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(qiáng)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(diǎn)，嚴(yán)重時(shí)葉片及果實(shí)出現(xiàn)銹褐斑，最終導(dǎo)致葉片、果實(shí)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(shí)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(shí)還傳播其它病害，據(jù)保守估計(jì)，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(duì)花生、煙草、番茄和甜椒上造成的經(jīng)濟(jì)損失總計(jì)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(diǎn)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(gè)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(duì)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(duì)多殺菌素產(chǎn)生了高水平抗性(RF>3682)。Immaraju等[18]對(duì)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(duì)阿維菌素的抗性水平增加了798倍。Loughner等[19]報(bào)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(duì)多殺菌素抗性的迅速發(fā)展。Herron等[20]報(bào)道澳大利亞的一些西花薊馬田間種群對(duì)多殺菌素也已產(chǎn)生了不同水平的抗藥性。西花薊馬對(duì)多殺菌素產(chǎn)生抗性的同時(shí)，對(duì)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(shí)對(duì)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(duì)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(diǎn)，被越來越多的地應(yīng)用于農(nóng)業(yè)病害防治。苦參（Sophora 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(gè)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(shí)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。苦參堿的農(nóng)業(yè)研究較為豐富，研究報(bào)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(duì)水稻安全［23］，對(duì)茶尺蠖也有較好的防治效果［24］。同時(shí)，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。苦參生物堿與除蟲菊素聯(lián)用對(duì)蘋果蚜蟲具有良好的防治效果，對(duì)果樹安全［25］。苦參生物堿與煙堿聯(lián)用對(duì)草原蝗蟲具有良好的防治效果［26］，對(duì)苜蓿蚜也具有一定的防效［27］。對(duì)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(jiǎn)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(cè)登記（登記證號(hào)： PD20181302）。主要登記靶標(biāo)為薊馬和蚜蟲。

圖4 ICAMA注冊(cè)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(huì)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(huì)擾亂信號(hào)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(shí)，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(duì)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(qiáng)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(dòng)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(duì)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(duì)蟲害的活性。且進(jìn)一步降低了應(yīng)用成本，有效推動(dòng)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(shí)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(shí)，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(shì)，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(duì)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(qiáng)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(shí)，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(dòng)分散，與水互溶為一體。納米級(jí)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(fèi)，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(shí)，能提升自動(dòng)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(dòng)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(duì)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(diǎn)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(duì)環(huán)境更安全。

與此同時(shí)，為了充分發(fā)揮植物源農(nóng)藥速效性強(qiáng)、不易產(chǎn)生抗藥性等優(yōu)勢(shì)，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(dòng)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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，在芒果薊馬發(fā)生初期（海南省三亞市），單獨(dú)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(cè)試發(fā)現(xiàn)，0.3%CE苦參堿可溶液劑對(duì)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(shí)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(duì)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(duì)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(duì)芒果安全性數(shù)據(jù)

同時(shí)，0.3%CE苦參堿可溶液劑對(duì)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(chǎng)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(shí)對(duì)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(yùn)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(dòng)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(shì)。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(diǎn)得到公認(rèn)，已成為全球農(nóng)藥發(fā)展重點(diǎn)。據(jù)報(bào)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(dòng)，未來十年生物農(nóng)藥市場(chǎng)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(diǎn)。

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(duì)環(huán)境更友好等特點(diǎn)，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(duì)環(huán)境不安全等痛點(diǎn)，為食品安全和農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全提供堅(jiān)實(shí)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(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的價(jià)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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