苔藓病是一种寄生于果树叶和茎的病害,主要由藻类和多种微生物组成。柑橘是受害严重的果树,苔藓病严重时产量会受到较大影响。柑橘作为世界上最重要的经济作物之一,种植于热带和亚热带地区。近年来,世界柑橘种植面积稳步增长。根据联合国粮食及农业组织(FAO)的数据,2000年至2015年,面积从876.73 hm2增加到1343.27 hm2[1]。同时,由于近年来柑橘的效益越来越大,从事柑橘种植业的人越来越多,柑橘种植密度也越来越大。据调查统计,近年来柑橘苔藓病的发生率呈上升趋势。仅在中国,每年约有 1300 万亩(15 亩 = 1 公顷)柑橘园受到苔藓病的影响,占柑橘总面积的 30%
柑橘苔藓病在潮湿多雨的环境中易滋生。它出来时,主要危害柑橘的枝叶、果实等部位,使植株光合作用速率减弱,光合作用产物减少,直接影响果实的色泽、外观和内在品质。地上的苔藓病害会夺取肥水,阻碍水分的下渗,影响土壤中的气体交换,严重影响果树的生长发育,导致产量明显下降。
目前,防治苔藓病主要依靠化学农药如乙胺嘧啶、氨苯胺、过氧乙酸,以及一些没有相关资质的助剂产品。但这些产品并未在苔藓病害防治对象上进行正式登记,存在安全隐患。此外,这些化学品本身具有强烈的刺激性气味,配伍性差,容易产生药害,质量参差不齐。随着环境问题的日益受到关注,有机绿色农业领域的逐步扩大和消费需求的升级,全球市场对水果质量、安全、生产可追溯等方面的需求不断增加。因此,迫切需要开发新型、安全、高效、环保的天然生物农药来防治苔藓病害。
1 – Studies on Berberine
Berberine (Ber), is a kind of quaternary ammonium isoquinoline alkaloid extracted and separated from the medicinal plant Coptis Chinensis. It is a yellow needle like crystal with bitter taste. It mainly exists in the Ranunculaceae plants Coptis chinensis, Phellodendron chinense and Sankezhen, with the content of about 10%, and exists in the form of hydrochloride. Coptis chinensis has a long history of being used as medicine in China. The earliest literature record is Shennong’s Herbal Classic [2]. According to its historical records and data, Berberine has been deeply studied in the medical field today, and it has been found that it can treat various infectious diseases, mainly digestive tract bacterial infections, respiratory tract infections, dermatological infections, etc., and can widely inhibit pathogenic microorganisms [3-4].
据报道,小檗碱在很低的浓度下就可以防止霍乱、伤寒和痢疾细菌的繁殖。它还具有抵抗金黄色葡萄球菌、链球菌等革兰氏阳性菌和伤寒杆菌、志贺氏痢疾杆菌、淋球菌等革兰氏阴性菌的作用。此外,对蜡样芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、白喉杆菌、大肠杆菌、肺炎球菌、新城疫志贺菌、化脓性链球菌、结核杆菌等动物病原体,以及念珠菌、隐球菌、酵母菌等真菌均有抗菌作用。随着科学技术的快速发展,人们发现小檗碱对金黄色葡萄球菌具有耐药性,主要是因为它通过引起核糖体和细胞壁的变化来干扰细菌蛋白质的生物合成[2]。
However, the function of Berberine is not only limited to the antibacterial effect. Many researchers have found that Berberine has pharmacological effects in the treatment of tumors, diabetes, cardiovascular diseases, hyperlipidemia, viral infection, cerebral ischemic injury, mental diseases, Alzheimer’s disease and osteoporosis. It can be seen that the physiological function of Berberine is very rich, and its potential development and application value is very great. In the past ten years, more than 2000 articles have reported the clinical efficacy, pharmacological mechanism, absorption metabolism, structure activity relationship and other research results of Berberine. Among them, the more systematic research is the structure-efficacy relationship research on antibacterial, antimalarial, antiarrhythmic and anti-tumor [5]. However, there are few reports on the research and application as pesticides, which has great potential for development in the future.
近十年来,随着小檗碱在农业领域的深入研究,发现小檗碱对防治柑橘苔藓病有显着作用,开辟了小檗碱在农药领域的研究和应用新方向场地。并充分利用中国植物资源优势,在农业领域打破传统,不断创新,利用先进的生物技术,将小檗碱这一天然新产品带入植保领域。根据数据, 成都新盛作物科技有限公司. (hereinafter referred to as “Chengdu Newsun”), a biotechnology enterprise from China, based on the innovative research and development of efficient Co-Extraction technology of Coptis chinensis, has solved the problems of single active ingredient of traditional Coptis chinensis extract products and poor effect on agricultural disease prevention and control, and has innovatively developed “0.5% CE Berberine AS”, which can effectively control the occurrence of citrus moss disease. It is more conducive to ensuring the quality of fruit, reducing the use of traditional chemical pesticides and reducing the dependence on chemical pesticides.
2 – The latest research progress of Berberine in controlling citrus moss disease
1.小檗碱作用机制研究
随着生物科技的快速发展,通过高通量测序技术(Illumina Miseq),成都新太阳研究人员对苔藓病柑橘叶片中微生物群落的组成、结构和多样性进行了研究,发现有苔藓病柑橘叶片上附着有100多种病原叶际微生物(图2),可能的病原体是未培养的 葡萄球菌属, Heterochlorella luteoviridis、Cyphellophora sessionis、C. gloeosporioides等。从病原菌群可以推断,苔藓病是由多种藻类和真菌引起的[6-7]。
实验数据表明,小檗碱能严重抑制和破坏附着在叶、枝上的藻类及其共生菌。小檗碱类化合物对拓扑异构酶I(TOP I)和拓扑异构酶II(TOP II)的活性有一定的抑制作用,研究发现小檗碱与DNA有很强的结合作用[8]。此外,小檗碱还能抑制麦角甾醇的合成,增加细胞膜的通透性,从而引起细胞内核酸、蛋白质等物质的渗漏,同时引起细胞膜电位去极化和脂质过氧化,使活性分子无障碍进入藻类细胞质[9],迅速抑制藻类的生长繁殖,从而使藻类细胞器失去功能,阻断藻类的合成。苔藓最终会死去。
将叶片上的柑橘苔藓病覆盖层制成悬浮液,与0.5% CE小檗碱AS混合培养。培养 5 天后,用台盼蓝染色。根据台盼蓝染色原理,当细胞受损或死亡时,台盼蓝能穿透变性的细胞膜,与解体的DNA结合,使其显色。可以清楚的看到,用0.5% CE小檗碱AS处理5天后,所有细胞都会被染色,0.5% CE小檗碱AS会通过破坏苔藓病的细胞膜导致细胞死亡,从而达到清除苔藓病(图 1)。
2.小檗碱提取工艺研究
基于小檗碱本身的药理特性,经过多年研发,成都纽森通过共提技术,极大地挖掘了黄连根部的活性物质。通过工艺的大幅度优化,获得了更多有益成分。采用该技术,在保证标示成分含量的同时,尽可能保留其他活性成分。据中国农药信息网检索,该技术成果于2022年4月在中华人民共和国农业农村部农业农村部国际果农协会批准登记为0.5%小檗碱AS,成为第一个正式登记的植物农药。防治世界苔藓。
三、0.5% CE小檗碱的研究进展
以先进的提取工艺为支撑,辅以优良的配方技术,降低产品的表面张力,促进产品对藻类致病混合物覆盖层的渗透,增强有效成分的功效。在水中的分散性好,分散后的溶液透明,呈均匀状态,能迅速润湿渗透。多次光散射稳定性数据表明,0.5% CE小檗碱AS具有良好的稳定性,完全满足各种现场应用环境。
4.0.5% CE小檗碱AS应用技术研究
成都新闻独家推出的0.5% CE小檗碱AS,从植物中提取并施用于植物,是防治柑橘苔藓病的重要技术。借助创新技术,产品的快速效果极佳, 5-7天后生效.药用级成分毒性极低,防治效果极佳。野外最大控制效果可达95%以上, 与乙基霉素相当.同时,0.5% CE小檗碱AS作为天然产物,是一种植物源生物杀菌剂。在优良防治效果的基础上,对不同作物使用更安全,不伤果、不伤叶,无挥发性刺激性气味,见效快,对环境友好。
0.5% CE Berberine AS的活性通过快速稳定的体外检测方法测定。经处理5天后的分析比较,明显可见苔藓病在柑橘叶片上的附着层已经死白。防治效果显着,可与化工产品乙基菌素媲美。
0.5% CE小檗碱AS在中国四川省眉山市用于初期防治柑橘苔藓。处理5天后苔藓逐渐变白,处理10天后防治效果达到70.37%。处理后12天防治效果达到98.58%。它完全杀死并脱落了柑橘苔藓的附着层,并且没有对叶子造成伤害。与ethylicin相比,无异味(图3)。
江西省赣州市鸡坛镇柑桔苔藓病高发期,整个树干上都覆盖着一层厚厚的苔藓病害。施用0.5% CE小檗碱200倍稀释10天后,病原藻被破坏、死亡、脱落。防治效果显着,达到97%。对果树枝干无损伤,与乙基辛相比无异味。
湖北省恩施市上坝镇茶苔藓病害严重。高发期喷洒0.5% CE小檗碱稀释200倍14天后,苔藓全部变黄变白,附着在根部的苔藓也变黄枯死。防治效果显着。
四川省浦江县鹤山镇柑橘苔藓高发期,喷施0.5% CE小檗碱150倍稀释液5天后,柑橘叶片上的绿藻苔变白枯死。防治效果显着,达到98.7%。防治效果与乙基菌素相同,立即解决了苔藓大量附着影响柑橘光合作用的问题。
The safety test of 0.5% CE Berberine AS was carried out in Meishan City, Sichuan Province, China. The safety test for two varieties of citrus, “Chunjian” and “Dekopon”, was carried out at the fruit enlargement stage and the tender leaf stage. The results showed that at high or low concentrations, 0.5% CE Berberine AS had no damage to citrus fruits and tender leaves, and was extremely safe.
上述田间生物测定结果表明,0.5% CE小檗碱AS对柑橘苔藓病无论区域、作物位置、发病初期和高发期均具有优异的防治效果,防治效果达到化学农药水平。无刺激性气味,对涂抹者友好,附着力好。同时,根据安全性试验,在推荐浓度下,在作物的萌芽、开花、幼果期使用是安全的,对幼芽、开花和果实膨大无影响。对天敌等非目标生物安全环保。
对于生物农药的施用,优先施用期在病虫害发生之前或初期,这样既可以最大限度地发挥生物农药的防治效果和价值,又可以最大限度地减少病虫害对农业的影响.在病虫害高发期,将生物农药和化学农药混用在一起使用,由于两种农药作用机理的巨大差异,协同作用更为显着。在减少化学农药使用量、减缓化学农药抗药性的同时,提高农产品质量安全,改善农业生态环境,减轻环境压力。这可以维护生物多样性并提升农业产业的价值。
3 – Gene editing technology effectively promotes the healthy development of Coptis chinensis industry
黄连为毛茛科多年生草本植物,主要分布于我国四川、贵州、云南、湖北等省的高寒山区。是我国西南地区名贵的中药材之一。由于黄连生长缓慢,栽培难度大,推广不易。此外,部分地区长期采挖不种,导致资源枯竭,市场供应紧张加剧。为促进黄连产业化发展,应根据科技发展建设优质种苗繁育基地,为黄连产业化发展提供多样化的生产方式。在掌握黄连品种资源的基础上,通过研究分析黄连各品系群体个体性状与产量品质的遗传相关性,筛选优质高产优良品系。同时,借助成熟的TDNA片段基因整合技术,改良个体性状,培育优质品种,提高品种纯度,优化产品品质。借助组织培养等技术手段,加快推广优质苗木[10]。这些技术和方法为黄连产业的健康发展提供了有力保障。
据不完全统计,截至2021年底,苔藓病在中国市场规模近10亿元,预计全球市场规模近30亿元,并以年均高速增长每年复合增长率10%。依托丰富的自然资源和不断提升的生物科技水平, 成都新闻 has innovatively developed a natural botanical fungicide – 0.5% CE Berberine AS with the characteristics of safety, efficiency and no residue, which can not only solve the problems of lower photosynthetic efficiency, poor tree growth, tree vigor decline, quality and yield decreasing that caused by moss disease in agricultural production, but also help to improve the quality and safety of agricultural products, delay chemical pesticide resistance, reduce dependence on chemical pesticides and maintain biodiversity. At the same time, it is conducive to enhancing the competitiveness of agricultural products, promoting the upgrading of pesticide industrial structure and promoting the green and sustainable development of agriculture, which has important economic and social significance.
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参考:
[1]乐奇,奇春杰,世界柑橘产业现状与发展趋势[J]农业展望,2016(12):7
[2] 赵丽峰, 李明. 小檗碱的研究进展[J] 唐山大学学报, 2008, 21(6): 2
[3]张倩,朴祥树,小檗碱抑菌作用的研究进展[J]中国畜牧学报,2010(3):4
[4] 伯力, 朱伟良, 陈开先, 小檗碱及其衍生物的研究进展[J] 药学杂志, 2008, 43(008): 773-787
[5]Inna, I, Severina, et al.阳离子抗菌剂小檗碱、巴马汀和苯扎氯铵通过双分子平面磷脂膜和金黄色葡萄球菌膜的转移[J]。 IUBMB 生活, 2001, 52(6):321-324。
[6] 雷洋, 杨海建, 李寻兰, 苔藓育种对柑橘叶片生物多样性的影响[J] 植物保护, 2019, 45(6): 9
[7] Gustavs L、Schumann R、Karsten U 等人。陆生绿藻 Apatococcus lobatus (Trebouxiophyceae, Chlorophyta) 的混合营养[J].藻类学杂志,2015 年:n/an/a。
[8] 永阳,雷志英,吴方平,小檗碱抗菌作用的研究进展[J]现代生物医学进展,2010(9):3
[9] 王如意, 植物源农药的筛选及小檗碱抗茄格孢菌作用机制研究 [D] 北京化工大学, 2018
[10] Shengwang Pan, Haiyang Wang, Factors Restricting the Industrialization of Coptis chinensis and Development Countermeasures — Take Shizhu County As An Example [J] Journal of Southwest Agricultural University: Social Science Edition, 2004, 2 (4): 56-58