植物源杀虫剂的研究进展

植物源杀虫剂的研究进展 ? 42?广州化工2009年37卷第8期 植物源杀虫剂的研究进展 王小芳 (天水师范学院生命科学与化学学院,甘肃天水741001) 摘要:对植物源杀虫剂的研究概况进行了综述,从杀虫植物种植资源研究,有效成分研究,作用方式研究,植物源杀虫剂新的 发展方向等几个方面系统地介绍了植物源杀虫剂的最新研究进展及其发展前景. 关键词:植物源杀虫剂;作用方式;研究进展;展望 ResearchProgress0nBotanicalIllsecticides ?Gn0一扣 (School0fLifeScienceandChemistry,TianshuiNo珊alUniversity,GansuTianshui741001,China) Abstract:Thelatestpmgressontheresearchofb0tanicalinsecticideswassummarized.Thecu rrentstatus0ninsecti— cidalbotanyres0urces,activeingredients,mechanismwerereviewed.Thedirecti0n0fdevel op0fbotanicalinsecticides weI.ealsointIl0ducedconcisely.The0utl0ok0fdevel0pmentwaspmspected. Keywords:botanicalinsecticides;insecticidalmechanism;researchpr0gress;pmspects 人们利用含有杀虫活性物质的植物的某些部分或提取其有 效成分而制成的杀虫剂叫植物源杀虫剂.这种杀虫活性物质主 要是次生代谢物质,而次生代谢物质是植物在长期的进化过程 中与取食昆虫不断斗争的结果,具有对昆虫不易产生抗药性,低 毒或无毒,对环境友好,安全,高效,选择性高的特点,在农作物 病虫防治中具有忌避,拒食,触杀或抑制生长发育等多种生物活 性.符合农药从传统的有机化学物质向"环境和谐农药"或 "生物合理性农药"转化的发展趋势,成为虫生物防治的一种有 效手段.自20世纪70年代以来,国内外学者在植物源杀虫剂领 域进行了广泛的研究,已发现16o0多种植物具有杀虫活性,其 中我国广泛分布的就有400多种.这为开发植物源杀虫剂提供 了广阔的材料来源和巨大的发展潜力,因此植物源杀虫剂的研 究和开发已成为我国新型杀虫剂的创新点,并取得了显着的进 展. 1杀虫植物资源研究 1.1杀虫植物资源的调查研究 地球上杀虫植物资源极其丰富,有人估计,有毒植物种类约 占植物种类总数的4%.1987年出版的《中国有毒植物》一 书 关于书的成语关于读书的排比句社区图书漂流公约怎么写关于读书的小报汉书pdf 列 入有毒植物13oo多种,其中大多数具有杀虫活性.20世纪90 年代以来,我国对具有杀虫活性的植物资源进行了较深入地调 查研究.张兴等人从1989年对西北地区的杀虫植物资源进行 了系统的调查,在西北5省(区)发现了有研究和开发利用价值 的杀虫植物47种j.徐汉虹等分别对猪毛蒿J,肉桂油)J,八 角茴香近十种植物精油的杀虫作用进行了较为深入的研究. 王兴林等报道了砂地柏,大戟,紫穗槐,牛心朴等10种植物提取 物对棉铃虫生长发育的影响….余向阳等就砂地柏提取物的杀 虫活性作用进行了进一步研究,均有不少研究报道.国外在 杀虫植物资源的研究方面也做了大量工作.美国曾成功地研制 出鉴定植物提取物毒性的 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 ,进行了739种高等植物的检验, 结果汇编成表输入到计算机中,通过专门程序可以随时获取防 治某种具体杀虫最有效的提取物的资料,菲律宾在2O世纪8O年 代末已经有约2o0种植物被 要求 对教师党员的评价套管和固井爆破片与爆破装置仓库管理基本要求三甲医院都需要复审吗 登记或报道具有杀虫作用.以 色列发现长春花的叶提取物对埃及棉铃虫有驱避和拒食作用. 20世纪9O年代末以来,国外科研人员分别对数种姜科植物,菖 蒲,印度鳄梨等进行了杀虫作用评价. 1.2重要的杀虫植物种类 1.2.1楝科植物 楝科植物是应用较早的杀虫植物,包括:印楝,苦楝,川楝 等".盛产于印度的印楝是世界上公认的理想杀虫植物,它的 杀虫活性成分是主要分布在种核及叶子中的印楝素,其主要活 性成分为一种四环三萜类化合物.现从其种子中已分离,鉴定 出数十种柠檬素类化合物,印楝素可对多种害虫,如玉米螟,菜 青虫,稻纵卷叶螟,中华稻蝗等具有拒食,忌避,抑制生长发育及 毒杀作用.赵善欢等成功地引种了印楝.经测定,国产的印 楝种子和树皮印楝素含量较高,这说明在我国种植印楝并用以 生产杀虫剂是完全可行的.苦楝和川楝是我国主要的楝科杀虫 植物,两者的有效成分均为一种三环四萜类化合物——川楝素, 主要用于防治蔬菜害虫,如对菜青虫,小菜蛾等具有忌避,拒食, 胃毒及抑制生长发育和产卵忌避作用.经杨东升等研究发现有 效浓度的川楝素能显着抑制家蝇幼虫的生长发育,并且家蝇的 一 些蛹出现畸形,预示其是一种很好的生长抑制剂. 1.2.2豆科植物 鱼藤原产于热带,亚热带,我国广东,福建,台湾等省都有野 2009年37卷第8期广州化工?43? 生类型.对昆虫有触杀,胃毒两种作用.主要杀虫成分鱼藤酮 存在于根部,对昆虫高毒,易分解,在空气中易氧化,在作物上的 残留时间短,并对植物生长有刺激作用,对环境无污染,对天敌 比较安全,害虫不易产生抗药性.可用于防治蔬菜,果树等作物 上的蚜虫,菜青虫,螨,网蝽,蓟马等. 1.2.3卫矛科植物 卫矛科植物的有效成分为二氢沉香呋喃类化合物.其中最 主要的杀虫植物是雷公藤,苦皮藤等.其中苦皮藤研究较多. 雷公藤的杀虫有效成分主要为雷公碱,多存在于根皮之中.雷 公藤对多种害虫具有胃毒,拒食,抑制生长发育和忌避产卵等杀 虫活性,且药效快,为其它一般植物性杀虫剂所不及.苦皮藤的 有效成分为苦皮藤素,从80年代初期起,吴文君等对苦皮藤进 行了多学科的交叉研究,并采用生物活性追踪法从苦皮藤根皮 中分离鉴定出4个新化合物,分别命名为苦皮藤素I,?,?, ?,并且证实苦皮藤素I为拒食有效成分,苦皮藤素?,?为毒 杀有效成分,苦皮藤素?为麻醉有效成分,这些活性成分具有相 同的二氢沉香呋喃骨架,都是多元醇酯.其根皮粉及茎皮,叶 粉具有良好的杀虫作用,种子中的苦皮藤素,对多种害虫具有杀 虫活性,其杀虫机理主要是作用于害虫的神经系统和消化系统 等. 1.2.4菊科 关于菊科植物杀虫活性的研究,最着名的例子是除虫菊,猪 毛蒿和万寿菊.其中,除虫菊是一种多年生草本菊科植物,是目 前世界上唯一大规模集约化种植的杀虫植物,是一种不污染环 境,对人畜安全无害,能迅速杀灭害虫而不易产生抗药性,在植 物和土壤中无残留的高效天然杀虫剂.用其提取的天然菊酯油 是生产高效低毒无公害生物农药和卫生杀虫剂的主要原料. 其中白花除虫菊杀虫活性高,在我国东北及西北地区资源丰富, 全草都含有挥发油,有刺激性气味,民间用来熏赶蚊虫,苍蝇. 猪毛蒿和万寿菊也是广泛分布的杀虫植物,它们所含的活性物 质都属于光活化物质,在光下有很强的杀虫作用,主要用于防治 蚊,蝇,虱,跳蚤等卫生害虫及米象,赤拟古盗等仓贮害虫. 1.2.5其它科植物 除了以上4个科植物外,研究较多的还有:樟科,柏科,天南 星科,姜科,胡椒科,毛食科,八角科,芸香科,杜鹃科,狼毒科,百 合科,唇形科植物等,发现均具有一定的杀虫活性. 2植物源杀虫剂的有效成分 植物能够产生诸如生物碱类,糖苷类,萜类,醌和酚类,多炔类, 噻吩类等多种次级代谢物质,其中许多种次级代谢物质具有杀 虫活性,是杀虫活性物质.植物源杀虫剂的有效成分可分为以 下几类: 2.1生物碱 生物碱是一类含N的有机盐基,是植物有毒成分中最大的 一 类,也是人们较早知道的植物性杀虫有效成分.主要的生物 碱有烟碱,百部碱,藜芦碱,苦参碱,雷公藤碱等.如喜树,百部, 藜芦,苦参等都是富含生物碱的杀虫植物.具有毒杀,忌避,拒 食和抑制生长的作用. 2.2萜类 萜类化合物在植物中分布很广,可分为单萜类,倍半萜酯 类,二萜类,三萜类,是目前最受欢迎的一类植物源杀虫剂.印 楝,川楝,苦皮藤等植物的有效成分主要由这类物质组成.近年 来,我国研究较多的苦皮藤及同属几种植物的有效成分主要为 倍半萜酯类化合物.具有毒杀,忌避,麻醉,抑制生长等作用. 2.3糖苷类(配糖体) 是葡萄糖的分子与另一种有机化合物结合而成的复杂化合 物,在昆虫体内经过化学作用就可变为有毒物质.如茶皂素,巴 豆糖苷,苦木素. 2.4有机酸,酯,酮类 除虫菊素是过去一百多年中最重要的植物源杀虫剂,含有6 种非常近似的酯类化合物,并已作为先导化合物发展了一系列 新型高效杀虫剂.另外,Takemot0从海藻中分离得到的具有 类似谷氨酸结构的化合物软骨藻酸和红藻氨酸,具有强烈的杀 虫活性J.禾本科植物尤其是玉米对多种病虫的抗性与其体内 所含的丁布(2,4一二羟基一7一甲氧基一1,4苯嗪一3一酮)有 关,它是禾本科植物的一类重要的次生代谢物质.丁布在植物 体内以配糖体形式存在,当玉米螟摄食玉米组织时,激活了B一 糖苷酶,此酶使丁布游离,从而抑制幼虫生长. 2.5噻吩及炔类化合物 许多植物中存在光化学物质,在光照下对昆虫有很强的杀 虫活性,如从万寿菊等植物中分离的三噻吩和呋喃乙炔对蚊幼 虫有强烈的致死作用. 2.6有毒的蛋白质,挥发性香精油,单宁,树脂等 蓖麻毒素是蓖麻体内的一种球状蛋白质,有剧毒.相思子 毒素也是一种蛋白质毒素,且毒性很高.巴豆香素也是毒性蛋 白,有胃毒作用.精油是植物次生代谢物质的一大类,为多种芳 香物质的混合物,一般都有特殊强烈的气味,对害虫有一定的忌 避及毒杀作用.在叶,果皮,花,种子中含量较多.徐汉虹 (1993)报道,猪毛蒿精油在质量分数为0.1%剂量下,对赤拟谷 盗,玉米象,黄粉甲等仓库害虫的繁殖抑制率都达10o%.单 宁是一类结构复杂的非结晶形物质,化学成分属于多元酚的衍 生物和含糖物,茶枯中即含有单宁.松香是一种树脂,遇碱即皂 化. 3植物源杀虫剂作用方式的研究 植物源杀虫剂的作用方式表现为拒食,忌避,毒杀,引诱,不 育,胃毒,抑制生长发育,毒素类,植物内源激素,植物昆虫激素 类,拒食类,引诱和驱避类,绝育类,植物防卫素类,异株克生类. 不同种类植物的杀虫活性成分存在差异.因此,杀虫活性物质 的作用机理也各不相同. 3.1毒杀作用 3.1.1胃毒毒杀作用 大多数植物源杀虫剂都具有胃毒作用,但它们的作用机理 并不完全相同.有研究表明,植物源杀虫剂可以破坏昆虫的中 肠组织,使中肠结构发生变化,也可能是作为神经毒剂阻断昆虫 的神经传导使昆虫死亡.如苦皮藤素V主要是破坏中肠肠壁细 胞膜及细胞器膜,对主要消化酶系的活性无影响;而川楝素则破 坏中肠组织,阻断神经传导而导致害虫麻痹,昏迷,死亡. 3.1.2内吸毒杀作用 内吸作用是一种特殊的胃毒方式.具有内吸毒杀活性的植 ? 44?广州化工2O09年37卷第8期 物源杀虫剂,在生产上多用于土壤,种子处理或涂茎,滴心等. 印楝素具有良好的内吸传导性,将其施于土壤可被棉花,水稻, 玉米,小麦,蚕豆等作物吸收,输送到茎,叶,使整株作物具有抗 虫性.苦楝,川楝,苦皮藤,黄杜鹃等植物的提取物都对水稻三 化螟具有较强的内吸毒作用. 3.1.3触杀作用 主要有除虫菊,鱼藤,烟草,苦参等.烟碱对蚜虫具有较强 的触杀作用;从苦参中分离出来的苦参碱有较强的触杀活性;除 虫菊中的除虫菊素作用于昆虫神经系统.害虫接触到这类杀虫 剂,神经中枢即被麻痹,从而中毒死亡. 3.1.4熏杀作用 植物次生代谢产物中的挥发性精油对昆虫具有熏杀作用. 侯华民等研究表明,八角茴香等5种精油对粘虫,小菜蛾,棉铃 虫,玉米象都有较强的熏杀作用.高聪芬等发现砂地柏,黄花蒿 等精油对玉米象,赤拟谷盗,粘虫和小菜蛾等害虫具有较强的熏 杀作用. 3.2忌避和拒食作用 许多植物源杀虫剂都可干扰昆虫的正常行为,表现为拒食, 忌避作用.这种作用主要是利用某些药剂(如茼蒿精油,菊蒿精 油)散发出的特殊气味,使昆虫感觉器官难以忍受而离去.拒食 产生的主要原因是某些药剂(如印楝素,川楝素,脱氧鬼臼毒素 等)抑制了昆虫的味觉功能而表现出拒食效应.如楝科植物对 三化螟,菜青虫,粘虫,斜纹夜蛾等具有明显的拒食作用.植物 蛋白酶抑制剂与昆虫肠道内的蛋白酶结合并抑制其活力,影响 昆虫的消化功能. 3.3生长发育抑制作用 许多植物源杀虫剂可以干扰害虫的生长发育,如昆虫生长 发育延缓,卵不能正常孵化,幼虫不能正常化蛹羽化,或出现畸 形,从而降低昆虫群休数量.如印楝素可影响昆虫的交配及卵 子的发育,抗昆虫蜕皮激素,干扰昆虫蜕皮,导致昆虫产生形态 上的缺陷;苦皮藤反抑制玉米象,红蛉虫和菜粉蝶的产卵并降低 孵化率.如从喜树中分离出的喜树碱是目前发现的最有效的一 种植物性昆虫不育剂.植物源杀虫剂对昆虫生长发育的影响, 目前普遍认为是干扰了昆虫正常的内分泌系统,导致生长发育 出现异常.虽然对当代或当年的害虫影响不明显,但它们可以 持续地控制害虫下一代甚至翌年的发生,符合农业可持续发展 战略. 3.4麻醉作用 某些植物源杀虫物质对害虫具有特殊的麻醉作用.苦皮藤 根皮粉或提取物对粘虫,菜粉蝶,稻苞虫,棉造桥虫等幼虫有麻 醉作用.烟碱作用于昆虫神经细胞上的乙酰胆碱烟碱型受 体,使神经体持续激活,虫体持续痉挛,麻痹死亡;苦参碱,金雀 碱对昆虫具有胃毒麻痹作用,致使昆虫不进食或饱食而死. 3.5其它作用 植物精油对害虫具有引诱作用,影响离子通道除虫菊酯与 细胞膜上的钠离子通道结合,延长其开放时间,引起昆虫休克死 亡.相同机理的尚有西藜芦生物碱,胡椒素,阿素宁,墙草碱等 鱼尼丁能与肌质网上的钙离子通道结合,使钙离子进入肌细胞, 很快引起细胞死亡,对特定种类昆虫的防治确实有效.苦豆子 中的金雀花碱和苦豆碱对昆虫的同工酶有显着的抑制作用等. 4研究领域中新的发展方向 4.1植物源光活化毒素 植物光活化毒素是一类在光照条件下对害虫的毒杀效果急 剧提高的植物次生物质.人们很早就发现,接触某些植物(如芸 香科)汁液,在光下会导致皮炎,家畜在采食了某些植物后,在光 照条件下会发生皮肤病变.2O世纪8O年代后期,我国系统地开 展了植物光活化杀虫剂的研究.徐汉虹等(1993年)首次报道了 猪毛蒿精油中的茵陈二炔(capillene)有光活化杀虫毒性11=l除 了用于杀虫外,光活化农药也用于杀病毒,病菌,线虫等. 目前,关于光活化毒素的作用机理有光动力作用和光诱发 毒性两种.光活化毒素的作用机理包括光动力学原理和光诱导 毒性机理两种.前者以噻吩类,醌的衍生物为代表;后者则包括 呋喃香豆素,呋喃喹啉碱,呋喃色酮等.由于其来源于植物次生 代谢物,高效低毒,对非靶标生物安全,无残留,而且作用机理独 特,不易产生抗药性,开发这一类杀虫剂不仅可以有效地控制有 害生物的危害,而且能缓解大量化学合成农药带来的环境压力 因而将其作为新型无公害杀虫剂有很大的开发潜力.- 4.2植物蛋白酶抑制剂 植物体内广泛存在着一类蛋白酶抑制剂,植物生理学家发 现植物体内的酶抑制剂,具有广谱的杀虫性.它们与昆虫消化 道中的蛋白酶相互作用,形成酶抑制复合物(EI),(EI)能阻断 或减弱消化酶的蛋白水解作用,从而影响昆虫对食物蛋白的正 常消化;但更重要的是(EI)能刺激消化酶的过量分泌,耗尽必需 的氨基酸,最终导致昆虫非正常发育或死亡;除此之外,它还可 能影响昆虫体内水分平衡,昆虫蜕皮和酶活力调节等;植物蛋 酶抑制剂对人畜十分安全,因为它们在哺乳动物的胃中会被胃, 酸降解;通过对植物蛋白酶抑制剂的深入研究,它有望成为对环 境安全的新型杀虫剂. 4.3植物导向杀虫剂 在传统农药的施药过程中,由于雾滴飘移等因素的影响,使 只有不到1%的施药量对害虫起到了作用,其余99%以上的施药 量则造成了环境污染和对生态平衡的危害.徐汉虹等 (2003)最近提出了"导向农药"的新概念【2.所谓"导向农药" 就是农药有效成分与导向载体偶联后能在植物体内向特定部位 (如叶,果或害虫取食的伤口等)定向积累的农药制剂,可能几倍 或几十倍甚至上千倍地减少农药用量,降低对人畜的毒性,减少 对环境的污染,无疑将为害虫防治和环境保护注入新的活力. 5存在问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 及展望 5.1存在问题 植物源杀虫剂是一个新的研究领域,其发展还在不断深入, 也存在诸多的困难:一是应用范围窄,只对少数病虫害起作用, ,湿度,pH,土壤肥 缺乏广普性;二是药效发挥受环境因素(温度 力等)的影响较大,存在速效性不够,贮藏稳定性差,质量上不易 控制等缺陷,直接导致了植物源农药产业化发展较为缓慢i第 三,植物源杀虫剂的有效成分不明确,含量不稳定,并且药效不 均一,对防治大规模突发性的病虫灾害显得力不从心;四是不能 彻底解决害虫的抗性问题,植物源杀虫剂在进一步的研究中扰 性问题将仍是我们需要攻克的难关.另外,从经济角度看,植物 20o9年37卷第8期广州化工?45? 源杀虫剂合成困难,成本较高,不易商品化. 5.2展望 目前,植物源杀虫剂的研究和开发利用受到了越来越多的 人们的重视,尤其是现在全世界面临人口迅速增长,环境污染压 力日趋严重,大力提倡"绿色农业",绿色农药加强环境保护,贯 彻执行可持续农业的时代.植物杀虫剂不仅符合当今农药发展 的方向,顺应保护环境的潮流,而且一些植物杀虫剂从作用机制 与作用方式上与常规杀虫剂相比是一个质的飞跃,尤其适用于 水果蔬菜等高附加值农产品及城市害虫防治.中国植物资源丰 富,发展植物源杀虫剂的条件得天独厚,相信随着生物,信息,分 离鉴定和仪器分析等技术的发展,中国植物源杀虫剂的研究将 会不断取得新的突破.更深入,更广泛地研究和开发植物源杀 虫剂具有更重要的意义,相信在不久的将来,将有更多的杀虫植 物和新的杀虫活性物质被发现,更有效,更廉价,对环境污染更 小和对人,畜影响更小的新植物源杀虫剂会被开发出来为人类 服务,其发展前景十分广阔. 参考文献 [1]刘明霞,陈小丹,王春龙.我国植物源杀虫剂研究进展[J].辽宁 农业科学,2Oo4(2):29—30. 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