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植物源殺菌劑研究進(jìn)展

自20世紀(jì)40年代以來，化學(xué)農(nóng)藥因其品種多、見效快、使用方便、價(jià)格低廉等特點(diǎn)而在農(nóng)藥市場(chǎng)中占據(jù)主導(dǎo)地位。然而，由于人們對(duì)化學(xué)農(nóng)藥的不合理使用和農(nóng)藥本身固有的缺點(diǎn)。致使化學(xué)農(nóng)藥在使用中產(chǎn)生了環(huán)境污染、人畜中毒、農(nóng)藥殘留等問題。隨著人們生活質(zhì)量的提高和環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)．開發(fā)對(duì)人畜安全、無污染、低毒、低殘留的生物農(nóng)藥已成為農(nóng)藥領(lǐng)域研究的新熱點(diǎn)。 植物源農(nóng)藥作為生物合理性農(nóng)藥的一部分，其開發(fā)研究一直是新農(nóng)藥研究的熱點(diǎn)課題之一。植物源農(nóng)藥來源于自然，能在自然界降解．一般不會(huì)污染環(huán)境及農(nóng)產(chǎn)品，在環(huán)境和人體中積累毒性的可能性不大，對(duì)人和牲畜相對(duì)安全，對(duì)害蟲天敵傷害小，具有低毒、低殘留的特點(diǎn)，能夠保持農(nóng)產(chǎn)品的高品質(zhì)，因此植物源農(nóng)藥具有廣闊的市場(chǎng)。近幾年，對(duì)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(jī)理及商品化等方面，而有關(guān)植物源殺菌劑的研究相對(duì)薄弱?！吨袊赁r(nóng)藥志》(科學(xué)出版社，1959)共記述植物性農(nóng)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(xué)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(nóng)藥利用。因此，開發(fā)利用我國豐富的植物資源用于有害生物的防治具有深遠(yuǎn)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(chǎn)生的次生代謝產(chǎn)物超過40萬種，其中的大多數(shù)化學(xué)物質(zhì)如萜烯類、生物堿、類黃酮、甾體、酚類、獨(dú)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(rèn)為是化學(xué)合成殺菌劑替代品最好的開發(fā)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(fēng)草等。 近年來，國內(nèi)外植保工作者對(duì)抗菌植物資源種類進(jìn)行了大量調(diào)查研究，發(fā)現(xiàn)了一些具有抗菌活性的植物。Wilkins等曾報(bào)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(guān)蛋白質(zhì)、有機(jī)酸和酚類化合物等均具有殺菌或抗菌活性。Karade等發(fā)現(xiàn)薄荷提取物對(duì)鏈格孢菌有抗菌活性。Rastegar等研究發(fā)現(xiàn)藏茴香對(duì)瓜果腐霉和立枯絲核菌有抑菌活性。Khallil發(fā)現(xiàn)丁子香水提取物對(duì)Altemaria solani和Saprolegnia parasitica有抑菌活性；蘇格蘭農(nóng)學(xué)院從常用于烹調(diào)、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(duì)白粉病、眼點(diǎn)病和葉斑病有效，為今后從事該方面的研究提供了一個(gè)尋找植物源殺菌劑的有效途徑。 近幾年來，國內(nèi)外許多學(xué)者調(diào)查和研究了一些植物提取物的抗菌、殺菌活性。張應(yīng)烙等通過井岡山47種植物丙酮提取物對(duì)幾種病原菌的抑菌生物活性測(cè)定，發(fā)現(xiàn)山雞椒、凹葉厚樸和深山含笑提取物中含有農(nóng)用抗菌成分，且抑菌譜較廣，作為植物源殺菌劑值得進(jìn)一步研究。西北農(nóng)林科技大學(xué)無公害農(nóng)藥研究服務(wù)中心對(duì)西北地N200余種植物的殺菌活性進(jìn)行了初步篩選，綜合分析認(rèn)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(duì)49種植物粗提物進(jìn)行了生物活性篩選，結(jié)果表明，油茶和辣蓼粗提物的抑菌活性較高，有必要進(jìn)一步對(duì)其不同組分進(jìn)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(duì)葡萄霜霉病菌的游動(dòng)孢子囊萌發(fā)抑制率和接種葉圓盤的發(fā)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(duì)9種中藥乙醇提取物進(jìn)行抗龍膽斑枯菌活性試驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)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(zhì)量濃度小于0．1 g／mL。具有較強(qiáng)的抗龍膽斑枯病菌作用。于平儒等采用生長(zhǎng)速率法測(cè)定了28種植物丙酮提取物的離體抑菌活性．發(fā)現(xiàn)拔葜的抑菌活性突出。Deepak等測(cè)試了40種植物的甲醇提取液對(duì)引起珍珠稷霜霉病的粟白發(fā)菌的抗孢子形成作用，發(fā)現(xiàn)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(dāng)．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(xiàn)出較強(qiáng)的抗孢子形成作用。此外。傘形科、衛(wèi)矛科、葫蘆科、?？频戎参锏目咕⒕钚跃羞^報(bào)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(qū)4種紅樹植物的根、莖分別用95％乙醇浸提，發(fā)現(xiàn)其浸提物對(duì)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(nóng)藥活性的先導(dǎo)化合物，而活性物質(zhì)的化學(xué)結(jié)構(gòu)鑒定是植物源殺菌劑研究的基礎(chǔ)工作?，F(xiàn)代色譜分離技術(shù)(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(xué)結(jié)構(gòu)鑒定技術(shù)(如NMR，MS和X一射線衍射等)的發(fā)展及在天然產(chǎn)物有效成分的分離和結(jié)構(gòu)鑒定中的應(yīng)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(jìn)展。 Picman等用45種來自植物的萜類物質(zhì)對(duì)鐮刀菌進(jìn)行抗菌試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)50％以上的萜類物質(zhì)有很好的抑菌作用。研究人員Benner和Tahara發(fā)現(xiàn)蒲公英中的一種倍半萜具有抗菌活性。Aruzzellahe對(duì)多種香精油殺菌活性系統(tǒng)的測(cè)試發(fā)現(xiàn)，多種植物香精油能抑制真菌的生長(zhǎng)。 除此之外，植物體中還存在許多有待于開發(fā)利用的抑制真菌的蛋白類物質(zhì)。胡忠等從天麻的頂生球莖中分離并純化得到一種對(duì)腐生真菌有強(qiáng)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(duì)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(jīng)過酶解、水解等可得到較好的抑菌活性物質(zhì)。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(chǎn)物，在對(duì)8種真菌的抑菌活性研究中發(fā)現(xiàn)。芥子油苷本身不具有抑菌活性，但其酶解產(chǎn)物對(duì)立枯絲核菌、腐霉菌具有抑菌活性。 目前發(fā)現(xiàn)的植物中的殺(抑)菌活性成分，其結(jié)構(gòu)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(jī)酸及精油類等化合物(見表2)。國外學(xué)者對(duì)植物精油的抗菌、殺菌活性及其化學(xué)成分研究報(bào)道較多，江志利等也對(duì)植物精油在植物保護(hù)中的作用做了系統(tǒng)論述。植物精油的生物活性很高，其應(yīng)用不僅僅局限于傳統(tǒng)的醫(yī)藥、食品、煙酒、日用化學(xué)等工業(yè)，在植物保護(hù)中已展現(xiàn)出很強(qiáng)的實(shí)力。因此，植物精油作為植物源殺菌劑類農(nóng)藥具有潛在的價(jià)值和廣闊的市場(chǎng)。 3抑菌作用機(jī)理的研究 目前對(duì)植物源殺菌劑的抑菌或殺菌作用機(jī)理研究較少。一些研究表明，植物源抑(殺)菌物質(zhì)可作用于菌體細(xì)胞的多個(gè)結(jié)構(gòu)。Nguefack等通過流式細(xì)胞分析術(shù)研究了3種植物精油對(duì)無害利斯特菌(Listeria innocua)的抑制作用機(jī)理是精油可增加細(xì)胞膜的滲透性，丁香羅勒精油㈣可以使白假絲酵母菌的細(xì)胞壁增厚、分離，影響細(xì)胞壁的完整性．進(jìn)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(duì)寄主植物的防御系統(tǒng)起活化作用。Karavaev等研究發(fā)現(xiàn)歐洲防風(fēng)草和紫草葉子提取物強(qiáng)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(fā)，認(rèn)為植物提取物激發(fā)了小麥自身的合成系統(tǒng)，從而使得光合系統(tǒng)Ⅱ釋放氧氣。劉學(xué)端等對(duì)天然植物性農(nóng)藥MHll24的作用機(jī)理進(jìn)行了研究．結(jié)果表明MHll24對(duì)TMV和CMV有強(qiáng)烈的體外鈍化作用，并能明顯抑制其在煙草植株體內(nèi)的增殖，同時(shí)該藥劑能顯著提高煙草植株體內(nèi)過氧化物酶的活性；陳紅兵等發(fā)現(xiàn)萬壽菊根的提取物可明顯抑制西瓜枯萎病菌菌絲生長(zhǎng)，同時(shí)該提取物能誘導(dǎo)西瓜保護(hù)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(duì)西瓜幼苗的毒害作用。 4問題與展望 4．1加強(qiáng)對(duì)植物源復(fù)配殺菌劑的研究，保護(hù)殺菌植物資源 單一殺菌劑開發(fā)成本高，用時(shí)長(zhǎng)，耗資巨大．而且用量大，長(zhǎng)期使用病菌易產(chǎn)生抗藥性；開發(fā)復(fù)配殺菌劑不但成本低，用量少，而且相對(duì)單一殺菌劑來說，可以提高其藥效，同時(shí)可以擴(kuò)大殺菌譜．降低用藥量，使植物病害難以產(chǎn)生抗藥性。因此。通過不同殺菌植物提取物之間的復(fù)配，不但能提高殺菌效果，還可以避免對(duì)原料的過度使用；同時(shí)重視珍惜植物，實(shí)行科學(xué)合理有計(jì)劃的采挖．加強(qiáng)人工培育，保證野生植物資源的可持續(xù)利用。并通過生物技術(shù)手段如植物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)、發(fā)狀根培養(yǎng)技術(shù)、內(nèi)生真菌培養(yǎng)技術(shù)等大量培養(yǎng)殺菌植物。從而減少對(duì)野生植物資源的利用。 4．2重視開發(fā)植物源殺菌劑新劑型。減少對(duì)環(huán)境的污染 目前我國農(nóng)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(jī)溶劑．不但對(duì)人畜有毒，污染環(huán)境，且易燃、易爆．因此，在生產(chǎn)、貯運(yùn)和使用中都不安全，發(fā)達(dá)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(huán)境，農(nóng)藥有效利用率低，一般只有20％的粉劑沉積在目標(biāo)生物上且葉面附著性差，易被風(fēng)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(chǎn)和使用呈下降趨勢(shì)。近年來出現(xiàn)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(jī)溶劑，制劑中也不含固體填料，大大減輕了對(duì)環(huán)境的壓力。懸浮劑以水為基質(zhì)，無粉塵危害，對(duì)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(nóng)藥新劑型對(duì)環(huán)境造成的污染小，且對(duì)人畜安全，是行之有效的綠色環(huán)保劑型。 4．3對(duì)植物源活性物質(zhì)進(jìn)行結(jié)構(gòu)鑒定。設(shè)計(jì)合成新農(nóng)藥 目前國內(nèi)對(duì)植物源殺菌劑的研究主要是從天然化合物中尋找農(nóng)藥活性化合物，直接將含農(nóng)藥活性物質(zhì)的植物或提取其有效成分加工成農(nóng)藥；或者將不同植物活性成分進(jìn)行有機(jī)和合理配伍后加工成農(nóng)藥。然而從天然植物中提取活性物質(zhì)并進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)化的限制。同一種植物不同品種、同一品種因產(chǎn)地及生態(tài)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(shí)植物在栽培過程中易受自然環(huán)境影響，使產(chǎn)量和質(zhì)量難以控制。因此，以植物源活性成分為先導(dǎo)物，合成農(nóng)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(zhì)的化學(xué)結(jié)構(gòu)鑒定是其研究基礎(chǔ)。運(yùn)用現(xiàn)代色譜分離技術(shù)和波譜化學(xué)結(jié)構(gòu)鑒定技術(shù)對(duì)殺菌植物中的活性物質(zhì)進(jìn)行化學(xué)結(jié)構(gòu)鑒定，并深入進(jìn)行構(gòu)效關(guān)系的研究．這對(duì)于新型農(nóng)藥設(shè)計(jì)合成具有重要的指導(dǎo)意義。 總之，植物源殺菌劑具有作用廣譜、無明顯的脊椎動(dòng)物毒性或植物毒性、環(huán)境降解迅速且資源豐富、可再生等優(yōu)點(diǎn)。尤其是熱帶植物中許多具應(yīng)用前景的植物源殺菌活性成分尚未開發(fā)，因此對(duì)植物源殺菌劑的開發(fā)和應(yīng)用具有非常廣闊的前景。