19 世纪以来, 在近代科学技术和工业发展的基础上, 对植物源农药的开发逐渐从经验阶段上升到科学实验阶段, 如除虫菊(Chry san themum cineri2af olium )、烟草(N icotiana spp. )、鱼藤(D erris ellip 2tica) 发展为商品化加工制剂并广泛使用。自20 世纪40 年代以后, 有机合成农药占据了市场, 植物源农药逐渐被人类所忽略。到60 年代后期, 有机合成农药的种种弊端使天然产物农药重新受到重视, 特别是对印楝(A z ad irach ta ind ica A. Ju ss) 的研究带动了植物源农药的发展。到目前为止, 研究的植物种类达数千种, 开发成功的产品也很多, 并已在生产实践中被广泛应用。
1．植物源农药的特点
与有机合成农药相比, 植物源农药具有选择性高、低毒、易降解、害物不易产生抗性等优点。目前,对植物源杀虫剂的研究较广泛和深入, 纵观各类植物源杀虫剂的特点, 可以总结为以下几个方面。
1. 1 杀虫作用方式特异
植物源杀虫剂除具有与有机合成杀虫剂相同的作用方式(触杀、胃毒、熏蒸) 外, 还具有拒食、抑制生长发育、忌避、忌产卵、麻醉、抑制种群形成等特异的作用方式。如川楝素对菜青虫(P ieris rap ae) 具有拒食、胃毒、抑制生长发育作用[ 1 ] , 对桔二叉蚜(T ox 2op tera au ran tii ) 具有较好的忌避作用[ 2 ]; 万寿菊(T ag etes erecta ) 根甲醇提取物对小菜蛾(P lu tellaxy lostella L. ) 成虫产卵有强烈的忌避作用[ 3 ]; 苦皮藤(Celastrus ang u la tus M ax im ) 根皮粉对粘虫(M y th im na sep a ra teaW alker) 等多种害虫具有麻醉活性[ 4 ]; 八角茴香( I llicium verum Hook. f. ) 精油可完全抑制赤拟谷盗(T rholium custaneum ) 和黄粉虫( T en ibrio m olitor L inne) 的繁殖, 从而抑制种群形成[ 5 ]。上述特殊的作用方式并不直接杀死害虫, 而是通过阻止害虫直接为害或抑制种群形成而达到对害虫的可持续控制。
1. 2 对环境安全
植物源农药的主要成分是天然存在的化合物,这些活性物质主要由C、H、O 等元素组成, 来源于自然, 在长期的进化过程中已形成了其固定的能量和物质循环代谢途径, 所以在施用时, 不易产生残留,不会引起生物富集现象。另外, 田间试验也证明[ 6 ] ,
植物源油剂具有不影响环境的优越性。
1. 3 对非靶标生物相对安全
从作用方式来看, 植物源农药一般是通过胃毒作用或特异性作用来驱杀害虫的, 触杀作用较少, 因此对天敌等非靶标生物应是相对安全的。研究表明[ 7 ] , 印楝素对菲岛长体茧蜂(Macrocen trus philip2p inensis A shmead )、智力小植绥螨(Phytoseiu lusp ersim ilis ) 等多种天敌安全; 对蜜蜂(A p is cerana)、蚯蚓(Lum bricus T errestris) 等有益生物安全; 对大白鼠、虹鳟等低毒, 无致畸作用。成卫宁等[ 8 ]在小麦吸浆虫(Sitodip losis m osellana (Géh in) ) 的防治试验中发现, 川楝素、烟碱对小麦吸浆虫寄生蜂的保护效果较好。杨崇珍等[ 9 ]研究表明, 0. 5% 楝素杀虫乳油对蚜茧蜂、瓢虫及食蚜蝇等昆虫天敌无显著影响。祁志军等[10]研究表明, 0. 2% 苦皮藤素乳油对鹌鹑、鱼类、蝌蚪、家蚕、蜜蜂、瓢虫、蚯蚓、麦田和稻田土壤微生物等非靶标生物均表现低毒。然而, 许多植物源次生物质也是高毒物质, 如烟碱对人畜高毒, 鱼藤酮为中等毒性, 苦参碱也为高毒[ 11212 ]。可见, 植物源农药对非靶标生物的安全性是相对的。因此, 在植物源农药开发中应具有一定的选择性, 应尽量选择低毒种类, 而且在应用中也应注意科学施用。
1. 4 杀虫作用机理不同于常规农药
传统的有机合成杀虫剂大多是神经毒剂, 而植物源农药的作用机理较复杂。如印楝素主要是扰乱昆虫内分泌系统, 影响促前胸腺激素(PTTH ) 的合成与释放, 减低前胸腺对PTTH 的感应而造成202羟基蜕皮酮的合成、分泌不足, 致使昆虫变态、发育受
阻[13]; 川楝素对昆虫下颚瘤状栓锥感受器具有抑制作用, 从而表现为拒食作用[14]。苦皮藤素Ì 的麻醉作用机理有2 种可能: 一是作用于中枢神经系统, 包括轴突和突触; 二是作用于神经- 肌肉接点, 导致神经2肌肉传递阻断[15]。但是, 需要指出的是, 在现有农业生产技术水平
下, 上述植物源农药的特点也使得其在生产应用中受到一定的限制, 如速效性差, 一般是调节有害生物种群的形成和发展, 并不直接杀死害物, 不能起到“立竿见影”的效果, 所以不易被农民所接受; 易降解, 持效期短, 需多次施药, 增加了生产成本。
2 .植物源杀虫剂的化学生态学基础
植物作为第一性生产力,其受害不完全是被动的,它可以利用其本身某些成分的变异性,对害虫产生自然的抵御作用。这种抵御作用是一种可以遗传的特性,能使植物不受虫害或受害较轻,它具有控制害虫的专一性、控制效果的持久性和与环境的兼容性〔12〕。植物在漫长的与昆虫长期相互作用和协同进化过程中,除了形成形态结构上的物理性防御机制(毛刺、体表蜡质、组织厚度等) 外,还耗费大量的物质、能量来生产对维持生命活动尚无确定作用的次生代谢物质,如生物碱、糖苷类、酚类、非蛋白氨基酸、萜类和甾醇等。次生性物质的产生、来源和性质与如核酸、蛋白质等营养物质不同,它是复杂分支代谢途径的产物,不直接参与维持植物的生长发育和生殖有关的基础生化活动,一般也不作为昆虫的营养成分,但却能影响昆虫对食物的选择、摄入和利用,从而影响昆虫的生长、行为以及群体生物学,故又称其为它感素。大多数它感素为植物利己素,对植物具有保护作用[12]。
植物体中,种类繁多的植物次生代谢产物是潜在的具有防御作用的化学因素,在构成植物抗虫性的众多因素中占有重要地位。目前已知的植物次生代谢产物约3 万种,其中生物碱、萜类和酚类分别达6 500、5 900和5 000种[12],并且已经证实有相当一部分植物次生代谢产物对害虫有生物活性[13]。如楝科植物中的柠檬素类化合物对害虫具有拒食作用和生长调节作用[14-15];卫茅科植物中的二氢沉香呋喃类化合物对害虫具有拒食、麻醉和毒杀作用[16];菊科植物中的三噻吩及茵陈二炔类化合物对害虫具有明显的光活杀虫作用[17 –18], 乌脚车轴草(Lotus corniculatus) 、三叶草( Trifolium repens ) 和欧洲蕨(Pteridium aquilinum) 能合成产生剧毒氢氰酸的生氰糖苷,当植物组织被破坏时,生氰糖苷便在水解酶的作用下产生氢氰酸,对害虫产生巨大的拒食和威慑作用〔6〕。又如非蛋白氨基酸刀豆氨基酸浓度为5 %时对象鼻虫幼虫有致死作用。不少植物中还含有昆虫脱皮激素、保幼激素的类似物,可以干扰昆虫自身的生长发育。由此可见,这些次生代谢物质构成了植物各具特色的化学生态防御功能,是研究植物杀虫剂的生态学基础。
2 植物源农药的研究现状
植物源农药的开发主要是利用植物体内的次生代谢物质。Sw ain[16]研究认为, 植物中的次生代谢物超过了40 万种, 主要包括木脂素类、黄酮、生物碱、萜烯类、特异氨基酸等, 其中的多种次生代谢物质具有杀虫、抑菌或除草活性。国外研究较多的有印楝、番荔枝(A nnona squam osa)、万寿菊等植物。我国在具生物活性的植物种类的筛选、活性成分的生物测定及毒理学等理论研究领域均取到了显著的成果,在产品研发和实际应用方面也处于领先水平。
2. 1 具有农药活性的植物资源的调查和筛选
Grange 等[ 17 ]报道, 具有控制有害生物活性的植物约有2 400 种。美国、菲律宾、印度等国家的有关专家都曾对具农药活性的植物进行了较为系统的调查和筛选。我国对具农药活性植物的筛选, 一般是参考《本草纲目》等古籍和《中国土农药志》、《中国有毒植物》等专著及在生产中人们使用的土农药。张兴等[ 18 ]从西北地区475 种植物样品中筛选出128 种有农药活性的植物, 其对玉米象(S itop h ilus z eam a isMo t schu lsky)、赤拟谷盗、粘虫等试虫的生物活性大于50% , 并认为砂地柏(S abina vu lg a ris A n t)、牛心朴子(Cy nanchum kom a rov ii A l. Iljin sk i) 等10 余种植物具有明显的开发研究价值。王兆龙等[ 19 ]从分布于江苏省内的植物资源中筛选出了75 种具杀虫活性的植物种类。贺红武等[ 20 ]对可作为农药资源的热带植物的种类进行了初步调查。张锐等[ 21 ]、王辉等[ 22 ]分别对甘肃地区和湖北恩施地区的具农药活性的植物资源进行了初步调查。冯建菊等[ 23 ]对新疆南疆地区的11 种植物进行了棉铃虫毒杀活性筛选。Xu 等[ 24 ]用家蝇从62 种中药材中筛选出具有很好杀虫作用的千里光属掌叶千里光(S enecio p a lm a tus)。冯俊涛等[ 25 ]测试了采自西北地区的57 科149 属187种植物样品的丙酮提取物的抑菌活性, 认为苦豆子(S op hora a lop ecu roid es L. )、石榴(P un ica g rana2tum L. )、大花金挖耳(Ca rp esium m acrocep ha lum )、苍耳( X an th ium sibiricum )、孜然( Cum inumcym inum L. ) 和瑞香狼毒(S tellera cham aejasm aL. ) 等10 余种植物具有明显的研究开发价值。王志学等[ 26 ]、喻大昭等[ 27 ]、晏卫红等[ 28 ]也先后对多种植物的抑菌作用进行了研究。郝双红等[ 29，30 ]对83 种植物的除草活性进行了比较。对具农药活性的植物资源进行筛选是研究开发植物源农药的基础工作。我国地大物博, 植物资源非常丰富, 对具有农药活性植物资源进行筛选, 为我国植物源农药的开发奠定了坚实的基础。
2. 2 植物源杀虫剂
目前为止, 对杀虫植物印楝的研究和开发是最成功的。我国学者对植物源杀虫剂的研究一般集中在楝科(A glaia odo rata)、卫矛科(Celast raceae)、柏科(Cup ressaceae)、豆科(M yroxyion baisam um )、菊科(Compo sitae )、唇形科(L ab iatae )、蓼科(Chenopodiaceae) 等植物及其精油上, 对植物中杀虫活性成分的分离鉴定、毒力测定、作用机理和作用方式等均进行了较为系统的探讨。
值得一提的是, 植物源杀虫剂与常规有机合成杀虫剂在作用方式上有显著的区别, 植物源杀虫剂对害虫的作用方式更多、更复杂, 对害虫常表现出毒杀、拒食、忌避、拒产卵、抑制种群形成、引诱、麻醉、抑制生长发育等特殊的活性, 马志卿等[ 31 ]对此进行了详细的探讨。对植物源杀虫剂的研究还极大地促进了农药学理论的发展。张兴等[ 32233 ]在长期对植物源农药研究的基础上提出了“无公害农药”和“农药无公害化”的概念和理念, 对现代新型的、对环境相对安全的农药的发展和应用起到了一定的指导作用。吴文君等[ 34 ]在对杀虫植物苦皮藤系统研究的基础上提出了“消化毒剂”的概念, 认为许多天然产物杀虫剂均是以害虫的消化系统为靶标而起到毒杀作用。这一理论为研究和开发杀虫剂开创了一条崭新的途径。
2. 3 植物源杀菌剂
相对于植物源杀虫剂来说, 植物源杀菌剂的研究要少得多。N ychas[ 35 ]于1995 年对植物源抗菌剂实际使用的可能性做了详细的论述。吴新安等[ 36 ]研究表明, 大部分抑菌种子植物种类集中在菊科(Compo sitae)、豆科(L egum ino sae)、伞形科(Um2belliferae)、禾本科(Gram ineae)、唇形科、木兰科(M agno liaceae)、马兜铃科(A risto loch iaceae)、蓼科(Chenopodiaceae)、木犀科(Oleaceae)、百合科(L ili2aceae )、葫芦科( Cucu rb itaceae )、莎草科(Cypceaceae)、十字花科(Cruciferae) 和樟科(L au2raceae) 等。近年来, 国外已有几个商品化的植物源杀菌剂品种投入市场, 如捷利康公司的azoxyst rob in和巴斯夫公司的k resox imm ethyl[ 37 ]; 印楝制剂T ril2ogy○R和T riac○R 90% EC 可用于防治果树和作物的斑点落叶病、炭疽病及早疫病等真菌病害[ 38 ]; 由黄蒿种子精油开发的Talen tTM 在荷兰上市; BASF公司从蓼科植物中获得的提取物对白粉病防效良好, 现已工业化生产, 商品名为M ilsanTM [ 39 ]。在我国, 目前已经开始应用于生产防治植物病害的植物活性成分有大蒜素、麻黄油、细辛油、银泰(银杏提取物的仿生制剂) 等, 产品有40% 农科1 号乳油(原白头翁素A仿生合成剂)、0. 6% 苦·小檗碱杀菌水剂等[ 40241 ]。
2. 4 植物源除草剂
植物源除草剂的开发主要是利用植物间的异株克生物质, 其对植物的生长发育和代谢均有影响。目前, 已在30 多科的植物中发现了上百种具除草活性的化合物, 主要有醌酚类、生物碱类、肉桂酸类、香豆素类、噻吩类、类黄酮类、萜烯类、氨基酸类等, 其中有些已被开发为除草剂[ 42 ]。Zobel 等[ 43 ]发现柠檬树中的茛菪亭(Scopo let in)、蒿属香豆素等香豆素类化合物具有明显的杀草活性。杨世超等[ 44 ]、李善林等[ 45 ] 先后报道了小麦提取物对白茅( Imp era tacy lind rica Beauv. var. m ajor (N ees) C. E. Hubb. )的杀除作用。目前, 开发成功的植物源除草剂品种并不多。环庚草醚是以存在于许多植物中的1, 82桉叶素为先导合成的新型除草剂, 已在欧洲、美国上市[ 46 ]。
2. 5 其他类植物源农药
植物源杀线虫剂的研究也有一定的进展。至1998 年已发现臭草(Rutag raveolens )、孔雀草
(T ag etes p a tu la )、向日葵(H elian thus annuus)、印楝、百日菊(Z inna lia L. ) 等41 属47 种植物可用于线虫防治[ 47 ]。翁群芳等[ 48249 ]先后对15 科28 种植物的杀线虫活性进行了筛选, 结果发现, 骆驼蓬(Peganum harmala L.) 等几种植物提取物对松材线虫(B u rsap helenchusxy lop h ilus ) 和南方根结线虫(Meloid ogy ne incog n ita Chitwood) 具有较好的毒杀活性。目前, 植物源病毒抑制剂的研究才刚刚起步,国内对抗植物病毒植物资源的研究主要集中于虎耳草科(Sax if ragaceae)、藜科(Chenopodiaceae)、紫草科(Bo raginaceae)、商陆科(Phyto laccaceae)、红豆杉科(Taxaceae)、木犀科(Oleaceae)、萝摩科(A sclep i2adaceae )、菊科( Compo sitae )、蓼科(Chenopodiaceae) 等
