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植物源杀虫剂介绍及其在园林中的应用前景分析

作者: 胡月,田立超 时间:2022-9-7 阅读次数:311

园林植物病虫害种类繁多且为害情况复杂,开展防治措施是保障园林植物正常生长,维持其对环境的美化和生态功能的重要措施[1]。但随着化学农药的长期和大量使用,导致环境污染、破坏生态平衡、病虫抗药性及再猖獗等问题凸显,使生物防治越来越受到人们的重视[2]。其中植物源农药是直接利用或提取植物组织及其次生代谢物质,制成具有杀虫或杀菌作用的活性物质,因其对环境友好、不易使害虫耐药性等优点,逐渐成为研究开发的热点之一[3]。本文对植物源杀虫剂进行介绍,并分析其在园林中的应用前景,以期提高园林管护人员对植物源杀虫剂的认识,指导园林病虫害防控科学用药。

1/植物源杀虫剂特性

自然界中植物受到某一种害虫危害时,往往会发生应激反应,产生某些化学成分抑制害虫继续危害,或吸引天敌昆虫以实现自保,这是植物与昆虫长期适应演变的结果。植物体内具有杀虫活性的物质多样,化学结构复杂,可直接提取应用或将其作为绿色农药开发的先导化合物[4]。因其活性成分为自然物质,具有以下几个方面的特点:

1.1 对生态环境安全。如对非靶标生物毒性低、影响小,在大气、土壤、水体中易于分解,无残留或低残留影响[5]。

1.2不易产生抗性。植物性杀虫剂由于活性成分复杂,能够作用于昆虫的多个器官,表现出特殊的作用靶标及复杂的作用机理,有利于克服害虫抗药性[6]。

1.3对天敌昆虫安全。植物源农药对非靶标的有益生物(即害虫天敌)相对安全。例如使用鱼藤菊酯常用剂量喷施,对蔬菜萝卜蚜的防治效果可达99.85%,而对蚜虫天敌瓢虫的杀伤率仅为11.58%[3]。

1.4资源丰富。目前世界至少有25万种不同的植物,进行了研究调查的仅占其中的10%,还有大量的植物资源未进行开发利用,给了人们巨大的开发余地[7]。

1.5 开发成本低:随着各国对新型化学农药投放的管理和要求越来越严格,使得化学农药研发和应用的难度越来越大,费用也越来越昂贵,且成功率低[8]。而相比之下,植物源杀虫剂的开发成本要低得多。

2/常见杀虫植物

据报道,全球具有农药活性的植物约2400种,其中具有杀虫活性的1005种,对昆虫具有拒食活性的384种,忌避活性的279种,引诱活性的28种,引起昆虫不育的4种,调节昆虫发育的31种[3]。我国可作为植物源杀虫剂的植物资源主要集中于楝科、菊科、豆科、卫矛科和大戟科等30多科,其中常见的杀虫植物及特点见表1。

分类 拉丁名 主要植物 主要活性成分 作用方式 防治对象 备注
楝科 Meliaceae 印楝 印楝素 触杀、胃毒、拒食和生长调节作用 蚜虫、叶蝉、小菜蛾等 我国无印楝自然分布,1986年引种到广东省徐闻县和海南省万宁县,迄今已在广东省南部、海南省、云南省及四川省局部地区大面积种植[9]
川楝 川楝素 拒食、胃毒及一定的生长抑制 螟虫、小菜蛾、蚜虫等 张兴等[10]曾研究发现,川楝素对昆虫活性主要有强烈的拒食、胃毒及一定的生长发育抑制作用,可有效防治螟虫、小菜蛾、蚜虫等多种害虫
苦楝
卫矛科 Celastraceae 雷公藤 雷公碱 胃毒、拒食、抑制生长发育 蚜虫、小菜蛾、菜青虫等 雷公藤的杀虫有效成分为雷公碱及其他化学物质,多存在于根皮之中,对多种害虫具有胃毒、拒食、抑制生长发育等杀虫活性,且药效快[11]
苦皮藤 苦皮 藤素 拒食、麻醉和毒杀活性 菜青虫、小菜蛾、尺蠖等 西北农林科技大学利用苦皮藤研制的0.2%苦皮藤乳油,防治菜青虫有效率达90%,防治小菜蛾有效率达87%以上,防治尺蠖效果在95%以上[12]
杜鹃 花科 Ericaceae 羊踯躅 闹羊花素-Ⅲ 触杀、胃毒 甲虫、小菜蛾、家蝇、 蚜虫等 我国杜鹃花科植物有20属约800余种,主要分布于西南地区,有毒成分主要为木藜芦烷类二萜
瑞香科 Thymelaeaceae 瑞香狼毒 香豆素类活性化合物 拒食、触杀、胃毒、抑制幼虫发育[13] 菜粉蝶、菜青虫及仓储 害虫等 唐川江等[14]研究了瑞香狼毒对仓储害虫的杀虫活性,结果表明瑞香狼毒根乙醇提取液在1.5g/kg的剂量下,对米象的致死率为90.98%。而正己烷提取液在0.5g/kg的剂量下,对米象的致死率仍高达98.44%
菊科 Compositae 除虫菊 除虫菊素 触杀、胃毒、拒食和趋避 鳞翅目、双翅目、同翅目等多种害虫 除虫菊属多年生草本植物,其杀虫活性物除虫菊酯包括除虫菊酯I、Ⅱ,瓜叶菊酯I、Ⅱ和茉酮菊酯I、Ⅱ六种杀虫有效成分[15]。具有高效、低毒、广谱、低残留等特性
万寿菊 α-三连噻吩 触杀、胃毒、产卵忌避、抑制幼虫生长等 蠹虫、赤拟谷盗、小菜蛾、玉米象、蚊子等 万寿菊为1年生草本植物,是近年来研究较多的杀虫植物之一,其根提物在自然光和紫外光照射下对蠹虫、赤拟谷盗、小菜蛾等均有较好的活性[16]
紫茎泽兰 单萜、倍半萜及其衍生物 熏蒸、触杀、拒食、忌避 仓储害虫和小地老虎、叶螨、蚜虫等 紫茎泽兰为多年生草本植物,其适应力强,传播速度快,是一种恶性外来入侵杂草[17],其提取物可用于防治米象、玉米象、绿豆象和蚕豆象等仓储害虫[18]和小地老虎、叶螨、蚜虫等农业害虫[19]
豆科 Fabaceae 鱼藤 鱼藤酮 触杀、拒食、生长发育干扰和忌避产卵活性 鳞翅目幼虫、蚜虫、叶螨、跳甲等 鱼藤的根中分离鉴定了鱼藤酮、灰叶素、鱼藤素和灰叶酚等具杀虫活性的化合物,可用于防治鳞翅目幼虫、蚜虫、叶螨、跳甲等[20],目前登记鱼藤酮产品数达25种
苦参 苦参碱 触杀、拒食、胃毒 叶甲、蚜虫、叶蜂、小菜蛾等 苦参碱对害虫有较强的触杀活性,害虫接触到该药,神经中枢麻痹,虫体蛋白质凝固,虫体气孔堵死,害虫窒息而死,主要用于防治蚜虫及鳞翅目幼虫[21],登记产品达128种
茄科 Solanaceae 烟草 烟碱 具有触杀和胃毒作用 蚜虫、介壳虫、叶螨、蓟马等 烟草整个植株都含有杀虫成分“烟碱”,但以叶片中最多、茎中最少。作为一种神经毒剂,可用来防治蚜虫、介壳虫、叶螨、蓟马等地上害虫和地老虎、蝼蛄等地下害虫[22]
辣椒 辣椒碱 触杀、胃毒、驱避 蚜虫、菜青虫、小菜蛾、叶蝉等 辣椒主要杀虫活性成分为辣椒碱,对害虫具有触杀和胃毒作用,害虫与辣椒碱接触后即表现麻痹,取食后可抑制解毒酶系,影响消化吸收,使生长发育受到抑制而死亡[23]
大戟科 Euphorbiaceae 巴豆 巴豆酯 触杀、拒食、生长发育干扰和忌避产卵活性 蚜虫、螟虫、象甲、菜青虫等 巴豆是一种著名的有毒植物,其叶水浸提物对蚜虫、螟虫、象甲等有一定的触杀作用,对非洲粘虫有很好的拒食活性,对棉铃虫有强烈的生长抑制作用,对赤拟谷盗成虫产卵及生长发育有显著的影响[24]
蓖麻 蓖麻碱 触杀、胃毒、拒食、抑制细胞 增值 蚜虫、粉虱、小菜蛾等 蓖麻体内含有蓖麻碱、毒蛋白、血细胞凝集素和应变原类毒素等多种毒素,其粗提物对蚜虫、粉虱、小菜蛾等害虫有较好的控制作用[25]
 

3/植物源杀虫剂品种及分类

根据化学结构的差异,可将植物源杀虫剂分为醇(酚)类、酮类、羧酸类、酯类、生物碱类和糖苷类等,部分植物源农药品种及其分类如表2所示。

类别 农药品种
醇(酚)类 香叶醇(geraniol)、香芹酚(carvacrol)、百里香酚(thymol)、左旋松油醇(左旋萜烯醇,L-terpenol)、萜烯醇(互生叶白千层提取物,terpenol)、莪术醇(curcumol)、闹羊花素-Ⅲ(rhodojaponin)、甲基辛烯醇(香茅醇,citronelol)、对羟基苯乙醇(对酪醇,p-tyrosol∶PGR)t、三羟基芪(白藜芦醇,resveratrol)、愈创木酚(2-甲氧基酚、邻甲氧基酚,cresol mixed isomer)、银杏酚(十三烷基苯酚和十五烯烃苯酚)、绿帝(银果、邻烯丙基苯酚)、丁子香酚(eugenol)、儿茶素(d-catechin)
酮类 黄酮(flavone)、鱼藤酮(rotenone)、狼毒素(neochamaejasmin)、樟脑(茨酮,d-camphor)、右旋樟脑(d-camphor)、银泰(覆盆子酮、1-对羟基苯基丁酮)、酚菌酮(仿生安、1-邻羟基苯基丁酮)、瑞香狼毒素(daphneolone)、苯丙烯菌酮(补骨脂种子提取物、补骨脂乙素,isobavachalcone)
羧酸类 大黄酚(chrysophanol)、大黄素甲醚(大黄根茎提取物、虎杖根茎提取物,physcion)、油酸(oleic acid)、蓖麻油酸(ricinoleic acid)、壬酸(nonanoate)、C8-C10脂肪酸(辛酸、壬酸和癸酸,natual fatylacids)、甲猛素(熊果酸,ursolic acid)、新西力(三萜酸混合物,trterpenic acids)、甾烯醇(β-sitosterol)、丙烯酸(acrylic acid)、银杏果提取物(十五烯苯酚酸和十三烷苯酚酸)
酯类 蛇床子素(cnidiadin)、补骨内酯(prosuler)、除虫菊素(除虫菊提取物,pyrethrins)
生物碱类 异硫氰酸烯丙酯(辣根素,allyl isothiocyanate)、大蒜素(allicin)、印楝素(印楝籽提取物,azadirachtin)、楝素(川楝素,toosedarin)、苦皮膝素(celastrus angulatus)、茴蒿素(山道年,santonin)、雷公藤甲素(雷公藤内酯醇,triptolide)、烟碱(nicotine)、木烟碱(新烟碱,anabasine)、野靛碱(苦豆子总碱,cytisine)、苦参碱(苦参提取物,matrine)、氧化苦参碱(oxymatrine)、莨菪碱(hyoscyamine)、山莨菪碱(anisodamine;)、东莨菪(scopolamine)、藜芦碱(vertrine)、瑟瓦定(cevadine)、小檗碱(黄连素,berberine)、血根碱(博落回生物总碱,sanguinarine)、白屈菜红碱(甲氧苯并菲啶,chelerythrine)、吡喃茚虫酮(喜树碱,camptothecin)、雷公藤吉碱(wilforine)、马钱子碱(毒鼠碱,strychnine)、辣椒碱(capsaicin)、藜芦胺(藜芦根茎提取物,veratramine)、百部碱(tuberostemonine)、牛心朴子生物碱(Cynanchum komarovi Al.Iijinski)
糖苷类 异羊角扭甙(divostroside)、京尼平甙(genoiposide)、杜仲甙(桃叶珊瑚甙,cucommioside)、黄芩苷(黄芩甙,baicalin)
其他 螺枯威(茶皂苷、茶皂素,tea saponin)、螺威(TDS)、桉油精(eucalyptol)、茴脑(trans-anethole)、柠檬醛(citral)、茴香醛(anisaldehyde)、d-柠檬烯(d-Limonene)、八角茴香油(star anisessential oil)、可可油coconut oil)、天然香樟油(camphor essential oil)、松脂酸钠(sodium pimaric acid)
 

4/植物源杀虫剂在园林中的应用研究

根据现有文献报道,植物源杀虫剂在园林中的应用多以生物碱类中的苦参碱为主。许嘉庆[26]以1.3%苦参碱可溶性液剂1000倍液防治美国白蛾2、3龄幼虫,死亡率达100%。高德良[27]采用0.3%苦参碱水剂对紫薇长斑蚜持续控制效果相对突出,药后14d防效均在90%以上。王彩霞[28]采用苦参碱对槐树朱砂叶螨进行防效研究,24h的致死浓度1041.67mg/L。赵素华等[29]对桃蚜进行胃毒及触杀试验,试验结果表明0.36%的苦参碱1000倍液对桃蚜杀虫活性高。

此外,苦参碱与烟碱的复配制剂在园林害虫防控中也多有应用,如林青等[30]对城市园林害虫黄褐天幕毛虫、槐庶尺蛾、美国白蛾的毒效试验结果表明,用1.2%烟·参碱乳油1000倍液喷洒树木,30分钟后害虫击倒率达98%,证实了烟·参碱的毒力效果及安全性能,是城市中开展无公害防治的理想药物之一。谢菲[31]采用1.2%苦参碱.烟碱乳油不同浓度分别对主要食叶害虫杨小舟蛾、杨扇舟蛾、黄翅缀叶野螟幼虫进行防治试验研究,600倍液时防效可达100%。除苦参碱与烟碱外,其他植物源杀虫剂在园林上的应用报道较少。王勇[32]通过印楝素对乌鲁木齐市杨树春尺蠖和杨梦尼夜蛾进行防治,0.3%印楝素乳油在浓度1500倍液、1000倍液时防效可达到85%以上。乐兴钊[33]采用6种植物源杀虫剂对黄纹竹斑蛾进行防效研究。结果显示施药后3d,6种药剂的防治效果均达90%以上。

综上所述,植物源杀虫剂种类繁多,但在园林上的应用多集中于苦参碱、烟碱、印楝素等生物碱类农药,相关研究报道较少,且防治对象较为单一,因此在园林上的开发应用研究还有待拓展。

5/园林中植物源杀虫剂使用存在的问题分析

尽管植物源杀虫剂有诸多优点,但结合园林行业现状及植物源农药特点,使用植物源杀虫剂主要存在以下几个方面的问题:

5.1 药剂生产成本较高。植物源杀虫剂虽开发成本低,但生产成本较高,主要是因为其原料全部来自于自然界,原料的采集、运输、加工和调配的成本都远高于化学药剂。过去在国家的扶持下,植物源农药产业市场逐渐发展起来,带动了植物源杀虫剂的成本下降,但还远远不能够同化学药剂的低生产成本相比,使植物源杀虫剂的使用和推广受到较大限制。

5.2活性成分易分解,残效期短。植物源杀虫剂一般为水剂,受阳光或微生物的作用后容易分解,虽然对环境无污染,但也相应的存在稳定性差、残效期短的问题,一线使用时往往需多次用药,从而增加人工和药剂成本。

5.3难以选择对症产品。在植物有效成分提取的过程中,因为方法及植物种类的不同,加上制剂有效成分复杂,往往不同厂家生产的产品存在较大差异,园林中使用时因缺少相关药效评估机构,因此难以选择合适的产品。

5.4部分药效作用缓慢。由于植物源杀虫剂成分多元化,活性成分不稳定,导致药效往往作用缓慢。

5.5 植物源杀虫剂并非无毒。植物源杀虫剂对环境友好,但其并非无毒。Chaube等[36]研究了印楝叶提取物调控女性生殖能力的分子机制,发现印楝叶水提物能诱导粒层细胞和卵母细胞产生活性氧,并引起线粒体介导的细胞凋亡,从而导致哺乳动物卵母细胞质量低下,生殖能力减弱。因此,使用时仍需注意防护措施,并提醒居民避让。

6/结论与展望

植物源杀虫剂作为生物农药中的一种,具有种类繁多、对生态环境及天敌生物安全、害虫不易产生抗性等优点。但现阶段其在园林上应用研究的相关报道较少,难以指导一线选择用药,且植物源杀虫剂并非无毒,部分产品存在成本较高、残效期短、药效缓慢等问题。因此目前还不适宜直接使用植物源杀虫剂在园林上进行大规模应用,但可采用与低毒化学药剂复配或通过添加助剂等方式提高害虫防治效果。

随着国家对生态环境保护的重视,植物源杀虫剂具有广阔的应用前景,为克服其存在的问题,充分发挥植物源杀虫剂对环境友好的优势,后期研究可扩大植物筛选范围,为新的植物源杀虫成分发现奠定基础;或加强植物源农药的活性物质、作用机理研究,为改善植物源杀虫剂缺点,实现规模化生产提供科学依据,降低用药成本;此外,还应加强植物源杀虫剂在园林害虫防控中的应用研究,指导一线科学、合理选择用药,从而提高园林管护水平,更好地发挥园林植物在园林生态系统可持续发展中的价值。

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