定了!2020年生物源農藥發展新方向

寫在前面：

化學農藥的長期使用帶來了許多問題，例如昆蟲產生抗藥性並導致農藥使用劑量的不斷加大，在糧食、水果、蔬菜中產生殘留，由於生物富集作用使以這些農作物為食物的野生和家養動物殘毒加大。因此，在國際上很早就開始研製系列性選擇性強、效率高、成本低、不汙染環境以及對人畜無害的生物源農藥。

一、生物源農藥的概念

生物源農藥（biogenic pesticides）也叫生物農藥或者生物源天然產物農藥。是指直接利用生物活體或生物代謝過程中產生的具有生物活性的物質或從生物體中提取的物質作為防治病蟲害的農藥。

狹義來說有病蟲害防治作用的生物活體或者生物的天然活性物質稱為生物源農藥，廣義上還另外包含了按天然物質的化學結構或類似衍生結構人工合成的農藥。

綜上，生物源農藥的定義可以表述為，是控制和調節各種有害生物的生長、發育和繁殖的過程，在保障人類健康和合理的生態平衡前提下，使得有益生物得到保護，有害生物得以抑制，以促進農業現代化向更高層次發展的特殊生物活性物質，因此環境相容性是這個概念的核心特徵。

二、分類

生物源農藥按其來源分為，動物源、植物源和微生物源；

按用途分為生物源殺蟲劑、生物源殺菌劑、生物源除草劑和植物生長調節劑。

在過去的20年關於植物提取物、昆蟲天敵等防治田間害蟲的文獻量大量增加，市面上也湧現了許多生物農藥，防治效果喜憂參半，加上國家並有完善的相關標準，市場相比傳統農藥市場比較困難。

小編在此對使用最廣和最有發展前景的生物源農藥進行收集和分類。從有效成分層面逐一為大家剖析，希望可以對各位有所幫助。

三、植物次級代謝產物

植物通過基礎代謝能合成很多化學物質，大部分是植物生長發育繁殖需要的，但有一小部分次級代謝的產物在適應環境和防禦機制中有一定作物而值得關注。

次級代謝產物加工提取後可作為取食抑制劑、毒物和趨避劑有效防治田間害蟲，目前更多應用於有機農業中，目前來說，市場上形成成熟產品的有4種：除蟲菊酯、魚藤酮、印楝素和精油。表1列舉了10種植物源次級代謝產物，都可以用於植物源農藥的製作。

1、除蟲菊酯

目前除蟲菊酯類農藥在市場佔的份額最大。通常從除蟲菊（Chrysanthemum cinerariaefolium）的花提取，此植物的活性化合物是1 類結構相似的酯。除蟲菊酯I 含量最大，也是殺蟲活性最高的成分。已知除蟲菊酯具有擊倒作用，作用於昆蟲後，昆蟲先過度興奮，而後麻痺死亡。這是由於除蟲菊酯作用後，昆蟲的神經細胞膜內的鈉離子通道打開而引發的症狀。純除蟲菊酯對哺乳動物具有中等毒性，但市面常見的除蟲菊酯產品（有效成分約25%）對人的危害可忽略不計。其缺陷在於，除蟲菊酯特別不穩定，在紫外光下極易分解。一些研究表明在田間除蟲菊脂的半衰期約為2h，這大大限制了其防治農業害蟲的應用。儘管如此，除蟲菊酯仍然列於植物源殺蟲劑的首位，在全球銷售用於家庭園藝和花卉植物栽培中的害蟲管理。

表1. 商業化植物源殺蟲劑中的主要次生化合物和官能團

2、魚藤酮

魚藤酮為熱帶豆科植物根或根莖產生的異黃酮類物質。它們是毒性極高的次生化合物，抑制昆蟲的食慾，致其數小時或數日內死亡。在超過67種的豆科植物中這些物質的含量豐富，且由其開發了一個廣譜非內吸殺蟲劑，用於防治蚜蟲、薊馬和刺吸式害蟲。此化合物的作用機制不同於除蟲菊酯，其作用於線粒體，阻斷了從複合體I鐵硫中心到輔酶Q的電子轉移，阻礙了能量（ATP）的生成。魚藤酮作為殺蟲劑，是胃毒劑，通過昆蟲的攝入才能起作用。此外，魚藤酮降解非常快，但持效期比除蟲菊酯長，在空氣和日光中為3~4d。在近20年魚藤酮商業化用於有機農業，然而，在近年，一些研究表明急性暴露於大鼠，可產生相似於帕金森的大腦損傷，這個風險算是阻礙魚藤酮類農藥前進的一個絆腳石。

3、印楝素

印楝素是檸檬苦素類物。其分子機構複雜，作用譜廣，對550種昆蟲有生物活性，主要為鞘翅目（甲殼蟲、象甲）、網翅目（蜚蠊）、雙翅目（蠅）、半翅目（臭蟲）、同翅目（蚜蟲、蜂和螞蟻）、等翅目（白蟻）、鱗翅目（蛾類）、直翅目（蝗蟲）、隱翅目（蚤）和纓尾目（薊馬）。此物質根據印楝樹命名，在印度幾個世紀用於抗菌劑和殺蟲劑。

商業印楝素為胃毒劑，但高劑量使用時，也常會有觸殺毒性。報導直接用於地面或注射入植物莖杆，也有內吸作用。不過，印楝素作用特性會根據昆蟲的發育階段、季節和天氣條件的不同發生變化。在暴露後，印楝素可能立即抑制昆蟲的食慾，以及具有內吸中毒和抑制蛻皮活性；也可延遲甚至阻礙昆蟲胚後發育，出現產卵缺陷，不育，抑制酶和幾丁質合成。目前，有2類商業化的植物源農藥印楝素：冷壓種子直接得到的油對軟體昆蟲有效；具有較高活性的用水醇提取的種子提取物，三萜類印楝素A為活性物質。印楝素有許多類似物，而印楝素A和其他少量的化合物的複雜混合物共同起作用，且難以提取。雖然對哺乳動物、魚和傳粉昆蟲無毒，印楝素對天敵的影響變化很大，需要特別注意。一些田間試驗表明印楝素在日光照射下持效期約20 h，對於某些作物，印楝素可能具有內吸作用，在田間的持效期增加。

4、精油

由於精油類製劑可以避開農藥登記證的限制，加上原材料豐富容易獲得，活性精油的成本相對低等原因，最近許多公司在商業開發精油殺蟲劑。精油是通過水蒸餾芳香植物葉片、花或果實獲得的一小部分物質。精油一般是由50多種化合物組成的複雜混合物，可能含有單帖、倍半帖烯、乙醇、酮、醛和酚，通常約12個主要化合物的含量佔90%。帖烯常見的烴骨架結構賦予了其與蛋白失活和抑制酶活性的疏水性，典型的例子為乙醯膽鹼酯酶。

精油防治昆蟲的活性直接與其化學成分有關，其次與作物種植和環境條件有關。這些情況使標準化大規模生產和實驗室試驗的再現性相當難。然而在20世紀90年代人們對精油的興趣日益高漲，大量的試驗表明其對許多害蟲具有燻蒸和觸殺活性。雖然天敵經直接接觸對精油敏感，但捕食者和寄生者經殘留接觸不會有中毒風險。

四、蛋白質化合物

1、源於動物的殺蟲肽

從害蟲天敵（蜘蛛、蜈蚣、蠍子、毒蛇等）的毒液中提取分離出的特殊肽類物質，擁有不錯的殺蟲毒性。

科學家曾從澳大利亞狼蛛中擠出毒液，分離出肽之後，餵食給白蟻和棉鈴蟲，這種叫做口服殺蟲肽的物質被昆蟲食用後產生了與化學殺蟲劑吡蟲啉一樣的毒性。其他以昆蟲為食的動物的毒液，如蜈蚣和蠍子，也可能包含這種可能被用來作為生物殺蟲劑的肽。或者，科學家可以利用基因工程來讓抗蟲植物或微生物產生這些毒素。這項突破性地發現讓蜘蛛毒素不但能夠作為生物殺蟲劑的使用，而且蜘蛛毒液的肽也正在被考慮用於治療用途。

動物殺蟲肽製劑可作為新型生物農藥產品，有部分公司已經推出了相關專利產品，主打無毒殺蟲，例如中藥基因肽靶向殺蟲富硒營養液。小編對於這類產品的發展局勢非常看好，目前全球對於殺蟲劑的需求非常大，其中新菸鹼類農藥計劃佔到了總需求的四分之一，而現在新菸鹼類農藥在不斷的被禁用，這將會出現不小的市場空缺，據有關專家表示生物殺蟲肽農藥或將成為新菸鹼類農藥的不錯替代品。

2、源於植物的殺蟲肽

- 環肽

對源於植物的殺蟲肽類物質，人們對其中的環肽很是關注。環肽在堇菜科、茜草科和葫蘆科植物中廣泛發現。環肽不易被酶降解，不受溫度變化和化學物質的影響。由於這些特性，已評估環肽的抗細菌、殺線蟲和殺蟲的生物功能。

害蟲防治受到極大的社會和經濟關注。為了增加作物的生產效力，已開發了多種防治害蟲的方法，其中包括環肽的應用。Jennings等人研究表明kalataB1（茜草科耳草屬Oldenlandia affinis中含量最豐富的環肽之一）除了具有抗微生物活性，也能抑制危害番茄、玉米和菸草的鱗翅目害蟲??澳洲棉鈴蟲（Helicoverpa punctigera）幼蟲的生長和發育。他們發現用含有kalata B1人工飼料飼餵的50%幼蟲在處理後16d死亡。此外，50%存活的幼蟲在1齡期發育受到抑制，而對照能正常發育到第5齡期。

1年後，Jennings等人評估了kalata B1和B2對棉花主要害蟲棉鈴蟲（Helicoverpa armigera）的生物活性。從O. affinis分離、純化得到Kalata B1和B2，二者的不同為5個胺基酸取代物不同，但都具有1個保守的摺疊。以植物的濃度水平，把kalata B1和B2都加入人工飼料中。試驗結果表明二者對棉鈴蟲幼蟲的致死率分別為20%和28%，幼蟲的體重分別為對照的1/3和1/4。

最近，Pinto等人從茜草科Palicourea rigida發現了一個新穎的bracelet類成員，即parigidin-br1。評估了parigidin-br1對重要的甘蔗害蟲小蔗螟（Diatraea saccharalis）的殺蟲特性，結果表明以1 μM處理後15 d初孵幼蟲的死亡率為60%，與對照相比幼蟲體中減少46%。有趣的是，Pinto等人也發現paridigin-br1以劑量依賴式（1、5、10μM）抑制常危害玉米和棉花的鱗翅目害蟲草地貪夜蛾（Spodoptera frugiperda）的昆蟲細胞系（SF-9），這表明環肽對昆蟲具有離體和活體活性。

- 豌豆白蛋白1b（PA1b）

除了環肽外，抑制劑半胱氨酸結（inhibitory cysteineknot，ICK）家族的一個成員，豌豆白蛋白1b主要對米象（Sitophilus oryzae）、谷象（Sitophilus granarius）和玉米象（Sitophylus zeamays）具有殺蟲活性，也引起人們的關注。PA1b從豆科植物（例如豌豆）種子中提取，具有耐酶降解性和熱穩定性。PA1b是目前所知的很少的經口活性肽之一。PA1b與來自漏鬥網蜘蛛（Hadronyche infensa）的蜘蛛毒素ACTX-Hi:OB4219的相似，表明此物質具有阻礙通道活性，分別來自中華鱟（Tachypleus tridentatus）和垂序商陸（Phytolacca americana）的抗微生物和抗真菌的蛋白tachystatin A和PAFP-S也具有此情況。

一些研究已評估了PA1b的殺蟲潛力，表明其具有殺滅米象、谷象和玉米象等穀物象甲和尖音庫蚊（Clulex pipiens）和埃及伊蚊（Aedes aegyptii）等人類疾病傳播媒介的作用。另一方面，PA1b對棉夜蛾（Spodotera littoralis）和歐洲玉米螟（Ostrinia nubilalis）等其他農藝重要毛蟲可能沒有活性，表明PA1b的毒性活性和昆蟲科沒有相關性。

- 防禦素

除了上面提到的CCK和ICK殺蟲肽外，已知的γ-硫堇蛋白防禦素為富半胱氨酸家族，由45~54個胺基酸組成的鹼性肽。已確定豌豆、蘿蔔和大麥等一些植物組織中的此家族的成員。防禦素呈現多種生物活性，如已發現的抗細菌、抗真菌、殺蟲，抑制α-澱粉酶和蛋白酶的活性。

Chen等人報導了對綠豆象（Callosobruchus chinensis）有殺蟲活性的植物防禦素。在此研究中他從抗豆象的綠豆中分離和過度表達（不同體系）了編碼新穎防禦素的cDNA，命名為VrCRP。評估了含有不同量VrCRP的人工種子抑制綠豆象成蟲出現的活性，結果，含有0.2% VrCRP的種子徹底阻礙了豆象的發育。最近，在轉基因作物領域，Choi等人提議在水稻體內表達來自蕪菁（Brassica rapa）的植物防禦素BrD1以賦予水稻抗褐飛蝨（Nilaparvata lugens）的能力。在生測中發現，表達BrD1的轉基因水稻品系在接種褐飛蝨後5d內能成功地降低若蟲的成活率，與野生敏感對照相比致死率為約78.6%~95.7%。這些數據清晰地表明植物防禦素在抗蟲作物的開發中會有很好的前景。

- Jaburetox-2Ec：來源於刀豆（Canavalia ensiformis）

除了以上提及的肽類，在此部分介紹從刀豆中提取的殺蟲肽jaburetox-2Ec的殺蟲活性。研究表明在將刀豆毒素飼餵於產生組織蛋白酶的害蟲秘魯皮蠹（Dysdercus peruvianus）和四紋豆象（Callosobruchus maculatus）試驗中，此物質是有效的殺蟲毒性蛋白。然而，此殺蟲活性是刀豆毒素被昆蟲組織蛋白酶水解產生10 kDa殺蟲肽pepcanatox 所致。Mulinari等人介紹了在異源體系（大腸桿菌）產生相當於pepcanatoxde的重組肽jaburetox-2Ec的方法。他們研究表明用含有0.01%（w/w）純jaburetox-2Ec的棉花種子飼餵秘魯皮蠹3齡幼蟲11 d，幼蟲全部死亡。也報導用含有16.3μM jaburetox-2Ec的飼料飼餵草地貪夜蛾3齡幼蟲2 d，蟲體比對照小20%。此外，草地貪夜蛾幼蟲攝取47μM jaburetox-2Ec後全部死亡。

圖1. 昆蟲中腸中主要作為拒食劑幹擾營養吸收的蛋白質化合物的作用機制

3、殺蟲肽酶抑制劑

在蛋白質化合物中，植物肽酶抑制劑（PIs）是在新栽培品種中異源表達的一類有發展前景的物質，是應對昆蟲和植物病原體對當前農藥抗性不斷增加的可靠的替代方法。它們的結構特性決定其主要被1個基因激活，因此進行了PI在轉基因植物中表達的多個研究，以增加作物的抗性。PIs普遍存在於植物的塊莖和豆科植物的種子中，但也在數種植物的不同組織中發現。雖然還沒有完全弄明白其生理作用，但有證據表明植物以貯存蛋白（一般在貯存組織中達10%）積累PI，PI也被用於應對機械性受傷和機會性侵染。另一方面，PI通過抑制昆蟲中腸中的蛋白酶活性，減少昆蟲生長和發育必須的胺基酸的量，使植物防禦植食性害蟲的危害。分子量為3~25kDa的PI能夠與靶標蛋白酶形成穩定的複合體，阻礙酶到達活性位點。文獻介紹PI能夠作用於4類蛋白酶：絲氨酸、半胱氨酸、金屬蛋白酶和天冬氨酸蛋白酶，因此，在發現有的抑制劑同屬於多個類別之前，一直根據酶抑制劑的催化位點的化學性質對其分類。根據Rawling等人的提議和更新到2007年的植物PI資料庫，至少有16個植物蛋白酶抑制劑類別。其中，Kunitz和Bowman-Birk類別被研究最多，用於防治農業昆蟲和病原菌。表2列出了重要作物中發現的類別。

表2. 根據重要作物中序列的相似性對蛋白酶抑制劑家族進行分類

在暴露較多的圍繞P1殘基的loop中的每一抑制域有一反應位點肽鍵，根據位點的數量，可分為簡單抑制劑或複雜抑制劑，也即相應地為同型或異型的；包括修飾的抑制劑，大部分抑制劑含有二硫鍵。除了半胱氨酸-PI和金屬蛋白酶抑制劑外，其他家族可能都含有絲氨酸蛋白酶和另一機械類（methanistic class）蛋白酶，即主要對絲氨酸蛋白酶有活性但也抑制胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶和枯草桿菌蛋白酶的Kunitz類。

Kunitz類蛋白酶抑制劑是廣泛存在於不同植物家族的最大的蛋白酶抑制劑類別，但主要存在於豆科種子中。被純化和表徵的第一個植物Kunitz類抑制劑為1945年從大豆獲得的胰蛋白酶抑制劑（大豆胰蛋白酶抑制劑-STI Kunitz）。此家族的成員具有1個典型的構型，能夠與靶標酶形成非常牢固的複合體。絲氨酸、半胱氨酸和天冬氨酸蛋白酶主要被Kunitz類抑制。Kunitz類對不同蛋白水解酶有活性，但通常為胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶等絲氨酸蛋白酶，因此被認為對未來植物防禦昆蟲方面具有很重要的作用。簡而言之，昆蟲攝入此類蛋白酶抑制劑後，中腸中的蛋白酶被完全抑制，使昆蟲對基本胺基酸的吸收下降，直到飢餓而死。最近，許多研究認為表達Kunitz抑制劑的基因的轉基因植物對害蟲和病原菌有防禦性。

4、和幾丁質結合的豌豆球蛋白（7S貯存蛋白）

在20世紀70年代熱帶農業國際研究所確定了對四紋豆象具有高度抗性的第一個基因型豇豆（栽培品種TVu 2027），並以此栽培品種培育了數個其他的抗性品系。起初，對四紋豆象的抗性被認為與豇豆中表達的高水平胰蛋白酶抑制劑有關。然而，隨後Macedo等人研究表明不同豌豆球蛋白的存在是抗性產生的最可能原因。自此，發現豌豆球蛋白具有多種生物特性，如抗微生物活性、結合蔗糖活性和殺蟲活性。

一般，豌豆球蛋白被描述為不同的7S貯存球蛋白（約20.1~94 kDa，多亞基物），被不同程度糖基化的多基因家族編碼，通常在豆科植物種子和非豆科植物中發現。此外，研究已表明這些糖蛋白對水解具有耐受性，說明對幾丁質有很強的親合力，已知幾丁質在數種昆蟲的圍食膜形成中具有重要作用（圖1）（PM）。在此種情形下，已報導豌豆球蛋白與幾丁質結合特性影響了昆蟲圍食膜的滲透性和結構，而可能導致圍食膜的生理機能的改變，因此直接影響幼蟲的發育和存活。此外，由於豌豆球蛋白與含幾丁質的表面的特異性結合，也抑制具有幾丁質細胞壁的酵母細胞。然而，有趣的是，豆象甲蟲（例如四紋豆象）不具有真正意義上的PM，但以圍食膜凝膠代之。在此種情況下，研究已表明7S貯存豌豆球蛋白可能被中腸上皮細胞吸收，近而在血淋巴中以三聚體形式流動，也達到內臟器官，包括脂肪體和馬氏管，導致豆象甲蟲幼蟲生理不穩定。說來奇怪，最近，Alexandre等人發現四紋豆象雄雌蟲脂肪體中的豌豆球蛋白能夠部分地水解為數個片段，最後沉積在這些昆蟲的卵中，成為防禦性武器，因此提高四紋豆象幼蟲後代的存活率。

評估了7S貯存豌豆球蛋白對墨西哥豆象（Zabrotes subfasciatus）、小蔗螟、四紋豆象、地中海實蠅（Ceratitis capitata）和印度谷螟（Plodia interpunctella）等許多昆蟲的幼蟲和成蟲的活性。Moura等人研究表明從青皮象耳豆（Enterolobium contortisiliquum）種子（EcV）中分離得到的豌豆球蛋白混入飼料中飼餵四紋豆象和墨西哥豆象幼蟲，LD50分別為1.1和0.43%（w:w）；而使四紋豆象和墨西哥豆象幼蟲體重減少50%的有效劑量（ED50）分別為1.03和0.65%（w:w）。此外，1年後他們報導從Erythrina velutina種子分離的豌豆球蛋白，稱為EvV，對四紋豆象和墨西哥豆象的LD50分別為0.26和0.10%（%，w:w），以及ED50分別為0.19和0.14%（w:w）。此外，發現處理12 h後，EvV不僅耐四紋豆象和墨西哥豆象幼蟲酶的水解，而且在施用24h後，耐墨西哥豆象幼蟲酶的水解。在2個研究中EcV和EvV都為耐蛋白水解，能結合幾丁質的蛋白質，表明這些物質可作為新穎的天然殺蟲劑，經胃毒作用防治害蟲。

豌豆球蛋白除具有殺豆象活性，研究也表明來自豇豆的豌豆球蛋白能夠與小蔗螟幼蟲的圍食膜結合，用含有2%（w:w）豌豆球蛋白的人工飼料飼喂，與對照相比成蟲的出現量減少40%。相似地，Macedo等人報導用含有EvV的人工飼料飼餵地中海實蠅，LD50和ED50分別為0.14 和0.12%（w:w），這可能與幼蟲圍食膜中的EvV與幾丁質結合特性和EvV在地中海實蠅消化道中對蛋白酶水解敏感性低有關。同時，他們研究發現把EvV加入人工飼料中飼餵對印度谷螟幼蟲的LD50（致死）和ED50（體重減少）分別為0.23和0.27%（w:w）。然而，在此種情況下，EvV對酶解敏感，能夠產生具有免疫活性和能夠結合到圍食膜基質的數個片段，這表明EvV在鱗翅目昆蟲中腸中被分解後具有不同的作用。

5、與碳水化合物結合的植物凝集素

植物凝集素，最初被稱為凝集素。研究表明植物凝集素對鞘翅目、雙翅目、鱗翅目和同翅目等害蟲具有很好的殺蟲活性。對於其作用機制，已有人提出植物凝集素可能與昆蟲中腸圍食膜相互作用，抑制營養的吸收；結合到中腸上皮細胞上的糖蛋白上，破壞組織（圖1）；幹擾昆蟲基因的表達；與靶標昆蟲刷狀緣膜囊（brush border membrane vesicles, BBMV）受體蛋白相互作用；與昆蟲口器區域的感覺感受器上的碳水化合物結合，破壞膜的完整性，影響昆蟲檢測食物的能力。此外，植物凝集素對蛋白酶的降解有高抗作用。

Macedo等人已從不同植物品種開發了具有殺蟲活性的凝集素，能夠防治經濟重要性害蟲。在其研究中，源於欒樹（Koelreuteria paniculata，KpLec）種子和羊蹄甲（Bauhinia monandra，BmoLL）葉的凝集素加入人工飼料飼喂，對四紋豆象的LD50分別為0.7和0.3%（w:w）。然而，只有KpLec對鱗翅目地中海粉螟有活性，LD50為0.65%（w:w）。相似地，Coelho等人報導來自Annona coriacea （ACLEC）的凝集素混入人工飼料飼餵對地中海粉螟幼蟲的LD50為1.5%（w:w）。除了能降低昆蟲幼蟲的存活率，Macedo等人也研究表明Talisi esculenta凝集素（TEL）的殺蟲活性受不同碳水化合物的調節，加入甘露糖後其對四紋豆象的活性完全消失，表明碳水化合物-凝集素與昆蟲消化道中的複合糖相互作用。雪花蓮凝集素（Galanthus nivalis: agglutinin GNA）等其他植物凝集素被昆蟲攝入後能夠與中腸上皮細胞相互作用，隨後進入血淋巴，由此可對這些分子進行新的生化技術應用。

有趣的是，為了把這些蛋白質用作其他殺蟲分子的載體，已開發了凝集素與簡單和/或複雜碳水化合物反向結合的能力。Fitches 等人研究了GNA攜帶和傳遞殺蟲蟎毒液神經毒素1（SFI1）到番茄蛾（Lacanobia oleracea）幼蟲的血淋巴中的潛力。結果，他們發現雖然GNA和SFI1單獨對番茄蛾幼蟲沒有急性毒性，但飼餵含有2.5%（w:w）SFI1/GNA 結合體的人工飼料6 d後，番茄蛾1齡幼蟲的死亡率為100%。此外，此結合體也引起約90%的第4和5齡幼蟲死亡，且隨著劑量增加，死亡率增加。數年後，他們報導SFI1/GNA 結合體對煙蚜（Myzus persicae）和褐飛蝨（Nilaparvata lugens）有毒。此發現清楚地表明蛋白質結合體策略可作為替代性方法用於作物保護，用植物凝集素作為載體把毒素傳遞到昆蟲體內的靶標點。

隨著當前基因工程的發展，為提高作物的產量在作物體內表達植物凝集素編碼序列已獲得關注。Dutta等人利用農桿菌轉化法在菸草中首次表達大蒜葉凝集素（ASAL）編碼序列。研究發現表達ASAL的轉基因菸草田中的煙蚜存活率約16%，而對照的約75%。Dutta等人發現與對照相比，表達ASAL的轉基因水稻處理的褐飛蝨的存活率和繁殖率分別降為36%、32%，二點黑尾葉蟬（Nephotettix virescens）40.5%、29.5%。有趣的是，Bharathi等人通過穩定表達ASAL和FNA 的轉基因水稻間的雜交，逐漸增加水稻中2個凝集素基因（ASAL和GNA），來進一步研究植物轉化的概念。在此研究中，他們發現進一步雜交的水稻品系被主要刺吸式害蟲危害的程度要輕於其母本轉基因作物，因為其能更有效地降低昆蟲的存活率、取食能力和繁殖力。總的來說，有關植物凝集素的所有這些發現表明這些分子在防治害蟲方面有巨大的發展潛力。

五、新一代生物源農藥的挑戰和發展前景

雖然文獻對數種生物源次級代謝產物和蛋白質類化合物的殺蟲效果進行了較廣泛的介紹，但其中只有一些物質被批准使用和商業化，且主要用於有機農業。從商業化角度看，生物源化學物質的固有特性（作用慢、防效變化大、持效期短）和沒有統一標準的技術是其農業市場進入率低的主要原因。而蛋白類化合物比次生代謝物在環境中更穩定和持效期更長，可利用納米粒子工程化技術優化而更好地被昆蟲攝入和接觸。然而，依靠種植作物來專門提取殺蟲劑的道路還很遙遠，因為這需要在土地和技術上進行巨大的投資。如果能以低成本、高效率容易的合成，特別是預測和合理設計蛋白質結構以增加其生物活性，就可獲得大量的此類物質。

轉基因表達蛋白類化合物可能是增加植物防禦能力最可靠的方法。蛋白質化合物由於結構特性，需要把其編碼基因（1個基因）轉入目標植物，在此植物組成型啟動子的作用下表達。此外，植物基因組的轉化作為產生異源蛋白、以植物為離體生物工廠、優化化合物的產出和使可能的環境風險最低化的方式具有很大吸引力。基因工程的另一優勢就是重組基因，作為防禦機制直接在作物體內表達的可能性。在近年科學家在基因編碼蛋白化合物，把這些基因轉入作物使作物對害物具有防禦能力方面進行了許多研究。最近，CRISPR系統的發現和Cas9用作易重組核酸酶，組成了依靠序列特異性雙鏈斷裂誘導的基因組工程。自此，研究焦點變為誘導許多植物發生NHEJ-介導的遺傳突變，這通過把表達核糖酶的DNA轉入植物細胞獲得，通過隔離不含有轉基因DNA的後代而消除。此新工具已改變分子生物學，開闢了提高植物防禦能力的新領域。

從長遠來看，昆蟲抗性可能降低此技術的效果。且殺蟲劑越有效，選擇壓力越大，常導致抗性的快速進化。這與殺蟲劑為化學物還是轉基因植物表達的物質（plant-incorporated protectant）無關。生物進化和獲得抗性是發生在許多環境中的進化機制，並不總是與轉基因生物的出現有關。大多數的消費者認為生物源產品僅用於有機農業。

小編認為，源於自然用於自然一定是最好的，希望更多的生物源農藥能夠用於昆蟲的防治和大規模農業生產中。