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农用杀螨剂重要性愈发显著 

发布时间:2019/12/25

 植食性害螨在全世界范围内均有分布,在我国受危害较严重的作物是大豆、棉花、水稻、果树、茶等。随着设施农业的大面积推广,螨害呈现逐年加剧的态势,我国每年因害螨危害造成的农业经济损失高达100多亿元。近年来农用杀螨剂的重要性愈发显著,其数量与销售额在农用杀虫杀螨剂中排名第三,仅次于针对鳞翅目和同翅目的农用杀虫剂

    1、植物害螨的发生与为害现状

    害螨归属于节肢动物门(Arthropoda)蛛形纲(Arachnida)蜱螨目(Acarina),到目前为止有记录的螨类大约是30 000多种。植物害螨主要分为叶螨(Tetranychidae)、瘿螨(Eriophyoidea)、跗线螨(Tarsonemidae)、根螨(Rhizoglyphus)等,其中以叶螨和瘿螨的危害最重,叶螨中则以朱砂叶螨(Tetranychus cinnabarinus Boisduval)为主要害螨。

    朱砂叶螨又称红蜘蛛,属真螨目(Acariformes)叶螨科(Tetranychidae)。朱砂叶螨危害棉花、玉米、高粱、花生、豆类、蔬菜、瓜类、杂草及树木等43科146种植物。朱砂叶螨主要分布在世界温暖地区,在我国分布广泛,华北、华东、华中、华南及辽宁、河南、陕西、甘肃、云南等省均有发生。朱砂叶螨发生代数根据气候变化而有所不同,如华北地区1年发生约12~15代,华中地区约18~20代,华南地区则多于20代。朱砂叶螨生长发育的适宜温度为26~28℃,气温较低时,螨害发生时间推迟,一般7月后进入暴发期,能够持续为害到8月中旬;气温较高时,6月上旬就能进入暴发期,到7月中下旬结束。低湿高温环境有利于朱砂叶螨种群数量急剧增加,而高湿则会抑制种群数量发展。

    由于害螨具有体积小、繁殖快、代数多、适应性强及易产生抗药性等特点,因此螨害一旦发生,难防难治。此外由于害螨主要危害作物的叶片,所造成的虫洞会导致其他病原菌的侵染从而形成复合病害,加剧了病害的严重程度。

    2、植物害螨的防治方法

    植物害螨的防治方法主要分为化学防治、生物防治和物理防治。害螨生活周期较短,繁殖力强,应尽早防治,控制虫源数量,避免移栽传播。

    化学防治方法:及时进行检查,当点片发生时即进行挑治,可选用5%氟虫脲乳油1 000~2 000倍液,5%噻螨酮乳油1 500~2 500倍液、15%哒螨灵乳油1 500~2 000倍液等喷雾防治。

    生物防治主要是利用捕食螨防治及使用生物药剂。捕食螨是最重要的叶螨捕食者,其中植绥螨(Phytoseiidae)是最大的类群,还可用99%矿物油200倍液加1%苦参碱·印楝素、1%阿维菌素乳油2 500~3 000倍液等进行虫害防治。

    物理防治可以采用枯枝残叶集中烧毁,及时灌溉施肥,深翻土壤,摘除虫叶以及使用蓝板等装置进行防治。

    3、杀螨剂的种类

    3.1  化学杀螨剂

    杀螨剂中以化学杀螨剂种类最多。

    最早的化学杀螨剂是1944年美国Stuffer化学公司研发出的一氯杀螨砜,后来逐步发展为有机硫、有机氯、有机锡、硝基苯类、脒类、杂环类等多种类型的杀螨剂。

    到了20世纪80年代,由法国Roussel-Uclaf公司研发出了杀螨菊酯(acrinathrin),商品名是Rufast,这是一种拟除虫菊酯类杀螨剂产品,对许多植食性害螨有较好的杀螨活性,此外还对多种害虫具有杀虫活性,可用于防治大豆、棉花、柑桔、苹果、梨、茶树、蔬菜等多种作物上的螨害。

    1981年,日本三井化学公司研发出醚菊酯(etofenprox),这是一种含氟非酯类拟除虫菊酯类杀螨剂,商品名Trebon(多来宝),具有触杀活性,对卵、若螨、幼螨、成螨均具有较高的杀螨活性,温度升高活性增强,可防治葡萄、柑桔、梨、茶树、观赏植物和蔬菜等作物上的螨害。

    1982年又出现了一种含氟非酯类拟除虫菊酯杀虫杀螨剂氟氯菊酯(bifenthrin),是由美国FMC化学公司研发而成,可用来防治鳞翅目害虫、蚜虫和螨类。

    20世纪90年代初发现了抗生素类杀螨剂(如阿维菌素),是一种对植食性螨类有特效的农用抗生素,由美国Merck公司研发生产,具有胃毒和触杀活性,有很弱的内吸性。

    嘧螨酯是具有strobilurin结构的杀螨剂,由德国BASF化学公司和日本曹达化学公司研制开发,由日本曹达化学公司生产。杀螨隆属硫脲类杀虫杀螨剂,是瑞士汽巴-嘉基化学公司开发,现由先正达化学公司生产。

    3.2  生物杀螨剂

    生物杀螨剂种类主要包括微生物源杀螨剂、植物源杀螨剂和动物源杀螨剂。

    微生物源杀螨剂目前使用最多的是抗生素,以阿维菌素(avermectin)应用最多。阿维菌素是一种来源于链霉菌的具有高效杀虫、杀螨、杀线虫活性的大环内酯类化合物。目前阿维菌素已经在世界上至少50多个国家进行了登记,用于防治观赏植物、园艺作物和农作物的叶螨和其他害虫。近年来,为了满足新型农业发展的需要,阿维菌素出现了与多种化学农药的复配剂型,如甲氨基阿维菌素苯甲酸盐。

    植物源杀螨剂中比较著名的有印楝素、苦参碱、鱼藤酮等,此外还有其他一些植物提取物,有研究者曾对中药植物丁香的杀螨活性做过测试。结果表明,丁香的正己烷提取物的杀螨活性最高,72 h朱砂叶螨的LC50值为0.579 6 g/L。苦参的乙醇提取物对二点叶螨和柑橘全爪螨,特别是柑橘全爪螨有较高的拒食活性,活性随着时间的延长而增加。另有专家学者发现,苦豆子对山楂叶螨和朱砂叶螨有很好的触杀活性。

    目前还没有单纯的关于动物源杀螨剂的相关报道,但广义的杀虫杀螨剂已经被产业化了,其中最著名的是来源于沙蚕的沙蚕毒素。

    综上所述,化学杀螨剂与生物杀螨剂相比,两者的特点均较显著(表1),化学杀螨剂由于杀螨活性高且见效快被农民广泛使用,而随之带来的是害虫抗药性的产生、天敌数量的急速下降和安全性等问题,生物杀螨剂由于其对环境与人畜安全,近年来也备受关注,是未来杀螨剂的重要应用领域。

农用杀螨剂重要性愈发显著,研发微生物源杀螨剂迫在眉睫

    4、微生物源杀螨剂开发的研究现状

    国内对于微生物源杀螨剂的研究主要集中在螨害防治方面应用的抗生素,如阿维菌素、天维霉素、浏阳霉素等,其中以阿维霉素的报道最多。目前报道的杀螨生防菌除了生产阿维菌素的链霉菌(Streptomyces sp.),还有苏云金芽胞杆菌(Bacillus thuringiensis)、解淀粉芽胞杆菌(Bacillus amyloliquefaciens)、死亡谷芽胞杆菌(Bacillus vallismortis)、白僵菌(Beauveria vuillemin)、绿僵菌(Metarhizium anisopliae)、交枝顶孢霉(Acremonium implicatum)等。这些杀螨生防菌鉴定出了阿维菌素、天维菌素、尼可霉素(又称华光霉素)、浏阳霉素、苏云金素、环二肽等活性物质。

    阿维菌素是由阿维链霉菌产生的一组结构相似的16元环大环内酯类抗生素。活性成分组成中含有8个组分:主要成分为A1a、A2a、B1a、B2a,总含量大于80%;对应的4个同系物A1b,A2b,B1b和B2b,总含量小于20%。基因组测序分析显示阿维菌素合成基因簇全长82 kb,共有18个开放阅读框,含有4个编码聚酮合成酶的单元:AVES1、AVES2、AVES3和AVES4,负责阿维菌素生物合成与组装。

    尼可霉素属于核苷肽类抗生素,合成基因簇全长约30 kb,包括1个途径特异性的调控基因和3个转录单元中的21个结构基因,核苷和肽基合成的相关基因分布于不同的转录单元。

    苏云金素合成基因簇全长约12 kb,含有一个与抗生素合成类似的NRPS\PKS系统,该系统依赖于一个酰基载体蛋白(ACP)并具有部分非核糖体肽合成酶基因。

    5、杀螨剂市场需求

    2015年全球杀螨剂销售额为7.73亿美元,预测2020年将增长到8.90亿美元,复合年增长率为2.9%。全球杀螨剂市场中,日本和美国的市场占比较高。近几年,南欧和拉美的市场份额也在增加,其产品主要用于果树、棉花和蔬菜上的螨害防治,果树中尤以柑橘和葡萄用量最大,但用在棉花上的杀螨剂产能过剩,价格下滑较多。目前发展中国家用于果树的杀螨剂市场在大幅提升。影响杀螨剂市场的主要因素是抗性的发展和新产品的上市,这两个因素能够改变市场的产品结构,也说明了市场对于杀螨剂新产品更新换代的迫切需求。但是目前新开发的杀螨剂种类非常少,在绿色、有机作物方面,对安全高效的生物杀螨剂新产品的需求更加显得迫切。据国家统计局2017年底的统计数据显示,杀螨剂原药市场全线紧张。

    6、我国杀螨剂药证登记情况

    截至2018年12月,全国杀螨剂农药登记共有1 065项,分为124种,其中化学杀螨剂121种,占杀螨剂种类的97.58%;生物杀螨剂3种(苦参碱2个,鱼藤酮1个,阿维菌素55个),仅占2.42%。数量方面,炔螨特第一(154),哒螨灵第二(121),三唑锡第三(105),阿维菌素第四(55)(表2)。阿维菌素复配药剂有18种,包括阿维·哒螨灵(46),阿维·矿物油(16),阿维·高氯(15)等。从应用对象看,柑橘红蜘蛛占66.67%,排名第一;苹果红蜘蛛占22.84%,排名第二;苹果二斑叶螨占3.7%,排名第三(图1)。

农用杀螨剂重要性愈发显著,研发微生物源杀螨剂迫在眉睫

农用杀螨剂重要性愈发显著,研发微生物源杀螨剂迫在眉睫

    近20年,化学杀螨剂市场无高效新产品出现,老产品的耐药性问题也日益加剧,亟需安全高效的新产品上市。生物杀螨剂中,植物源的杀螨剂由于受植物原材料有限、提取成本高及产量低等因素的影响,限制了其发展速度;而动物源杀螨剂还未见报道;微生物源杀螨剂因此表现出了极大的优势。微生物资源丰富,个体小,容易生长,并可通过发酵进行扩大培养,而且微生物源农药大多高效、低毒、对人畜和环境安全,更容易被开发成产品。进行微生物杀螨剂的研发已迫在眉睫,要充分利用微生物资源,促进微生物源杀螨剂的发展。

    7、杀螨剂的作用机制研究

    杀螨剂种类很多,结构复杂,不同种类的杀螨剂其作用机制存在不同,且同一种杀螨剂有时也不止一种杀螨机制。根据已报道的杀螨剂作用机制来看,主要分为以下几种。

    (1)神经毒剂。目前大多数杀螨剂都属于神经毒剂。通过干扰破坏螨类神经系统的生理生化过程,引起颤抖、痉挛、麻痹及行为改变等,最终导致螨类死亡。具体又可以分为4种:① 对离子通道的作用,如有机氯农药(三氯杀螨醇,拟除虫菊酯),可阻止Na+通道的关闭,导致神经中毒,麻痹;② 抑制胆碱激性传导,如有机磷和氨基甲酸酯类(溴螨酯),可抑制乙酰胆碱酯酶活性,导致急性中毒;③ 对单胺激性系统的作用,如甲脒类(双甲脒),可抑制单胺氧化酶活性,使神经胺积累,对神经产生毒害;④ 抑制γ-氨基丁酸(GABA),如阿维菌素,可影响氯离子通道,造成神经膜电位超极化,导致对信号传递反应麻痹而死亡。

    (2)呼吸毒剂。主要作用于螨类的三羧酸循环(TCA)、电子传递及氧化磷酸化等过程。如灭多威,在快速穿透体壁后被代谢为挥发性物质,螨类气管系统的缺乏使它们对这些体内产生的有毒物质更为敏感,导致其中毒死亡。

    (3)生长调节剂。具有抑制螨类表皮的几丁质合成,抑制产卵以及使卵不孵化的作用,可干扰螨的蜕皮过程等。主要有灭幼脲、保幼激素类似物(JHA)及早熟素等,灭幼脲和JHA被称为第三代杀螨剂,早熟素则被称为第四代杀螨剂。

    (4)化学不育剂。可干扰腺苷酸合成酶系统。如五氟脲嘧啶,会影响害螨卵子的发育及蛋白质形成,使其产生不育的卵。

    (5)其他机制。可抑制几丁质、蛋白质的合成与代谢。如华光霉素,可抑制棉叶螨的几丁质和一些蛋白质的合成;苏云金芽胞杆菌,是一种胃毒剂,也有触杀作用,主要抑制核酸生物合成的最后阶段,特别是抑制RNA聚合酶,从而阻断细胞的减数分裂。

    针对微生物源杀螨活性物质杀螨机制的研究报道非常少,目前已报道的微生物源杀螨活性物质的杀螨机制是阿维菌素、尼克霉素和苏云金素。

    阿维菌素对螨类具有胃毒和触杀作用,并有微弱的熏蒸作用,不能杀卵。其作用机制是干扰螨类神经生理活动,刺激释放γ-氨基丁酸,而氨基丁酸对节肢动物的神经传导有抑制作用。螨类成虫、若虫和幼虫与阿维菌素接触后即出现麻痹症状,继而不活动、不取食,2~4 d后死亡。

    尼克霉素其分子结构与UDP-N-乙酰葡萄糖胺相类似,是真菌细胞壁和螨类体壁上的几丁质合成酶竞争性抑制剂,能够抑制螨类的几丁质的合成。

    研究者通过透射电镜对二斑叶螨的表皮进行观察研究苏云金素的毒性作用机理,结果显示12 h以前的幼虫不会受苏云金素的影响,在12 h以后才发现表皮形成受到明显抑制,推断和较低的ATP代谢速率有关,因为苏云金素会和ATP竞争酶的作用位点。

    8、我国杀螨剂开发过程中存在的主要问题分析

    (1)高效杀螨剂品种较少,化学杀螨剂占主导,生物杀螨剂极少。世界上有600多种农药化合物,我国仅有250多种,生物农药有约20种。我国杀螨剂农药登记共1 101项,生物杀螨剂仅有3种。无论从品种数量还是市场份额上看,化学杀螨剂都占绝对优势。

    (2)抗药性问题严重。一种杀螨剂随着使用时间的增长,害螨的抗药性也会增加,随之而来的是害螨危害严重,却急缺有效药。目前市场上应用较多的杀螨剂是哒螨灵,由于含有哒螨灵混剂的大量上市,单一品种使用过量,导致害螨很快对其产生了抗性。

    (3)我国拥有自主知识产权的杀螨剂品种很少。一氯杀螨砜由美国Stuffer公司研发并于1944年上市;炔螨特由美国科聚亚-联合磷化物公司研发,于1964年上市;菊酯类杀螨剂则分别由日本、美国及法国等企业研发并于20世纪80年代初上市;哒螨灵由日本日产化学工业株式会社于1985年上市,螺螨酯由拜耳2005年上市。我国还需加大对拥有自主知识产权的杀螨剂新品种的研发力度。

    (4)超高效、低毒的环保型杀螨剂是今后发展的方向。当前很多杀螨剂都是神经毒剂和呼吸毒剂,对哺乳动物的安全性要高度重视,对环境也存在较大影响,因此高效、广谱、低毒、安全的生物杀螨剂是未来的发展方向。

    9、结语

    农业害螨因其个体小、繁殖快、适应性强及容易产生抗药性等特点,自20世纪70年代起,已跃升为果树、蔬菜、粮食作物的重要害虫。如今,人们逐渐认识到农药不是用于完全杀死害虫,而是要将其种群数量控制在一定范围内,需要采用有效的杀螨剂对害螨进行综合防治,而安全高效的生物杀螨剂研究与开发工作也越来越重要。目前国内针对微生物源杀螨剂的研究工作在很多方面都存在空白,而且杀螨菌株资源缺少,关于杀螨活性物质及其合成机制、杀螨机制的研究报道更少,大大降低了微生物源杀螨剂的创制速度,因此需要加大该领域的研究力度,推进具有我国自主知识产权的微生物源杀螨剂的研发。来源:农药快讯

 

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