印楝杀虫活性物质在植物中的系统性分布

印楝杀虫活性物质在植物中的系统性分布 48广东农业科学2007年第1期 印楝杀虫活性物质在植物中的系统性分布 张志祥,程东美,徐汉虹 (1.华南农业大学昆虫毒理研究室/农药与化学生物学教育部重点实验室,广东广 州510642; 2.仲恺农业技术学院植保系,广东广州510225) 摘要:总结了印楝素在植物中的系统性分布及印楝制剂在田间应用的作用和意义; 指出印楝素可被植物吸收并在 植物中呈系统性分布,其被植物根吸收后由茎向叶传导,叶片吸收的印楝素不向根 和茎传导. 关键词:印楝素;系统性分布;植物 中图分类号:$567.19文献标识码:A文章编号:1004—874X(2007)01—0048—03 Systematicdistributionofinsecticidalingredientsofneem ZHANGZhi—xiang,CHENGDong—mei2,XUHan—hong (1.LaboratoryofInsectToxicology/LaboratoryInsectToxicity,SouthChinaAgriculturalU niversity,Guangzlwu510642,China; 2.DepartmentofPlantProtection,~nongkaiAgro— technicalcollege,Guangz~510642,China) Abstract:Systematicdistributionofazadirachtininplants,whichwasimportantforazadirac htin—basedinsecticidebeing usedinfield,Wassummarizedinthepaper.Azadirachtincouldbeabsorbedbyplantanddistri butedsystematicallyinplant. Azadirachtincouldbeabsorbedbyrootandbetransportedtoleafviastern.Azadirachtinstaye dintheleafwhenitWasabsorbed byleaf. Keywords:Azadirachtin;systematicdistribution;plant 印楝(AzadirachtaindicaA.Juss.)是楝科楝属 乔木,原产于印度次大陆…1,具有杀虫,杀菌和杀线虫 等多种生物活性2.最早的梵语文献上有印楝果,种 子,油,叶,根和茎的药用价值记载.公元前2000年, 印度文献记载了印楝对疟疾的疗效L3I4].在吠陀经 中,印楝被记载为"SalsaRogaNivarini"(能治所有疾 病的药).1968年联合国在一份中称印楝是"本 世纪对当地居民的最大恩赐",印楝被美国农业部誉为 "可解决全球问题的树"L5J5.目前,印楝已被引种到70 多个国家和地区,广泛分布于亚洲,非洲,澳大利亚,美 国南部,加勒比海群岛和巴西等地6. 印楝杀虫剂是当今世界公认的最优秀的生物农药 之一,其国际影响与市场空间日益扩大.1980--2002 年,在德国,肯尼亚,印度,澳大利亚和加拿大等国家和 收稿日期:2006—08—05 基金项目:国家自然科学基金(20377015);华南农业大学 校长基金(2004K004) 作者简介:张志祥(1974 zdsys@scau.edu.ca 通讯作者:徐汉虹(1961- @SeaL1.edu.cn ),男,博士,副教授,E—mail: 地区召开了7次国际印楝大会l7].从印楝中发现了以 印楝素(Azadirachtin)为主的80多种杀虫活性物质, 对10余目400多种农,林,储粮和卫生害虫有生物活 性[8l. 目前,北美,欧洲和亚洲部分地区已广泛接受印楝 杀虫制剂,中国,德国,印度,澳大利亚,缅甸,加拿大, 泰国和海地均生产印楝商品化杀虫制剂,已有40多个 商品化印楝杀虫剂,如Achook,Afer'ENI,Amitraz, AzadEC4.5,AzadP10,Azatin,Azatin—EC,Fortune AZA,Margocide20EC,Margoeide80EC,Margocide, Neemix,NeemfrrIEC,NeemAzal/S,NeemAzalFI, NeemAzalF1I,NeemAzalTNeemAzal—F,Neem— Azal—SNeem—EC,NeemGold300,NeemGold,Neemix . 5,NeemmarkNeemol,RD一9RepelinRH一9999, TELMION和0.3%印楝素乳油等6. 印楝杀虫制剂目前已被广泛用于防治棉花,蔬菜, 果树,茶树,水稻和豌豆等作物上的害虫. 1印楝杀虫剂在田间应用中的存在问题 印楝中的主要活性物质如印楝素及其类似物在环 ),男,tg~,教授,E—mail:hhxu境中易光解,水解和氧化.在实际生产中,印楝抽提物 一 般施药后2,3天才表现出杀虫活性,而施药后5, 8天其主要活性物质便大部分降解,这极大影响了印 楝杀虫剂的持效期.1968年Butterworth和Morgan 就从印楝中分离出印楝素,但直到1985年才研制出第 一 个印楝杀虫乳油制剂——Ma0sOn—oJ.目前, 虽然国外已研发出印楝素乳油,微乳剂,悬浮剂,颗粒 剂和可湿性粉剂等剂型,但在田间有实际应用价值的 剂型只有印楝素乳油. 印楝素稳定性较差,这是限制其田间推广应用的 主要原因,也是印楝研究应用的世界性难题.1982年 Stokes等发现印楝素在受热和光照后会迅速分解u. 印楝素中起反应作用的C—C兀键,环氧环和酯群是 降解代谢的主要攻击部位,在紫外光,阳光和高温及微 生物的影响下极易降解. 微生物对印楝素的分解有较明显的影响.在未经 灭菌的土壤中,印楝素A在15?和25?下的半衰期 分别为43.9天和19.8天,印楝素B的半衰期分别为 59.2天和20.8天;在灭菌的土壤中,印楝素A在 15?和25?下的半衰期分别为91.2天和31.5天,印 楝素B的半衰期分别为115.5天和42.3天【12J. 2印楝活性物质在植物中的系统性分布情况 印楝抽提物中主要活性物质具有内吸性并在植物 中呈系统性分布,如印楝素可被豌豆,甘蓝,Pinus contortalatifolia,云杉,白杨,烟草,蓖麻,番茄等植物 的根系吸收,在植株中传导并呈系统性分布,且在云杉 中能够向芽定向累积. 印楝素注入植物茎杆后,能在植物中呈现系统性 分布[13;而喷洒在叶片上,则能保留在施药部位[14]. 此外,根部施用印楝制剂能有效防治作物上的食叶害 虫[15l. 2.1.1在白杨中的系统性分布用RH一9999WP (20%印楝素可湿性粉剂)处理白杨(Populus tremuloidesMichs)根部,土壤中的印楝素A含量为 1000g/g;处理后3h,根中的印楝素A含量为21.69 g,而叶和茎中则没有检测到印楝素A;处理后3 天,茎中的印楝素A含量为80.61g,而叶和根中 的含量分别为13.75g和3.35g.由此可以看 出,叶和根可能是印楝素A的存贮部位.处理后10 天,植株对印楝素的吸收和传导达到最高峰,根中印楝 素A的含量为173.84g/g,是叶和茎中含量的3.5 倍和8.0倍;同时,植株各部位的印楝素A含量开始 下降.处理后50天,与印楝素A含量的最高峰相比, 根中的含量下降了92.5%,叶和茎中的含量分别下降 了77.9%和77.7%.根中印楝素A向其他部位转移 49 可能是印楝素含量下降的原因之一.印楝素在根和叶 中的含量高于茎,表明茎是印楝素的传导途径.在吸 收和传导高峰时,叶中的印楝素含量仅为50.01g, 表明印楝素通过茎从根部向叶片的转移过程比较缓 慢,在处理后10天才达到吸收高峰. 此外,将印楝素施于白杨的根部,3h内印楝素即 被根部吸收,3天内被传导到茎和叶,并呈系统性分 布,印楝素在根,茎,叶中的鲜重含量最高为8.1,1.0, 2.3g/g[ . 2.1.2在豌豆中的系统性分布印楝素可被豌豆吸 收并在豌豆内呈系统性分布.将豌豆移植于以 10~g/mL印楝素,相应印楝种子甲醇抽提物或印楝种 子粉悬浮液处理过的土壤中,处理后25天,豌豆不受 沙漠蝗和白粉虱危害;但有机物含量高或碱性强的土 壤,将降低印楝素或种子抽提物的拒食活性.用印楝 素溶液浸渍处理豌豆种子,可在豌豆苗中检测到印楝 素;而用0.1%印楝素溶液浸泡处理豌豆种子,种子萌 发后1周仍然不受沙漠蝗成虫危害.在豌豆叶象甲 (Liriomyzahuidobrensis)成虫羽化前24h和刚羽化 为一龄幼虫时,用1#g/mL印楝素溶液浸渍种植豌豆 的土壤其成虫羽化率分别为0%和11.7%,而用 1#g/mL印楝素溶液浸渍豌豆叶片则成虫羽化率分别 为15.6%和44.7%[17l. 2.1.3在蓖麻,甘蓝,椰树,云杉和番茄等植物中的系 统性分布用含印楝素的营养液培养蓖麻叶[14,墙],处 理后24h,印楝素在蓖麻叶中呈系统性分布,并对斜纹 夜蛾三龄幼虫具有较好的拒食活性[19].将甘蓝叶柄 放在印楝素溶液中浸泡24h,印楝杀虫活性物质在叶 中呈系统性分布,对菜粉蝶幼虫具有拒食活性,叶片印 楝杀虫活性物质各分布点对菜粉蝶幼虫的拒食活性差 异不显着,表明印楝素及其代谢物在叶中均匀分布. 当溶液中印楝素浓度为10~g/mL或更高时,处理后 72h,所有一龄幼虫均停止发育【20J.用印楝素处理椰 子树根部,处理后24h活性物质就被输送到树冠,并 可显着降低椰黑点锈叶蝉幼虫和种群数量,防效长达 120天?.用印楝素涂Pinuscontortalatifolia的根 颈部,印楝素至少可被输送到该作物茎干9In以上. 用含10~g/mL印楝素的营养液培育云杉(Piceagla一 Ca)苗,印楝素被根吸收后累积于光合产物的沉积部 位(特别是芽),印楝素在云杉芽,针叶中的最高鲜重含 量为5.16,2.56g,在茎干中的鲜重含量则很 低【.番茄苗摘除根后,将茎放在含100g/mL印 楝素的营养液中培育,处理后6h印楝素就被传导到 叶片[23l. 3印楝杀虫活性物质系统性分布的特性 3.1不均匀性 印楝中活性物质在植物中的分布是不均匀的,印 楝素可由根部吸收再从茎向叶传导.同时,印楝活 性物质的系统性分布效果因植物种类和剂型的不同而 有一定差异.印楝抽提物中印楝油含量不同,其在植 物中的系统性分布也有较大差异. 印楝抽提物的系统性活性也因昆虫种类的不同而 有差异.印楝素在植物韧皮部中的含量较低,对在韧 皮部危害的刺吸式口器害虫的防效较差,如蚜虫喜食 植物韧皮部中的汁液,因此,其对蚜虫的防效较差;叶 蝉则大多在植物传导组织较深层(即木质部)取食,而 木质部的印楝素含量较高,因此,印楝抽提物对叶蝉有 较好的防效. 3.2作用特点 已有研究表明,通过根施,注射或涂茎等方式处理 植株,会使印楝杀虫剂具有较长的持效期.印楝杀虫 活性物质进入植物体内后,由于受到植物体壁的保护, 减少了与空气和光的接触,可极大减少印楝素的光解 和氧化降解,从而延长持效期,如印楝素在椰树内对椰 黑点锈叶蝉幼虫的防效可长达120天【21]. 由于印楝杀虫活性物质具有拒食活性和生长发育 抑制作用,施用后对害虫的毒杀效果较为缓慢,害虫死 亡前仍会向植株其他部位转移,特别是向植株新生组 织转移.由于印楝杀虫活性物质具有内吸性及传导 性,因而可有效防治施药后新长出的嫩叶,花和芽等植 物组织器官上的害虫. 印楝素经根系吸收,主要累积在光合作用部位即 叶中,并且施于叶片的印楝素也不向根和茎传导.当 害虫危害蔬菜叶片时,印楝素能向害虫取食部位积累, 这对防治蔬菜害虫具有较重要的意义. 4展望 印楝杀虫剂能较好地满足了目前农药开发的要 求,如高效,低毒,无残留,选择性好等.印楝中活性成 分是自然存在的物质,在与自然界的长期演化过程中, 自然界对印楝中的各种化学成分早已形成了完善的降 解机制,其活性成分在自然界中无累积,对环境安全, 特别适用于蔬菜,水果和茶叶等直接食用的作物,且对 作物不产牛药害.印楝性杀虫剂主要具有抑制生长发 育,拒食,忌避和不育等作用方式,与常规农药的杀虫 作用机理差异很大,活性成分复杂,有利于克服害虫抗 药性,对非靶标生物安全,对哺乳动物毒性低,并有明 显的选择性[. 为了使印楝素杀虫剂应用于农田系统,研究者一 直试图提高印楝素的稳定性,如加入丁香酚,环氧化豆 油抑制印楝素的热分解,加入氨基苯甲酸(PABA),油 酸,印楝油和蓖麻油抑制印楝素的光解[6]等,这些方 法对提高印楝素乳油制剂的稳定性有较大的帮助,但 是对制备印楝素水基型制剂或印楝素在田间的稳定性 的帮助不大. 从印楝素在植物中的内吸性和系统性分布上看, 其具有较长的持效期,在某种程度上说,不需要人为提 高印楝素在环境中的稳定性,印楝素杀虫剂也能起到 应有的作用. 参考文献: [1]TewariSN,NayakM.Activityoffour—plantleafextracts againstthreefungalpathogensofrice[J].TropicalAgile (Trinidad),1991,68:373—375. [2]何道航.植物性杀虫剂印楝素的生物活性及应用研究 [D].广州:华南农业大学硕士论文,1999. [3]PerryLM.MedicinalplantsofEastandSoutheastAsia [MJ.Cambridge:MITPress,1980. [4]RandhawaNS,ParmarBS.Neemresearchanddevelop- ment[M].India:SocietyofPesictideScience,1993:242— 249. [5]NationalResearchCouncil.Neem:atreeforsolvingglobal problems[MJ.WashingtonDC:NationalAcademyPress. 1992. [6]田永清.印楝素的稳定性及其乳油配方研究[D].广州: 华南农业大学硕士论文,2002. [7]徐汉虹,张志祥,程东美,等.植物源农药与农业可持续 发展[J].科技导报.2002(7):42—44. 18]SchrnuttererH.Propertiesandpotentialofnaturalpesticides fromneemtree,Azadirachta[J].AnnualReviewof Entomology.1990,35:271—297. 19JButterworthJH,MorganED,PercyGR.Thestructure ofazadirachtin,thefunctionalgroups[J].Journalof ChemicalSocietyTransactions,1972,1:2445—2450. 110]StokesJB,RedfernRE.Effectofsunlightonazadi— rachtin—antifeedingpotency[J].JEnvironSCiHealth, 1982,17(1):57—65. [11]荣晓东,徐汉虹,赵善欢,等.植物性杀虫剂印楝的研 究进展[J].农药学.2000(2):9—14. [12]StarkJD,WalterJF.PersistenceofazadirachtinAandB inrail:Effectsoftemperatureandmicrobialactivity[J].J EnvironSCiHealth(B):Pestic,1995,30(5):685—698. 113]GillJS,LewisCT.Systemicactionofaninsectfeeding deterrent[J].Nature(London),1971,232:402—403. (下转第54页) 以看出,硝酸钾浓度在0.05%,0.2%的范围内,抗菌 物质的活性随硝酸钾浓度升高而增大,最大抑菌圈直 径达15.5mm;而硝酸钾浓度超过0.2%时,抗菌物质 的活性则下降,抑菌圈直径仅仅为9.8rniTl. 2.9不同浓度吐温一80对抗真菌素积累的影响 在培养基中添加不同浓度的非离子型表面活性剂 吐温一80,结果发现0.1%,1%,10%3种浓度均能促 进抗真菌素的活性,抑菌圈直径分别为14.3,15.8, 14.3ITIITI,其中以1%的浓度最佳,抑菌圈直径比不添 加吐温一80的对照(12.2mm)增加近30%.这可能 是因为吐温80与枯草杆菌的细胞膜相互作用,增加了 细胞膜的通透性,从而增加了抗真菌素向细胞外分泌 的量. 2.10抗真菌素的抗茵谱检验 在上述优化条件下,研究了抗真菌素对节瓜枯萎 病菌,冬瓜枯萎病菌,苦瓜枯萎病菌,稻瘟病菌的抗菌 效果,结果5种致病菌的抑菌圈直径分别为18.0, 19.3,15.3,11.3,11.5ITIITI.可见,枯草芽孢杆菌BS 一 06发酵产生的抗真菌素除了对水稻纹枯病菌具有 良好的抗菌性外,对其他4种真菌均有较强的抑菌作 用,有望开发成为生物农药,应用于农作物的真菌病害 防治. 3结语 广东农业科学2007年第1期 本研究通过一系列单因素实验,确定了枯草芽孢 杆菌的最佳发酵条件为:培养时间48h,装液量为50 mL,初始pH值为8.0,培养基中添加2%麦芽糖, 0.2%硝酸钾和1%吐温一80.枯草杆菌BS一06产生 的抗真菌素具有较广的抗菌谱,对水稻纹枯病菌,稻瘟 病菌,节瓜枯萎病菌,冬瓜枯萎病菌,苦瓜枯萎病菌均 有较好的抗菌效果,有望开发成生物农药来防治农作 物病原真菌. 本研究的后续研究工作拟对该抗真菌素进行分离 纯化和结构鉴定,以及对其性质进行研究,以期为该抗 真菌素在农作物真菌病害防治上的应用提供依据. 参考文献: [1]余凤玉,李振华,曾会才.抗真菌农用抗生素的研究进展 [J].热带农业科学,2005,25(1):61—66. [2]李巧丽,袁月星.抗植物真菌病害基因及其应用[J].生物 学教学,2000,25(12):2—4. [3]蒋琳,马承铸.生物农药研究进展(综述)[J].上海农业学 报,2000,16(增刊):73—77. [4]孔建,王文夕,赵白鸽,等.枯草芽孢杆菌B一903菌株的 研究?.抗菌物质的理化特性[J].中国生物防治,2000, 16(1):l2一l4. (上接第50页)[19]Opender,ShankarJS.Systemicuptakeofazadirachtin SundaramKMS.Rootuptake,translocation,accumula- tionanddissipationofthebotanicalinsectieide.azadira- chtin,inyoungsprucetrees[J].JEnvironSciHealth(B), 1996,31(6):1289—1306. MeisnerJ,MitchellBK.Phagodeterrenteffectofnt2~13-1 extractsandazadiraehtinonfleabeetles,Phyllotretastrio- lata(F.)[J].PflanzenkrPflanzenschutz,1982.89(8— 9):463—467. SundaramKMS,CampbellR,SloaneL.Uptake, transl~ation,persistenceandfateofazadiraehtininaspen plants(PopulustremuloidesI~chx.)anditseffectOll pestiferoustwo—spottedspidermite(Yetranychusur- t/caeKoch)[J].CropProt,1995. WeintraubPhyllisG,HorowitzAR.Systemiceffectsofa noel3linsecticideonLirimnyzahuidobrensislarvae[J]. Phytoparasitica.1997,25(4):283—289. SundaramKMS,SundaramA,CurryJ.Dissipationki. neticsofazadiraehtininsomeforestmatrixesanditssys- temictransl~ationinconifersforsprucebudwormcontrol [J].JEnvironSciHealth(B),1997,32(5):803—829. intoRicinuscommunisanditseffectsonSpodoptera lituralarvae[J].Koul,IndianJExpBiol,1995,33(11): 865—867. ArpaiaS,nLoonJJAEffectsofazadiraehtinafter systemicuptakeintoBrassicaoleraceaonlarvaeofPieris brassicae[J].EntomolExpAppl,1993,66(1):39—45. ShivashankarT,AnoaduraiRS,SrinivasM,eta1. Contmlofcoconutblack—headedcaterpillarfOpisina arenosellaWalker)bysystemicapplicationof"Soluneem" 一anewwater—solubleneelTlinsecticideformulation[J]. CurrSci,2O0o,78(2):176—179. DuthieHolt,MamieA,BordcnJohnH,eta1.Tramloca— tionandefficacyofanc~2m——basedinsecticideinlodgepole pineusingni(Colcx)ptera:Scolytidac)asanindicator species[J].JEconEntomol,1999,92(1):180—186. OttoD,KleebergH,HenriehM.Persistenceofsystemic effectsoftheazadiraehtinpreparation"NeemAzalW"Oll larvaeoftheColoradopotatobeetleLeptinotarsa decemlineataSay[R].Neem—IngredientsPheromones. 1996:71—80. 1J1J1J1J 加 r?-r【r【 r【 ]]]]] 仃倡 r?-r?-rLrLrL