所周知,天然產物常表現出許多特殊的生物特性,千百年來已語辭為人們所用。過去常直接用於解決農業乘積 出現的病蟲害問題,而今天又在創製天然產物源農藥和農藥先導物中起重要作用。據統計,當今世界至少有25萬種不同植物,而在化學性質上進行過調查研究的僅佔10%,而作為農藥進行過研究的就更少了。業已知曉植物能夠產生諸如匝烯類、生物鹼、木質素、甾類、類黃酮和多糖等次級代謝物,這些代謝物中許多具有殺蟲殺菌和病毒活性。特別是近年來,有機合成農藥所造成的環境汙染日益嚴重。為此,開發和應用植物源農藥已成為各國所追膛的目標。本文擬就植物源農藥的研究進展作一綜述。1
資源研究
地球上植物農藥十分豐富。有人估計,有毒植物種類約佔植物種類總數的4%。《中國有毒植物》一書列入有毒植物1300多種,其中許多種類具有殺蟲(菌)作用或已被作為植物源農藥利用。據1958年我國南方各省統計,被利用的植物農藥達411種。《中國土農藥志》一書共記述植物性農藥220種,定出了學名。據調查統計,我國作為農藥的植物主要集中於楝料、菊科、豆科、衛矛科和大戟科等三十多科(見表1),其中以楝科、豆科和衛茅科的植物被認為*具有開發利用價值。2
生物活性及作用機制 2.1
殺蟲2.1.1
作用於昆蟲感覺神經系統
目前研究發現a-蒎烯、樟腦、L-薄荷腦、烷基胺類、異硫氰酸類物質具有較強忌避活性,而糖苷類、醌類和酸類、萜烯類、香豆素類、木聚糖類、鹼類、聚乙炔類和甾族類化合物具有拒食和引誘作用。Pradhan等用搗碎的印楝果仁水懸劑(0.001%)趙善歡等用幾種楝科植物對稻癭蚊作室內產卵試驗表明,在選擇和非選擇條件下,川楝、苦楝種核抽取物均具有顯著的忌避卵作用。
對拒食作用機理研究表明,川楝素是一種選擇性作用於突觸前的神經肌肉傳遞阻斷劑,種楝素引起的拒食作用是通過對害蟲的化學感受器或對中性神經系統雙重作用的結果。2.1.2
影響昆蟲生理生化功能
目前,研究發現許多植物源農藥都具有幹擾昆蟲內分泌系統分泌蛻皮激素及保幼激素,引起不育,阻斷呼吸的功能。
Niemeyer認為,丁布是能量傳遞抑制劑,在高濃度下,可作用於呼吸鏈,抑制電子從NADH、琥珀酸和抗壞血酸+TMPP到O2的傳遞,具體部位在細胞色素a和O2之間;在低濃度下,可作用於ATP酶複合體,從而掏ATP合成。魚藤酮能阻斷昆蟲的正常能量代謝,而從紫樹科(Nyssacene)的一種植物喜樹(Camptothecuacuminata)中分離得到的喜樹鹼是目前發現*有效的一種植物性昆蟲不育劑,能引起昆蟲不育。Imai等對186個科的植物作廣泛篩選,發現80個科植物中有蛻皮激素類似物,並對部分物質作了結構鑑定,有代表性的植物昆蟲保幼激素類似物是從羅勒中分離的Juvocimena Ⅰ和Ⅱ,可使大馬利筋長蝽生成超齡幼蟲。2.1.3
幹擾昆蟲中樞神經系統
研究較早的影響昆蟲神經興奮傳導的植物殺蟲劑當推菸鹼和除蟲菊素。菸草中的菸鹼和半邊蓮葉中的山醒烷醇酮可作為興奮劑而作用於乙醯膽鹼型的菸鹼膽鹼能受體,使昆蟲呈現假性興奮。木防已苦毒素(Picrotoxin)能作為受體拮抗劑,而阻斷節肢動物和哺乳動物的GABA傳遞,許多茄科植物中存在的莨菪鹼也是極好的蕈毒膽鹼能受體阻斷劑。
近年,從阿拉伯茶(Cathn edulis)中得到的DL-阿拉伯茶酮(Cathinone),能使中樞神經系統中突觸前儲存器釋放,從而對動物心血管和食慾產生抑制作用。
Gbewonyo等認為胡椒科植物中胡椒醯胺類物質具有社經毒素的作用。這些醯胺可引起神經的肌肉接頭MEPSPs頻率和振幅的降低,而對MEPSPs頻率的影響可能是由於醯胺影響了Ca2+從突觸前膜釋放,或影響了脆葉器,以阻神經遞質的釋放;MEPSPs振幅的降低則可能是由醯胺幹擾了納道或與突觸後膜上穀氨酸受體相互作用(18、19)。
目前,從廣泛應用於殺蟲的苦皮藤根皮中分離出苦皮藤素IV,是個黃型的昆蟲麻醉劑,其對昆蟲的作用症狀和沙蠶毒素類殺蟲劑巴丹、易衛殺的症狀極為相似:試蟲中毒後,蟲體極度癱軟,對外界刺激的反應消失。但苦皮藤素IV是否也和沙蠶毒素類殺蟲劑一樣阻斷突觸後膜的神經傳導,尚須進一步探討。2.2
殺菌和治療病毒病的作用
菸草、茶餅、魚藤、雷藤等植物的提取物能抑制某些病菌孢子的發芽和生長,或阻止病菌侵入植株。林存鑾從90種植物中,篩選出小藜(Chenopodium serotinum)和玉簪(Hostaplantaginea)兩種植物的抽取液對番茄花葉病毒有一定的治療作用。襲維蕃從112個材料中發現連翅(Forsythia suspensa)、大黃(Rheum officinalle)和板蘭根(Isatis tinctoria)對黃瓜花葉病毒引起的首相花葉病具有比較穩定的防效。日本從菠菜葉中分離出一種化合物,對菸草花葉病有很強的掏作用。
華中農大趙純森等發現厚樸落葉粗提液對多種植物病原菌均具有較強的抑制活性,抑制中濃度(EC50)都在100mg/Kg以內,表明厚樸葉中確實存在著高活性的抑菌物質。
近年來,湖南用山蒼籽油配製的乳劑,對茶樹主要病害茶紅銹病、茶花黃萎病、茶雲紋葉枯病和棉花枯萎病、黃萎病等有較好的防治效果。薄荷等粉碎物以土重0.5%~0.1%的用量處理嚴重感染棉花枯萎病的土壤,防治枯萎病的效果達43.9%~74.3%。3
施用方式及應用範圍
植物農藥可以製成乳劑、粉劑單獨使用,可以幾種植物農藥配合使用,也可以與生物農藥、化學農藥混配使用。防治倉庫害蟲可以直接混於糧食中;防治土壤病蟲害可以直接埋入土壤中;而防治農作物病蟲害一般是應用噴霧。當然,植物性農藥也可作為昆蟲誘劑來誘殺害蟲。
眾所周知,植物源農藥的顯著特點之一,是大多數情況下對人畜毒性低,而且在環境中容易降解,噴灑後在農林收z獲物中的殘留量小,基本上無明顯的殘毒問題。因此首先應考慮將植物源農藥應用於蔬菜、茶葉、中藥材、花卉生產以及城市綠化防治病蟲害。例如蔬菜,特別是葉菜類,因食用部位(葉片)面積大,受藥量大,殘留量也大;又如茶葉、中藥材等,特別是中藥材農藥殘留量要求很嚴,尤其是出口外貿,必須符合GNP,而城市綠化防病蟲害,若噴灑常規合成農藥,其操作中飄失的農藥會造成多方面汙染,甚至使居民、行人中毒,而且其中大部分農藥具有惡自味,嚴重影響城市衛生。顯然,應用植物源農藥於上述場合,具有更有更大的經濟效益和環境效藥於上述場合,具有更大的經濟效益和環境效益。4
劑型加工和穩定性
和化學農藥一樣,植物源農藥也可加工成各種各樣的劑型,但考慮到植物源農藥的屬性,一般是加工成粉劑和乳油。但直接加工成粉劑,由於植物材料一般質地輕,大多為纖維物質, 種粉劑在噴灑過程中易飄失,深積附著能力差。由於植物源農藥的有效成分,主要是次生代謝物等有機物,即可用有機藥劑抽提,再輔以其他成分製成乳油,簡便實用。
眾所周知,植物源農藥的活性成分植物的一類或幾類次生代謝物質。而植物次生代謝物質的種類、含量除受自身遺傳因子控制外,還受外界環境條件(如溫度、溼度、光照、土壤pH值、土壤營養成分和周圍生物群落等)的影響。因此,活性成分會有地域性和季節性等變化,如汪文陸等(994)進行不同地區苦楝果實中生物活性的比較結果說明,各樣品對菜青蟲的拒食活性差異較小,而胃毒活性異很大;並且活性成分在植物不同部分含量亦不同,特別是有些活性成分對光和熱不穩定,如印楝素在光照下很快失去殺蟲活性。顯然,植物源農藥的穩定性不很高。因此,很難形成一定的質量控制手段,這給植物源農藥開發利用帶來一定的影響,提高植物源農藥的穩定性和質量控制工藝即成為其開發利用的關鍵。表1
植物源農藥資源(5-16)植物科名 種類 分布 應用部位 豆科 小花棘豆、二色棘豆、豆薯、皂莢、 全國各地 種子 苦豆子、紫穗槐、苦參、百脈根、補骨脂 菊科 艾蒿、天然精、蒼耳、萵苣、萬壽菊、 溫帶 全草 蒼朮 衛矛科 苦皮藤、南蛇藤 熱帶和溫帶 全草 大戟科 大戟、澤漆、烏柏、蓖麻、 全國各地 果實或根莖 油桐、貓眼草 楝科 川楝、苦楝、香椿、印楝、鷓鴣芬、 長江以南各省區 果實 米仔蘭 亞熱帶 根莖防己科 木防己 熱帶、 罌粟等 博落回、白屈菜 北溫帶 全草 茄科 曼陀羅、天仙子、菸草、番茄、龍葵、 溫帶至熱帶 根莖 三分三、樟柳瑞香科 斷腸草、了哥王、芫花 溫帶及熱帶 全草 胡桃科 胡桃、楓楊 溫帶 葉片 楊柳科 垂柳 南部 葉片 毛莨科 腺毛翠雀、白頭翁、毛莨 全國 全草 夾竹桃科 夾竹桃、羊角拗、長春花 南方各省區及 全株 臺灣省 石蒜科 石蒜、仙茅 溫帶 塊莖 天南星科 半夏、獨角蓮、菖蒲、犁頭尖、 華南、西南 塊莖 天南星 傘形花科 芹菜 北溫帶 全草 馬鞭草科 馬鞭草、黃荊 熱帶、亞熱帶 全草冠 百合科 藜蘆、石刁柏、蒜 溫暖地帶、熱帶 全草 蓼科 辣蓼、大黃、羊蹄 北溫帶 全草 芸香科 日本常山、八角黃角皮、芸香、 熱帶、溫帶 全株或果實 花椒、香椒子、 Telclea trichocarpa EngEvodia rutaecarpa Hood.f 紫菀科 歐蓍草、松果菊、史庫菊、土木香 國內較少 全草 唇科 毛羅勒、石蠶、灰狀黃芩、 全國 全草 葡萄筋骨草、日本筋骨草、 雜味一枝蒿、半枝蓮、薄荷 蕃荔枝科 牛心蕃荔枝、紫番荔枝、圓滑番荔枝 溫帶 葉片 杜鵑花科 毛杜鵑、鬧羊花 西南 全株 木蘭科 Magnolia virginiana、厚樸 西南和南部 葉片