我国大黄素甲醚、乙蒜素等植物源杀菌剂的开发及登记应用概况

摘自：《浙江农业科学》

题目：我国植物源杀菌剂的活性组分和应用概况

作者：王佳丽，马燕，高倩，路兆军，张建梅，王连红，王文苹

植物病原菌严重干扰植物正常的生理生化功能，引发组织变色、畸形甚至枯萎、腐烂、坏死；植物病原菌传播方式多样且速度快，易造成作物大规模病害、产量骤减，还可能降低农作物品质，如水稻稻瘟病使碎米率增加、甜菜褐斑病导致含糖量减少等，严重影响社会经济和人民生活。因此，研发能够高效杀灭或抑制植物病原菌的农药至关重要。目前，化学农药对植物病害防治最为高效，现有研究大多聚焦在化学农药、相关产品开发也较为充分。但长期大量使用化学农药不可避免地带来了一系列问题，如病菌抗药性加重、环境安全隐患、人畜中毒等。

2009年1月至2023年8月期间，中国农药信息网记载植物源杀菌剂221条，仅占同期批准杀菌剂总量（11172条）的1.98%，因此植物源杀菌剂仍有较大的开发空间。2018年批准植物源杀菌剂42个，审批数目达到近十年的峰值；其原因可能是2018年颁布的《中华人民共和国环境保护法》要求各级人民政府加强对农业环境的保护，合理利用化肥、农药及植物生长激素；植物源杀菌产品因其低毒、对环境友好、不易产生抗药性的优势，快速引发更多开发使用。d-柠檬烯（d-limonene）以往仅作为农药助剂（增效剂），2018年国内首次将d-柠檬烯登记用于农作物虫害防控，至此被界定为农药。近十五年来我国植物源杀菌剂审批数量大幅波动，在此方向上仍缺乏长期引导和持续投入。

上述植物源杀菌剂的有效成分信息逐个汇总，结果涉及18种天然抗菌分子，具体见表1。对各成分在植物源杀菌剂中的分布情况进行统计，结果见图2。

表1 植物源杀菌剂涉及的活性成分及其应用概况 

结果表明，在已公布的植物源杀菌剂中，香菇多糖（fungous proteoglycan）、乙蒜素 （ethylicin）、辛菌胺醋酸盐（seboctylamine）、苦参碱（matrine）应用最多，涉及品种之和占审批总量的60%；上述成分常单独应用，有7个品种为复配使用；多数品种直接采用活性成分，5个品种则采用相应的植物提取物。

目前植物源杀菌剂涉及的活性成分按结构特点可分为糖类、有机硫、生物碱、萜烯、黄酮和其他，以前三类居多。

香菇多糖（fungous proteoglycan）是食用菌菌体代谢所产生的蛋白多糖，以 β-1,3-葡聚糖为主，含有少量的木糖和甘露糖。低聚糖素（oligosaccharide）来源于富含糖类的水果植物或食用菌菌体代谢所产生的蛋白多糖。香菇多糖与低聚糖素均属植物诱抗剂，两者均可诱导植物产生并积累抗病性物质，如植保素、几丁质酶等。而香菇多糖对植物病菌的其他作用 机制可能是保护病毒的侵染位点及抑制病毒复制；低聚糖素同时具有活化植物细胞、促进植物生长的作用，可以增强植物的抗病能力。

作为我国首创的农药品种，乙蒜素具有高效杀菌、与植物亲和力强、吸收迅速、不易产生抗药性、降解快、价格低廉等特点，在植物源杀菌剂中涉及品种占比第二。其主要通过抑制氨基酸代谢从而抑制病原菌体内的蛋白质合成，抑制菌体正常的生长和增殖。乙蒜素可从大蒜中提取或经工业合成，后者简便高效、更为常用。大蒜素（allicin）同属有机硫化合物，杀菌机理与乙蒜素相似，也有研究表明其能损伤菌体细胞膜系统。

生物碱类杀菌成分包括苦参碱和小檗碱（berberine），涉及品种总占比为16%。苦参碱主要源于苦参、苦豆子及广豆根等药用豆科植物，其主要通过损伤细胞膜、抑制真菌孢子萌发和菌丝生长发挥抑菌效应；小檗碱又称黄连素，属季铵生物碱，是黄连、黄柏等中药的主要活性成分，其能破坏菌体的细胞结构和功能、改变细胞膜通透性、抑制细菌生物膜的合成、影响菌体正常的生理代谢。

丁子香酚、香芹酚、d-柠檬烯、4-萜烯醇（Terpinine-4-ol）均属于萜烯类化合物，是天然植物精油的主要成分。其中，丁子香酚又名丁香酚，常见于丁香油、月桂叶油、丁香罗勒油；香芹酚可见于牛至、百里香等唇形科植物精油；d-柠檬烯主要源于芸香科植物柑橘、柠檬等的果皮精油；4-萜烯醇属于单萜，是茶树油的主要组分。有关萜烯类成分的抗菌机制研究主要集中在3个方面：一是抑制菌丝体DNA、RNA、脂类和蛋白质等生物大分子合成，不能表达相关基因，进而失去对代谢的调节控制，最终导致细胞死亡；二是破坏细胞壁，改变细胞膜通透性；三是调控真菌产毒素相关基因及抑制真菌毒素合成。

大黄素甲醚（physcion）属于黄酮类，是中药大黄、虎杖的活性成分；其干扰病原真菌细胞壁几丁质的生物合成而致病原菌死亡，还能抑制病原菌孢子萌发、菌丝生长、吸器形成，使农作物免受病原菌的侵害，同时可作为保护性杀菌剂、诱导作物产生保卫反应。苯丙烯菌酮（isobavachalcone）提取自中药补骨脂，亦属于黄酮成分，能调节细胞壁几丁质酶、葡聚糖酶及其合成酶活性，破坏细胞壁结构和功能，破坏菌体细胞膜流动性和完整性，从而加速细胞凋亡。

蛇床子素是从伞形科植物蛇床子果实中提取得到的香豆素类物质，其杀菌机制涉及溶解病原菌细胞壁、抑制细胞壁上的几丁质沉积，以及抑制病原菌孢子产生、萌发、黏附及菌丝生长等。

辛菌胺醋酸盐（简称辛菌胺）是一种氨基酸类高分子聚合物，不仅能迅速穿透病毒、真菌、细菌的细胞膜，影响其呼吸系统，还能快速治愈受损的部位；且施药后在植物表面形成保护膜，阻止病菌再次侵入，长期使用不产生抗性。

白藜芦醇（resveratrol）属于非黄酮类多酚，主要源于虎杖和葡萄，能显著抑制生物被膜的形成，还可通过抑制细胞内代谢行为和影响RNA大分子合成杀灭植物病原菌。

甾烯醇（β-sitosterol）最初提取自棉籽，能直接抑制病毒复制，还可诱导寄主产生抗性、间接阻止病毒侵染。

异硫氰酸烯丙酯（allyl isothiocyanate，AITC）又称辣根素，广泛存在于辣根、芥菜等十字花科蔬菜中，其杀菌机制尚不明确，有研究表明，AITC通过消耗细胞内谷胱甘肽导致活性氧累积，从而抑制菌丝生长[20]。

对植物源杀菌剂活性成分、剂型和其施用方式整理，结果见表2。对各品种所属剂型分类整理，结果见图4。

表2 植物源杀菌剂活性成分及其剂型、施用方式 

在农药中对原药剂型的确定首先要考虑活性成分的性质，包括在水或有机溶剂中的溶解性、解离度、挥发性、稳定性及毒性等。例如，乙蒜素为无色或微黄色油状液体，在室温下可溶于水（1.2%），易溶于乙醚、氯仿等有机溶剂，符合制成乳油的条件。可湿性粉剂要求为固体，熔点较高，易粉碎，适用于原药不溶或难溶于常用有机溶剂者。如杀螟丹为无色固体结晶，熔点约180℃，不溶于乙醇、丙酮、苯等有机溶剂，与乙蒜素混配后可制成可湿性粉剂。

在实际施用过程中，应依据作物特点和防治对象选择适宜的方式。喷雾方式可大面积喷洒，适用性强，应用最多；其他方式则更适合特定需求，如种子处理一般采取包衣或浸种。

在221条植物源杀菌剂中，母药和原药共出现21次，其中母药16个（香芹酚、大黄素甲醚、辛菌胺、香菇多糖各2个，蛇床子素、小檗碱硫酸盐、大蒜素、白藜芦醇、萜烯醇、甾烯醇、苯丙烯菌酮、异硫氰酸烯丙酯各1个），原药5个（乙蒜素3个，小檗碱硫酸盐、香菇多糖各1个）。母药和原药常稀释后使用，在此不做赘述。

由图4可知，一方面，目前植物源杀菌剂登记产品的剂型以水剂、可溶液剂、乳油为主，这3种剂型涉及品种占总量的76.9%，其余剂型则较少。另一方面，相关产品多呈液态形式，以溶液（可溶液剂、乳油）、乳液（水乳剂、微乳剂）或混悬液（悬浮剂）的形式存在，便于直接或加水稀释后施用，但某些品种物理或化学稳定性不佳；而粉粒状固态剂型（可湿性粉剂、水分散粒剂）虽稳定性更佳，便于包装和贮运，但工艺较复杂，仅占总量的4.9%。

对18种杀菌成分在植物源杀菌剂中的用量进行统计，按照667m2用量（kg·hm-2）计算 含原有有效成分值，确定植物源杀菌活性成分对同种植物病害有效成分值范围，并求导log值范围后计算其平均值，结果见图5。

图中1~84为植物病害，详见文后附表。

在农业生产中农药用量的常见标识方法有3种：稀释倍数标识、667m2用量标识和百分比浓度。但在现有植物源杀菌剂登记信息中，个别品种存在稀释倍数标识表述不清、无法确定667m2用量的问题，未能计入统计。因此，建议今后对农药注册登记信息中的用量表述统一、规范、清楚。经分析发现，现有植物源杀菌剂均具有广谱杀菌效果，且活性强、用量少（平均低于330g·hm-2），其中蛇床子素能够防治的植物病害种类最多。