鱼藤酮的研究进展

第23卷第2期西　南　农　业　大　学　学　报V ol.23,N o.2
2001年4月Journal of S outhwest Agricultural University Apr.2001
文章编号:1000-2642(2001)02-0140-04
鱼藤酮的研究进展
①
徐汉虹,黄继光
(华南农业大学昆虫毒理研究室,广东广州　510642)
摘要:鱼藤酮是一种广谱性杀虫剂,对害虫高效且不易产生抗药性。

该文对鱼藤酮的生物活性、作用机理以及组织培养技术在鱼藤酮类似物中的应用几个方面进行了比较详细的论述。

关　键　词:鱼藤酮;研究进展
中图分类号:S 482.3+9 文献标识码:A
ADVANCES I N THE RESE ARCH OF ROTE NONE
XU H an -hong ,HUANG Ji -gu
ang
(Laboratory of Insect T oxicology ,S outh China Agricultural University ,G uangzhou ,G uangdong 510642,China
)Abstract :A detailed review is presented in this paper of the advances in the research of the bioactivity ,pest -controlling mechanisms and tissue culture techniques of rotenone ,a broad -spectrum insecticide ,and its analogs.K ey w ords :rotenone ;advance in research
鱼藤酮是早期人们从鱼藤属等植物中提取分离出来的一种有杀虫活性的物质,是3大传统植物性杀
虫剂之一。

它主要存在于豆科植物中,特别是在鱼藤属和灰叶属等植物中,且研究比较深入。

其结构式如下:
鱼藤酮的作用方式较多。

它对菜粉蝶幼虫等昆虫有强烈的触杀作用和胃毒作用,对日本甲虫有拒食作用,对某些鳞翅目害虫有生长发育抑制作用[1,2],鱼藤提取物能抑制某些病菌孢子的萌发和生长,或阻
止病菌侵入植株。

1　鱼藤酮的生物活性
鱼藤对15个目,137科的800多种害虫具有一定的防治效果,作用谱广,尤其对蚜螨类害虫效果突出。

Nawrot 等[3]在室内测定了鱼藤酮及其5种衍生物对谷象(Sitophilus granatius )和杂拟谷盗(Tribolium con 2f usum )成虫以及杂拟谷盗和谷斑皮蠹(Trogoderma
granarium )幼虫的拒食作用。

结果表明,鱼藤酮对储
粮害虫有一定的拒食活性。

当温度为26℃,相对湿度(RH )为64%时,发现鱼藤酮对这3种害虫的拒食活性最高,其类似物的拒食活性不如鱼藤酮本身,但表现出一定的选择性。

Bloszyk 等[4]用6种拒食活性较高的化合物作为食品包装物,以防治贮粮害虫谷蠹(Rhyzopertha dominica )和谷象的危害,发现鱼藤酮对谷蠹的拒食活性比其他几种药剂都高。

斯里兰卡有一传统的植物药物“Pilamul ”,就是
①收稿日期:2000-09-04
基金项目:中华农业科教基金(人才基金)和广东省自然科学基金(930841)资助项目
作者简介:徐汉虹(1961-),男,湖北仙桃人,华南农业大学教授,主要从事植物性杀虫剂和农药学研究。

Tephrosia purpurea Pers.的根。

该植物地上部分含有披针灰叶素、α-灰叶素、鱼藤素、灰叶素、去氢鱼藤素等,根部含有鱼藤酮和鱼藤醇酮,由于鱼藤酮类化合物强烈的杀线虫活性而使该植物对Toxacara canis幼虫的活性很高,从而使“Pilamul”表现出强烈的杀线虫作用。

Higgs[5]等人用鱼藤酮溶液对绵羊洗浴,9个月后,在绵羊身上找不到虱子(Bovicola ovis)。

在美国华盛顿州,用鱼藤酮来控制西红柿和其他作物上的块茎跳甲(Epitrix tuberis)和美国马铃薯跳甲(Epitrix sub2 crinita),胡椒基丁醚与鱼藤酮混作可使Perillus biocu2 latus的3龄幼虫产生很高的死亡率。

鱼藤酮生物活性会受到各种因素的影响。

Zhong 和Zhou[6]测定致倦库蚊(Culex quinquef ascie)不同龄期的幼虫对鱼藤酮的敏感性时发现,1龄幼虫对鱼藤酮最敏感,随着龄期的提高,其敏感性降低,蛹对鱼藤酮不敏感。

当温度为28℃,中性环境,低光强,低营养时,致倦库蚊幼虫的死亡率最高。

此外,鱼藤酮对热水(41℃～43℃)引起地中海果蝇卵的死亡率有协同作用,当水中的氧气减少时,浸入热水中的地中海果蝇卵的死亡率改变,卵龄不同,死亡率也不同。

关于鱼藤酮混配方面的研究也有一些报道。

田间试验表明,以4%鱼藤酮与4%氯氰菊酯1.25l/hm2和其他几种药剂对甘薯粉虱(Bemisia tabacim)进行处理,4天后,4%鱼藤酮和4%氯氰菊酯处理的卵的平均数为4.38,对照为427.2,4天和7天的防效分别为92.7%和87%。

鱼藤酮和氰戊菊酯(4∶1)以及鱼藤酮和氯氰菊酯(4∶1)混剂对橘叶刺瘿螨(Phyllocoptes obleivorus)的毒性很高,共毒系数分别达到667.46和405.94。

田间试验表明:两种混剂以50mg/L喷雾处理,4天后的死亡率分别可达到99.63%和90.18%,并且可提高作物产量。

目前我国已经生产出了多种鱼藤制剂(表1),同时国外的鱼藤产品也开始在我国进行登记试验。

鱼藤制剂的防治抗性害虫如我国南方的小菜蛾、北方的棉铃虫方面起到了一定的作用,正越来越受到人们的重视。

表1　我国已注册登记的鱼藤产品
登记号产品名称登记作物防治对象有效成分生产厂家
P DN30-94 1.3%鱼藤・氰乳油蔬菜蚜虫、菜粉蝶0.8%鱼藤酮+0.5%氰戊菊酯广东省德庆县西江植保化工厂
LS956957.5%鱼藤・氰乳油叶菜类蔬菜小菜蛾4%鱼藤酮+3.5%氰戊菊酯广东省德庆县西江植保化工厂
P D91105-2 2.5%鱼藤酮乳油叶菜类蔬菜蚜虫等鱼藤酮广东省广州农药厂
LS981076 1.3%鱼藤氰乳油十字花科蔬菜菜粉蝶幼虫0.8%鱼藤酮+0.5%氰戊菊酯广东省丰顺县农药厂鱼藤精分厂
P D91105-3 2.5%鱼藤酮乳油叶菜类害虫蚜虫等鱼藤酮广东省丰顺县农药厂鱼藤精分厂
LS978237.5%鱼藤酮乳油叶菜类蔬菜蚜虫等鱼藤酮广西南宁施绿工程有限责任公司
LS98104725%水胺・鱼藤乳油柑桔树矢尖蚧24%水胺硫磷+1%鱼藤酮广西柑桔研究所植保药物研究开发中心LS9743321%辛・鱼藤乳油棉花20%辛硫酸+1%鱼藤酮河北衡科生物化学农药厂
LS9551421%辛・鱼藤乳油棉花棉铃虫20%辛硫磷+1%鱼藤酮河北省农药工业科技开发中心
LS987994%高渗鱼藤酮乳油十字花科蔬菜蚜虫鱼藤酮河北天顺生物工程有限公司
LS98800鱼藤酮原药鱼藤酮河北天顺生物工程有限公司
LS97621绿之宝桶混剂甘蓝菜粉蝶0.2%苦参碱+1.8%鱼藤酮江苏省滨海县农药厂
2　鱼藤酮的作用机制
早期的研究表明鱼藤酮的作用机制主要是影响昆虫的呼吸作用,主要是与NADH脱氢酶与辅酶Q 之间的某一成分发生作用。

鱼藤酮使害虫细胞的电子传递链受到抑制,从而降低生物体内的ATP水平,最终使害虫得不到能量供应,然后行动迟滞、麻痹而缓慢死亡。

许多生物细胞中的线粒体、NADH脱氢酶、丁二酸、甘露醇以及其他物质对鱼藤酮都存在一定的敏感性。

Setayria cervi线粒体中从NADPH到NADH这一过程的电子传递可被鱼藤酮高度抑制。

并且,丝虫寄生物Setaria digitata线粒体颗粒中的反丁烯二酸还原酶系统的活性对鱼藤酮敏感。

鱼藤酮和水杨氧肟酸可抑制Trypanosoma brucei brucei线粒体内膜的电动势(E MT),从而间接地影响NADH脱氢酶的活性;鱼藤酮还可抑制Trypanosoma brucei brucei线粒体呼吸链中的NADH到细胞色素C和NADH到辅酶Q还原酶的活性,抑制率高达80%～90%。

Niehaus和Flynn[7]发现,鱼藤酮可抑制Cryptococcus neo formans细胞中甘露醇的合成,可能是影响了甘露醇合成酶的活性,从而间接地对生物体产生影响。

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第23卷第2期 徐汉虹等　鱼藤酮的研究进展
张双喜[1]的试验结果表明,鱼藤酮抑制了菜粉蝶幼虫的呼吸作用,而且又干扰了试虫的正常生长发育。

因菜粉蝶幼虫的生长需要能量供给,并且幼虫的蜕皮、化蛹均需要能量聚集到一定水平方能突破旧表皮,蜕掉旧表皮而完成蜕皮和化蛹过程。

因此,幼虫生长发育的抑制以及畸形虫(主要指旧表皮没有完全脱去而形成的畸形虫态)的出现很可能是由于鱼藤酮抑制了呼吸作用而使能量降低所致,这表明鱼藤酮可对昆虫的生长发育产生影响。

另外,鱼藤酮可抑制细胞中纺锤体微管的组装,并在体外证明抑制微管的形成,Marshall推测鱼藤酮是以一种可逆的方式联接在微管蛋白上而抑制了微管的形成。

从遗传学的角度来看,纺锤体形成受到抑制必然影响细胞的正常分裂,从而可推论鱼藤酮可能通过这一途径影响虫体的生长。

此外,鱼藤酮处理菜粉蝶幼虫会使虫体体壁蛋白质组成发生改变,使总蛋白的量降低,体壁蛋白的变化必定影响体壁结构。

莫美华、黄彰欣[8]进行了鱼藤酮及其混剂对蔬菜害虫的毒效研究。

鱼藤酮及其混剂均能抑制昆虫的呼吸作用,它们还能破坏中肠和脂肪体细胞,造成昆虫局部变黑;严重地影响了中肠多功能氧化酶的活性,使药剂不易被分解而有效地到达靶标器官,从而使昆虫中毒致死。

Zhong和Zhou[9]用鱼藤酮处理致倦库蚊后,其中肠受到破坏。

鱼藤酮可影响昆虫体内ATP的产生,由于ATP是昆虫生理活动的主要供能场所,而在神经冲动传导过程中,Na+被离子泵喷出膜外和K+被吸入膜内的过程是需能的,如果ATP受到影响,能量供应不上,钠钾离子交换变慢,从而恢复原来静止状态所需的时间延长,膜内Na+、膜外K+浓度升高,这就大大加强了拟除虫菊酯对Na+,K+电流的遏制作用,使负后电位更加增大和延长[8]。

另外,鱼藤酮本身也能使细胞膜内Na+浓度上升,这就更增强了负后电位,更容易使昆虫中毒。

鱼藤酮除了可影响昆虫的呼吸作用外,它还可影响多种植物的线粒体。

Wiskich等[10]提出,在植物线粒体内膜中有NADH氧化酶;一种是可保存能量的复合体1,对鱼藤酮敏感;另一种NADH脱氢酶不保存能量,对鱼藤酮也不敏感。

小麦和玉米褪色叶片组织中,鱼藤酮可抑制甘氨酸的脱羧作用,抑制效果比在绿色组织中更明显。

鱼藤酮能抑制大麦原生质的呼吸作用,在有光、低二氧化碳条件下,水杨氧肟酸和鱼藤酮联合作用可抑制呼吸作用的70%,几乎完全抑制。

关于鱼藤酮和电子传递载体(ETP)的结合问题,W ood等提出:鱼藤酮可能与电子传递载体(ETP)至少有两个结合部位,在NADH上已经知道的高亲和力部位,辅酶Q氧化还原酶和明显的低亲和力却不知道功能的部位:腺苷三磷酸酶上的有光亲和标记的特征性部分。

3　组织培养在鱼藤酮类似物研究中的应用
最早在杀虫植物中应用组培技术的是Skook培养烟草茎尖,随后Lambert对非洲山毛豆的叶进行悬浮培养,发现在自养细胞(photomix otrophic cell line)和异养细胞(heterotrophic cell line)中都可产生鱼藤酮类化合物,这些化合物主要是鱼藤酮、鱼藤素、灰叶素和鱼藤醇酮。

自养细胞中主要积累的是鱼藤酮和鱼藤醇酮,而灰叶素和鱼藤素则主要在异养细胞中积累,并且,灰叶素是从鱼藤素转化来的。

另外温度对鱼藤和非洲山毛豆的愈伤组织合成次生物质存在影响, 30℃的温度最有利于毛鱼藤和非洲山毛豆叶片愈伤组织的诱导,而且在该温度下愈伤组织生长最快,生产生物量最多[11]。

大量试验表明,鱼藤酮及其类似物在毛状根中的含量要比愈伤组织中的高,而毛状根的产生要利用土壤农杆菌(Agrobacterium rhizogens)侵染植物组织进行悬浮培养获得。

谢建军[12]通过对毛鱼藤(Derris elliptica R oxb.)离体培养生物合成鱼藤酮调空技术进行了系统和深入的探讨,研究了毛鱼藤愈伤组织抽提物的生物活性,为鱼藤酮离体生物合成进行工业化生产,以及离体培养物作为杀虫剂的应用开发提供依据。

植物组织培养技术的应用越来越广泛,利用植物组织的培养技术获取植物次生化合物,可以减轻对土地资源的压力。

随着研究的不断深入,相信在不久的将来,它将可以解决鱼藤酮的来源问题,使鱼藤酮能在农业生产中大量使用,减少化学农药对环境的污染,带来巨大的生态效益和经济效益。

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(上接第139页)
浓度增加而增加,而干重随肥料浓度增加而下降也许就是这个缘故。

由此看出,营养液养分浓度的高低制约着烟苗地上地下部分的生长速度和根冠比。

从根深叶茂这个角度讲,要求烟苗根系要发达,根冠比要大,但从生产实际看,不仅要求烟苗根系发达,同时要求地上部分茎秆要有一定高度。

如根系发达而苗茎过矮,大田移栽时生长点容易被泥土掩埋,造成死苗或生长缓慢,尤其是采用地膜覆盖栽烟的地方,苗茎过矮生长点容易被灼伤死亡。

因此要选择适当的肥料浓度以保证烟苗地上地下部分适当生长,具备最佳的根冠比。

从该试验结果综合来看,处理①(50mg/kg)的根系最发达,但其苗茎最矮,处理②和③(50mg/kg和150mg/ kg)的根系鲜重及干重与处理①接近且高于处理④～⑤,其苗茎高度和地上部分鲜重都高于处理①,地上部分干重与处理④～⑤差异不显著而显著高于处理⑥(表1～9),因此烟草湿润育苗营养液养分浓度选择150mg/kg～250mg/kg为宜,这样烟苗的根冠比达0.23～0.25,地上与地下部分都可得到合理兼顾,其叶色呈正绿色,符合壮苗标准[5]。

至于为什么烟苗根系干鲜重均随肥料浓度升高而下降,尚需进一步定性定量研究。

3.2　不论是常规育苗还是无土育苗,都存在主根快速生长抑制侧根分化及生长而导致根系不发达的问题。

人们试图通过切断主根顶端来刺激侧根生长,以达到促进根系发达的目的,但是常规育苗主根扎入土中,在苗床上切断大批烟苗的主根是困难的。

漂浮育苗虽然可以抬起育苗盘将伸出底孔的主根剪断,但造成的伤口容易感染病害,导致烂根死苗。

怎样才能既有效切断主根顶端,又能避免感染病菌,一直是人们努力探索的问题。

该研究通过把育苗盘摆放在支架上,使从底孔伸出来的主根不与土壤接触,露在空气中逐渐干枯死亡,既切断主根生长,自然干枯的主根顶端又没有伤口,有效地避免了病菌从根部入侵,收到了良好的空气整根效果。

从表11可知,实行空气整根的烟苗根系明显比对照发达,其鲜重和干重比对照增加43.59%和50%,其他农艺性状也明显优于对照。

由此看来,采用空气整根的方法能够方便而妥善地解决切断主根、促进侧根生长、避免伤口感染的问题,是培育烟草壮苗技术的一个创新,值得在生产上推广应用。

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