系统盘点我国大黄素甲醚、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。

植物源杀菌剂的有效成分来源于天然植物，具有安全、低毒、易降解、不易产生抗药性等特点，已成为新型农药研究的热点。一方面，我国植物种类繁多、资源丰富，现已发现多种天然活性成分（肉桂醛、香茅醛、芳樟醇等）具有显著的杀灭植物病原菌活性；我国自主开发的新型植物源杀菌剂大黄素甲醚、乙蒜素等，均已投入生产和应用，目前仍有大量尚待开发的植物资源。另一方面，植物源杀菌剂在发展过程中也存在不足，如有效成分不稳定，产品中添加过多有机试剂等。

植物源杀菌剂的审批概况

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。

图1 2009—2023年我国植物源杀菌剂的审批数目

植物源杀菌剂的活性成分

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

图2 天然杀菌成分在植物源杀菌剂中的应用分布

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。

上述杀菌成分中，菇类蛋白多糖可与井冈霉素联用，乙蒜素可与氨基寡糖素、三唑酮、咪鲜胺、杀螟丹、噁霉灵等多种农药混配，且增效作用明显。例如，井冈霉素A·乙蒜素微乳剂可以有效防治水稻纹枯病、稻曲病，吡唑醚菌酯与乙蒜素混配所得乳油对黄瓜霜霉病菌具有显著抑制效应。辛菌胺醋酸盐不仅可以与盐酸吗啉胍、霜霉威盐酸盐、四霉素混配，还可与其他农药（如多菌灵、甾烯醇、己唑醇等）联用。苦参碱可与硫磺、香芹酚（carvacrol）、蛇床子素（cnidiadin）混配，如0.3%苦参碱·大黄素可溶性液剂对马铃薯晚疫病菌、番茄灰霉病菌具有较好的防效。此外，丁子香酚（eugenol）可与香芹酚、多抗霉素等复配，如多抗霉素与丁子香酚质量比为5：1时抑菌效果最优，且水乳剂优于其他剂型。

植物源杀菌成分的结构类型和作用机制

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。

图3 常见植物源杀菌剂活性成分的结构式

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]。

β-羽扇豆球蛋白多肽来源于甜味羽扇豆种子（Lupinus albus），属新型杀菌剂。其抗真菌活性主要来源于对真菌细胞的几个靶标位点（几丁质、几丁质酶、壳聚糖酶、糖蛋白）联合作用，此外还表现出对几种阳离子的螯合活性，这种活性可影响细胞体内平衡并最终导致细胞死亡。

植物源杀菌剂的剂型概况

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。

图4 植物源杀菌剂涉及的剂型和品种情况

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%。

植物杀菌成分的用量范围

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。

图5 植物源杀菌剂活性成分对植物病害有效成分值热图

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。

结论与展望

本文系统整理汇总了我国植物源杀菌剂登记品种的成分、剂型、用法和用量等关键信息，为今后研发新成分和新品种提供参考。分析结果表明，目前已广泛应用的植物杀菌活性成分数量稀少、剂型常规，在此领域仍存在极大的发展空间。

鉴于我国植物资源丰富，建议在研发新杀菌成分过程中优先考虑植物精油及其主要杀菌组分，或从已知具有明确杀菌作用的中药活性成分及其衍生物入手，如油茶多酚、莪术醇衍生物等。针对农药多药抗性现象的日益广泛化，可从含有多种抗真菌化合物的植物提取物中开发新型植物源杀菌剂，或通过不同植物杀菌成分复配联用，以期避免或减少病原菌产生耐药性。此外，还应关注新剂型、新技术、新辅料在农药产品中的应用，避免使用大量危害性有机溶剂，充分利用生物源溶剂（植物油类溶剂、自身具有杀菌抗菌作用的精油类溶剂等）、矿物源溶剂（矿物油、磺化煤油及溶剂油等）、天然离子溶剂及低共熔溶剂等进行替代；也可通过发展农药新剂型，针对性地提高产品稳定性或附着性，达到减低用量、提高效率的目的。

附表 植物源杀菌剂所涉及的植物病害