[分享] 植物源杀菌剂的研究现状与展望

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摘要:植物源农药以其低毒、低残留、环境友好、迎合现代环保和人类健康的需求而越来越引起世界各国高度重视,概述了我国植物源杀菌剂研究现状,并就其在植物病害防治上的应用进行了展望。fficeffice" />

　　合成化学农药在预防和防治作物病虫害,保证农林作物稳定、高产方面起了重要作用。但是合成化学农药高毒、高残留和污染环境,以及人们的长期不合理使用,致使出现3R现象(Resistance, Resurgence, Resi-due)给生态环境和人类健康带来隐患。如今,开发生物活性高、对非靶标生物安全、环境相容性好的生物合成农药已成为农药发展的新趋势。植物源农药作为生物合成农药的一部分,以其低毒、选择性高、易降解等独特优势获得了新的发展机遇。近年来,针对植物病害的植物源农药的研究与开发引起了众多学者的重视,成为当今农药研究领域的一个热点。植物源杀菌剂是指用具有杀菌、抑菌活性的植物的某些部位或提取其有效成分,以及分离纯化的单体物质加工而成的用于防治植物病害的药剂。本研究主要阐述了抑菌、杀菌活性植物资源的种类、活性成分、作用机理及植物源杀菌剂的现状与展望。

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3　植物中主要抑菌成分的研究fficeffice" />

3·1　抑菌活性成分在植物体内的分布吴新安等报道不同的抑菌、杀菌植物,其活性成分分布在植物的根、茎、叶、花、果和种子等不同部位,且同种植物不同部位的成分与含量亦存在差异。Schonbeck等把48科139种植物分成花、叶、茎和根各部分,用4种鉴定菌分别在各部分中检测抑菌活性成分,发现83%的植物具有一定的抑菌活性,其中植物的花具较高的抑菌活性(71% ),其余依次是叶、茎和根。由于花是世代交替的重要部位,以昆虫做传播媒介的病原菌和花的接触机会较多,所以有良好的防御机制。鉴于以上,在今后的研究中,在对植物样品进行抑菌筛选时要注意分部位进行,以免漏筛高活性部位,特别要注意对花器部位进行筛选。另外,利用不同的溶剂提取的活性成分也有所不同,抑菌、杀菌效果也不同。

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3·2　植物抑菌活性成分的种类fficeffice" />

3·2·1　萜类　萜类是所有异戊二烯的聚合物及它们的衍生物的总称。Renee等用45种来自植物的萜类对镰刀菌进行抑菌试验,发现50%以上萜类物质有很好的抑菌作用。Cole等从黄芩属植物中分离获得2种新的双萜类化合物,不仅能抑制尖孢镰孢霉等原菌的菌丝生长,还抑制其分生孢子萌发。Knobloch等报道了萜类的抑菌机理,通过研究了多种萜类对菌类的初生能量代谢、NADH及丁二酸脱氢酶(SDH)活性、呼吸过程的电子传递过程的影响,发现在5×10-3mol/L浓度下,所有供试萜类都能抑制上述反应,可能影响菌类的呼吸作用及细胞膜功能,从而起到抑菌的作用。

3·2·2　生物碱类　国内外有关植物体内生物碱类物质的分离、抑菌作用的研究报道较多。刘佳斌等从万寿菊根中分离出5类具有抑菌活性的生物碱,其中水溶性生物碱对西瓜枯萎病菌菌丝生长有较好的抑制作用。刘建新等研究表明多裂骆驼蓬生物碱类物质不仅可

以抑菌,而且还具有杀虫活性,其生物碱类物质的抑菌杀虫活性大小顺序为总生物碱>水溶性生物碱>脂溶性生物碱。佟树敏等利用苦参碱与小檗碱复配研制出可防治苹果腐烂病、轮纹病和黄瓜霜霉病的杀菌剂,为生物碱类物质研制开发植物源杀菌剂奠定了基础。

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3·2·3　黄酮类　Miles等从植物番石榴枝条和叶中分离出黄酮类化合物,对丝核菌和大麦网孢长蠕霉具有抑菌活性。陈春涛等从花生壳中提取的木犀草素具有强烈的抑菌活性和良好的抗氧化性能,可作为食品防腐保鲜剂。fficeffice" />

3·2·4　苷类　潘新社等研究表明白头翁的活性成分主要是皂苷类,在农业上,白头翁对小麦赤霉病菌和水稻白叶枯病菌等均表现出很好的抑制活性,并具有杀虫活性。

3·2·5　醌类　安银岭等研究发现大黄素、大黄酚、大黄酸及槲皮素醌类化合物,在%l和0·05%浓度下对细链格孢、盘多毛孢、栗盘色多格孢和香石竹单孢锈4种常见植物病原菌的孢子萌发及产孢数量等均有不同程度的抑制作用。

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4　植物源杀菌剂的作用机理fficeffice" />

　　目前对于植物体中活性成分的作用机制研究相对较少,活性物质对细菌、真菌和植物本身的作用机制尚未完全研究清楚,现阶段的研究表明植物中活性成分的作用机制是很复杂的。目前该方面的研究主要针对植物提取液对病原菌的直接作用,包括抑制菌丝生长、抑制游动孢子的产生、附着孢形成及侵入丝形成、对病毒病株抑制率及体外钝化效果以及对寄主的作用(如诱导寄主产生抗性、增强寄主的生长及繁殖能力、保鲜及贮藏能力等)。张国珍等从麻黄和细辛提取的麻黄油和细辛油具有抑制人参链格孢分生孢子和薏苡黑粉菌冬孢子萌发的作用,认为它们的某些活性成分含有-OH基团,而-OH基团很活泼,容易与酶中活性部位形成氢键,进而导致代谢系统紊乱。帕地霉素类化合物结合真菌表面甘露糖蛋白中的糖部分,可导致细胞内钾离子的渗漏和细胞形成的严重改变。香叶醇也有类似的提高细胞内

钾离子的外渗透的作用,并增加真菌细胞膜的流动性。大蒜素的作用机理是分子上硫代磺酸基团与菌体中含巯基的物质反应,抑制了菌体正常代谢所需的重要物质。刘学端等从600多种植物中筛选、复配了1种对烟草花叶病防效较理想的药剂MH11-4,结果表明MH11-4的防病机理表现在体外钝化病毒、体内抑制病毒增殖和诱导烟株产生抗性3方面。

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此外,有些植物的提取物可抑制、钝化、中和病菌产生的毒素,起到防治的目的。万寿菊根的乙酸乙酯粗提物可以钝化镰刀菌产生的镰刀酸,诱导西瓜保护酶(如超氧化物歧化酶和过氧化物酶)活性提高,减轻西瓜枯萎病菌粗毒素对幼苗的毒害作用。fficeffice" />

5　检测菌和植物的选择

5·1　供试菌的选择

对多种化合物进行筛选测定抗菌力时,选择供试菌应考虑到抗菌活性因菌种而异,特别是近年来要求农药对人畜及有益生物必须低毒。这种选择性高的农药,抗菌活性常因菌种不同而有显著的差别。在农业生产上,通常有效成分为1,2-二(3-甲氧羰基-2-硫脲基)苯之类的对子囊菌有特效;而有效成分为3′-异丙氧基-2-甲基苯酰替苯胺之类的对担子菌有特效。在进行植物源杀菌剂筛选时,供试菌的选择应参考下述2个原则: (1)在室内人为环境条件下,应用较简便快速的繁殖技术,可保证全年定时大量供应,不受季节的限制; (2)广泛发生为害的主要农林有害生物,具有重要的经济意义,且在分类地位上有一定代表性。我国经常采用的代表性植物病原菌有稻瘟病菌、小麦条锈菌和黄瓜霜霉病菌等12种病菌。当然,供试菌的选择不限于这l2种菌,有时可根据实际情况选用其他病菌。如要筛选防治特定作物的特定病害,可选该特

定病原菌作为供试菌;若从杀菌剂药效试验准则的角度出发,也可从蔬菜霜霉病、白粉病、叶斑病以及作物苗期病害等18类病害中选择供试菌。

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5·2　供试植物的选择fficeffice" />

抗菌植物的筛选,可参考国外研究机构发现先导化合物的做法,即以生物多样性代表化学成分多样性为前提的,通过文献检索和信息积累,随机选出1万种不同的植物以代表5万~10万种不同的天然产物结构,通过对这些植物样品化学成分的研究及生物活性测试,可以发现有意义的先导化合物。先导化合物产生之后,随之开始其他方面的研究。如果不能全合成,可考虑用同属其他植物替代,或用其他属已知有类似结构成分的植物替代。如果以上都行不通,可考虑半合成、衍生物制备及组织培养等措施。从抗病植物中筛选杀菌剂可能是一条有用的途径。从抗稻瘟病的水稻植株中分离出一种含有丙二酸叉结构的杀菌化合物,并以此为先导化合物开发出杀菌剂稻瘟灵(富士一号)。现在市场上有很多抗病品种,对这些抗病植物的深入研究可能会发现新的植物源杀菌剂。此外,耐久性木材的提取物,多显示出抗菌活性;用于整肠剂等方面的中药提取物,也往往显示出抗菌活性;从文献和来自民间传统的方法选择植物对象也是一种可取的方法。

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6　展望fficeffice" />

6·1　存在问题

植物源杀菌剂的研究尚处于起步阶段,机理方面的研究仅是探索阶段,没有明确的方式和方法,需要进一步明确并深入;植物源农药由于其见效慢的特性,在市场中推广受到了限制;植物源农药的活性成分为植物的一类或几类次生代谢物质,其种类、含量受自身遗传因子、外界环境条件的影响,有地域性和季节性等变化,并且活性成分在植物不同部分含量亦不同,特别是有些活性成分对光和热不稳定,这给植物源杀菌剂开发利用带来一定的影响;其有效成分复杂,一般不容易确定和检测,不利于商品注册和形成产品。

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6·2　研发方向fficeffice" />

(1)在更广泛的范围内进行抑菌、杀菌植物资源的调查研究。我国抑菌、杀菌植物资源丰富,尤其在一些偏远地区、山区可能存在着较多与自然界协同进化的优良的抑菌、杀菌植物资源。从现在的调查情况来看,边缘地区资源调查远远不够,特别是西藏、青海、新疆等边缘地区应开展深入的调查研究。在扩大调查范围的同时,为了促进野生抗菌植物的繁殖和更新能力,应实行科学合理有计划的采挖,重视珍惜植物和加速人工培育,并建立野生抗菌植物种子库,以保证资源的可持续利用; (2)随着遗传工程学和生物工艺学的发展,可以通过将基因转移到微生物上,再通过发酵来产生植物源次级产品。由于已有产生次级产品的发酵工艺,所以这种理念大有可为。基因工程还可以用于将产生植物源农药的基因信息从一种植物物种插入到另一物种中以防止有害物的侵染; (3)依据人、动物与植物的生理共性,利用一些成型的防治人或动物病害的复方中草药转移到植物病害上来,筛选出适于植物病害的配方药剂。

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6·3　加强产业化应用研究fficeffice" />

现今登记的植物源农药几乎都是杀虫剂,因此要加快实验室提取分离技术的工厂化步伐,以满足工厂化对原材料的需求。