防治灰霉病新技術(shù),全新虎杖根莖提取物重新定義生物殺菌劑(虎杖根提取物功效與作用)  分享

一、引言

殺菌劑是指能有效控制或殺死對植物有害的病原微生物—細菌、真菌和藻類(lèi)的化學(xué)制劑。在全球范圍內，通常作為防治各類(lèi)病原微生物的藥劑的總稱(chēng)[1]。各類(lèi)植物病原菌是引起植物病害的主要因素之一,給農業(yè)生產(chǎn)造成了巨大的經(jīng)濟損失。而真菌病害又是植物病害中最大的一類(lèi),占植物病害的70%~80%，病害發(fā)生面積廣、危害性極其嚴重,難以防治[2]。              

圖1：常見(jiàn)作物真菌性病害示例

全球范圍內，作物真菌性病害對園林植物以及農作物都帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟損失?；颐共∽鳛槲：ψ魑锏闹饕婢『χ?，能夠危害茄科、葫蘆科、薔薇科等 470 多種植物[3]，引起植株葉片大量脫落，果蔬腐爛，產(chǎn)品質(zhì)量下降。該病害每年在全球造成的經(jīng)濟損失超過(guò) 100 億美元，僅在葡萄釀酒行業(yè)，灰霉病爆發(fā)年造成的葡萄酒產(chǎn)量降低最多可達 20%以上。葡萄在貯藏過(guò)程中也常遭受灰霉病的危害，嚴重時(shí)造成的產(chǎn)后損失高達 50%[4]。在中國，草莓種植面積較大，但由于灰霉病的危害，一般會(huì )造成減產(chǎn) 20%～30% ，嚴重時(shí)高達50%以上，這對果農造成了不可小覷的經(jīng)濟損失?；颐共∽鳛榉言耘嗟闹匾『?，會(huì )造成番茄減產(chǎn) 20% ～ 30%，甚至會(huì )高達 50%。在園林觀(guān)賞植物中，月季在長(cháng)途冷藏運輸過(guò)程中也深受其害，通過(guò)調查發(fā)現，在極端條件下可造成 70% 以上的采后損失。在大田作物小麥上所發(fā)生的赤霉病又稱(chēng)爛穗病、麥秸枯、爛麥頭、紅麥頭、紅頭瘴，小麥受害后千綜合粒重降低，發(fā)芽率下降，發(fā)芽勢減弱，出粉率低，面粉質(zhì)量差 ，色澤灰暗，商品價(jià)值降低。一般大流行年病穗率達50-100%，產(chǎn)量損失10-20%，中等發(fā)生年病穗率30-50%，產(chǎn)量損失5-10%[5]。而近年來(lái)部分主產(chǎn)區氣候變化引起的降水、溫度變化，同時(shí)導致了小麥白粉病的爆發(fā)，嚴重時(shí)減產(chǎn)幅度可達到 40%以上。隨著(zhù)農業(yè)種植結構調整，大棚、溫室等人工環(huán)境設施種植技術(shù)的推廣應用，溫暖高濕的集中種植環(huán)境使得真菌性病害變得更難防治。人工氣候環(huán)境中極易爆發(fā)真菌性病害，在中國每年因白粉病的發(fā)生導致草莓減產(chǎn)約 10%~20%，爆發(fā)時(shí)高達 50%以上甚至絕產(chǎn)。

長(cháng)期以來(lái),植物真菌性病害的防治主要依賴(lài)于化學(xué)農藥, 苯醚甲環(huán)唑、晴菌唑、戊唑醇、氟菌唑、吡唑醚菌酯，代森錳鋅, 氟啶胺，三唑酮、嘧霉胺、腐霉利、異菌脲等都常被用來(lái)防治作物真菌性病害。已代森錳鋅為代表的預防保護劑防治效果有限，單用無(wú)法滿(mǎn)足用戶(hù)對病害的防治需求。而以苯醚甲環(huán)唑為代表的具有內吸性殺菌劑在抑制病原菌生長(cháng)侵害的同時(shí)，也會(huì )一定程度的對作物生理指標造成影響，通常表現在葉綠素合成抑制，作物生長(cháng)緩慢，以及長(cháng)期使用降低植物對病原菌的抵抗力方面。同時(shí)，長(cháng)時(shí)間的化學(xué)藥劑施用進(jìn)一步造成了病原菌的抗藥性增強、農藥殘留和環(huán)境污染等問(wèn)題[6]。真菌性病害的防治會(huì )進(jìn)入由環(huán)境影響問(wèn)題、作物健康問(wèn)題以及病害防控問(wèn)題相互制約的惡性循環(huán)中。

市場(chǎng)調研數據顯示，近些年全球殺菌劑市場(chǎng)發(fā)展進(jìn)一步加快，一方面是由于引起作物病害的病源菌抗性逐年上升，使得殺菌劑市場(chǎng)對新產(chǎn)品有著(zhù)持續的需求。據報道，僅2012-2013 年間，中國境內湖北省草莓灰霉病菌對多菌靈的抗性頻率為63.6%[7]。遼寧、河北、北京、安徽和四川５個(gè)省市的草莓灰霉病菌對多菌靈的抗性頻率達到 53.6％～99.0％[8]。另一方面全球農作物種植結構的調整，蔬菜，水果以及各類(lèi)經(jīng)濟作物種植種類(lèi)和種植面積的擴大，進(jìn)一步增加了對殺菌劑產(chǎn)品的需求，殺菌劑在未來(lái)有著(zhù)巨大的發(fā)展空間。同時(shí)，隨著(zhù)人們對環(huán)境問(wèn)題的日益關(guān)注，有機農業(yè)面積的逐步增大，全球市場(chǎng)對以低毒低抗性天然產(chǎn)物作物保護投入品需求的增加。研發(fā)一款環(huán)境友好、高效、低毒、不易產(chǎn)生抗藥性、且對作物生長(cháng)具有促進(jìn)作用的生物農藥產(chǎn)品急為迫切。

二、 關(guān)于虎杖根莖提取物的研究現狀

虎杖（ReynoutriaJaponica Houtt.）為中國傳統藥用植物，主要分布于華東、中南及遼寧、陜西、甘肅、四川、貴州、云南等地。

具中國國醫記載，其根及根莖入藥，具有活血定痛、清熱利濕、止渴化痰的作用[9]。有研究表明，藥用植物虎杖中富含虎杖苷、白藜蘆醇、大黃素及大黃甲醚等活性成分[10]。其提取物具有抗癌功能，對腫瘤細胞的增殖具有明顯的抑制作用，能夠大幅減緩腫瘤組織生長(cháng)速度[11-12]。同時(shí)，虎杖中所形成的次級代謝產(chǎn)物具有天然的抵御病蟲(chóng)害功能，在虎杖種植過(guò)程中很少發(fā)生嚴重的病蟲(chóng)害，基本不需要任何防治技術(shù)[13]。

圖2：藥用植物虎杖植株及其藥用部位

基于虎杖次級代謝產(chǎn)物的特點(diǎn)及其藥理作用，虎杖被用于農業(yè)領(lǐng)域防控植物病害的發(fā)生。大黃素甲醚作為虎杖次級代謝產(chǎn)物中豐度最高的活性成分之一，對植物白粉病、霜霉病、灰霉病和炭疽病等植物病害均具有很高的活性。

圖3：大黃素甲醚 CAS：521-61-9

三、 虎杖根莖提取物的產(chǎn)業(yè)化研究進(jìn)展

（1）虎杖根莖提取物的登記情況

根據世界農化網(wǎng)報道，Albaugh,LLC旗下Prime Source推出了殺菌劑Azoxy Bio（嘧菌酯和生物殺菌劑大虎杖提取物），目前已獲得美國環(huán)保署登記于2022年春季上市，是一款內吸型殺菌劑，除了能預防性廣譜防治主要草坪和觀(guān)賞植物病害外，還能促進(jìn)植物的免疫系統，實(shí)現良好的抗病管理。

據悉，成都新朝陽(yáng)作物科學(xué)股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng) ″新朝陽(yáng)″）登記的全新生物殺菌劑-虎杖根莖提取物防治灰霉病也將很快獲證產(chǎn)業(yè)化。

（2）新朝陽(yáng)虎杖根莖提取物的作用機制

經(jīng)過(guò)試驗測試分析，0.4%虎杖根莖提取物對白粉病孢子萌發(fā)具有顯著(zhù)抑制及破壞作用。藥劑處理96h后，通過(guò)臺盼藍染色和外觀(guān)形態(tài)觀(guān)察，孢子囊被大量染色，結構遭到破壞，失去萌發(fā)功能。

圖4：0.4%虎杖根莖提取物處理96h后對白粉孢子的影響

實(shí)驗觀(guān)察發(fā)現0.4%虎杖根莖提取物在具有優(yōu)良防治效果的同時(shí)，能夠促進(jìn)作物生長(cháng)，緩解因施藥對作物生長(cháng)的影響。在推薦使用濃度下，其葉長(cháng)平均增長(cháng)1.26cm，其葉寬平均增長(cháng)2cm。

圖5：0.4%虎杖根莖提取物處理對作物生長(cháng)的影響

（3）虎杖根莖提取物的提取技術(shù)研究

經(jīng)過(guò)多年的研發(fā)積累，新朝陽(yáng)首次提出了共同萃取技產(chǎn)品開(kāi)發(fā)思路及天然產(chǎn)物活性分子群的概念。通過(guò)對提取工藝的關(guān)鍵環(huán)節控制，靶向性的對提取物中活性次級代謝產(chǎn)物種類(lèi)進(jìn)行控制。通過(guò)共同萃取技術(shù)，實(shí)現了虎杖根莖中活性物質(zhì)的最大程度挖掘，獲得了包括大黃素、大黃素甲醚、大黃酚、大黃酸、白藜蘆醇在內的活性分子群。解決了一般植物源農藥成分單一，綜合防效低以及使用成本過(guò)高等問(wèn)題。有效推動(dòng)虎杖根莖提取物在農業(yè)領(lǐng)域的應用。

圖6：共同萃取技術(shù)研究及虎杖根莖提取物活性分子群

通過(guò)對藥材原料的混合粉碎、過(guò)篩、回流加熱、過(guò)濾、澄清、濃縮等工藝技術(shù)，進(jìn)行多次連續提取。將藥用植物原料中的活性分子群分階段純化析出，顯著(zhù)提高植物藥材原料的利用率，降低生產(chǎn)成本，顯著(zhù)增加市場(chǎng)競爭力。0.4%虎杖根莖提取物在豐富活性分子群的加持下，協(xié)同增效顯著(zhù)，具有廣泛的殺菌普的同時(shí)，對提升作物免疫力，促進(jìn)作物生長(cháng)具有積極的意義。

圖7：0.4%虎杖根莖提取物中富含多種活性成分

（4）0.4%虎杖根莖提取物先進(jìn)的制劑工藝

利用先進(jìn)懸浮制劑技術(shù)，針對含有多種組分，成分復雜的虎杖根莖提取物，開(kāi)展精準化配方開(kāi)發(fā)，優(yōu)選制劑原材料配比，并結合多重光散射測試等，開(kāi)發(fā)貯存穩定的最佳制劑配方。同時(shí)根據防治靶標及作物特點(diǎn)，通過(guò)表面活性劑處方篩選，結合動(dòng)靜態(tài)表面張力優(yōu)化、接觸角測試優(yōu)化等技術(shù)，提高藥液潤濕、鋪展、成膜粘附、保濕抗蒸發(fā)性能，提高葉片藥液沉積量，增加有效成分對于農作物葉面和有害生物表面的黏附性與覆蓋率，提高產(chǎn)品田間應用效果，進(jìn)一步提升植物源農藥在田間的防治效果。

圖8：0.4%虎杖根莖提取物外觀(guān)及入水分散性能

通過(guò)反復的實(shí)驗摸索，提高制劑性能，達到了產(chǎn)品外觀(guān)為均相液體，入水自動(dòng)納米級分散。在稀釋500倍后任具有顯著(zhù)的潤濕和滲透性。

圖9：0.4%虎杖根莖提取物動(dòng)態(tài)表面張力數據

多維度穩定性數據顯示，0.4%虎杖根莖提取物制劑穩定性好，熱貯后無(wú)明顯析水分層現象，完全滿(mǎn)足各種田間施藥環(huán)境。

圖10：0.4%虎杖根莖提取物多重光散射光譜圖

（5）0.4%虎杖根莖提取物安全性研究

經(jīng)研究，0.4%虎杖根莖提取物對鳥(niǎo)類(lèi)、家蠶和蜜蜂等環(huán)境生物為低毒。毒理學(xué)試驗結果顯示對大鼠屬于″微毒″。對日本大耳白兔眼睛無(wú)激性，對日本大耳白兔皮膚無(wú)刺激性，并未見(jiàn)豚鼠皮膚變態(tài)反應。根據農藥產(chǎn)品毒性分級標準，0.4%虎杖根莖提取物懸浮劑屬于微毒類(lèi)農藥。

0.4%虎杖根莖提取物對黃瓜苗生長(cháng)期安全性實(shí)驗結果顯示，在推薦用量以及1倍、2倍濃度下（稀釋125倍、166倍、250倍和500倍），5天后均未出現藥害現象。

圖11：0.4%虎杖根莖提取物針對黃瓜室內安全性數據

0.4%虎杖根莖提取物對草莓花期安全性田間實(shí)驗結果顯示，在推薦用量以及1倍、2倍濃度下（稀釋125倍、250倍和500倍），5天后實(shí)驗結果顯示，3個(gè)濃度下均對草莓老葉、幼葉和花均未出現藥害現象。

圖12：0.4%虎杖根莖提取物針對草莓田間安全性數據

0.4%虎杖根莖提取物在推薦使用濃度下，對植株的萌芽期、花期等時(shí)期施用安全，對嫩芽、花均無(wú)影響。非常適合用于植物病害防控的綜合治理，為食品安全和農產(chǎn)品質(zhì)量安全提供堅實(shí)的保障。

（6）0.4%虎杖根莖提取物的應用

0.4%虎杖根莖提取物對白粉病具有良好的防治效果。室內實(shí)驗結果顯示，0.4%虎杖根莖提取物稀釋500倍針對黃瓜白粉病1次藥后15天達到99.4%， 與化學(xué)對照無(wú)顯著(zhù)性差異。

圖13：0.4%虎杖根莖提取物針對黃瓜白粉病室內活性數據

0.4%虎杖根莖提取物對黃瓜灰霉同樣具有良好的防治效果。實(shí)驗結果顯示，0.4%虎杖根莖提取物能夠達到67.4%，與化學(xué)農藥沒(méi)有顯著(zhù)性差異。

圖14：0.4%虎杖根莖提取物針對黃瓜灰霉病室內活性數據

0.4%虎杖根莖提取物對香蔥灰霉病的田間生測實(shí)驗結果顯示，0.4%虎杖根莖提取物500倍稀釋后綜合防效達到56.25%，化學(xué)對照嘧霉胺1000倍稀釋和1500倍稀釋分別為50.57%和33.52%，其防治效果無(wú)顯著(zhù)性差異。同時(shí)，0.4%虎杖根莖提取物500倍稀釋后搭配化學(xué)對照嘧霉胺減量30%施用，防效顯著(zhù)提升20%以上，減量增效作用顯著(zhù)。

圖15：0.4%虎杖根莖提取物針對香蔥灰霉病田間活性數據

綜上，0.4%虎杖根莖提取物懸浮劑對灰霉病和白粉病有良好的防治效果，在植株發(fā)病前，稀釋500倍噴施植株，能有效預防病害的發(fā)生，在發(fā)病初期搭配化學(xué)農藥，可實(shí)現在化學(xué)農藥減量30%的前提下有效控制病害的蔓延，同時(shí)，對促進(jìn)作物生長(cháng)具有顯著(zhù)的作用。

四、藥用植物虎杖的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展潛力

虎杖，蓼科，屬多年生草本植物年生草本植物，主要分布于中國的華東、中南及遼寧、陜西、甘肅、四川、貴州、云南等地?；⒄壬L(cháng)速度快，易種易出易管理。目前已實(shí)現大規模人工種植，人工種植解決了市場(chǎng)上虎杖藥材的流通不足問(wèn)題，這為虎杖產(chǎn)業(yè)化奠定了堅實(shí)的基礎。近年來(lái)，隨著(zhù)分子育種、合成生物學(xué)等尖端生物技術(shù)的發(fā)展。建立優(yōu)質(zhì)種苗繁育基地、通過(guò)微生物、植物干細胞等生物合成技術(shù)生產(chǎn)虎杖次級代謝產(chǎn)物已成為研究熱門(mén)方向?？深A見(jiàn)在未來(lái)，虎杖的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展必將多元化，掌握虎杖品種資源，通過(guò)對虎杖種群各品系間個(gè)體性狀與產(chǎn)量和質(zhì)量的遺傳相關(guān)性研究分析，篩選出優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)優(yōu)良品系。借助于已較成熟的 TDNA片段基因整合技術(shù)，對個(gè)體性狀進(jìn)行改良，培育出優(yōu)質(zhì)品種，進(jìn)一步提高品種純度，優(yōu)化產(chǎn)品質(zhì)量。 支撐企業(yè)推廣環(huán)保、低毒的植物源農藥，有助于提高產(chǎn)品競爭力，推動(dòng)農藥產(chǎn)業(yè)結構升級，其具有重要的經(jīng)濟意義。

五、展望

據數據統計，農藥主要產(chǎn)品殺蟲(chóng)劑、殺菌劑和除草劑全球市場(chǎng)占比超過(guò)95％?！吨袊鴼⒕鷦┬袠I(yè)現狀深度調研與投資趨勢預測報告2022-2029年》數據顯示，2020年中國殺菌劑市場(chǎng)規模由2017年的40.3億元增長(cháng)到57億元。目前在中國農藥大類(lèi)品種中，殺菌劑僅次于殺蟲(chóng)劑和除草劑，占比為22.13% [2]。近年來(lái)，灰霉病已經(jīng)發(fā)展成為一種重要的、全球分布的植物真菌類(lèi)病害。其中，以由灰葡萄孢(B.cinerea)引起的灰霉病分布最為廣泛，可危害蔬菜、果樹(shù)、花卉等200多種作物。近幾年來(lái)，隨著(zhù)保護地栽培面積不斷擴大，灰霉病危害日趨嚴重。據《Molecular Plant Pathology》報道，灰葡萄孢位列給全球造成經(jīng)濟損失十大植物病原真菌的第2位，僅次于稻瘟病[15]。新朝陽(yáng)充分利用中國的生物資源優(yōu)勢，創(chuàng )新研發(fā)形成的0.4%虎杖根莖提取物懸浮劑防治灰霉病，具有效果突出、應用成本低、促進(jìn)作物生長(cháng)效果顯著(zhù)、安全性高、無(wú)殘留、對環(huán)境更友好等特點(diǎn)，解決了傳統化學(xué)藥劑抗性增加快、防效降低、農藥殘留高、影響作物生長(cháng)以及對環(huán)境不安全等痛點(diǎn)，滿(mǎn)足行業(yè)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的迫切需要。不僅有效控制病害的發(fā)生，更有利于從宏觀(guān)和微觀(guān)上恢復與重建以自然調控為核心的生態(tài)系統，實(shí)現植物微生態(tài)系統的平衡、人與自然的和諧共生。

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