植物源農(nóng)藥的研究現(xiàn)狀

植物源農(nóng)藥的研究現(xiàn)狀

自半個世紀(jì)以來，化學(xué)農(nóng)藥具有其高效、快速的特點，在預(yù)防和控制病蟲害方面發(fā)揮了重要作用，但由于長期不適當(dāng)?shù)氖褂?，其弊端也越來越明顯。例如，對環(huán)境質(zhì)量的污染、對非目標(biāo)生物的影響、“三r”（即害蟲的抗逆性、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,由于開發(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。由于植物源農(nóng)藥來源于自然界,取材廣泛,對人、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)藥的研究與開發(fā)是當(dāng)今農(nóng)藥研究與開發(fā)的一個重要方面。植物是生物活性化合物的天然寶庫,其產(chǎn)生的次生代謝物質(zhì)超過40萬種,主要涉及的殺蟲活性物質(zhì)有萜烯類、生物堿、類黃酮、甾體、酚類、獨特的氨基酸和多糖等。殺蟲植物的種類很多,但目前對植物源農(nóng)藥的研究主要集中在總的提取物及其藥效分析,沒有明確具體的哪一種活性成分的作用機理。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)藥的殺蟲機理。本文就植物源農(nóng)藥的殺蟲機理進行了綜述。1植物來源和農(nóng)藥的作用1.1精油的快速燃燒活性成分植物對昆蟲最直接、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)物中的精油對昆蟲有熏蒸作用,日本扁柏葉(Chamaecyparisobtusa)精油對綠豆象(Callosobruchuschinensis)成蟲有強烈的熏蒸作用。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綠豆象成蟲和玉米象(Sitophiluszeamais)成蟲均表現(xiàn)出強烈的觸殺和熏蒸活性。肉桂(Cinnamomumcassia)油對黃粉蟲(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這兩種儲糧害蟲毒殺作用比甲基烯丙基二硫化物強。唇萼薄荷(Menthapulegium)和密生牛至(Origanumcompactum)油對小麥癭蚊(Mayetioladestructor)成蟲和卵具有極強毒殺活性。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,而是允許其存在,但是迫使害蟲轉(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)即是改變害蟲的體內(nèi)外信息,然后影響神經(jīng),迫使害蟲做出驅(qū)避和拒食的行為。黃樟(Cinnamomumcarphora)油、肉桂油、八角(Luiciumverum)油對赤擬谷盜成蟲有很強的驅(qū)避作用,其中黃樟油的作用效果比較明顯。菊蒿(Tanacetumaulgare)精油對馬鈴薯甲蟲(Leptinotarsadecemlineata)有強烈的忌避作用,其部分活性成分單體對此蟲的忌避效果為:1,8-桉葉素>乙酸冰片酸>對-傘花烴>γ-萜烯=樟腦。松節(jié)(Pinustabulaeformis)油對對白紋伊蚊(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蠓、蚋、蛇的驅(qū)避效果更好。1,8-桉葉素對埃及伊蚊(Aedesaegypti)的幼蟲無毒殺作用,但對成蟲產(chǎn)卵卻有顯著的忌避效果。由于許多精油具有驅(qū)避作用,故可用來制作驅(qū)蚊劑,可以充分發(fā)揮精油的資源優(yōu)勢和綠色環(huán)保的優(yōu)點。植物源殺蟲劑作用于昆蟲的味覺器官,抑制昆蟲的取食行為,雖不直接殺死昆蟲,但可使昆蟲的取食量降低或造成其不再取食,甚至饑餓死亡。灰葉當(dāng)歸(Angelicaglauca)和葛蒲(Acoruscalamus)的精油對斜紋夜蛾(Spodopteralitura)的拒食效果明顯。甜橙(Citrussinensis)油、玳玳(Citrusaurantium)花油和砂地柏(Sabinavulgaris)果實油對粘蟲(Leucaniaseparata)的拒食活性高達90%以上;八角茴香(Illiciumveram)果實油、山蒼子(Litseacubeba)果實油等10種精油對小菜蛾(Plutellaxylostella)具有一定的拒食活性,其中八角茴香果實油的拒食活性最高達64.1%;薄荷(Menthahaplocalyx)油、香葉天葵(Pelargoniumgraveolens)油等7種精油對玉米象的種群抑制率為100%?？嗥ぬ?Celastrusangulatus)素對東亞飛蝗(Locusta?migratoriamanilensis)、小菜蛾(Plutellaxylostella)幼蟲、草地粘蟲具有高度拒食活性;鬧羊花(Rhodendronmolle)素Ⅲ對草地夜蛾(Spdopterafrugiperda)和馬鈴薯甲蟲也具有很強的拒食作用;而茵陳蒿(Artemisiacapillaris)精油對菜粉蝶(pierisrapae)、茼蒿(Chrysanthemumcoronarium)精油對菜粉蝶幼蟲(即菜青蟲)等均具有強烈的拒食作用。1.3植物源農(nóng)藥對菜青蟲發(fā)育的影響植物精油抑制某些昆蟲的生長發(fā)育,如延長幼蟲發(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。用肉桂油點滴處理黃粉蟲幼蟲,發(fā)現(xiàn)肉桂油能明顯抑制其幼蟲的生長,并嚴(yán)重干擾黃粉蟲幼蟲的水分代謝和蛻皮過程,從而導(dǎo)致幼蟲死亡。姜(Zingibeofficinale)油可干擾赤擬谷盜正常的發(fā)育和繁殖,使大多數(shù)昆蟲不能化蛹而死亡,或發(fā)育成畸形蛹和畸形成蟲。金腰箭(Synedrellanodiflora)葉的甲醇提取物對菜青蟲生長發(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葉片飼喂5齡幼蟲,其蟲體質(zhì)量在處理后2~3天下降到對照的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化蛹數(shù)均明顯少于對照,且化蛹高峰期比對照延遲;10000μg/mL處理濃度下菜青蟲幾乎不化蛹。植物源農(nóng)藥對于昆蟲的生長、發(fā)育及變態(tài)等一般都有影響,這就延長了幼蟲生長期、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,在害蟲的整個生長發(fā)育過程中起到主導(dǎo)調(diào)節(jié)作用,從而引起昆蟲在生長發(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)用于害蟲的防治中,對害蟲的綜合治理有指導(dǎo)意義。1.4大植物源昆蟲對赤擬谷盜的誘變效果昆蟲與植物長期進化過程中,植物為昆蟲提供良好的食物源,植物次生代謝物質(zhì)對昆蟲具有顯著的引誘作用。植物次生代謝物質(zhì)對害蟲的引誘作用是緣于這些植物次生物質(zhì)是昆蟲信息素合成的前體物質(zhì)或者直接被昆蟲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赤擬谷盜具有很強的吸引作用,而對米象則沒有吸引作用;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,對赤擬谷盜的引誘作用超過單獨使用信息素或該種商品。黃杉大痣小蜂(Megastigmusspermotrophus)雄蟲對乙醛、苦橙油醇、胡椒酮、金合歡醇等反應(yīng)敏感,而馬鞭草烯醇、香芹酮則對其兩性昆蟲均有較長時間持續(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50年代末很成功的防治了佛羅里達州發(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)植物源殺蟲劑對昆蟲具有的引誘特性,可以用來監(jiān)測害蟲、誘捕害蟲;同時,還可利用次生代謝物對昆蟲的引誘作用來研究昆蟲的飛翔行為,從而揭示昆蟲的生物學(xué)習(xí)性。2植物源昆蟲的作用機制2.1川吾素tosendain對昆蟲的作用許多植物源殺蟲劑都可以干擾害蟲的生長發(fā)育,導(dǎo)致昆蟲生長發(fā)育出現(xiàn)異常。也有植物次生代謝物對昆蟲的消化系統(tǒng)進行破壞,這必將導(dǎo)致昆蟲營養(yǎng)不良,生長減慢,乃至死亡。印楝素(Azadirachtin)主要是擾亂昆蟲內(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,致使昆蟲變態(tài)發(fā)育受阻。川楝素(Toosendanin)對各種害蟲具有強烈的拒食、胃毒、抑制生長發(fā)育等作用。研究證明,昆蟲拒食的產(chǎn)生主要原因是這些藥劑抑制了昆蟲口器的化學(xué)感受器,如川楝素對粘蟲幼蟲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)致昆蟲失去味覺功能而表現(xiàn)出拒食反應(yīng)?？嗥ぬ偎?Celangulin)V對昆蟲的胃毒作用主要是由于其破壞了中腸細胞質(zhì)和消化酶的影響。蓼二醛(8,(-)polygodial)對菜粉蝶幼蟲下顎外顎葉上的中央栓錐感器內(nèi)的拒食細胞有激活作用,將非食信號傳入中樞神經(jīng)系統(tǒng),繼而產(chǎn)生拒食行為。蓼二醛對側(cè)邊栓椎感器上的糖感受細胞、氨基酸感受細胞和芥子油甙感受細胞有較強的抑制作用,可能是蓼二醛上存在的不飽和鍵在感受細胞的樹突膜上爭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)呼吸代謝是昆蟲利用營養(yǎng)物質(zhì),產(chǎn)生能量,維持生命活動和繁衍種群的基礎(chǔ)生化過程。早期作用于昆蟲呼吸系統(tǒng)的植物殺蟲劑主要是魚藤酮(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,抑制昆蟲的呼吸。四氫呋喃脂肪酸內(nèi)酯是強烈的呼吸毒劑,從番荔枝(Annonasquamosa)和巴婆(Asiminatriloba)分離出集中主要的殺蟲成分都是都具有四氫呋喃脂肪酸內(nèi)酯的結(jié)構(gòu)。魚藤酮作用于NADH2輔酶Q氧化還原酶偶聯(lián)位點,并抑制了氧化磷酸化。2.3除蟲菊酯類植物精油高濃度煙堿(Nicotine)的毒殺作用源于對乙酰膽堿受體產(chǎn)生脫敏性抑制,使神經(jīng)沖動傳導(dǎo)受阻。博落堿的毒殺主要在于對乙酰膽酯酶(Acetylcholinesterase,AChE)的抑制。除蟲菊酯(Pyrethrins)對周圍神經(jīng)系統(tǒng)、中樞神經(jīng)系統(tǒng)及其它器官組織(主要是肌肉)同時起作用。而且除蟲菊酯還作用于鈉離子通道,引起神經(jīng)細胞的重復(fù)開放,最終導(dǎo)致害蟲麻痹、死亡。此外,除蟲菊酯對突觸體上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物質(zhì)也具有神經(jīng)毒素的作用。植物精油作用于害蟲的靶標(biāo)位點可能是AChE。單萜類物質(zhì)對害蟲體內(nèi)AChE酶活性有明顯的抑制作用。AChE可能是精油對鋸谷盜(Oryzaephilussurinamensis)的靶標(biāo)位點。豬毛蒿(Artemisiascoparia)精油的活性成分茵陳二炔對赤擬谷盜、玉米象、谷蠹(Rhyzoperthadominica)等害蟲的AChE有影響。17種精油成分(含甲氧基骨架的單萜)對AChE有抑制活性,萜酮結(jié)構(gòu)的抑制活性比萜醇和萜烴高,提出單萜可競爭抑制AChE的活性;5種單萜類物質(zhì)對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)對倉庫害蟲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體內(nèi)的代謝活動。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。說明了熏衣草精油影響了鋸谷盜GSTs、CarE兩種代謝酶的活性,對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(Rhopalosiphumpadi)體內(nèi)酯酶或GSTs的活性,降低蚜蟲對殺蟲劑的抵抗力。植物精油或單萜類物質(zhì)可能被細胞色素P450酶(CytochromeP450,CytP450)和艾氏劑環(huán)氧酶(Aldrinepoxidase,AE)所降解。CytP450參與了Pyrgo甲蟲(Paropsisternatigrina)對1,8-桉葉素的代謝,使其成為2β-羥基桉葉素。帶著一個羥基化功能組的單萜類物質(zhì)顯著地降低了蚜蟲CytP450和AE的酶活性;α-蒎烯在粘蟲中腸內(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