苗立枯病、小麥白粉病和蠶豆赤斑病）有很強的抑制作用，在盆栽和大田試驗中也表現(xiàn)出較好的防治效果；從黃連提取物中分離到的生物堿抑制5種病原真菌（小麥赤霉、玉米小斑、水稻紋枯、番茄灰霉、油菜菌核）菌絲生長和孢子萌發(fā)的抑制率分別達到93.39%、96.89%、70.92%、100%、91.22%。馮俊濤等[3]研究發(fā)現(xiàn)龍葵提取物對蘋果炭疽病菌（Glomerella cingulate）菌絲的生長抑制率可達71.60%，對病菌孢子萌發(fā)的抑制率可達60.50%，還發(fā)現(xiàn)苦參、苦豆子提取物對蘋果炭疽病菌孢子萌發(fā)的抑制率可達80%以上；李玉平等[4]研究了25種菊科植物的丙酮提取液對小麥赤霉病菌（Fusarium graminearum）、番茄灰霉病菌（Botrytis cinerea）、辣椒疫霉病菌（Phytophoracapsici）、蘋果炭疽病菌的抑菌活性，發(fā)現(xiàn)有23種植物的提取液對至少1種供試真菌有抑制作用；王樹桐等[5]通過研究95種植物的乙醇提取物對番茄灰霉病菌的抑菌活性，篩選出了細辛和丁香作為進一步研究的植物源農(nóng)藥材料；孟昭禮等[6]根據(jù)植物提取物活性成分創(chuàng)制出2種植物源農(nóng)用殺菌劑，其中“銀泰”防治番茄灰霉病的效果達到78.4%～90.9%，“綠帝”對蘋果腐爛病、蘋果輪紋病、番茄灰霉病、番茄葉霉病、小麥紋枯病和棉花枯萎病均表現(xiàn)出良好防效。

由細菌引起的作物病害相對較少，目前該方面的研究大多處于試驗篩選階段。有不少植物成分如苦參提取液、黃連生物堿粗提液對多種細菌（如熒光假單孢桿菌、蠟樣芽孢桿菌等）有明顯抑制作用，從黃連中提取的生物堿粗提液對水稻白葉枯病和細菌性條斑病的防效與20%葉枯唑（葉青雙）相當。

2.3 植物源抗病毒劑

從高等植物組織中分離到的抗病毒有效成分，主要集中在商陸科、藜科、石竹科以及蓮子草屬等植物中。林中正等[7]從30種植物源提取物中篩選出銀杏、梔子、商陸、赤芍的提取物對煙草花葉病毒（Tobacco Mosaic Virus，TMV）的體外鈍化作用強，可以抑制TMV初侵染和病毒增殖，對該病的保護和治療效果比較明顯；朱水方等[8]從112個植物材料中發(fā)現(xiàn)連翹、大黃和板藍根對黃瓜花葉病毒（Cucumber Mosaic Virus，CMV）引起的辣椒花葉病有較穩(wěn)定的防效；郭興啟[9]測試了34 種中草藥對番茄花葉病毒（Tomato Mosaic Virus，ToMV）的活性，研究發(fā)現(xiàn)大黃提取液原液對離體ToMV的鈍化效果達81.80%；劉學端[10]用商陸、連翹等的抽提物配置成的復配劑，對煙草花葉病毒和黃瓜花葉病毒的體外鈍化效果分別可達86.00%與98.00%，田間試驗防效分別達88.40%、86.50%；侯玉霞等[11]從吳茱萸中篩選出了作用方式不同的抗病毒物質，發(fā)現(xiàn)其抽提液對煙草花葉病毒的活性抑制率達到 89.58%。雖然利用植物抽提液研制抗病毒制劑已取得一些進展，但由于植物抽提液受環(huán)境因素影響較大，且成分較復雜，在實際應用中穩(wěn)定性較差，目前還沒有一種理想藥劑能有效防治植物病毒病。

2.4 植物源除草劑

3 植物源農(nóng)藥的作用機理

3.1 觸殺與胃毒作用

具有觸殺作用的植物源農(nóng)藥可干擾或抑制昆蟲的神經(jīng)中樞或呼吸系統(tǒng)，該類藥劑的主要殺蟲作用機制是藥劑經(jīng)蟲體表皮或吸食進入消化系統(tǒng)后，造成局部刺激，引起反射性蟲體興奮，先抑制蟲體感覺神經(jīng)末梢，后抑制中樞神經(jīng)致害蟲死亡[19]。已有研究報道，魚藤根粉的提取物對菜青蟲、蘿卜蚜和桃蚜等害蟲表現(xiàn)很強的觸殺作用；以苦參堿為主要活性成分的復合植物殺蟲劑“苦參堿內酯”對菜蚜的毒力與化學農(nóng)藥“氧化樂果”相似；從狼毒中提取的瑞香素對菜蚜的毒力比氧化樂果高2.4倍；從苦皮藤根皮中分離的苦皮藤素IV可使昆蟲麻醉中毒并對外界刺激反應完全消失。具有胃毒作用的植物源農(nóng)藥活性物質較多，但作用機理不完全相同。已有研究發(fā)現(xiàn)，苦楝、川楝中含有的川楝素可破壞昆蟲的中腸組織，導致害蟲麻痹或死亡，對菜青蟲具有很強的胃毒作用[20]；苦皮藤根粉對黏蟲、菜青蟲等幼蟲具有胃毒作用，苦參堿對主要的消化酶系的活性無影響，可破壞昆蟲的中腸腸壁細胞膜及細胞器[21]。

3.2 拒食與忌避作用

植物源農(nóng)藥引起害蟲拒食與忌避作用的機理是由于其活性物質干擾了害蟲的中樞神經(jīng)系統(tǒng)或化學感覺器官。已有研究表明，含有萜烯類、生物堿類、醌類和香豆素類化合物的植物對昆蟲具有較強的拒食作用，含有L-薄荷腦、烷基胺類和異硫氰酸類化合物的植物對昆蟲具有較強的忌避活性[22]。據(jù)報道，黏蟲在取食噴灑了川楝素的植物葉片后，可以抑制其感覺細胞對誘食劑的反應；川楝、苦楝種子抽提物對稻癭蚊具有顯著的忌避產(chǎn)卵作用；用搗碎的川楝果仁水懸劑噴灑菜苗，沙漠蝗蟲完全停止取食處理葉片；用茶皂素處理甘藍葉片后，發(fā)現(xiàn)對菜青蟲幼蟲有較強的拒食作用[23]。

3.3 抑制生長和生育

許多植物中都含有蛻皮激素或保幼激素，能抑制昆蟲表皮的形成，影響昆蟲的生長或導致昆蟲的不育。已有研究發(fā)現(xiàn)，川楝、雷公藤的根皮提取物對一些昆蟲的表皮具有破壞作用；印楝、馬纓丹植物葉片的萃取物對一種潛蠅的生長有抑制作用；鬧羊花的莖葉提取物對菜地夜蛾幼蟲、馬鈴薯葉甲幼蟲表現(xiàn)出生長抑制；從喜樹中提取的喜樹堿是一種有效的植物性昆蟲不育劑。

3.4 光合化毒殺作用

許多植物中含有光合化毒素，光合化毒素對害蟲具有光合化毒殺作用。現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)的光合化毒素主要有：呋喃香豆素、生物堿類、2-噻酚以及醌類。姜紅軍等[24]研究發(fā)現(xiàn)萬壽菊的莖葉提取物對菜青蟲、黃粉甲均具有顯著的光合化毒殺效果，其光活化物質為三聚噻酚、呋喃類物質；徐漢虹等[25]發(fā)現(xiàn)豬毛蒿的莖葉提取物中的活性成分菌陳二炔對斜紋夜蛾具有明顯的光合化毒性。

3.5 殺菌或抑菌作用

植物活性成分殺菌或抑菌作用的機理是阻止病原菌侵入植株或抑制病原菌生長。用山蒼籽油配制的殺菌乳劑，對棉花枯萎病菌（Fusarium oxysporum）和棉花黃萎病菌（Verticillium dahliae）具有較強的抑制作用；連翹、大黃和板蘭根提取物對黃瓜花葉病毒引起的辣椒花葉病表現(xiàn)出較穩(wěn)定的防效。李星彩等[26]用氣相色譜-質譜聯(lián)用技術分離和鑒定了厚樸葉揮發(fā)油的組分，發(fā)現(xiàn)厚樸葉粗提液對4種細菌均具有較強的抑制活性。喻大昭等[27]用32種植物粗提物對18種植物病原真菌進行了抑菌活性測定和篩選試驗，發(fā)現(xiàn)有27種有較明顯的抑菌活性，其中歐時蘿、白香、滇香、兩面針、土荊芥、香茅、肉桂等植物提取物具有較強的廣譜抑菌活性。

3.6 鈍化作用或誘導植物抗性

劉學端等[28]利用商陸、甘草、連翹等幾種植物提取物的復配劑處理煙草后，發(fā)現(xiàn)顯著提高了煙草植株體內過氧化物酶（POD）的活性，說明其對煙草具有誘導抗病作用；番茄在接種番茄花葉病毒前噴施大黃提取物后，植株過氧化物酶活性較對照明顯升高，同時對黃瓜花葉病毒也具有較強的鈍化作用。王利國等[29]發(fā)現(xiàn)大黃提取物對番茄花葉病毒粒體具有鈍化作用，病毒不能合成自身復制所需要的蛋白質，田間藥效試驗表現(xiàn)為番茄花葉病毒病的癥狀不明顯。

4 植物源農(nóng)藥的應用前景

與化學合成農(nóng)藥相比，植物源農(nóng)藥的特點體現(xiàn)在：（1）植物源農(nóng)藥除了具有殺蟲、殺菌、抗病和除草活性，還具有誘導免疫等作用，其生物活性與作用方式多樣，且表現(xiàn)出特殊的作用靶標及復雜的作用機理；（2）植物源農(nóng)藥對害蟲的作用方式一般是胃毒作用、忌避作用、拒食作用、抑制生長生育，少為觸殺作用，對高等動物及害蟲天敵安全；（3）植物源農(nóng)藥的活性成分是天然物質，環(huán)境相容性好，在長期的進化過程中已形成獨特的代謝降解途徑；（4）植物源農(nóng)藥的活性物質是植物自身防御與有害生物為害協(xié)同進化的結果，靶標生物對其不易產(chǎn)生抗藥性；（5）由于植物源農(nóng)藥的原料來源、儲存加工、制劑工藝等方面的一些特殊要求，生產(chǎn)成本相對較高[30]。

生態(tài)環(huán)境安全和食品安全備受當今社會關注，在生產(chǎn)實踐中植物源農(nóng)藥可滿足需求。從生產(chǎn)應用來看，有害生物綜合治理（Integrated Pest Management，IPM）是現(xiàn)行植保方針，植物源農(nóng)藥是其中的一個重要工具；從發(fā)展策略來看，綜合性農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與保護（Integrated Production and Protection，IPP）是目前的發(fā)展方向，植物源農(nóng)藥的研發(fā)和使用符合該策略的主要目標。因此，植物源農(nóng)藥的研究、開發(fā)、使用及其在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實踐中的綜合利用是一項涉及生態(tài)環(huán)境友好和食品安全的系統(tǒng)工作。今后，植物源農(nóng)藥可從以下幾個方面進行研究、開發(fā)和使用：（1）明確植物源農(nóng)藥的活性物質、作用機理、有效劑量和作用方式，為植物源農(nóng)藥的創(chuàng)制提供科學依據(jù)，開發(fā)相應植物活性物質的制劑和復配劑；（2）擴大植物源農(nóng)藥資源的篩選范圍，為創(chuàng)制新的植物源農(nóng)藥品種奠定基礎；（3）加強植物源農(nóng)藥活性物質的生物合成，解決植物源農(nóng)藥工業(yè)化生產(chǎn)中自然資源短缺的限制瓶頸；（4）開展植保器械裝備的應用研究，提高噴灑作業(yè)效率，提高植物源農(nóng)藥的使用效果，避免因光降解、不穩(wěn)定性等外界因素的影響；（5）開展防控有害生物的植物源農(nóng)藥使用技術體系研究，為綠色有機農(nóng)業(yè)的病蟲害綜合防治“保駕護航”[31-32]。

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（責任編輯：葉雪娥）