植物源農(nóng)藥的研究現(xiàn)狀

植物源農(nóng)藥的研究現(xiàn)狀

自半個(gè)世紀(jì)以來(lái)，化學(xué)農(nóng)藥具有其高效、快速的特點(diǎn)，在預(yù)防和控制病蟲(chóng)害方面發(fā)揮了重要作用，但由于長(zhǎng)期不適當(dāng)?shù)氖褂茫浔锥艘苍絹?lái)越明顯。例如，對(duì)環(huán)境質(zhì)量的污染、對(duì)非目標(biāo)生物的影響、“三r”（即害蟲(chóng)的抗逆性、藥物殘留和猖獗）等。目前,許多高毒性、高殘留、持久性農(nóng)藥已被禁止使用。同時(shí),由于開(kāi)發(fā)新農(nóng)藥的難度加大,使得植物源農(nóng)藥發(fā)展有了新的契機(jī)。由于植物源農(nóng)藥來(lái)源于自然界,取材廣泛,對(duì)人、畜安全,在環(huán)境中殘留較低,不易引起抗藥性,在自然環(huán)境中易于降解,因此,植物源農(nóng)藥的研究與開(kāi)發(fā)是當(dāng)今農(nóng)藥研究與開(kāi)發(fā)的一個(gè)重要方面。植物是生物活性化合物的天然寶庫(kù),其產(chǎn)生的次生代謝物質(zhì)超過(guò)40萬(wàn)種,主要涉及的殺蟲(chóng)活性物質(zhì)有萜烯類、生物堿、類黃酮、甾體、酚類、獨(dú)特的氨基酸和多糖等。殺蟲(chóng)植物的種類很多,但目前對(duì)植物源農(nóng)藥的研究主要集中在總的提取物及其藥效分析,沒(méi)有明確具體的哪一種活性成分的作用機(jī)理。目前,植物源農(nóng)藥研究的主流在于為創(chuàng)制新農(nóng)藥探索具有生物活性的先導(dǎo)化合物,進(jìn)行類推合成。所有這些工作的基礎(chǔ)必需了解植物源農(nóng)藥的殺蟲(chóng)機(jī)理。本文就植物源農(nóng)藥的殺蟲(chóng)機(jī)理進(jìn)行了綜述。1植物來(lái)源和農(nóng)藥的作用1.1精油的快速燃燒活性成分植物對(duì)昆蟲(chóng)最直接、最有效的作用方式就是毒殺作用。包括觸殺作用、熏殺作用、胃毒作用和內(nèi)吸毒殺作用等。植物次生代謝產(chǎn)物中的精油對(duì)昆蟲(chóng)有熏蒸作用,日本扁柏葉(Chamaecyparisobtusa)精油對(duì)綠豆象(Callosobruchuschinensis)成蟲(chóng)有強(qiáng)烈的熏蒸作用。精油中的三種主要成分乙酸龍腦酯、α-水芹烯和異松油烯對(duì)綠豆象成蟲(chóng)和玉米象(Sitophiluszeamais)成蟲(chóng)均表現(xiàn)出強(qiáng)烈的觸殺和熏蒸活性。肉桂(Cinnamomumcassia)油對(duì)黃粉蟲(chóng)(Tenebriomolitor)的卵有急性毒殺作用,而且鑒定出其主要活性成分為肉桂醛。大蒜(Alliumsativum)精油對(duì)赤擬谷盜(Triboliumcastaneum)、玉米象有很好的毒殺效果。精油中的兩種成分甲基烯丙基二硫化物和二烯丙基三硫化物對(duì)赤擬谷盜和玉米象有明顯的毒殺作用。而且,二烯丙基三硫化物對(duì)這兩種儲(chǔ)糧害蟲(chóng)毒殺作用比甲基烯丙基二硫化物強(qiáng)。唇萼薄荷(Menthapulegium)和密生牛至(Origanumcompactum)油對(duì)小麥癭蚊(Mayetioladestructor)成蟲(chóng)和卵具有極強(qiáng)毒殺活性。1.2植物源藥物的驅(qū)避效果具有驅(qū)避作用和拒食作用的物質(zhì)并不直接殺死害蟲(chóng),而是允許其存在,但是迫使害蟲(chóng)轉(zhuǎn)移選擇目標(biāo)。任何生物的行為都是在接受體內(nèi)外信息后,由神經(jīng)系統(tǒng)和肌肉系統(tǒng)綜合反應(yīng)的結(jié)果,能夠被外來(lái)化學(xué)物質(zhì)所調(diào)節(jié)。具有驅(qū)避和拒食作用的物質(zhì)即是改變害蟲(chóng)的體內(nèi)外信息,然后影響神經(jīng),迫使害蟲(chóng)做出驅(qū)避和拒食的行為。黃樟(Cinnamomumcarphora)油、肉桂油、八角(Luiciumverum)油對(duì)赤擬谷盜成蟲(chóng)有很強(qiáng)的驅(qū)避作用,其中黃樟油的作用效果比較明顯。菊蒿(Tanacetumaulgare)精油對(duì)馬鈴薯甲蟲(chóng)(Leptinotarsadecemlineata)有強(qiáng)烈的忌避作用,其部分活性成分單體對(duì)此蟲(chóng)的忌避效果為:1,8-桉葉素>乙酸冰片酸>對(duì)-傘花烴>γ-萜烯=樟腦。松節(jié)(Pinustabulaeformis)油對(duì)對(duì)白紋伊蚊(Aedesalbopictus)和中華按蚊(Anophelessinensis)有良好的忌避效果,其主要成分是含萜類的化合物。野薄荷(Menthaarvensis)的莖葉精油對(duì)白紋伊蚊有4~6h的驅(qū)避效果,從其中分離出的有效成分為d-8-乙酰氧基別二氫葛縷酮對(duì)蠓、蚋、蛇的驅(qū)避效果更好。1,8-桉葉素對(duì)埃及伊蚊(Aedesaegypti)的幼蟲(chóng)無(wú)毒殺作用,但對(duì)成蟲(chóng)產(chǎn)卵卻有顯著的忌避效果。由于許多精油具有驅(qū)避作用,故可用來(lái)制作驅(qū)蚊劑,可以充分發(fā)揮精油的資源優(yōu)勢(shì)和綠色環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)。植物源殺蟲(chóng)劑作用于昆蟲(chóng)的味覺(jué)器官,抑制昆蟲(chóng)的取食行為,雖不直接殺死昆蟲(chóng),但可使昆蟲(chóng)的取食量降低或造成其不再取食,甚至饑餓死亡?；胰~當(dāng)歸(Angelicaglauca)和葛蒲(Acoruscalamus)的精油對(duì)斜紋夜蛾(Spodopteralitura)的拒食效果明顯。甜橙(Citrussinensis)油、玳玳(Citrusaurantium)花油和砂地柏(Sabinavulgaris)果實(shí)油對(duì)粘蟲(chóng)(Leucaniaseparata)的拒食活性高達(dá)90%以上;八角茴香(Illiciumveram)果實(shí)油、山蒼子(Litseacubeba)果實(shí)油等10種精油對(duì)小菜蛾(Plutellaxylostella)具有一定的拒食活性,其中八角茴香果實(shí)油的拒食活性最高達(dá)64.1%;薄荷(Menthahaplocalyx)油、香葉天葵(Pelargoniumgraveolens)油等7種精油對(duì)玉米象的種群抑制率為100%?？嗥ぬ?Celastrusangulatus)素對(duì)東亞飛蝗(Locusta?migratoriamanilensis)、小菜蛾(Plutellaxylostella)幼蟲(chóng)、草地粘蟲(chóng)具有高度拒食活性;鬧羊花(Rhodendronmolle)素Ⅲ對(duì)草地夜蛾(Spdopterafrugiperda)和馬鈴薯甲蟲(chóng)也具有很強(qiáng)的拒食作用;而茵陳蒿(Artemisiacapillaris)精油對(duì)菜粉蝶(pierisrapae)、茼蒿(Chrysanthemumcoronarium)精油對(duì)菜粉蝶幼蟲(chóng)(即菜青蟲(chóng))等均具有強(qiáng)烈的拒食作用。1.3植物源農(nóng)藥對(duì)菜青蟲(chóng)發(fā)育的影響植物精油抑制某些昆蟲(chóng)的生長(zhǎng)發(fā)育,如延長(zhǎng)幼蟲(chóng)發(fā)育歷期,減少產(chǎn)卵數(shù),增加死亡率或引起不正常的變態(tài)等。用肉桂油點(diǎn)滴處理黃粉蟲(chóng)幼蟲(chóng),發(fā)現(xiàn)肉桂油能明顯抑制其幼蟲(chóng)的生長(zhǎng),并嚴(yán)重干擾黃粉蟲(chóng)幼蟲(chóng)的水分代謝和蛻皮過(guò)程,從而導(dǎo)致幼蟲(chóng)死亡。姜(Zingibeofficinale)油可干擾赤擬谷盜正常的發(fā)育和繁殖,使大多數(shù)昆蟲(chóng)不能化蛹而死亡,或發(fā)育成畸形蛹和畸形成蟲(chóng)。金腰箭(Synedrellanodiflora)葉的甲醇提取物對(duì)菜青蟲(chóng)生長(zhǎng)發(fā)育具有較高的抑制效果。用10000μg/mL金腰箭葉的甲醇提取物處理后的甘藍(lán)葉片飼喂5齡幼蟲(chóng),其蟲(chóng)體質(zhì)量在處理后2~3天下降到對(duì)照的1/3,取食不同濃度金腰箭葉的甲醇提取物處理的葉片菜青蟲(chóng)化蛹數(shù)均明顯少于對(duì)照,且化蛹高峰期比對(duì)照延遲;10000μg/mL處理濃度下菜青蟲(chóng)幾乎不化蛹。植物源農(nóng)藥對(duì)于昆蟲(chóng)的生長(zhǎng)、發(fā)育及變態(tài)等一般都有影響,這就延長(zhǎng)了幼蟲(chóng)生長(zhǎng)期、減少存活率、引起不正常變態(tài)、減少產(chǎn)卵數(shù)及孵化率等,在害蟲(chóng)的整個(gè)生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中起到主導(dǎo)調(diào)節(jié)作用,從而引起昆蟲(chóng)在生長(zhǎng)發(fā)育階段上的許多不正?，F(xiàn)象。把這些植物次生代謝物質(zhì)應(yīng)用于害蟲(chóng)的防治中,對(duì)害蟲(chóng)的綜合治理有指導(dǎo)意義。1.4大植物源昆蟲(chóng)對(duì)赤擬谷盜的誘變效果昆蟲(chóng)與植物長(zhǎng)期進(jìn)化過(guò)程中,植物為昆蟲(chóng)提供良好的食物源,植物次生代謝物質(zhì)對(duì)昆蟲(chóng)具有顯著的引誘作用。植物次生代謝物質(zhì)對(duì)害蟲(chóng)的引誘作用是緣于這些植物次生物質(zhì)是昆蟲(chóng)信息素合成的前體物質(zhì)或者直接被昆蟲(chóng)利用作為信息素的主要成分。燕麥油和麥芽油可吸引米象,稻米油、大豆油、燕麥油、麥芽油和玉米油對(duì)赤擬谷盜都具有引誘作用;由大豆油和麥芽油組成的一種混合物對(duì)赤擬谷盜具有很強(qiáng)的吸引作用,而對(duì)米象則沒(méi)有吸引作用;由大豆油和麥芽油組成的商品與信息素4,8-二甲基癸醛的混合使用,對(duì)赤擬谷盜的引誘作用超過(guò)單獨(dú)使用信息素或該種商品。黃杉大痣小蜂(Megastigmusspermotrophus)雄蟲(chóng)對(duì)乙醛、苦橙油醇、胡椒酮、金合歡醇等反應(yīng)敏感,而馬鞭草烯醇、香芹酮?jiǎng)t對(duì)其兩性昆蟲(chóng)均有較長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)的電生理反應(yīng)。利用當(dāng)歸(Argelicasinensis)種子和根的精油是非常有效的引誘劑這一特性,美國(guó)50年代末很成功的防治了佛羅里達(dá)州發(fā)生的地中海果蠅(Ceratitiscapitata)的嚴(yán)重災(zāi)害。經(jīng)鑒定,當(dāng)歸種子和根的精油中具有引誘特性的有效成分為6-(E)-壬烯酸甲酯和6-(E)-壬烯酸。根據(jù)植物源殺蟲(chóng)劑對(duì)昆蟲(chóng)具有的引誘特性,可以用來(lái)監(jiān)測(cè)害蟲(chóng)、誘捕害蟲(chóng);同時(shí),還可利用次生代謝物對(duì)昆蟲(chóng)的引誘作用來(lái)研究昆蟲(chóng)的飛翔行為,從而揭示昆蟲(chóng)的生物學(xué)習(xí)性。2植物源昆蟲(chóng)的作用機(jī)制2.1川吾素tosendain對(duì)昆蟲(chóng)的作用許多植物源殺蟲(chóng)劑都可以干擾害蟲(chóng)的生長(zhǎng)發(fā)育,導(dǎo)致昆蟲(chóng)生長(zhǎng)發(fā)育出現(xiàn)異常。也有植物次生代謝物對(duì)昆蟲(chóng)的消化系統(tǒng)進(jìn)行破壞,這必將導(dǎo)致昆蟲(chóng)營(yíng)養(yǎng)不良,生長(zhǎng)減慢,乃至死亡。印楝素(Azadirachtin)主要是擾亂昆蟲(chóng)內(nèi)分泌系統(tǒng),影響促前胸腺激素(PTTH)的合成與釋放,減低前胸腺對(duì)PTTH的感應(yīng)而造成20-羥基蛻皮酮的合成、分泌的不足,致使昆蟲(chóng)變態(tài)發(fā)育受阻。川楝素(Toosendanin)對(duì)各種害蟲(chóng)具有強(qiáng)烈的拒食、胃毒、抑制生長(zhǎng)發(fā)育等作用。研究證明,昆蟲(chóng)拒食的產(chǎn)生主要原因是這些藥劑抑制了昆蟲(chóng)口器的化學(xué)感受器,如川楝素對(duì)粘蟲(chóng)幼蟲(chóng)下顎須丹錐感受器和下顎瘤狀體栓錐感受器的抑制,從而阻止了神經(jīng)傳導(dǎo),使其取食刺激信息的傳遞受阻,導(dǎo)致昆蟲(chóng)失去味覺(jué)功能而表現(xiàn)出拒食反應(yīng)?？嗥ぬ偎?Celangulin)V對(duì)昆蟲(chóng)的胃毒作用主要是由于其破壞了中腸細(xì)胞質(zhì)和消化酶的影響。蓼二醛(8,(-)polygodial)對(duì)菜粉蝶幼蟲(chóng)下顎外顎葉上的中央栓錐感器內(nèi)的拒食細(xì)胞有激活作用,將非食信號(hào)傳入中樞神經(jīng)系統(tǒng),繼而產(chǎn)生拒食行為。蓼二醛對(duì)側(cè)邊栓椎感器上的糖感受細(xì)胞、氨基酸感受細(xì)胞和芥子油甙感受細(xì)胞有較強(qiáng)的抑制作用,可能是蓼二醛上存在的不飽和鍵在感受細(xì)胞的樹(shù)突膜上爭(zhēng)奪巰基致使后者失活的結(jié)果。2.2氫呋喃脂肪酸酯類物質(zhì)呼吸代謝是昆蟲(chóng)利用營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),產(chǎn)生能量,維持生命活動(dòng)和繁衍種群的基礎(chǔ)生化過(guò)程。早期作用于昆蟲(chóng)呼吸系統(tǒng)的植物殺蟲(chóng)劑主要是魚(yú)藤酮(Rotenone),其作用部位在NDAH-輔酶Q之間,使電子傳導(dǎo)受阻,影響ATP合成。而奈醌類物質(zhì)則作用于線粒體復(fù)合體,抑制昆蟲(chóng)的呼吸。四氫呋喃脂肪酸內(nèi)酯是強(qiáng)烈的呼吸毒劑,從番荔枝(Annonasquamosa)和巴婆(Asiminatriloba)分離出集中主要的殺蟲(chóng)成分都是都具有四氫呋喃脂肪酸內(nèi)酯的結(jié)構(gòu)。魚(yú)藤酮作用于NADH2輔酶Q氧化還原酶偶聯(lián)位點(diǎn),并抑制了氧化磷酸化。2.3除蟲(chóng)菊酯類植物精油高濃度煙堿(Nicotine)的毒殺作用源于對(duì)乙酰膽堿受體產(chǎn)生脫敏性抑制,使神經(jīng)沖動(dòng)傳導(dǎo)受阻。博落堿的毒殺主要在于對(duì)乙酰膽酯酶(Acetylcholinesterase,AChE)的抑制。除蟲(chóng)菊酯(Pyrethrins)對(duì)周圍神經(jīng)系統(tǒng)、中樞神經(jīng)系統(tǒng)及其它器官組織(主要是肌肉)同時(shí)起作用。而且除蟲(chóng)菊酯還作用于鈉離子通道,引起神經(jīng)細(xì)胞的重復(fù)開(kāi)放,最終導(dǎo)致害蟲(chóng)麻痹、死亡。此外,除蟲(chóng)菊酯對(duì)突觸體上ATP酶的活性也有影響。黑胡椒(Pipernigrum)、千日菊(Spilanthesacmella)等植物中所含的胡椒酰胺類殺蟲(chóng)物質(zhì)也具有神經(jīng)毒素的作用。植物精油作用于害蟲(chóng)的靶標(biāo)位點(diǎn)可能是AChE。單萜類物質(zhì)對(duì)害蟲(chóng)體內(nèi)AChE酶活性有明顯的抑制作用。AChE可能是精油對(duì)鋸谷盜(Oryzaephilussurinamensis)的靶標(biāo)位點(diǎn)。豬毛蒿(Artemisiascoparia)精油的活性成分茵陳二炔對(duì)赤擬谷盜、玉米象、谷蠹(Rhyzoperthadominica)等害蟲(chóng)的AChE有影響。17種精油成分(含甲氧基骨架的單萜)對(duì)AChE有抑制活性,萜酮結(jié)構(gòu)的抑制活性比萜醇和萜烴高,提出單萜可競(jìng)爭(zhēng)抑制AChE的活性;5種單萜類物質(zhì)對(duì)電鰻和赤擬谷盜離體條件下AChE的活性的抑制,發(fā)現(xiàn)1,8-桉葉素是電鰻AChE最具潛力的抑制劑,這種抑制方式可能是精油和單萜類物質(zhì)對(duì)倉(cāng)庫(kù)害蟲(chóng)熏蒸毒性的一種模式。2.4ph值、-烯類及酰胺類化生物酶活性的變化羧酸酯酶(CarE)和谷胱甘肽-S-轉(zhuǎn)移酶(GSTs)可能參與植物精油在昆蟲(chóng)體內(nèi)的代謝活動(dòng)。用熏衣草(lavandulaangustifoliar)精油分別處理鋸谷盜的甲基毒死蜱抗性品系和敏感品系VOS48,結(jié)果發(fā)現(xiàn)QVOS102的CarE和GSTs活性分別比VOS48高出30.5倍和2.61倍。說(shuō)明了熏衣草精油影響了鋸谷盜GSTs、CarE兩種代謝酶的活性,對(duì)CarE的影響尤其大。氧肟酸(hydroxamicacid)是禾本植物的一類重要次生代謝物質(zhì),丁布(DIMBOA)是其中的一種。丁布能干擾蚜蟲(chóng)(Rhopalosiphumpadi)體內(nèi)酯酶或GSTs的活性,降低蚜蟲(chóng)對(duì)殺蟲(chóng)劑的抵抗力。植物精油或單萜類物質(zhì)可能被細(xì)胞色素P450酶(CytochromeP450,CytP450)和艾氏劑環(huán)氧酶(Aldrinepoxidase,AE)所降解。CytP450參與了Pyrgo甲蟲(chóng)(Paropsisternatigrina)對(duì)1,8-桉葉素的代謝,使其成為2β-羥基桉葉素。帶著一個(gè)羥基化功能組的單萜類物質(zhì)顯著地降低了蚜蟲(chóng)CytP450和AE的酶活性;α-蒎烯在粘蟲(chóng)中腸內(nèi)顯著減少。鋸谷盜甲基毒死蜱抗性品系比敏感品系體CytP450和AE的濃度分別高出12.5倍和2