植物源农药研究进展

植物源农药研究进展摘要：植物源农药符合现代农药的要求，已成为新农药研发的热点。

本文分别从植物源农药的资源开发情况、研究现状及其作用机理三个方面进行了阐述。

关键词：植物源农药资源开发研究进展Abstract:Botanical pesticides content with the requirements of modern pesticides，Has become a central issue in research and development of new pesticides. In this paper, we describe the resource development situation 、research status and the mechanism of botanical pesticides . Key words:Botanical pesticides resource development research and development近半个世纪,随着化学农药和化肥等化学物质的大量使用,造成有害物质在植物体内、水中富集, 通过物质循环进入农作物及人畜体内, 严重污染农产品和环境, 危害人体健康, 引发各种疾病, 农药的安全性引起了社会的普遍关注。

随着生物技术(特别是基因重组)、高通量筛选技术和组合化学技术的快速发展及其在农药研究开发中的渗透和应用, 极大地推动了农药研发领域中三个热点问题：植物源农药、微生物农药和转基因工程农药的发展[1]。

植物是生物活性化合物的天然宝库, 其产生的次生代谢产物已超过40万种,其中的大多数化学物质具有杀虫或抗菌活性, 植物源农药的开发和应用已成为各国追逐的目标和研发的热点。

现分别就植物源农药资源、植物源农药开发及其作用机理等方面进行论述，试图对植物源农药研究情况予以全面了解并为研究提供参考。

一、植物源农药资源开发技术研究进展从天然植物中提取活性物质并进行有效的利用目前还受到许多限制，这主要是：（1）植物资源的限制。

野生植物资源有限、植物引种和驯化困难、可耕地面积日益减少等原因使得植物资源很宝贵；（2）植物样品标准化的限制。

同一种植物不同品种、同一品种因产地及生态地理位置不同、同一种植物的不同部位其有效成份含量差别较大;同时植物在栽培过程中易受自然环境影响，使产量和质量难以控制。

生物技术和发酵技术的日益发展为新农药的创制提供了新的手段，尤其是在植物源资源途径开发和标准化生产等方面，这包括植物细胞培养技术、发状根培养技术、内生真菌培养技术等。

同时，克隆和转基因技术的运用，使得植物内生真菌的改造和高效化成为可能。

1.1植物细胞培养技术的应用植物细胞培养技术在我国中草药次生代谢物质的生产与研究中被广泛采用，这包括在人参、西洋参、甘草、红豆杉、三七、毛地黄、川芎、元胡等植物上[2，3]。

在植物源农药方面，中国科学院华南植物研究所和华南农业大学昆虫毒理研究室等都曾经或正在从事杀虫植物印楝的组织培养工作，并初步测定了其培养物中印楝素的含量[4，5]；同时，在除虫菊细胞培养研究方面还筛选了合适的培养基，选育了优良的无性系个体[6];西北农林科技大学无公害农药研究服务中心则开展了烟草、长春花、非洲山毛豆、除虫菊、狼毒、菖蒲等多种具有杀虫、杀菌活性植物的细胞培养等基础工作的研究。

但总的来说，利用植物细胞培养技术进行植物次生代谢物质的生产还主要应用于制药工业中一些价格高、产量低、需求量大的化合物上（如紫杉醇、长春碱等），在植物源农药研究与生产中应用还不多。

1.2发状根培养技术的应用通过发根农杆菌（Agrobacteriumrhizogenes）转化双子叶植物产生发状根并建立发根培养系，从而生产植物次生代谢物是继植物细胞培养后又一新的培养系统。

发根农杆菌中存在一种质粒即Ri质粒，Ri质粒在感染植物细胞时，通过细菌和植物细胞之间的附着、Vir基因（Virulencegene）的激活和表达、T2DNA（TransferDNA）转移、插入并稳定地整合到宿主植物细胞基因组中等一系列过程。

T2DNA在植物细胞中表达并诱导产生大量不定根即发状根，离体培养的发状根表现出激素自主性快速生长，多分枝、多根毛，无向地性等表现型，表现出相当于甚至高于原植株次生代谢物的合成能力，并且遗传稳定[7]。

因此发状根培养技术作为植物次生代谢物生产的一条新途径受到越来越多学者的重视和关注。

国外利用发状根技术在印楝、苦楝、黄花蒿等植物上进行了相应的研究[8，9]，国内的发状根培养研究主要涉及一些价格高、原植物产量低，需求量大的药用植物，如银杏、红豆杉、绞股蓝，黄芪[10,11]。

但在植物源农药的研究与生产中，该技术的应用相对较少。

由于Ri质粒转化的发状根生长快，易于培养，有用成份高，具有表达完整的代谢通路，为植物次生代谢产物的工业化生产提供了广阔前景。

1.3植物内生真菌的分离、培养和应用美国蒙大拿州立大学有机化学家Strobel首次于1991年从短叶红豆杉（TaxusbrevifoliaNutt.）的树皮中分离出一株能产生紫杉醇（Tax2ol）的内生真菌Taxomycesandreana，为解决紫杉醇的资源危机提供了一个新的思路[12]，此后许多学者从多种红豆杉的韧皮部中分离到能产生更多量紫杉醇的菌株[13，14]，表明了植物内生真菌是人们寻找新型抗肿瘤药物的重要来源。

近年来，我国在这一方面的研究逐渐增多。

1994年邱德有等从云南红豆杉（Taxusyunnanensis）的韧皮部中分离到一株与Strobel首次报道类似的产紫杉醇的内生真菌;姜威等从东北红豆杉（Taxuscuspidatesieb）中分离到一株能产生抗肿瘤抗生素的丝状真菌[15];王伟等从南方红豆杉（Taxuschinensisvar.marirei）中分离到6株分泌紫杉烷类化合物的内生真菌[16]。

分离和培养能杀虫或杀菌植物内生真菌的相关研究尽管起步较晚，但发展很快。

李海燕等从桃儿七（Sinopodophyllumhexandrum）中分离到2株产鬼臼毒素类似物的内生真菌[17]。

张集慧等从兰科（Orchidacae）植物中分离到5株能产生促进植株生长的植物激素的内生真菌[18]。

目前正在对这些菌株进行发酵条件的摸索。

西北农林大学对苦皮藤（CelastrusangulatusMax）的内生真菌开始了系统的研究，从苦皮藤根、茎、叶、果实中共分离到57株内生真菌，提取物的生测结果表明有3个菌株产生苦皮藤素类似物。

浙江省农业科学院近年来开展了银杏（Ginkgobiloba）内生真菌的研究，从银杏树皮和根部分离到82株内生真菌，其中6株含有银杏杀虫或杀菌有效成分的类似物。

微生物人工培养条件容易控制，繁殖周期短，繁殖系数大，有效产量高，特别是可以通过育种手段改造菌种，使之便于组织工业化生产。

内生真菌的研究开辟了微生物应用研究的新领域，目前工作的重点是筛选能产生与寄主相同或相似次生代谢产物的菌株，经育种改造菌株或改进工艺，利用其生产药物[19]。

二、植物源农药开发利用研究进展在全世界50多万种植物中，已查明的杀虫植物有1000余种，其中能引起昆虫拒食、忌避、麻痹、引诱、生长阻断及抑制种群繁殖的特异性杀虫植物达700多种。

美国曾成功地研制出鉴定植物提取物毒性的方法，并进行了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害虫最有效植物提出物的资料[20，21];《Botanicalpesticidesinagriculture》一书中详细描述了886种杀虫植物，150种杀线虫植物，51种杀鼠和杀螺植物，同时介绍了250种有效成分和靶标有害物，对植物源农药的进一步开发利用提供了基础;菲律宾在80年代末已经有约200种植物申请登记或报道有杀虫作用;德国发现美国崖柏和漆树的水浸出物使马铃薯甲虫的幼虫营养发育停止;以色列发现长春花的叶提出物对埃及棉铃虫幼虫有趋避和拒食作用;日本发现唇形科（Labiatae）植物毛罗勒（Sweetbasil）叶子中的二萜类化合物对库蚊幼虫具有较强的杀灭作用[22，23]。

20世纪90年代以来，国外科研人员对数种姜科植物（Zingberaceae）、苦木科植物（Simaroubaceae）、天南星科植物菖蒲（Caorusalamus）、樟科植物印度鳄梨（Perseaindica）等进行了杀虫作用评价，并对印楝等5种植物成分进行了研究和登记，其中有8家农药公司开发了22个以印楝作为植物源农药产品[24]。

我国是研究应用杀虫植物最早的国家，《中国土农药》所记述的植物性农药就达220种之多，30年代，我国曾对烟草、鱼藤、巴豆、百部等植物进行过广泛的研究。

进入80年代，更多的研究者投身于有应用前途的杀虫植物资源的研究开发，《中国有毒植物》一书列入有毒植1300多种，其中许多种类具有杀虫（菌）作用或已被作为植物源农药利用。

近年来，国内有关植物源农药的研究更加系统深入，西北农林科技大学对西北地区的杀虫植物资源作了系统调查，在陕西、甘肃、青海、宁夏、新疆等五省（区）发现了有研究和开发价值的杀虫植物47种[25]。

华南农业大学对猪毛蒿、肉桂、齿叶黄皮、芸香、八角茴香等近10种植物精油的杀虫作用进行了较为深入的研究[26]。

浙江省农业科学院就银杏、雷公藤、夹竹桃等近10种植物精油对蔬菜主要害虫的杀虫活性进行了详细的评价，并明确了主要活性成分的结构式[27～29]。

目前我国有关植物源农药的研究内容涉及楝科、卫矛科、柏科、豆科、菊科等科属的多种植物，目前有烟碱、苦参碱、楝素、茴蒿素和茶皂素等18种植物源农药已登记注册，生产厂家达46家。

应该说，我国对植物源农药的直接应用水平较高。

植物源农药的优点:对哺乳动物选择性毒性微弱;在环境中无持久性的残留;对防治对象的作用方式多种多样，表现为毒杀、拒食、忌避和抑制种群、引诱、麻醉和抑制生长发育等;病虫害不易产生抗性;生产条件温和、费用低等.利用植物有效成分创制农药，主要有2种形式:一是对植物原料的直接利用，从植物中提取、分离具有杀虫抗菌抗病毒功效的有效成分，以此为主体配制无公害植物源农药;二是从种类繁多的植物中，分离纯化具有农药活性的新物质，以此先导化合物为结构模板，进行结构的多级优化，创制高效低毒新农药。

其中，后者应是植物农药今后发展的主流。

2.1直接利用的植物农药研究现状长期以来，我国植物源农药研究取得了很大的进步。

目前，研究较为系统深入的主要植物源农药按植物种类如下:①除虫菊除虫菊是众所周知的杀虫植物，早在19世纪中叶即由西亚引入欧洲、美洲及日本。

我国云南省等地在20世纪40年代中期开始从国外引种栽培。