依托中國豐富的藥用植物資源及應(yīng)用技術(shù)，專注于綠色農(nóng)業(yè)生物技術(shù)創(chuàng)新研發(fā)的企業(yè)-成都新朝陽作物科學(xué)股份有限公司經(jīng)過多年的研發(fā)，成功開發(fā)出天然新型植物源化合物CE苦參堿這一創(chuàng)新生物技術(shù)，并推廣應(yīng)用到農(nóng)業(yè)薊馬等蟲害防治領(lǐng)域，為全球有機(jī)、綠色農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)做出了卓越貢獻(xiàn)。

一．全球農(nóng)業(yè)抗性薊馬發(fā)生現(xiàn)狀及防治策略

薊馬(Thrips)是一種體型微小，隱匿性強的昆蟲，成蟲體長約0.5~5mm，極少數(shù)體長可達(dá)10~14mm[1-3]。薊馬食性復(fù)雜，包括植食性、捕食性和菌食性，其中植食性薊馬主要危害作物。迄今為止，全世界記錄的薊馬科種類達(dá)2000余種，隸屬于4亞科約276屬，在中國占79屬315種[4]。薊馬利用刺吸式口器汲取農(nóng)作物組織器官中的營養(yǎng)物質(zhì)以滿足自身生長發(fā)育的需要[4,7]，并通過直接取食、產(chǎn)卵或傳播病毒的方式產(chǎn)生危害，而因傳播病毒所造成的損失又遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過直接危害[8-9]。

圖1 薊馬

近年來，全球貿(mào)易和氣候變暖加速了薊馬的擴(kuò)散和傳播，薊馬現(xiàn)已成為世界性重要的農(nóng)林害蟲。據(jù)調(diào)查結(jié)果顯示，西花薊馬的寄主達(dá)60多科500余種，已成為危害最為嚴(yán)重的農(nóng)林害蟲之一[10-11]。西花薊馬主要危害作物心葉、幼果和花器。危害初期葉片、幼果表面出現(xiàn)缺刻或斑點，嚴(yán)重時葉片及果實出現(xiàn)銹褐斑，最終導(dǎo)致葉片、果實脫落和植株枯萎而死。此外，西花薊馬還可傳播病毒，造成大面積作物減產(chǎn)[12]。棕櫚薊馬，又名節(jié)瓜薊馬，主要危害茄果類蔬菜，通過取食和產(chǎn)卵致果實出現(xiàn)斑痕、畸形，根據(jù)危害程度，造成的經(jīng)濟(jì)損失可達(dá)15%~90%[13]。

薊馬危害作物同時還傳播其它病害，據(jù)保守估計，1996—2006年期間格魯吉亞地區(qū)由于番茄斑萎病毒TSWV的傳播對花生、煙草、番茄和甜椒上造成的經(jīng)濟(jì)損失總計3.5億美元[14]。而美國由于TSWV病毒傳播造成的總損失超過14億美元 [14,15]。

隨著殺蟲劑的廣泛使用，薊馬類害蟲的抗藥性也不斷發(fā)生變化，目前，全球?qū)λE馬類害蟲的防治仍然主要依賴于化學(xué)藥劑的使用，它的廣譜、高效、速效性和易操作性等特點是普遍為人們所接受的重要原因。常用藥劑包括有機(jī)磷類、氨基甲酸酯類、擬除蟲菊酯類、新煙堿類殺蟲劑。但是長期施用化學(xué)藥劑造成的嚴(yán)重抗性已經(jīng)成為制約農(nóng)業(yè)生產(chǎn)一個重要的因素。

經(jīng)調(diào)查，2003年西班牙Almeria地區(qū)采集的西花薊馬對多殺菌素(spinosad)的抗藥性指數(shù)增長萬倍[16]，2004年從Murcia[17]溫室采集的西花薊馬也對多殺菌素產(chǎn)生了高水平抗性(RF>3682)。Immaraju等[18]對美國加州地區(qū)的薊馬抗藥性進(jìn)行了研究，指出該種群對阿維菌素的抗性水平增加了798倍。Loughner等[19]報道，因頻繁使用多殺菌素造成了美國的西花薊馬田間種群對多殺菌素抗性的迅速發(fā)展。Herron等[20]報道澳大利亞的一些西花薊馬田間種群對多殺菌素也已產(chǎn)生了不同水平的抗藥性。西花薊馬對多殺菌素產(chǎn)生抗性的同時，對煙堿類藥劑噻蟲嗪也產(chǎn)生了高達(dá)84倍的顯著抗性[21]。同時對吡蟲啉、甲維鹽、辛硫磷、啶蟲脒、毒死蜱、高效氯氰菊酯和滅多威均產(chǎn)生了中等水平的交互抗性[22]。

因此，全新的抗性薊馬防治手段的研發(fā)顯得極為迫切。隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，通過對天然植物源提取技術(shù)、制劑技術(shù)的深入研究，植物源代謝產(chǎn)物因其具有良好的應(yīng)用效果，且在自然界降解快，不易產(chǎn)生抗藥性的特點，被越來越多的地應(yīng)用于農(nóng)業(yè)病害防治?？鄥ⅲ⊿ophora flavescens Alt.）作為一種傳統(tǒng)藥用植物，屬于豆科、槐屬草本或亞灌木，富含生物堿類、黃酮類天然化合物，此外還有少數(shù)酚類、三萜類、苯丙素類、脂肪酸類和氨基酸類成分，可作為臨床藥用、化妝品添加劑、農(nóng)藥等多個領(lǐng)域。

圖2 苦參植株及藥材

二．關(guān)于苦參提取物的應(yīng)用研究

苦參生物堿由苦參的干燥根、植株、果實經(jīng)乙醇等有機(jī)溶劑提取制得，其中以苦參堿、氧化苦參堿含量最高?？鄥A的農(nóng)業(yè)研究較為豐富，研究報道顯示，苦參生物堿可被用于防治稻縱卷葉螟，其效果顯著，且對水稻安全［23］，對茶尺蠖也有較好的防治效果［24］。同時，苦參生物堿與其他生物農(nóng)藥聯(lián)用具有顯著的增效作用，能夠減少用藥次數(shù)，防止靶標(biāo)抗性的產(chǎn)生，受到許多植物保護(hù)工作者的青睞?？鄥⑸飰A與除蟲菊素聯(lián)用對蘋果蚜蟲具有良好的防治效果，對果樹安全［25］。苦參生物堿與煙堿聯(lián)用對草原蝗蟲具有良好的防治效果［26］，對苜蓿蚜也具有一定的防效［27］。對人畜低毒，使用安全，被認(rèn)為是21世紀(jì)最新型的植物源生物農(nóng)藥之一。

圖3 苦參堿 CAS：519-02-8

依托中國豐富的藥用植物資源及應(yīng)用技術(shù)，專注于綠色農(nóng)業(yè)生物技術(shù)創(chuàng)新研發(fā)的企業(yè)-成都新朝陽作物科學(xué)股份有限公司經(jīng)過多年的研發(fā)，成功開發(fā)出天然新型植物源化合物CE苦參堿這一創(chuàng)新生物技術(shù)，并推廣應(yīng)用到農(nóng)業(yè)薊馬等蟲害防治領(lǐng)域，為全球有機(jī)、綠色農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)做出了卓越貢獻(xiàn)。

三、苦參生物堿最新研究進(jìn)展

（1）苦參堿登記信息。據(jù)中國農(nóng)藥信息網(wǎng)顯示，成都新朝陽作物科學(xué)股份有限公司（以下簡稱″新朝陽″）于2018年獲得了0.3%苦參堿可溶液劑中國農(nóng)業(yè)農(nóng)村部ICAMA注冊登記（登記證號： PD20181302）。主要登記靶標(biāo)為薊馬和蚜蟲。

圖4 ICAMA注冊登記信息

（2）0.3%CE苦參堿可溶液劑的殺蟲機(jī)制

作為一種高活性生物堿，苦參生物堿會抑制靶標(biāo)細(xì)胞內(nèi)的Na+、K+-ATPase引發(fā)細(xì)胞內(nèi)外離子濃度的紊亂，從而干擾正常的生理過程。 抑制Ca2+、Mg2+-α-TPase會擾亂信號傳導(dǎo)的第二信使Ca2+的穩(wěn)態(tài)，導(dǎo)致代謝功能障礙。同時，谷氨酸和γ-氨基丁酸含量升高，谷丙轉(zhuǎn)氨酶活性被抑制，而谷氨酸脫羧酶活性被激活。根據(jù)這些結(jié)果推斷，苦參生物堿首先抑制谷丙轉(zhuǎn)氨酶，導(dǎo)致谷丙轉(zhuǎn)氨酶相對升高，進(jìn)一步激活谷氨酸脫羧酶積累γ-氨基丁酸，從而加強氯離子的流入，引起突觸后膜的超極化，觸發(fā)抑制性突觸后電位，因此動作電位的傳導(dǎo)被中斷。最終呈現(xiàn)的中毒癥狀，表現(xiàn)為典型的觸角與腿部抽搐、隨即癱瘓和死亡。

圖5 0.3%CE苦參堿可溶液劑針對薊馬藥后田間鏡檢數(shù)據(jù)

（3）0.3%CE苦參堿可溶液劑的提取技術(shù)研究

新朝陽公司經(jīng)過多年科研攻關(guān)，采用原創(chuàng)的植物源共同萃取技術(shù)，產(chǎn)品中活性組分更加豐富，協(xié)同增效作用明顯，顯著增加了苦參提取物對蟲害的活性。且進(jìn)一步降低了應(yīng)用成本，有效推動了苦參生物堿在農(nóng)業(yè)上的推廣應(yīng)用。

新朝陽0.3%CE苦參堿可溶液劑產(chǎn)品擁有多種主要生物堿和其它植物源成分，實現(xiàn)多種 有效成分的最大化提取，降低各種生產(chǎn)能耗的同時，組分間 協(xié)同增效更顯著，與植物親和力好，使用安全性高，共同提升產(chǎn)品防效。

圖6 0.3%CE苦參堿可溶液劑的多種主要活性成分

（4）0.3%CE苦參堿可溶液劑處方技術(shù)研究。利用新朝陽創(chuàng)新研發(fā)的共同萃取技術(shù)和新型的制劑加工工藝技術(shù)，充分發(fā)揮產(chǎn)品功效和優(yōu)勢，保證產(chǎn)品在使用中的穩(wěn)定性和最佳生物活性。在配方中使用分子生物成膜技術(shù)和高分子黏附技術(shù)，快速增加藥液對靶標(biāo)包裹作用，迅速降低藥液表面張力和接觸角，有助于藥液快速鋪展和持久耐雨水沖刷，促進(jìn)吸收和提升有效利用率，增強防治效果。

圖7 0.3%CE苦參堿可溶液劑葉面鋪展性數(shù)據(jù)

同時，納米技術(shù)的加入讓產(chǎn)品制劑性能更加優(yōu)異，入水自動分散，與水互溶為一體。納米級粒度更易被吸收利用，快速降低表面張力和接觸角，減少藥液使用中的彈跳、漂移等浪費，有效提高了藥劑有效利用率。

圖8 0.3%CE苦參堿可溶液劑制劑接觸角數(shù)據(jù)

0.3%CE苦參堿可溶液劑產(chǎn)品能顯著降低搭配藥劑的表面張力。提高其他化學(xué)藥劑鋪展?jié)櫇窈蜐B透吸收，顯著提高化學(xué)農(nóng)藥有效利用率。CE苦參堿與70%吡蟲啉搭配混用，能快速把吡蟲啉表面張力由67mN/m降到23mN/m。與多殺霉素或乙基多殺霉素等懸浮劑混配時，能提升自動分散性能，增加潤濕性和滲透性，增加其在靶標(biāo)上的鋪展和耐雨水沖刷。

圖9  0.3%CE苦參堿可溶液劑搭配吡蟲啉動態(tài)表面張力變化數(shù)據(jù)

（5）0.3%CE苦參堿可溶液劑應(yīng)用技術(shù)研究。天然植物源殺蟲劑0.3%CE苦參堿可溶液劑的成功開發(fā)，有助于有效緩解抗性薊馬難以防治的問題，對天敵具有良好的保護(hù)作用，減少用藥次數(shù)，最大限度的節(jié)省成本。目前，長期依賴單一和相同機(jī)理的化學(xué)農(nóng)藥，施藥次數(shù)增多，用藥成本增高，導(dǎo)致抗藥性十分嚴(yán)重、農(nóng)殘超標(biāo)。而天然植物源殺蟲劑相比于傳統(tǒng)防治技術(shù)而言，其優(yōu)點在于天然產(chǎn)物易降解，毒性小，多重成分協(xié)同增效，不易產(chǎn)生抗藥性，且對環(huán)境更安全。

與此同時，為了充分發(fā)揮植物源農(nóng)藥速效性強、不易產(chǎn)生抗藥性等優(yōu)勢，新朝陽建立了生物農(nóng)藥″預(yù)防-預(yù)防性治療-治療″的主動防治體系，即在病害發(fā)生前和初期，主要以生物農(nóng)藥為主；在爆發(fā)期使用生物農(nóng)藥搭配化學(xué)藥劑，最大程度的抑制蟲口基數(shù)和快速繁殖，減少化學(xué)農(nóng)藥的使用。

大量田間實驗數(shù)據(jù)表明，在芒果薊馬發(fā)生初期（海南省三亞市），單獨使用0.3%CE苦參堿可溶液劑500倍稀釋防效達(dá)到84.29%，能顯著降低蟲口基數(shù)，達(dá)到預(yù)防的目的。

圖10 0.3%CE苦參堿可溶液劑預(yù)防芒果薊馬田間數(shù)據(jù)

在病害發(fā)生的中后期，即是爆發(fā)期，選擇以″植物源農(nóng)藥+化學(xué)農(nóng)藥″為主線從而達(dá)到減量增效的核心應(yīng)用技術(shù)手段，在提高防治效果的前提下，降低化學(xué)農(nóng)藥使用量，降低了靶標(biāo)抗藥性，降低化學(xué)農(nóng)藥殘留，提高農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)，改善農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境，維系生物多樣性和減輕環(huán)境壓力。

通過室內(nèi)蚜蟲毒力活性測試發(fā)現(xiàn)，0.3%CE苦參堿可溶液劑對河北唐山桃蚜具有良好的生物活性，致死中濃度（LC50）為3.8059 mg/L，顯著高于吡蟲啉的死中濃度（LC50）41.8203 mg/L。將0.3%CE苦參堿可溶液劑與吡蟲啉混合后致死中濃度（LC50）進(jìn)一步降低至2.1254 mg/L，二者聯(lián)合使用后表現(xiàn)出顯著協(xié)同增效作用。

表1 0.3%CE苦參堿可溶液劑協(xié)同增效毒力數(shù)據(jù)

2022年7月，中國四川省蒲江縣豆角薊馬爆發(fā)，使用0.3%CE苦參堿可溶液劑稀釋500倍搭配化學(xué)藥劑60g/L乙基多殺菌素懸浮劑減量30%使用。藥后2小時及表現(xiàn)出優(yōu)異的速效性，防效達(dá)到96.73%，藥后7天仍然能夠保持80%的防治效果，綜合防效超過化學(xué)藥劑60g/L乙基多殺菌素懸浮劑單用，能夠起到化學(xué)農(nóng)藥見量增效目的。

表2  0.3%CE苦參堿可溶液劑搭配60g/L乙基多殺菌素懸浮劑防治爆發(fā)期豆角薊馬數(shù)據(jù)

圖11 0.3%CE苦參堿可溶液劑搭配60g/L乙基多殺菌素懸浮劑防治爆發(fā)期豆角薊馬數(shù)據(jù)

經(jīng)過大量數(shù)據(jù)顯示，0.3%CE苦參堿可溶液劑對作物具有很高的安全性，2022年中國三亞市崖州區(qū)芒果薊馬爆發(fā)，使用0.3%CE苦參堿可溶液劑500倍進(jìn)行防治后，對芒果葉片、幼果均無不良影響，在保證藥劑效果的前提下最大程度的保護(hù)了作物的安全。

圖12  0.3%CE苦參堿可溶液劑對芒果安全性數(shù)據(jù)

同時，0.3%CE苦參堿可溶液劑對蚜蟲亦有很好的防治效果。2022年6月中國新疆庫爾勒市阿瓦提農(nóng)場棉花蚜蟲爆發(fā)。使用0.3%CE苦參堿可溶液劑稀釋750倍進(jìn)行防治，藥后10天防效達(dá)到97.86%，與化學(xué)藥劑10%氟啶蟲酰胺20g/畝無顯著性差異，效果優(yōu)異，同時對棉花葉片安全無藥害。

表3  0.3%CE苦參堿可溶液劑防治棉花蚜蟲數(shù)據(jù)

四、  藥用植物苦參的產(chǎn)業(yè)化潛力

苦參作為一種廣泛被運用于醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的藥用植物品種，在中國作為一種常見藥材，種植廣泛，主要分布于中國南北各省區(qū)而印度、日本、朝鮮、俄羅斯西伯利亞地區(qū)也有分布。近年來，隨著合成生物學(xué)的快速發(fā)展，通過酵母、植物干細(xì)胞等真核生物工廠技術(shù)合成植物生物堿類化合物成為現(xiàn)階段的熱門研究方向，通過基因工程、蛋白組學(xué)、蛋白酶工程等先進(jìn)技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用，使得通過大規(guī)模生物工程技術(shù)生產(chǎn)藥用活性物質(zhì)成為了可能。生物合成技術(shù)的應(yīng)用必將進(jìn)一步推動苦參生物堿的深入產(chǎn)業(yè) 化應(yīng)用。

五、展望

在人類越來越關(guān)注環(huán)境質(zhì)量和健康的今天,使用環(huán)境友好類農(nóng)藥的愿望越來越迫切,發(fā)展和應(yīng)用植物源生物殺蟲劑已成為一種趨勢。當(dāng)下，農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展已成為主旋律，植物源生物農(nóng)藥的毒副作用小、安全、環(huán)境兼容性好等特點得到公認(rèn)，已成為全球農(nóng)藥發(fā)展重點。據(jù)報道，2017年全球生物農(nóng)藥的銷售額已超過33億美元，并以13.9%的年復(fù)合增長率持續(xù)高速增長。隨著環(huán)境安全、食品安全以及全球主要國家政策的大力推動，未來十年生物農(nóng)藥市場份額將持續(xù)提升。開發(fā)綠色高效、微囊緩釋、納米農(nóng)藥、滿足飛防需求等功能性產(chǎn)品和技術(shù)將是未來重點。

全新天然植物源農(nóng)藥CE苦參堿的推出，因其具有效果突出、應(yīng)用成本低、安全性高、無殘留、對環(huán)境更友好等特點，解決了傳統(tǒng)化學(xué)藥劑抗性增加快、防效降低、農(nóng)藥殘留高以及對環(huán)境不安全等痛點，為食品安全和農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全提供堅實的技術(shù)保障，為維系生物多樣性、減輕環(huán)境壓力和提高生物安全，為實現(xiàn)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的價值提升和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展作出貢獻(xiàn)，以促進(jìn)生物農(nóng)業(yè)的健康發(fā)展。

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