新型生物杀菌剂CE-香芹酚解决化学农药抗性防治灰霉病
- 全球农业灰霉病现状及防治策略
灰霉病是一种由真菌感染引起的病害 灰葡萄孢,对农作物和园林观赏植物危害很大。可侵染茄科、葫芦科、蔷薇科等470多种植物[1]。一旦染病,植株落叶严重,果实腐烂,农产品质量下降。对于园艺植物,如玫瑰,灰霉病主要侵染它们的花。严重时会对幼枝、幼叶造成危害,引起花瓣变褐、腐烂、枯萎,直至整株变褐枯萎[2-3],从而降低花卉的商品价值。番茄是我国种植和消费最广泛的蔬菜作物之一。番茄受感病后,病部出现灰白色或灰褐色霉菌,甚至造成烂苗烂果,从而降低产量[4]。草莓以其营养价值和独特的口味深受消费者喜爱,但极易感染灰霉病,危害草莓植株地上所有部分,包括果实、花、果梗、叶、叶柄等。等,其中以果实受害最为严重[5]。
灰霉病作为植物的主要真菌病害之一,给园林植物和农作物带来了巨大的经济损失。这种疾病每年给全球造成的经济损失超过100亿美元。对于葡萄酒行业来说,每年因灰霉病造成的葡萄酒减产可达20%以上。采后的葡萄在贮藏过程中也会发生灰霉病,严重时损失可达50%[7]。我国草莓种植面积大,但受灰霉病危害,一般减产20-30%,严重时减产50%以上,造成了巨大的经济损失,经济损失不容忽视。种植者[6]。灰霉病是番茄栽培中的重要病害,可引起20%至30%减产,甚至高达50%。在园林观赏植物中,月季在长途冷藏运输过程中受损也很严重。据调查,极端条件下可造成70%以上的采后损失。所以,灰霉病对植物的危害不容忽视。
近年来,化学杀菌剂主要用于防治灰霉病。目前,有两种类型的农用化学品。一种是治疗性杀菌剂,如苯胺嘧啶类(如嘧霉胺)、二甲酰亚胺类(如腐霉利、异菌脲)和N-苯基氨基甲酸酯类(如多菌灵),另一种是保护性杀菌剂,如百菌清、代森锰锌、克菌丹等,仅表现出保护作用。 [7-9]。
由于使用农药也会在一定程度上抑制植物的生理活动,长期使用农药会降低植物对病原真菌的抵抗力,导致防治效果大打折扣。农药的大量使用,不仅会增加成本,还会对环境和人体健康造成危害。例如,最早用于防治灰霉病的内吸性杀菌剂多菌灵和苯菌灵,已经出现了严重的耐药性问题。 2012年和2013年,中国湖北省灰霉病对多菌灵的耐药率为63.6%[10]。辽宁、河北、北京、安徽、四川等省灰霉病对多菌灵的耐药率在53.6%~99.0%之间,新疆地区耐药率最低,为24.1%[11]。
因此,开发新型天然杀菌剂和生物防治是防治灰霉病的有效途径。随着科学技术的快速发展,通过对天然植物提取和制剂技术的深入研究,植物基代谢物以其防治效果好、在自然界中分解快、不易产生耐药性等特点越来越受到人们的青睐。因此,它们越来越多地用于农业病害防治。精油是天然的抗菌剂,存在于许多植物中以保护它们免受疾病感染,并且在食品工业中具有对抗食源性病原体和腐败微生物的巨大潜力。牛至油和百里香油等植物精油具有广谱抗菌特性。通常,精油是不同类型化合物的复杂混合物,包含约 20 至 80 种不同的分子。 酚类是植物精油中的主要抗菌成分,其抗真菌活性由其浓度和化学成分决定。 植物精油可以抑制或延缓细菌、酵母菌和霉菌的生长。由于其广谱的生物活性,受到了全球众多天然药物研究人员的青睐。是一种可替代化学杀菌剂的天然抗真菌产品。
- 牛至精油的研究和应用历史——香芹酚
牛至在我国是一种药食同源的植物,具有很高的药用价值和食用价值。牛至全株可入药,具有抗氧化、抗菌、抗肿瘤等作用,也可用作生物农药、杀虫剂、抗氧化剂等。同时,牛至常被用作烘烤和肉类除臭提神的烹饪调味香草。 香芹酚是牛至精油的主要成分,据报道可抑制多种病原微生物的生长,包括革兰氏阴性菌、革兰氏阳性菌、 镰刀菌 和 链格孢属 [12-14]. 已广泛应用于食品、医药和化妆品行业。
牛至精油是从牛至植物的茎叶中提取的淡黄色透明油状液体。它极易挥发,难以保存。牛至精油中的酚类化合物和萜类化合物具有很强的抗菌和抗氧化活性。 评价牛至精油抗菌活性和效果的关键指标是香芹酚和百里酚的含量和比例。香芹酚能影响细菌生物膜,抑制真菌的成膜过程,降低膜电位和质子运动力,同时增加细胞膜的通透性,能迅速穿透病原微生物的细胞膜,促进细胞内大量积水引起细胞膨胀,导致细胞膜破裂,细菌死亡[15].
香芹酚是一种芳香族化合物,是一种易挥发的淡黄色透明油状液体,具有特征香味。香芹酚存在于牛至、Comanthosphace ningpoensis (Hemsl.) Hand.-Mazz.、Rabdosia amethystoides (Benth.) Hara等植物中,这些植物中香芹酚的含量会因产地、植物部位、提取方法不同而不同, 等。 香芹酚不仅分子小、毒性低、极性低,而且具有抗菌、抗氧化的特性。它还具有促进食欲、促进吸收等作用,具有较大的商业开发价值。香芹酚是牛至 (60%-74%) 和百里香 (45%) 的主要成分。世界卫生组织2012年发表声明,食品中香芹酚含量小于或等于50mg/kg时,不会对人体健康造成危害,可用于水果保鲜。据报道,富含香芹酚的精油具有显着的抗菌活性。戴然等。 (2015) 发现牛至精油对抵抗兔子细菌引起的肠道疾病有极好的效果。当牛至精油浓度为1.2cfu/mL时,能有效抑制革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌的生长,牛至精油比其他常用的天然抗氧化剂具有更高的抗氧化活性。克莱夫等人。 (2010) 发现牛至精油对念珠菌具有很高的抗真菌活性,其中抑制和杀灭真菌的最低浓度为 2-5 mL/L。胡彦芬等。 (2010) 发现香芹酚对 大肠杆菌, 金黄色葡萄球菌 和 沙门氏菌 猪霍乱,并可防治动物胃肠道感染。瓦塔瓦利等人。 (2013) 研究了牛至精油对红海鲷保质期的影响,发现对照组的保质期为 11 天,而用牛至精油处理的保质期为 16 天。刘猛等。 (2011) 发现香芹酚具有抗微生物生长和抗氧化作用,可防止饲料变质,具有无残留、无污染、对微生物无抗药性、与抗生素配伍性好等优点。
成都新阳作物科技有限公司依托我国丰富的药用植物资源和悠久的药用植物历史,专注于绿色农业生物技术的创新、研发,经过多年的研发,成功将植物精油香芹酚的创新生物技术应用于农业病害防治,为全球有机绿色农业产业做出了突出贡献。
- 香芹酚最新研究进展
- 香芹酚注册信息。 据中国农药信息网,2015年, 成都新盛作物科技有限公司. (以下简称“成都新闻》)获得10%香芹酚工业级(注册号:PD20141626)和0.5%香芹酚AS(注册号:PD20152651)防治灰霉病的注册证。是国内第一家获得香芹酚原药级注册的企业。
- 0.5% CE 香芹酚 AS 杀灭真菌的作用机制。 破坏细胞壁和细胞膜的完整性,可干扰病原微生物细胞膜的形成,降低膜电位和质子能动性,增加细胞膜的通透性,可迅速穿透病原微生物细胞膜,促进积累细胞内大量水分使真菌细胞膨胀,导致细胞膜破裂,真菌死亡。
对于Botrytis孢子,0.5% CE carvacrol AS可以迫使孢子的形状变成液滴状,并在尖端破裂破裂导致细胞质渗漏。对于植物叶片上的灰霉病,0.5% CE香芹酚AS可以最大程度地破坏孢子,阻止病斑的扩大和蔓延。
- CE香芹酚提取工艺研究 经过多年的科学研究, 成都新闻 采用创新的植物源共提取技术,充分利用香芹酚对细胞膜的渗透性,从牛至和百里香中提取香芹酚、百里酚和协同增效成分,保证香芹酚和百里酚抗真菌活性的提高。共提技术(CE)是在中医理论的基础上,运用现代提取技术,最大限度地提取多种有效成分和有益成分的提取率。解决了香芹酚生产中提取率低、组分单一的问题,实现了香芹酚的产业化。同时采用最新的仿生滤膜进一步纯化多种活性成分以满足配方和市场的需求,是共萃取、纳滤、生物膜等最前沿技术的成功融合与传统提取方法相比,香芹酚和百里酚的浓度大大提高,产量分别提高了64%和75%,大大降低了生产成本。
香芹酚10%工业级提取成分更丰富,提取了牛至和百里香中的多种抑菌、杀菌活性成分,节省了能源和溶剂成本,各成分之间相互协同,药效更佳。香芹酚原药采用专利技术从中药植物牛至、百里香中提取,含有多种抑菌、杀菌化合物,与植物亲和性好,防治谱广,使用安全。
- 0.5% CE香芹酚AS的处方研究。 采用现代农药制剂技术,针对含有多种成分、成分复杂的植物提取物,成都新阳光进行精准的配方开发,优化原料配比,结合多次光散射试验,研制出贮存稳定性好的最佳配方。同时,根据防治目标和作物特点,通过选择表面活性剂,结合纳米乳化技术、动静态表面张力优化、接触角测试优化等技术,对植物源农药的药效进行了优化。表现在以下几个方面:提高产品的润湿、铺展、成膜附着力、保湿和抗蒸发性能,增加喷液在叶片上的沉积,增加有效成分对植物的附着力和覆盖度叶子和目标害虫,改善产品的田间结果。测试结果表明,0.5% CE香芹酚AS与异菌脲混合3小时后稳定,与腐霉利混合45分钟后稳定,与嘧霉胺混合30分钟后稳定。 0.5% CE香芹酚AS稀释500倍后,动态表面张力(5s)为33.04mN/m,动态表面张力(10s)为29.81mN/m,对防治目标害虫具有良好的润湿能力。
- 0.5% CE香芹酚AS应用技术研究 植物源杀菌剂 0.5% CE 香芹酚 AS 有助于减少生物胁迫对农业的不利影响并缓解日益严重的环境问题。目前,长期依赖化学农药,化学农药使用不当,农药投入量大,喷药次数增多,单位面积农药投入量大,抗药性非常严重,防治效果下降年效、农药残留风险极高、生态环境污染严重等[6]。与化学农药相比,生物农药具有降解快、低毒、低抗性、无有害物质、环境友好等优点[7],但药效持续时间短30-40%。
经实验室试验发现,0.5% CE香芹酚AS对由灰霉病引起的灰霉病有很强的抑制作用。 灰葡萄孢, 0.5% CE 香芹酚 AS 稀释 500 倍后的抑制率高于 80%。
为解决植物源生物农药使用中存在的问题,发挥其优势,成都新阳光建立了生物农药“防-治-治”的事前、事中主动防控体系。植物病害发生阶段,单用生物农药或与化学农药配合使用,最大限度地抑制病害侵染,降低病害侵染指数,减少化学农药的使用。
0.5% CE 香芹酚 AS 用于防治葡萄灰霉病。在出现灰霉病前,用0.5% CE香芹酚AS分3次,间隔7天。单独使用0.5% CE香芹酚AS的药效超过化学杀菌剂(40%异菌脲SC)的80%。
在病害发生的中后期,即病害暴发期,以“植物源农药+化学农药”为核心技术,在提高防治效果的前提下,减少化学农药的使用量农药、抗药性、化学农药残留,提高农产品质量和生态环境,维护生物多样性,缓解环境压力。
大量田间试验结果表明,0.5% CE香芹酚AS与嘧霉胺、异菌脲等化学杀菌剂复配后,可减少化学农药使用量20-30%,田间防效提高30%以上,并且更加环保。
从左到右处理如下:
- 5% CE 香芹酚 AS 500 倍稀释
- 40% 嘧霉胺1000倍稀释
- 5% CE 香芹酚AS 500倍稀释+40%嘧霉胺1500倍稀释
- 5% CE 香芹酚AS 500倍稀释+50%腐霉利750倍稀释
- 5% CE香芹酚AS 500倍稀释+45%异菌脲1500倍稀释
- CK
图04: 四川浦江0.5% CE香芹酚AS防治猕猴桃灰霉病试验(0.5% CE香芹酚AS稀释500倍与嘧霉胺1500倍混合效果最好,在灰霉病发生前施用2次,间隔7天. 19天2次后疗效达到80%以上(2nd) 应用)
综上所述,在灰霉病初期,单独使用0.5% CE香芹酚AS可显着降低灰霉病的侵染指数和侵染能力。灰霉病发生期间,使用0.5% CE香芹酚AS+嘧霉胺等化学杀菌剂,对灰霉病有显着防治效果。
- 开发药用植物牛至作为生物农药的潜力
0.5% CE香芹酚AS作为天然植物源生物农药,对灰霉病有很好的防治作用,与化学杀菌剂混用可显着降低灰霉病的抗药性,提高防治效果。其原料牛至在我国作为常用药材广泛栽培。牛至草年平均产量可达6.9公吨/公顷。近年来,随着全球生物合成技术的发展,通过酵母、植物干细胞等真核细胞工厂技术合成植物酚类化合物成为现阶段的热门研究方向,通过大规模生产活性成分通过采用底盘细胞修饰和蛋白酶工程等先进技术,生物反应器已成为可能。
- 展望
0.5% CE香芹酚AS不仅对灰霉病等高等真菌引起的病害有显着疗效,而且安全性非常高,对天敌和有益生物都非常安全。据估计,全球灰霉病防治市场规模为6亿至8亿美元,其中中国灰霉病市场接近2亿美元,市场规模巨大。鉴于市场需求大、市场潜力巨大、窗口期适宜、效果优良、技术全面等优势,有望打造为战略性新产品。未来,0.5% CE香芹酚AS必将助力灰霉病绿色防控技术的建立和推广,推动化学农药减量增效,为食品安全和农产品质量安全提供坚实保障,维护生物多样性,减轻环境压力,为农业价值提升和农业可持续发展做出贡献,从而促进生物科技的健康发展,促进人与自然的和谐共处。
新阳作物科学网站: http://www.cdxzy.com
电子邮件: [email protected]
参考:
[1] 孟向东, 傅俊凡, 周汝君, 等. . 保护区主要园艺作物灰霉病菌生物学特性比较研究[J].沉阳农业大学学报, 2007, 38(3): 322 -326.
[2] 郎立新,江兰玲.月季温室切花灰霉病[J].中国花卉园艺, 2006( 20): 41
[3] 费林耀,高征,费林奇,等.温室月季切花灰霉病的发生与防治[J].辽宁农业职业技术学院学报,2007,9(1):12-13.
[4] 赵阳,缪泽言,李莹,等.王红. 番茄灰霉病防治研究进展[J]. 中国植物保护导报, 2014( 7): 21 – 29.
[5] 张国珍,钟山.草莓灰霉病研究进展[J].植物保护, 2018, 44( 2): 1 – 10.
[6] 张云峰,关慧琳,谢庆华,等.有机发酵液对温室月季灰霉病发生率及采后性状的影响[J].北方园艺,2008(11):157-161.
[7] 陈宇飞,温敬之,李立军.葡萄灰霉病研究进展[J].东北农业大学学报, 2006, 37( 5): 693 – 699
[8] 叶艳英,熊春晖,袁景祥,等.植物源杀菌剂防治灰霉病的研究进展[J].生物危害科学, 2016, 39( 1): 27 – 31.
[9] 陈琪.灰葡萄孢对腐霉利耐受性的遗传学和病理生理学研究 [D] .合肥:安徽农业大学,2004:7-16
[10] 周明国,叶中银,杭建生,等.草莓多菌灵抗性葡萄孢菌种的形成及分布研究[J].南京农业大学学报,1990,13(3):57-60.
[11] 张佳.中国草莓主产区灰霉病菌多样性研究[D].北京: 中国农业大学, 2015
[12] 曾榕, 陈金银, 林立超.丁香精油和丁香酚对食品腐败菌的抑菌活性研究[J].江西农业大学学报, 2013, 35(4): 852-857
[13] 曾瑞, 陈继义, 林良才.丁香精油和丁香酚对食源性细菌的抗菌活性[J].江西农业大学学报, 2013, 35(4): 852-857
[14] Nizamani MH, Abro MA, Gadhi MA, Keerio AU, Talpur MSA, Sajawal, Qazi S. 不同精油和生物防治剂对枣腐病病原体链格孢的评价[J]。植物科学应用研究杂志, 2020,1(1): 1-8
[15] Saren Gaova,胡文中,冯科,等.植物精油及其成分对病原微生物抑菌机制的研究进展[J].食品科学, 2020, 41(11)