一、引言

殺菌劑是指能有效控制或殺死對植物有害的病原微生物—細(xì)菌、真菌和藻類的化學(xué)制劑。在全球范圍內(nèi)，通常作為防治各類病原微生物的藥劑的總稱[1]。各類植物病原菌是引起植物病害的主要因素之一,給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。而真菌病害又是植物病害中最大的一類,占植物病害的70%~80%，病害發(fā)生面積廣、危害性極其嚴(yán)重,難以防治[2]。              

圖1：常見作物真菌性病害示例

全球范圍內(nèi)，作物真菌性病害對園林植物以及農(nóng)作物都帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。灰霉病作為危害作物的主要真菌病害之一，能夠危害茄科、葫蘆科、薔薇科等 470 多種植物[3]，引起植株葉片大量脫落，果蔬腐爛，產(chǎn)品質(zhì)量下降。該病害每年在全球造成的經(jīng)濟(jì)損失超過 100 億美元，僅在葡萄釀酒行業(yè)，灰霉病爆發(fā)年造成的葡萄酒產(chǎn)量降低最多可達(dá) 20%以上。葡萄在貯藏過程中也常遭受灰霉病的危害，嚴(yán)重時(shí)造成的產(chǎn)后損失高達(dá) 50%[4]。在中國，草莓種植面積較大，但由于灰霉病的危害，一般會(huì)造成減產(chǎn) 20%～30% ，嚴(yán)重時(shí)高達(dá)50%以上，這對果農(nóng)造成了不可小覷的經(jīng)濟(jì)損失。灰霉病作為番茄栽培的重要病害，會(huì)造成番茄減產(chǎn) 20% ～ 30%，甚至?xí)哌_(dá) 50%。在園林觀賞植物中，月季在長途冷藏運(yùn)輸過程中也深受其害，通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在極端條件下可造成 70% 以上的采后損失。在大田作物小麥上所發(fā)生的赤霉病又稱爛穗病、麥秸枯、爛麥頭、紅麥頭、紅頭瘴，小麥?zhǔn)芎笄ЬC合粒重降低，發(fā)芽率下降，發(fā)芽勢減弱，出粉率低，面粉質(zhì)量差 ，色澤灰暗，商品價(jià)值降低。一般大流行年病穗率達(dá)50-100%，產(chǎn)量損失10-20%，中等發(fā)生年病穗率30-50%，產(chǎn)量損失5-10%[5]。而近年來部分主產(chǎn)區(qū)氣候變化引起的降水、溫度變化，同時(shí)導(dǎo)致了小麥白粉病的爆發(fā)，嚴(yán)重時(shí)減產(chǎn)幅度可達(dá)到 40%以上。隨著農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)調(diào)整，大棚、溫室等人工環(huán)境設(shè)施種植技術(shù)的推廣應(yīng)用，溫暖高濕的集中種植環(huán)境使得真菌性病害變得更難防治。人工氣候環(huán)境中極易爆發(fā)真菌性病害，在中國每年因白粉病的發(fā)生導(dǎo)致草莓減產(chǎn)約 10%~20%，爆發(fā)時(shí)高達(dá) 50%以上甚至絕產(chǎn)。

長期以來,植物真菌性病害的防治主要依賴于化學(xué)農(nóng)藥, 苯醚甲環(huán)唑、晴菌唑、戊唑醇、氟菌唑、吡唑醚菌酯，代森錳鋅, 氟啶胺，三唑酮、嘧霉胺、腐霉利、異菌脲等都常被用來防治作物真菌性病害。已代森錳鋅為代表的預(yù)防保護(hù)劑防治效果有限，單用無法滿足用戶對病害的防治需求。而以苯醚甲環(huán)唑?yàn)榇淼木哂袃?nèi)吸性殺菌劑在抑制病原菌生長侵害的同時(shí)，也會(huì)一定程度的對作物生理指標(biāo)造成影響，通常表現(xiàn)在葉綠素合成抑制，作物生長緩慢，以及長期使用降低植物對病原菌的抵抗力方面。同時(shí)，長時(shí)間的化學(xué)藥劑施用進(jìn)一步造成了病原菌的抗藥性增強(qiáng)、農(nóng)藥殘留和環(huán)境污染等問題[6]。真菌性病害的防治會(huì)進(jìn)入由環(huán)境影響問題、作物健康問題以及病害防控問題相互制約的惡性循環(huán)中。

市場調(diào)研數(shù)據(jù)顯示，近些年全球殺菌劑市場發(fā)展進(jìn)一步加快，一方面是由于引起作物病害的病源菌抗性逐年上升，使得殺菌劑市場對新產(chǎn)品有著持續(xù)的需求。據(jù)報(bào)道，僅2012-2013 年間，中國境內(nèi)湖北省草莓灰霉病菌對多菌靈的抗性頻率為63.6%[7]。遼寧、河北、北京、安徽和四川５個(gè)省市的草莓灰霉病菌對多菌靈的抗性頻率達(dá)到 53.6％～99.0％[8]。另一方面全球農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)的調(diào)整，蔬菜，水果以及各類經(jīng)濟(jì)作物種植種類和種植面積的擴(kuò)大，進(jìn)一步增加了對殺菌劑產(chǎn)品的需求，殺菌劑在未來有著巨大的發(fā)展空間。同時(shí)，隨著人們對環(huán)境問題的日益關(guān)注，有機(jī)農(nóng)業(yè)面積的逐步增大，全球市場對以低毒低抗性天然產(chǎn)物作物保護(hù)投入品需求的增加。研發(fā)一款環(huán)境友好、高效、低毒、不易產(chǎn)生抗藥性、且對作物生長具有促進(jìn)作用的生物農(nóng)藥產(chǎn)品急為迫切。

二、 關(guān)于虎杖根莖提取物的研究現(xiàn)狀

虎杖（ReynoutriaJaponica Houtt.）為中國傳統(tǒng)藥用植物，主要分布于華東、中南及遼寧、陜西、甘肅、四川、貴州、云南等地。

具中國國醫(yī)記載，其根及根莖入藥，具有活血定痛、清熱利濕、止渴化痰的作用[9]。有研究表明，藥用植物虎杖中富含虎杖苷、白藜蘆醇、大黃素及大黃甲醚等活性成分[10]。其提取物具有抗癌功能，對腫瘤細(xì)胞的增殖具有明顯的抑制作用，能夠大幅減緩腫瘤組織生長速度[11-12]。同時(shí)，虎杖中所形成的次級(jí)代謝產(chǎn)物具有天然的抵御病蟲害功能，在虎杖種植過程中很少發(fā)生嚴(yán)重的病蟲害，基本不需要任何防治技術(shù)[13]。

圖2：藥用植物虎杖植株及其藥用部位

基于虎杖次級(jí)代謝產(chǎn)物的特點(diǎn)及其藥理作用，虎杖被用于農(nóng)業(yè)領(lǐng)域防控植物病害的發(fā)生。大黃素甲醚作為虎杖次級(jí)代謝產(chǎn)物中豐度最高的活性成分之一，對植物白粉病、霜霉病、灰霉病和炭疽病等植物病害均具有很高的活性。

圖3：大黃素甲醚 CAS：521-61-9

三、 虎杖根莖提取物的產(chǎn)業(yè)化研究進(jìn)展

（1）虎杖根莖提取物的登記情況

根據(jù)世界農(nóng)化網(wǎng)報(bào)道，Albaugh,LLC旗下Prime Source推出了殺菌劑Azoxy Bio（嘧菌酯和生物殺菌劑大虎杖提取物），目前已獲得美國環(huán)保署登記于2022年春季上市，是一款內(nèi)吸型殺菌劑，除了能預(yù)防性廣譜防治主要草坪和觀賞植物病害外，還能促進(jìn)植物的免疫系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)良好的抗病管理。

據(jù)悉，成都新朝陽作物科學(xué)股份有限公司（以下簡稱 ″新朝陽″）登記的全新生物殺菌劑-虎杖根莖提取物防治灰霉病也將很快獲證產(chǎn)業(yè)化。

（2）新朝陽虎杖根莖提取物的作用機(jī)制

經(jīng)過試驗(yàn)測試分析，0.4%虎杖根莖提取物對白粉病孢子萌發(fā)具有顯著抑制及破壞作用。藥劑處理96h后，通過臺(tái)盼藍(lán)染色和外觀形態(tài)觀察，孢子囊被大量染色，結(jié)構(gòu)遭到破壞，失去萌發(fā)功能。

圖4：0.4%虎杖根莖提取物處理96h后對白粉孢子的影響

實(shí)驗(yàn)觀察發(fā)現(xiàn)0.4%虎杖根莖提取物在具有優(yōu)良防治效果的同時(shí)，能夠促進(jìn)作物生長，緩解因施藥對作物生長的影響。在推薦使用濃度下，其葉長平均增長1.26cm，其葉寬平均增長2cm。

圖5：0.4%虎杖根莖提取物處理對作物生長的影響

（3）虎杖根莖提取物的提取技術(shù)研究

經(jīng)過多年的研發(fā)積累，新朝陽首次提出了共同萃取技產(chǎn)品開發(fā)思路及天然產(chǎn)物活性分子群的概念。通過對提取工藝的關(guān)鍵環(huán)節(jié)控制，靶向性的對提取物中活性次級(jí)代謝產(chǎn)物種類進(jìn)行控制。通過共同萃取技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了虎杖根莖中活性物質(zhì)的最大程度挖掘，獲得了包括大黃素、大黃素甲醚、大黃酚、大黃酸、白藜蘆醇在內(nèi)的活性分子群。解決了一般植物源農(nóng)藥成分單一，綜合防效低以及使用成本過高等問題。有效推動(dòng)虎杖根莖提取物在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用。

圖6：共同萃取技術(shù)研究及虎杖根莖提取物活性分子群

通過對藥材原料的混合粉碎、過篩、回流加熱、過濾、澄清、濃縮等工藝技術(shù)，進(jìn)行多次連續(xù)提取。將藥用植物原料中的活性分子群分階段純化析出，顯著提高植物藥材原料的利用率，降低生產(chǎn)成本，顯著增加市場競爭力。0.4%虎杖根莖提取物在豐富活性分子群的加持下，協(xié)同增效顯著，具有廣泛的殺菌普的同時(shí)，對提升作物免疫力，促進(jìn)作物生長具有積極的意義。

圖7：0.4%虎杖根莖提取物中富含多種活性成分

（4）0.4%虎杖根莖提取物先進(jìn)的制劑工藝

利用先進(jìn)懸浮制劑技術(shù)，針對含有多種組分，成分復(fù)雜的虎杖根莖提取物，開展精準(zhǔn)化配方開發(fā)，優(yōu)選制劑原材料配比，并結(jié)合多重光散射測試等，開發(fā)貯存穩(wěn)定的最佳制劑配方。同時(shí)根據(jù)防治靶標(biāo)及作物特點(diǎn)，通過表面活性劑處方篩選，結(jié)合動(dòng)靜態(tài)表面張力優(yōu)化、接觸角測試優(yōu)化等技術(shù)，提高藥液潤濕、鋪展、成膜粘附、保濕抗蒸發(fā)性能，提高葉片藥液沉積量，增加有效成分對于農(nóng)作物葉面和有害生物表面的黏附性與覆蓋率，提高產(chǎn)品田間應(yīng)用效果，進(jìn)一步提升植物源農(nóng)藥在田間的防治效果。

圖8：0.4%虎杖根莖提取物外觀及入水分散性能

通過反復(fù)的實(shí)驗(yàn)摸索，提高制劑性能，達(dá)到了產(chǎn)品外觀為均相液體，入水自動(dòng)納米級(jí)分散。在稀釋500倍后任具有顯著的潤濕和滲透性。

圖9：0.4%虎杖根莖提取物動(dòng)態(tài)表面張力數(shù)據(jù)

多維度穩(wěn)定性數(shù)據(jù)顯示，0.4%虎杖根莖提取物制劑穩(wěn)定性好，熱貯后無明顯析水分層現(xiàn)象，完全滿足各種田間施藥環(huán)境。

圖10：0.4%虎杖根莖提取物多重光散射光譜圖

（5）0.4%虎杖根莖提取物安全性研究

經(jīng)研究，0.4%虎杖根莖提取物對鳥類、家蠶和蜜蜂等環(huán)境生物為低毒。毒理學(xué)試驗(yàn)結(jié)果顯示對大鼠屬于″微毒″。對日本大耳白兔眼睛無激性，對日本大耳白兔皮膚無刺激性，并未見豚鼠皮膚變態(tài)反應(yīng)。根據(jù)農(nóng)藥產(chǎn)品毒性分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，0.4%虎杖根莖提取物懸浮劑屬于微毒類農(nóng)藥。

0.4%虎杖根莖提取物對黃瓜苗生長期安全性實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在推薦用量以及1倍、2倍濃度下（稀釋125倍、166倍、250倍和500倍），5天后均未出現(xiàn)藥害現(xiàn)象。

圖11：0.4%虎杖根莖提取物針對黃瓜室內(nèi)安全性數(shù)據(jù)

0.4%虎杖根莖提取物對草莓花期安全性田間實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在推薦用量以及1倍、2倍濃度下（稀釋125倍、250倍和500倍），5天后實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，3個(gè)濃度下均對草莓老葉、幼葉和花均未出現(xiàn)藥害現(xiàn)象。

圖12：0.4%虎杖根莖提取物針對草莓田間安全性數(shù)據(jù)

0.4%虎杖根莖提取物在推薦使用濃度下，對植株的萌芽期、花期等時(shí)期施用安全，對嫩芽、花均無影響。非常適合用于植物病害防控的綜合治理，為食品安全和農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全提供堅(jiān)實(shí)的保障。

（6）0.4%虎杖根莖提取物的應(yīng)用

0.4%虎杖根莖提取物對白粉病具有良好的防治效果。室內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，0.4%虎杖根莖提取物稀釋500倍針對黃瓜白粉病1次藥后15天達(dá)到99.4%， 與化學(xué)對照無顯著性差異。

圖13：0.4%虎杖根莖提取物針對黃瓜白粉病室內(nèi)活性數(shù)據(jù)

0.4%虎杖根莖提取物對黃瓜灰霉同樣具有良好的防治效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，0.4%虎杖根莖提取物能夠達(dá)到67.4%，與化學(xué)農(nóng)藥沒有顯著性差異。

圖14：0.4%虎杖根莖提取物針對黃瓜灰霉病室內(nèi)活性數(shù)據(jù)

0.4%虎杖根莖提取物對香蔥灰霉病的田間生測實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，0.4%虎杖根莖提取物500倍稀釋后綜合防效達(dá)到56.25%，化學(xué)對照嘧霉胺1000倍稀釋和1500倍稀釋分別為50.57%和33.52%，其防治效果無顯著性差異。同時(shí)，0.4%虎杖根莖提取物500倍稀釋后搭配化學(xué)對照嘧霉胺減量30%施用，防效顯著提升20%以上，減量增效作用顯著。

圖15：0.4%虎杖根莖提取物針對香蔥灰霉病田間活性數(shù)據(jù)

綜上，0.4%虎杖根莖提取物懸浮劑對灰霉病和白粉病有良好的防治效果，在植株發(fā)病前，稀釋500倍噴施植株，能有效預(yù)防病害的發(fā)生，在發(fā)病初期搭配化學(xué)農(nóng)藥，可實(shí)現(xiàn)在化學(xué)農(nóng)藥減量30%的前提下有效控制病害的蔓延，同時(shí)，對促進(jìn)作物生長具有顯著的作用。

四、藥用植物虎杖的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展?jié)摿?/span>

虎杖，蓼科，屬多年生草本植物年生草本植物，主要分布于中國的華東、中南及遼寧、陜西、甘肅、四川、貴州、云南等地。虎杖生長速度快，易種易出易管理。目前已實(shí)現(xiàn)大規(guī)模人工種植，人工種植解決了市場上虎杖藥材的流通不足問題，這為虎杖產(chǎn)業(yè)化奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。近年來，隨著分子育種、合成生物學(xué)等尖端生物技術(shù)的發(fā)展。建立優(yōu)質(zhì)種苗繁育基地、通過微生物、植物干細(xì)胞等生物合成技術(shù)生產(chǎn)虎杖次級(jí)代謝產(chǎn)物已成為研究熱門方向。可預(yù)見在未來，虎杖的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展必將多元化，掌握虎杖品種資源，通過對虎杖種群各品系間個(gè)體性狀與產(chǎn)量和質(zhì)量的遺傳相關(guān)性研究分析，篩選出優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)優(yōu)良品系。借助于已較成熟的 TDNA片段基因整合技術(shù)，對個(gè)體性狀進(jìn)行改良，培育出優(yōu)質(zhì)品種，進(jìn)一步提高品種純度，優(yōu)化產(chǎn)品質(zhì)量。 支撐企業(yè)推廣環(huán)保、低毒的植物源農(nóng)藥，有助于提高產(chǎn)品競爭力，推動(dòng)農(nóng)藥產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級(jí)，其具有重要的經(jīng)濟(jì)意義。

五、展望

據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，農(nóng)藥主要產(chǎn)品殺蟲劑、殺菌劑和除草劑全球市場占比超過95％。《中國殺菌劑行業(yè)現(xiàn)狀深度調(diào)研與投資趨勢預(yù)測報(bào)告2022-2029年》數(shù)據(jù)顯示，2020年中國殺菌劑市場規(guī)模由2017年的40.3億元增長到57億元。目前在中國農(nóng)藥大類品種中，殺菌劑僅次于殺蟲劑和除草劑，占比為22.13% [2]。近年來，灰霉病已經(jīng)發(fā)展成為一種重要的、全球分布的植物真菌類病害。其中，以由灰葡萄孢(B.cinerea)引起的灰霉病分布最為廣泛，可危害蔬菜、果樹、花卉等200多種作物。近幾年來，隨著保護(hù)地栽培面積不斷擴(kuò)大，灰霉病危害日趨嚴(yán)重。據(jù)《Molecular Plant Pathology》報(bào)道，灰葡萄孢位列給全球造成經(jīng)濟(jì)損失十大植物病原真菌的第2位，僅次于稻瘟病[15]。新朝陽充分利用中國的生物資源優(yōu)勢，創(chuàng)新研發(fā)形成的0.4%虎杖根莖提取物懸浮劑防治灰霉病，具有效果突出、應(yīng)用成本低、促進(jìn)作物生長效果顯著、安全性高、無殘留、對環(huán)境更友好等特點(diǎn)，解決了傳統(tǒng)化學(xué)藥劑抗性增加快、防效降低、農(nóng)藥殘留高、影響作物生長以及對環(huán)境不安全等痛點(diǎn)，滿足行業(yè)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的迫切需要。不僅有效控制病害的發(fā)生，更有利于從宏觀和微觀上恢復(fù)與重建以自然調(diào)控為核心的生態(tài)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)植物微生態(tài)系統(tǒng)的平衡、人與自然的和諧共生。

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