Akaricider är en klass av bekämpningsmedel som används i stor utsträckning inom jordbruk, industri och andra industrier. De används främst för att bekämpa jordbrukskvalster, eller fästingar, på boskap eller husdjur. Varje år lider världen stora förluster på grund av kvalsterskadegörare. Enligt FN:s livsmedels- och jordbruksorganisation är 80 procent av världens boskapshjordar angripna av fästingar, vilket kostar världen uppskattningsvis 7,3 miljarder dollar per år i ekonomiska förluster. I Sydamerika förlorade sojabönor som skadats av spindelkvalstret Mononychellus planki McGregor (Acari: Tetranychidae) cirka 18,28 % i spannmålsavkastning. I Kina är nästan 40 miljoner tunnland citrus också angripna av Panonychus citri (McGregor). Därför ökar den globala efterfrågan på akaricider år för år. De åtta största produkterna på akaricidmarknaden år 2018 är: spirodiklofen, spirometikon, diafentiuron, bifenazat, pyridaben, propargit, hexytiazox och fenpyroximat. Deras totala försäljning är 572 miljoner USD, vilket motsvarar 69,1 % av akaricidmarknaden, och marknadsstorleken förväntas nå 2 miljarder USD år 2025. Marknadsstorleken för akaricider kommer sannolikt att bli större i takt med att den globala åkermarken minskar, befolkningen ökar, efterfrågan på naturprodukter ökar och efterfrågan på hållbara jordbruksmetoder ökar.
Analys av den globala marknaden för akaricider visar att röd spindelkvalster, Panclaw citrus och Panonychus urmi är de överlägset ekonomiskt viktigaste arterna av skadedjurskvalster och står för mer än 80 % av marknaden. Andra relaterade kvalster är pseudospindelkvalster (främst korta spindelkvalster), rostkvalster och gall- och bromskvalster. Grönsaker och frukter, inklusive citrusfrukter, vinrankor, sojabönor, bomull och majs, är de viktigaste grödorna för vilka akaricider används.
På grund av den korta livscykeln, partenogenesen, de unika metaboliska verktygen och den starka miljöanpassningsförmågan hos växtätande kvalster som spindelkvalster och panklokvalster har deras resistens mot akaricider ökat snabbt. Kvalster står för 3 av de 12 resistenta leddjur som rapporterats. I den globala användningen av akaricider har konventionella kemiska akaricider som organofosfater, karbamater, organoklorider och pyretroider fortfarande en dominerande position. Under senare år, även om högeffektiva akaricider som bifenazat och acetafenak har kommit ut, är problemet med homogenisering av akaricider fortfarande allvarligt. Med den långvariga och ovetenskapliga användningen av dessa akaricider har de flesta växtätande kvalster utvecklat olika grader av resistens mot de kemiska akaricider som finns på marknaden, och deras effekter har minskat avsevärt. Å andra sidan, med den ökande uppmärksamheten på miljöfrågor och den gradvisa ökningen av ekologiskt jordbruk, har efterfrågan på naturprodukter för att skydda grödor på den globala marknaden ökat avsevärt. Därför är utvecklingen av säkra, effektiva, miljövänliga, mindre skadliga för naturliga fiender och säkra och nya biologiska akaricider som inte lätt utvecklar resistens nära förestående.
Baserat på detta är det ett brådskande behov för industrin och industriell utveckling att fullt ut utnyttja Kinas fördelar med biologiska resurser för att främja forskning, utveckling och tillämpning av biologiska akaricider.
1. Forskningsbakgrund för veratrotrolalkaloider
Julros, även känd som bergslök, svart julros, är ett flerårigt medicinalmedel. Som en inhemsk insekticid växt i Kina gräver man ofta ut dess rhizomer under vegetationsperioden och steker den till en mild avkokning för att kalltvätta får, getter, nötkreatur och annan boskap, och för att hantera husflugelarver och andra parasiter. Forskarna fann sedan att julros även har en god bekämpningseffekt på andra skadedjur. Till exempel har etylacetatextraktet av Veratrum rhizom god insekticid aktivitet på andra och tredje stadiets larver av Plutella xylostella, medan Veratrol-alkaloidextraktet har en viss dödlig effekt på vuxna och fjärde stadiets larver av tysk kackerlacka. Samtidigt fann forskare också att olika extrakt av Veratrum rhizom har god akaricid aktivitet, bland annat etanolextrakt>kloroformextrakt>n-butanolextrakt.
Hur man utvinner de aktiva ingredienserna är dock ett svårt problem. Kinesiska forskare använder vanligtvis ultraljudsextraktion med ammoniak-alkaliserad kloroform, vattenextraktion, etanolperkolationsextraktion och superkritisk CO2-extraktion för att utvinna aktiva substanser från veratrum-rhizomer. Bland dem använder ultraljudsextraktionsmetoden med ammoniak-alkaliserad kloroform en stor mängd giftigt lösningsmedel kloroform, även om extraktionshastigheten är relativt hög; vattenextraktionsmetoden har många extraktionstider, stor vattenförbrukning och låg extraktionshastighet; hastigheten är låg. Den superkritiska CO2-extraktionsmetoden för att utvinna veratrolinalkaloider har inte bara en hög extraktionshastighet, de aktiva ingredienserna förstörs inte, utan även den medicinska aktiviteten och renheten hos de aktiva ingredienserna i de erhållna produkterna förbättras avsevärt. Dessutom är den CO2-fria och lösningsmedelsfria återstoden ofarlig för människokroppen och miljön, vilket kan bromsa miljöföroreningarna som orsakas av traditionella extraktionsmetoder, och har listats som en av de bästa extraktions- och separationsteknikerna för växtmedicinska effekter. Emellertid hindrar den riskabla produktionsprocessen och den höga kostnaden dess storskaliga industriella tillämpning.
2. Forsknings- och utvecklingsframsteg för veratrotrolalkaloider
Studie av extraktionstekniken för Veratrum. Samextraktionstekniken är huvudsakligen baserad på det traditionella kinesiska medicinska materialet veratrorum, kompletterat med naturliga medicinska material. Veratrotoin och andra aktiva ingredienser framställs tillsammans, och samtidigt används olika lösningsmedel för att kontinuerligt extrahera de botaniska medicinska materialen för att maximera reningen och utfällningen av de effektiva aktiva komponenterna i de botaniska medicinska materialen i etapper. Gruppkomponenter av föreningar med olika funktionalitet eller liknande funktionalitet erhålls från samma sats råvaror. Avsevärt förbättra utnyttjandegraden av botaniska råvaror, minska produktionskostnaderna och avsevärt öka marknadens konkurrenskraft.
Studie av verkningsmekanismen för Veratrums aktiva substanser. Veratrol rhizomextrakt är en typ av blandning som innehåller mer än tio aktiva ingredienser såsom veratrol, resveratrol, veratrotoin, cyklopamin, veratrol och resveratroloxid. Skadedjurens nervsystem.
Enligt forskningsrapporter är dess toxicitet baserad på öppnandet av spänningsberoende Na+-kanaler, vilket i sin tur öppnar spänningsaktiverade Ca2+-kanaler, vilket leder till frisättning av neurotransmittorer. Spänningsstyrda natriumjonkanaler är en integrerad del av neuronal och muskelsignalering. De aktiva komponenterna i Veratrum-extrakt kan orsaka strömstörningar i natriumjonkanaler, vilket resulterar i förändringar i membranpermeabilitet, vilket orsakar tremor, chock och slutligen död.
Samtidigt rapporterade vissa franska forskare att veratrolinalkaloider också icke-kompetitivt kan hämma acetylkolinesteras (AChE) hos insekter. På grund av den nya verkningsmekanismen för veratrotrolalkaloider kan multi-site-attacker inträffa, och det är svårt för kvalster att anpassa sig till läkemedel med multi-verkande verkan genom sina egna strukturella förändringar, så det är inte lätt att utveckla läkemedelsresistens.
Teknologi för framställning av extrakt av julros-rhizomer med 0,1 % CE. Med stöd av avancerad extraktionsteknik och utmärkt beredningsteknik är läkemedlets ytspänning låg, vilket snabbt kan linda in insektens kropp, främja penetration och absorption av läkemedelslösningen och förbättra effekten av aktiva ingredienser. Den har god dispergerbarhet i vatten, och lösningen är transparent och homogen efter dispersion. Efter 1000 gångers utspädning tar det 44 sekunder att helt väta dukduken, och den kan snabbt vätas och penetrera. Data om stabilitet i flera ljusspridningar visade att extraktberedningen med 0,1 % CE veratrum-rhizomer hade god stabilitet och uppfyllde alla fältmiljöer.
Forskningsframsteg gällande appliceringsteknik för 0,1 % CE veratrum rhizomextrakt
Den nya tekniken har avsevärt förbättrat läkemedlets snabbverkande egenskaper. Jämfört med den tidigare tekniken har produkten minskat användningen av en enda ingrediens. Genom den unika processen är ingredienserna i produkten mer rikliga och den synergistiska effekten är tydligare.
Samtidigt, när det används tillsammans med befintliga kemiska bekämpningsmedel, kan det för det första avsevärt minska populationsbasen av röda spinnkvalster, minska mängden kemiska bekämpningsmedel och förbättra bekämpningseffekten. Sammanfattningsvis, under den höga incidensen av citrus Panonychus-kvalster i Hezhou, Guangxi, Kina, var sprutning med 0,1% CE Veratrum rhizomextrakt + 30% etoxazol effektiv inom 20 minuter, inga levande insekter sågs 3 dagar efter appliceringen, och bekämpningseffekten kan bibehållas över 95%. I det tidiga stadiet av Jiangxi Ruijin navelapelsin citrus panclaw-kvalster dog alla 0,1% CE Veratrum rhizomextrakt + 30% tetramizinbifenazat 1 dag efter appliceringen, och inga levande insekter sågs 3 dagar efter appliceringen, bekämpningseffekten är nära 99% efter 16 dagar.
Ovanstående fältbioanalysresultat visar att när basantalet röda spinnkvalster är lågt eller högt, kan användning av en enda bekämpningsmedel och användning i kombination med kemiska bekämpningsmedel, rhizomextraktet av Veratella vulgaris minska basantalet röda spinnmaskar och förbättra bekämpningseffekten av kemiska bekämpningsmedel. Det visade utmärkt bekämpningseffekt. Samtidigt utvinns rhizomextraktet av julros från växter. Vid den rekommenderade koncentrationen är det säkert att använda i knoppnings-, blomnings- och unga fruktstadier hos de flesta växter, och har ingen effekt på expansionen av skott, blommor och frukter. Det är säkert och miljövänligt för icke-målorganismer som naturliga fiender till kvalster, och har ingen korsresistens med befintliga insekticider och akaricider. Det är mycket lämpligt för integrerad hantering av kvalster (IPM). Och med minskad användning av kemiska bekämpningsmedel kan resterna av kemiska bekämpningsmedel som etoxazol, spirodiclofen och bifenazat i citrusfrukter helt uppfylla "Kinas nationella livsmedelssäkerhetsstandard för maximala restgränser för bekämpningsmedel i livsmedel", "European Union Foods". Gränsvärden för bekämpningsmedelsrester och amerikanska standarder för bekämpningsmedelsrester i livsmedel ger en solid garanti för livsmedelssäkerhet och kvaliteten och säkerheten hos jordbruksprodukter.
Genredigeringsteknik främjar industrialiseringen av julros
Julros är ett vanligt medicinskt material och en flerårig ört i familjen liljeväxter. Den växer i berg, skogar eller buskar. Den är spridd i Shanxi, Hebei, Henan, Shandong, Liaoning, Sichuan, Jiangsu och andra platser i Kina. Den är rik på vilda resurser. Enligt undersökningar är den årliga produktionen av medicinsk julros nära 300-500 ton, och sorterna inkluderar många varianter, såsom julros, Xing'an-julos, maosu-julos och Guling-julos, och de aktiva komponenterna i varje art är inte desamma.
Med den snabba utvecklingen av bioteknik och djupgående forskning om medicinska material för julros har användningen av genredigeringsteknik för att förbättra medicinska arter av julros och artificiell domesticering av vilda julrosarter utvecklats stegvis. Konstgjord odling av julrossorter kommer att kraftigt minska skadorna från julrosgrävning på vilda groddresurser och ytterligare främja industrialiseringen av julros inom jordbruksområdet och det medicinska området.
I framtiden förväntas naturliga extrakt av julros-rhizomer från medicinalväxter gradvis minska användningen av traditionella kemiska akaricider och bidra ytterligare till att förbättra kvaliteten på jordbruksprodukter, förbättra kvaliteten och säkerheten för jordbruksprodukter, förbättra den ekologiska jordbruksmiljön och bibehålla den biologiska mångfalden.
Publiceringstid: 8 augusti 2022