中国植物源杀虫剂的研制与应用①

郝乃斌　戈巧英

(中国科学院植物研究所　北京　100093)

摘要　我国植物资源极其丰富,而且应用植物杀虫历史悠久。近年来我国植物源杀虫剂研究进展迅速,获得了一批重要成果,并在某些方面接近或达到国际先进水平。本文简要综述我国植物源杀虫剂的研究现状,介绍了其杀虫活性物质的类型、有效成分、防治对象、杀虫机理及开发前景。从而为研究植物源杀虫剂奠定了基础。关键词　植物源杀虫剂,活性物质

DevelopmentandApplicationofPlant-based

PesticidesinChina

HAONai-Bin　GEQiao-Ying(InstituteofBotany,TheChineseAcademyofSciences,Beijing100093)

Abstract　Thispaperreviewsthecurcentstatusofstudyonplant-basedpesticidesinChina.Thepesticidaltypesandeffectivecomponents,thepeststobecontrolled,themodesofactionandtheprospectsforcommercialdevelopmentofthesepesticidesaresummarized.Keywords　Plant_basedpesticides,Bioactivecomponent

我国植物资源极其丰富,现已查清三万余种高等植物的种类,分布以及系统关系等,

其中约有近千种植物具有杀虫活性物质。在我国用植物杀虫,已有悠久的历史,早在

2000多年前,《周礼》已有“剪氏掌除蠹物,以攻萦攻之,以莽草熏之”的记载;《本草纲目》中也有狼毒、百部、鱼藤根等记载;《中国土农药志》记载着分布在86个科中的220种植物

性农药,而《中国有毒植物》一书中则列入有毒植物1300余种,其中许多种类被作为植物

性农药利用。尽管我国药用植物丰富,而且应用植物性农药有着渊远的传统,但是真正较系统地进行研究却始于本世纪30年代(黄瑞纶,1937),而且进展缓慢。自80年代以来,

我国植物源杀虫剂才得以广泛开展,获得了一批重要成果,并在某些方面已接近或达到国

际先进水平。由于植物性杀虫剂具有不污染环境,对人畜比较安全,害虫不易产生抗性等

特点,所以,当人们越来越认识到人类赖以生存的生态环境被化学物质的严重污染而又急需净化的时侯,重新认识和研究生物农药已势在必行,因此,近些年来我国对植物性杀虫

活性物质的研究,特别是昆虫忌避剂、拒食剂、生长发育抑制剂等的研究正在广泛地开展。

1　天然植物杀虫活性物质类型①收稿日期:1998-09-01 接受日期:1999-03-03 责任编辑:姜联合植物学通报　1999,16(5):495～503ChineseBulletinofBotany天然植物中的杀虫活性物质极其丰富,依其化学结构可大体归纳如下:

1.1　生物碱类(alkaloids)

在远古时代,人们就知道利用植物源生物碱防治害虫(赵善欢,1983)。生物碱对昆虫的作用方式是多种多样的,诸如毒杀、忌避、拒食、抑制生长发育等,而具有这些功能的生

物碱又极其繁多(罗万春,1995),其主要的有烟碱、毒扁豆碱、雷公藤碱、百部碱、苦参碱、

藜芦碱、黄连碱、小檗碱、喜树碱、三尖杉碱、莨菪碱、毒芹碱、乌头碱、胡椒碱、辣椒碱等。1.2　萜类(terpenes)

这类化合物包括蒎烯、单萜类、倍半萜、二萜类、三萜类,多以酯类衍生物形式存在,其

防虫作用亦系多方面的,如胃毒、触杀、忌避、麻醉、抑制生长发育等。这类化合物主要有

川栋素、苦皮藤酯I、苦皮藤酯II、苦皮藤酯III、苦皮藤酯IV、雷公藤甲素、闹羊花毒素、瑞香毒素、木藜芦毒素、马醉木毒素(朱正方,1992),α-蒎烯、β-蒎烯等。

1.3　黄酮类(flavonoids)

黄酮类化合物多以甙或甙元、双糖甙或三糖甙状态存在,具有防治害虫作用的主要有鱼藤酮、毛鱼藤酮等。

1.4　精油类(volatileoils)

植物精油对昆虫不仅具有毒杀、忌避、拒食、抑制生长发育的作用,而且还具有昆虫性

外激素和引诱作用(徐汉虹和赵善欢,1994),能防治害虫的精油种类很多,主要有桉树油、薄荷油、百里香油、松节油、石竹油、黑胡椒子油、芫荽油、菊蒿油、香矛油、菖蒲油、茼蒿精

油、檀香醇、大茴香脑、菊蒿油、芸香精油、肉桂精油、八角茴香精油等。

1.5　光活化毒素类(phototoxicity)

这类物质在光照下对害虫杀伤力成几倍甚至上千倍地提高,它们在植物中广泛存在。主要有噻酚类,如α-三噻酚等;聚乙炔类如茵陈二炔等;醌类如金丝桃素等;香豆素类如花

椒毒素等。

1.6　其它如除虫菊酯(羧酸酯类)、乙醚酰透骨草素(木脂素类)、牛膝甾酮(甾体类)、番茄苷(糖

苷类)等。

2　植物性杀虫剂研究概况

众所周知,植物性杀虫活性物质用于防治害虫其潜力巨大,因此国内外的研究工作也

很活跃。我国对植物源杀虫剂的研究始于本世纪初,早在1903年沈　著文介绍除虫菊栽培制造法,到1918年开始研究除虫菊,而大量工作则集中在1932～1936年(赵玉成,1932;

郑宁远,1934;李世昌,1935;杨宁珍,1936)。与此同时对雷公藤(陈同素,1933;顾玄,1934)

和鱼藤(郑乃涛,1935)等的化学成分及杀虫作用也开展了一些工作。

我国对楝科属植物研究较多的是川楝(MeliatoosendanSieb.etZucc.)和苦楝(MeliaazedarachL.)。川楝素的研究始于1953年,当时是为了探索川楝的驱蛔有效成份,1955年

从韧皮部中分离出一种有效成份,定名为川楝素(赵善欢等,1987)。该有效成份是呋喃三萜类化合物,并已定出化学结构式(钟炽昌等,1975;舒国欣和梁晓天,1980)。楝树的杀虫496　植物学通报16卷作用,古书已有记载,如《本草纲目》中有“花,铺萜下,杀蚤虱”的记载。1980年,华南农业

大学开始研究川楝素的杀虫作用,首先在对三化螟蚁螟的生测中发现具有很强的拒食和

毒杀作用(赵善欢和张欣,1982),其后,川楝素又在不同的作物、蔬菜、果树等进行了广泛的防虫试验,业已证明川楝素对这些作物的多种害虫均有较好的防治效果,如菜青虫(汪

文陆等,1992;张兴和张善欢,1992a,1992b;1989;赵善欢等,1985)、小菜蛾、甘兰夜蛾、黄守

瓜(张兴等,1993)、柑桔螨类(赵善欢等,1986;魏喜葵,1989)、苹果卷叶蛾、樱桃实蜂、樱桃叶蜂(张兴等,1993)、水稻二化螟、稻飞虱、稻纵卷叶螟(胡建章等,1983;杜正文,1986)、玉

米螟(汪文陆等,1992;赵善欢等,1984;1985)、粘虫(廖春燕等,1986)等。我国从1983年开

始引种印楝(AzadirachtaindicaA.Juss.),1986年大面积引种于海南省万宁县(赵善欢等,

1989),经对国产印楝的研究,初步发现国产印楝树皮中含有印楝素,这在文献中尚无报导(张兴和赵善欢,1992a),研究证明,印楝素等楝科植物中所含的多种杀虫活性物质均属于

四环三萜类化合物(张兴和赵善欢等,1992a)。印楝素被国际公认为最重要的昆虫拒食

剂,许多研究证明,印楝素对多种害虫有拒食、触杀、胃毒、抑制生长发育和影响卵巢发育的作用。

苦皮藤(CelastrusangulatusMaxim.)的根皮粉、叶子粉及茎皮用于防治蔬菜害虫,在我

国农家应用已有相当长的历史(柯治国等,1993),30年代,我国科学工作者对苦皮藤进行

了杀虫效果试验(黄瑞纶,1957),1950年证明了苦皮藤根皮粉对天幕毛虫具有触杀、胃毒和忌避作用(赵善欢,1950;柯治国等,1993),50年代北农大农药教研组研究了苦皮藤根

皮化学,证明乙醇可以浸出苦皮藤的全部杀虫有效成份。经对苦皮藤根皮粉和种子油对

蔬菜及储粮等几种主要害虫防治效果研究,初步探明苦皮藤根皮粉和种子油能明显地控

制玉米象等害虫种群的形成(柯治国等,1987;1992),目前已从根皮或种子中分离鉴定出数十个新化合物,特别是从种油中获得4个结晶,即苦皮藤酯I～IV(南玉生和卢令娴,

1995),从根皮中获得5个纯天然物,即苦皮藤素I～V(吴文君等,1993),上述活性成分已

作出结构鉴定,均为二氢沉香呋喃倍半萜酯类或生物碱。这些物质对昆虫具有毒杀、拒食、麻醉等作用。其中苦皮藤素I对害虫具有拒食作用(吴文君等,1988,1989)、苦皮藤素

II和苦皮藤素III对昆虫具有直接毒杀作用(吴文君等,1993)、苦皮藤素IV对粘虫具有强

烈的麻醉作用(吴文君等,1992),上述4种活性成份已作出结构鉴定(吴文君,1989;1993)。

大量试验证明,苦皮藤对菜青虫、黄守瓜、猿叶虫、粘虫、稻苞虫、芜菁叶蜂、槐尺蠖、玉米象、蝗虫、小菜蛾等均有良好的防治效果。

黄杜鹃(RhododendronmolleG.Don)(又称闹羊花),它含有多种毒素,如木毒素、杜鹃

素、石南素、闹羊花毒素等(冯夏和赵善欢,1990a,1990b)。闹羊花毒素系四环二萜类化合物(朱正方,1992)。研究证明,黄杜鹃花提取物,对昆虫具有显著的触杀、胃毒、拒食等作

用,主要用于防治蚜虫、菜青虫、小菜蛾、粘虫、螟虫、家蝇、虱、蚤等,因此可广泛地应用在

农业和卫生害虫的防治。

生物碱(alkaloids)是人们较早知道的植物性杀虫有效成份。早在公元五世纪初,古地中海的居民用藜芦提取物处理种子以防治害虫(Smith,1966)。20世纪40年代初,藜芦碱

等在委内瑞拉已成为商业性杀虫剂,用于柑桔害虫防治。与此同时,默克公司等试验室又从大风子科(Flacourtiaceae)的Ryaniaspeciosa植物的根、茎中分离出罗纳丹碱(ryanodine)用5期郝乃斌等:中国植物源杀虫剂的研制与应用497　以防治玉米螟、甘蔗螟等害虫,由于该生物碱作用机理独特,故引起人们的广泛注意(Casi-

da等,1987)。我国在200年前就用烟草防治害虫,至今已有硫酸烟碱和油酸烟碱供应市

场。对生物碱研究开展的较为广泛,湖南省林科所(1987)从喜树中提取出喜树碱(camp-tothecine)和从三尖杉中提出的三尖杉碱(harringtonine)对马尾松毛虫具有多种生物活性,

其中喜树碱和次喜树碱(venoterpine)等具有特殊杀虫作用(不育作用)(徐礼　等,1985;陈

冀胜等,1987)。胡椒果实中的胡椒碱,对家蝇的杀伤力比除虫菊提取物强。最近徐美娟等(1994)研究了番茄植株中的生物碱,发现番茄植物碱不仅对菜青虫有明显的拒食作用,

而且对菜粉蝶有明显的产卵忌避作用。此外,我们对莨菪烷碱类物质(郝乃斌和戈巧英,

1998)和苦参碱(张牢牢等,1997)等也进行了深入的研究。总之,已研究的能防虫的生物

碱很多,如莨菪碱、小檗碱、博落回碱、马钱子碱、雷公藤碱、百部碱等(罗万春,1995)。而这些生物碱对昆虫的作用是多种多样的,它们主要用于防治蚜虫、菜青虫、粘虫、午毒蛾、

甲虫、菜粉蝶等。

一些植物精油或其组分,对昆虫也具有毒杀、忌避、拒食和抑制生长发育等作用,因此也得到了广泛的研究。我国对精油防虫的研究多偏重于仓库害虫,近年来在作物害虫上

也开展了大量工作。丁德生(1993)发现野薄荷的茎叶精油对白纹伊蚊有忌避作用。李光

灿等(1985)研究了几种植物精油对杂拟谷盗的熏杀效果,证明α-蒎烯、冷杉油、小叶甾兰

香油等效果较好。姚康等(1982)用山苍子芳香油防治蚕豆象也得到了明显的效果。徐汉虹等(1993)发现猪毛蒿精油的主要成份茵陈二炔对斜纹夜蛾等多种重要农业害虫有显著

的生物活性。吴照华等(1994)指出,茼蒿精油对小菜粉蝶幼虫有拒食活性,进一步研究证

明,拒食的有效成份主要是丁香酚。丁香酚对玉米象虫也具有驱避作用。此外,肉桂油(徐汉虹等,1994)、沉水樟精油(徐汉虹等,1996)和芸香精油(徐汉虹等,1994)对储粮害虫具有较强的生物活性。特别是芸香精油的主要成分2-十一酮是很好的杀蛭剂、杀线虫剂

和杀蠕虫剂。与其它植物性杀虫剂不同的是许多精油组份对昆虫还具有昆虫性外激素和

吸引作用,如丁香酚、香叶醇、大茴香脑、α-蒎烯、β-蒎烯等,因此可作为引诱剂。由于精油在防治仓储害虫和卫生害虫优点突出,在防治农业害虫效果显著,因此具有广阔的应用前

景。

近年来,对植物所含有的光活化毒素(phototoxicity)的研究获得了显著进展,因为这类

物质在光照下可几倍甚至上千倍地提高对害虫的杀伤力,因此引起人们的极大关注。光活化杀虫剂的研究主要在加拿大和美国,我国刚刚起步(徐汉虹等,1995)。Berenbaum(1978)首先报导了一些植物源化合物对植食性昆虫的光活化毒性。小檗碱在光照下对伊

蚊的幼虫、蛹和成虫杀伤力能明显地提高(Philogone等,1984)。徐汉虹等(1993)指出猪毛蒿(Artemisiascoparia)精油中的茵陈二炔对斜纹夜蛾的生物活性受光照的激发而增强。乐

海洋等(1997)证明万寿菊根甲醇浸提物对白纹伊蚊和至倦库蚊4龄幼虫具有非常明显的

光毒化作用。光化学毒素在植物中普遍存在,至少存在于30个科的植物中,这类化合物

主要是呋喃香豆素类、多炔类、噻吩类、醌类及由色氨酸和酪氨酸衍生出来的生物碱等(徐汉虹等,1995)。最近研究证明,α-三连噻吩对烟草天蛾、烟芽夜蛾等有明显的光活化毒性(乐海洋,1997)。由于光活化杀虫剂对害虫高效,对人畜无害,在环境中易于分解,故是一种具有巨大潜力的新型植物性杀虫剂。498　植物学通报16卷