首页 > 分享 > 杀线虫植物的研究

杀线虫植物的研究

花匠小妙招
2025-01-05 14:25

植物根结线虫病是一种土传病害，病原线虫分布广、寄主多，为害严重，已成为制约保护地农业生产的瓶颈。迄今为止，根结线虫的防治主要以化学药剂为主。随着人们对化学药剂危害性的认识及环保意识的增强，一些有效的杀线虫的应用受到了限制，寻求更多新的、对环境友好的替代品已成为从农业生产发展的需要。

植物可以看作是自然化学品和生物活性物质的宝库。植物产生各种各样的防卫化合物，用于保护自身免受害虫的取食为害和病原菌的侵染。植物化合物是一种选择性好、低毒、可生物降解的天然产品，从植物中筛选、分离杀虫活性成分，符合人类发展“环境和谐一相容”现代农药的迫切要求。目前，植物在植物寄生线虫防治中应用进展缓慢，亟待挖掘和应用高效杀线虫植物以提高其对线虫的防效。基于此，本文主要开展了对以下研究内容。

(1)采用形态观察及鉴别寄主法，对河南省根结线虫病发生严重的保护地蔬菜产区主要作物（番茄、茄子）的根结线虫病原种类进行了鉴定，结果表明：南方根结线虫是河南保护地蔬菜田的绝对优势种，病样检出率高达100%。这一研究确定了河南省保护地蔬菜产区主要根结线虫优势种类，为根结线虫的有效防治奠定理论基础。

(2)就18种不受（少受）根结线虫为害的栽培种或野生种作物及具有杀虫活性的药用植物对南方根结线虫的生物活性进行了筛选与验证，筛选出B．B．的生物活性较高，其对J2杀虫活性高于除大豆荚壳外的其它植物，对线虫虫卵孵化的抑制率在处理时间内均大于50%;进一步通过液-液分配萃取、柱层析分离和薄层层析检测对B．B．的生物活性成份进行追踪，得到三种杀线虫生物活性成分，通过核磁共振、气，质联用和液．质联用对杀线虫生物活性成分的结构进行检测，鉴定出全部为生物碱类化合物，分别为A、B、C。其处理72h对线虫J2的校正死亡率分别为59.67%、52.63%和41.87%;处理9d对虫卵的孵化抑制分别为73.43%、59.23%、52.86%。从杀虫植物中分离和纯化活性化合物并进一步鉴定其化学结构，可为人工合成天然植物产品类似物的杀虫农药提供理论依据。

(3)从线虫的生理代谢水平及与代谢有关的酶系两方面，就三种杀线虫生物活性植物源成分对线虫作用机理的初步研究。结果表明：三种活性成分可能阻碍了虫体的新陈代谢，并抑制线虫GST和CAT活性，导使线虫体内氧化和抗氧化作用失衡，细胞的功能受到影响，最终导致线虫死亡。

另外，三种活性成分可能影响线虫虫体角质层的形成，导致虫体内含物外渗，也是导致线虫死亡一个原因。综合考虑几种植物活性成分对线虫的毒性效果，活性成分A的毒性高于其它两种。从毒理方面证明了B．B．对线虫的毒杀作用及杀虫活性成分的协同作用，为B．B．植物活性成分的开发提供参考依据。

(4)试验中设计和验证了一套改进提取装置，并采用响应面分析法对B.B.中总生物碱提取条件兰行了优化。结果表明：该装置适应于B．B．生物碱的提取，提取量为8.47 mg.g-l，显著高于供试的其它两种提取方法，溶剂的回收率可达87.67%; B.B．总生物碱的提取条件定为：提取温度为57.8℃，提取时间为13.2h，乙醇浓度为75.2%，此条件下B．B，总生物碱的提取产量为9.63 mg.g-1，与理论值较为接近，表明响应面的优化结果与实际值相吻合，具有一定的实用价筐；从而为B.B．生物活性物质在农业、医药、食品等方面的开发提供理论参数。

(5)采用直接利用的方式，以B.B．根皮粉和根提取物为原料，将其加工成可湿性粉剂和乳油，并对其进行了理化的测试、室内生测和田间药效试验。结果表明：B．B．乳油的最佳配方为：浸膏(20%)+溶剂a(50%)+溶剂b(10%)+溶剂c(5%)+乳化剂d(10%)÷乳化剂e(5%)，其对线虫和虫卵的LCso分别为2 118.43 mg/L、2 090.18 mg/L; B.B．可湿性粉剂的最佳配方为：根粉(77.5%)+表面活性剂a(2%)+表面活性剂b(2.5%)+表面活性剂c(2%)+表面活性剂d(4%)+载体e(12%)。其对线虫和虫卵的LCso分别为2 113.43 mg/L、1 799.98 mg/L。盆栽试验和田间药效试验结果表明：B．B．可湿性粉剂和乳油稀释400倍以下对根结线虫的防治效果都在60%以上，且能促进番茄植株的生长。相同的稀释倍数下，B.B，可湿性粉剂的防治效果略高于乳泊。这一研究为B.B.这一植物源杀虫剂商品化的开发和利用提供了理论基础。

关键词：杀线植物；南方根结线虫；活性成分；作用机理：植物源杀线虫剂

第一章绪论

线虫是地球上数量最多、抵抗力和适应力最强的无脊椎动物，是动物界里种类仅次于昆虫的第二大类群，数量约占动物群体的4/5。线虫除寄生于人体和动物以外还为害植物，几乎所有重要的农作物都受其侵害。据估计，地球上有线虫50～10万种，其中约有10%为植物寄生线虫f陈品三，2000)。目前世界上己记载的植物寄生线虫约有20多属5 000多种，占己记载（1 5000种）线虫的1/3(i射辉，2000; 冯志新，2001)。随着全球气候的变暖及作物复种指数的提高，植物线虫的为害不断加重，严重制约世界农作物的生产。因此，加强植物寄生线虫的研究工作已引起国内外的高度重视。

1.1植物根结线虫的发生、危害和防治

根结线虫(Meloidogyne)在全世界种类繁多——目前己报道的根结线虫有90多种，其危害最大、分布最广的有4个种：南方根结线虫（M incognita）、花生根结线虫(M arenaria)、北方根结线虫(M hapla)和爪哇根结线虫(Mjavanica)。其寄主范围很广，超过3 000种植物，分属于1 14个科，包括单子叶植物，双子叶植物，草本植物和木本植物。遍及粮食作物、油料作物、烟草，茶叶、果树、蔬菜、药材、花卉等。尤其茄科、葫芦科、十字花科等植物的根结线虫病的发生较为普遍（刘维志，1998;冯志新，2001）。病害发生后，一般减产10%左右，严重的高达75%以上。除了能直接对作物造成损害外，并能使真菌和细菌易于侵染植物，是诱发植物病害的重要原因之一（Whitehead，1997;彭友良，1998）。近年来，随着我国农业产业结构的调整，我国农业正在向优质高效和集约化方向发展，高附加值的经济作物（如蔬菜）的种植面积越来越大，随着保护地栽培技术的推广，蔬菜播种面积和复种指数不断提高，由于种植品种趋于单一，可供支配的耕地有限，造成轮作和倒茬困难，导致土壤中有害生物的大量累积（彭德良，2001）。在我国，根结线虫种类较多，适应性和耐受性强，寄主范围广，蔬菜田土壤中虫源基数偏高，为害日趋加重，除主要为害黄瓜、番茄、芹菜外，还可造成芦笋、菜豆、茄子、苦瓜等多种蔬菜受害。轻者减产15%～20%，重者减产60%以上，甚至绝产(王兴兰，1993;侯文邦，2005)。

1.1.1根结线虫的发生规律

根结线虫体形小，通常借助显微镜或解剖镜才可辨识。主要以卵、少数2龄幼虫或雌虫在土装、寄主或病残体上越冬。卵孵化不需要根的渗出物诱导，当土壤温度10℃、相对湿度40%时，卵开始孵化，幼虫各虫态可继续生长发育（不利条件下其潜伏期长达1年以上），12℃以上幼虫开始侵染寄主（廖月华，1996）。幼虫成熟后在根结中交尾产卵，并在根结内孵化。发育到2龄后离开根结，进行再次侵染或在土壤中越冬。线虫活动范围在0～30 cm土层内，表土层3～7cm分布数量最多，且呈聚集分布。土壤温度和土壤持水量是影响其活动和为害程度的主要限定因素。2龄侵染幼虫活动缓慢，整个生长季节移动距离通常仅20～30cm，这种短距离的扩展与耕、锄等农事操作有关。同时，随病苗、病土可作远距离传播。根结线虫完成一个生活史一般需3周或3周以上，主要取决于寄主种类和土壤温度（刘辉志，2003）。

1.1.2根结线虫的为害特点

根结线虫病仅发生于作物根部，以侧根及支根最易被害。二龄幼虫从根尖或近根尖处侵入根部，并向正在分化的微管组织转移，在病体内取食和生长发育，并能分泌出刺激物，刺激围绕幼虫头部的根组织发育成几个巨型细胞，巨型细胞本应成为输导组织的组成部分，这种在韧皮部的连续性破坏，使水分和养分输导受到干扰（马杰，2000）。线虫食道腺分泌物可能含有生长调节物质或刺激寄生部位的皮层和中柱细胞分裂反常，致使根组织膨大形成根结。根结大小因寄主和根结线虫种类而异。如：菜豆和瓜菜被害，在主、侧根上形成较大串珠状的根瘤，使整个根肿大粗糙呈不规则状。茄子则以侧根受害最重，形成许多瘤状物，多个瘤状物连在一起呈串珠状，瘤状物一般为球形或近球形，初为白色，后变为黑褐色或黑色，似豆科作物的根瘤。十字花科蔬菜受害，则在细根上严生很多结节状小瘤，常在肿大根外部可见透明胶质状卵囊。薯块茎受害后表面呈暗褐色，无光泽，多数畸形，线虫侵入点肿胀、突起，形成许多直径2～7 mm的根结（虫瘿严重时多个虫瘿愈合在一起形成稍大的瘤块，块茎的毛根上也产生米粒大小的根结，块茎组织自表面向内变褐并可由其它微生物的侵染而导致腐烂（侯文邦，1996）。受害株在田间点片发生，初期地上部分生长迟缓，叶色浅谈；严重时生长停滞，节间缩短，植株矮小甚至萎蔫，一般不造成死秧。但由于根结的生成阻断了植物养分的正常输送，光合作用下降，果实常发生畸形或着色不均匀，造成产量下降，品质降低。其危害程度主要取决于土壤中线虫数量、生长环境及植株的发育阶段。

1.1.3植物根结线虫的防治

根结线虫是一种危害十分严重的土传病害(谷端银等，2005)。对于根结线虫的防治，历以化学药剂为主，但可供选择的杀线剂品种较少，线虫易产生抗药性，且现有的杀线剂品种毒高，与环境相容性差。许多国家都在禁止使用毒性高的化学杀线剂，如在美国溴甲烷2000年已禁用，二溴甲烷2005年已被禁用。目前生产上常用的铁灭克(Temik)对根结线虫的防治效果虽好但成本高，且剧毒，大量使用会破坏土壤微生物区系，污染水源。因此其使用受到一定限制。作物栽培和管理中，许多生产者应用各种农业措施和物理措施来减轻根结线虫的危害，如轮(Thesis J A etal2004)、清除残留根茎、土壤消毒、太阳能消毒(Nico A I etal，2003；李林：2004)等，但实施困难，费工费力，尤其对于设施温室蔬菜，应用效果差，有一定的局限性。品种在根结线虫防治中起到了一定作用（Vargas-Ayala etal 2000），但目前应用还不广泛，是受农艺性状限制，二是由于在一个地区连续种植一个抗病品种之后，抗病品种的选择作用使虫的群体发生变化，使该品种不抗的少数线虫数量增加。由于在农田生态系统中要发挥天敌自控制作用，需要长期的过程，而人为施入生防因子时常受环境条件的干预，故新型生物防治植物源杀线剂）正有待于进一步的研究、应用和推广（汪来发等，1999;宋亚娜等，2003;李海燕等，2002）。

植物可以看作是化学品和生物活性物质的宝库，是天然的“化学工厂”。植物产生各种各样的防卫化合物，用于保护自身免受害虫的取食为害和病原菌的侵染，也包括植物寄生线虫的为害。这些生物合成的化学物质直接用于线虫防治或作为开发人工合成类似物的先导化合物(贺红武等，2000)。植物源化合物在未来环境友好的线虫综合治理中的具有很大潜力。寻找更受欢迎的、选择性好、低毒、可生物降解的天然植物产品，阻止害虫损害已成为当今农药研究的一个热点领域。

目前，世界上有许多国家如美国、英国、印度、保加利亚、阿尔及利亚、墨西哥、伊拉克、日本、意大利、德国、埃塞俄比亚、巴西、巴基斯坦、苏丹、孟加拉国等已开始研究和使用植物防治植物寄生线虫，并取得较好的效果。我国植物源杀线虫剂的研究开始于20世纪90年代初期，华南农业大学昆虫毒理研究室暨华南植物性农药研究中心、南京林业大学、山东农业大学、福建农业科学院等单位在杀线虫植物和植物源杀线虫剂研究的方面开展了一些工作。

1.2杀线植物及其在线虫防治中的应用

1.2.1杀线植物种类

具有杀（抑）线虫活性的植物资源丰富、分布广泛，已报道的有102个科226属316种。其中菊科有33属47种，楝科2属3种，锦葵科3属3种，芸香科2属2种，杨柳科1属2种，玉蕊科1属2种，葫芦科4属5种，罂粟科3属3种，禾本科16属21种，唇形科3属6种，伞形科3属3种，十字花科6属15种，毛茛科3属3种，胡椒科2属2种，马鞭草科2属3种，云实科3属5种，萝摩科1属2种，豆科22属42种，大戟科5属11种，桃金娘科1属2种，山榄科2属2种，桑科3属7种，爵床科3属3种，含羞草科3属5种，辣木科1属2种，夹竹桃科4属6种，三尖杉科1属2种，百合科4属5种，茄科6属15种，旋花科2属5种，石蒜科1属2种，漆树科2属2种，番荔枝科2属2种，麻科3属4种，茜草科3属3种，莎草科1属2种，马齿苋科2属2种，苦木科2属3种，藜科1属2种，君子兰科1属2种，桔梗科2属2种；其它仅有1属1种，夏道有杀线虫活性的科有：苏铁科、报春花科、木麻黄科、紫草科、柏科、石榴科、龙胆科、千屈菜科、风梨科、蔷薇科、鸢尾科、牦牛儿草科、雨久花科、龙脑香科、木犀科、瑞香科、石蕊科、亚麻科、杨柳科、胡麻科、天南星科、防己科，紫茉莉科、蓼科、番木瓜科、茶科、百部科、榆科、红豆杉科、五加科、杜鹃花科、马兜铃科、银杏科、姜科、大凤子科等。

在已报道的杀线虫植物中以草本植物居多，木本植物和藤本植物居次。研究历史较长、研究内容涉及面较多、较深入的有菊科（杨秀娟等，1999；徐汉虹，2001）、楝科(安玉兴等，2001；Mojumder，2002)、禾本科(Tiyagi etal1990；Nandini etal1986;郑良等，2001)、十字花科Krihnamurthy et al，1990)、豆科(Reddy etal，1990; Poomima et al, 1990;赵博光，1996)、茄科（Krishuiamurthy etal1993;徐汉虹，2001）、大戟科(Jatala et al, 1995; Sellami，1994;Bhattietal1997等。这些杀线虫植物约对47种植物寄生线虫有杀（抑）活性，对根结线虫有活性的植物约有254种（安玉兴，2003）1.2.2杀线植物活性成分。

植物能用来防治线虫，是因为其体内含有抑制或毒杀线虫的物质。即有效活性成分。植物所含的化学成分比较复杂多样，有效成分只是其中的一部分，大都是植物新陈代谢的产物，存在于植物的细胞中，常因植物生长的地区、季节差异而常有变化。从不同类群植物中分离的杀线虫活性物质一般不同，即便是同种植物的杀线虫活性代谢物质也是多样的。用于防治害虫的植物源生理活性物质，通常可分为生物碱、萜类、柠檬素类、多炔类、甙类、单宁、树脂、毒性蛋白、酯类、酮类等多种类型的化合物（E.L赖斯，胡敦孝等译；1998）：

1.2.2.1生物碱类

生物碱，通常是指来源于植物体内一类含氮有机化合物的总称，它们有类似碱的性质，能和酸结合成盐。大多数生物碱有比较复杂的环状结构，氮原子在环内，但亦有少数例外，其氮原子则在侧链上而不在环上。这类化合物多有特殊而显著的生理作用或毒性作用，是有毒植物中最常见的一种化学成分。目前，人们从海洋生物、微生物及昆虫的代谢产物中亦发现含有不少类似的有机含氮化合物，有时也称它们为生物碱(刘斌等，2006)。因此，从广义的范围讲，生物碱是指天然产生的一类含氮有机化合物（不包括低分子胺类、氨基酸、多肤、蛋白质和维生素等）。

生物碱广泛存在于杀线虫植物中，是植物性杀线虫活性物质中最常见、种类最多的一类，目前已知的植物源杀线虫生物碱约有30种，存在于34种植物中。在植物体内通常与有机酸结合成盐的形式存在，一般为碱性，个别呈中性，味苦并带有辛辣味，游离的纯生物碱难溶于水，易溶于酒精、乙醚，遇稀酸则成盐类，生物碱一般具有胃毒、触杀作用，有的具有忌避、薰蒸作用（艾应伟，2000）。如烟草中的烟碱（Krishamurthy et al，1991）、苦豆草中的苦豆碱（李小平，2000）。番木瓜中的番木瓜碱（徐汉虹，2001；文艳华，2001）等生物碱对多种线虫有不同程度的抑杀作用。

1.2.2.2萜烯类

萜烯类化合物是植物源农药中含量较多，研究比较广泛的一类化合物，其中精油的大部分组成为萜烯类化合物。目前，从植物源农药中发现的萜烯类主要有单萜类、倍半萜类、二萜类和三萜类化合物。

单萜类主要有柏科植物砂地柏叶精油中的有效杀虫成分为松油烯-4-醇（高聪芬，1997），它对害虫的主要作用方式为熏杀作用；倍半萜类有马桑科植物马桑中所含的羟基马桑毒素B(李孟楼等，1998)；卫矛科植物中含有较多的倍半萜类化合物，主要有各种B一二氢沉香呋喃倍半萜型多醇酯（涂永强，1990）；苦皮藤根皮中具有杀虫活性的有近20个a--氢沉香呋喃化合物(WU WJ etal，2001)。该类化合物主要通过拒食、胃毒、内吸作用和影响试虫的产卵、孵化等生殖行为消灭害虫。二萜类化合物主要有大戟科大戟属、巴豆属及瑞香科植物中的瑞香烷型二萜类化合物，另外还有闹羊花中主要杀虫有效成分闹羊花素（程东美等，2001）。该类化合物的作用方式主要有拒食、毒杀和抑制幼虫生长发育等。三萜类化合物有目前世界公认的最重要的昆虫拒食剂印度印楝的主要活性成分印楝素，它对20多种害虫有不的作用。三萜类化合物的作用方式主要为拒食作用。从澳洲相思树枝条中分离出来的有两种三萜烯类组成杀线虫素现已知为“金合欢素A和B”，它们可杀死M incognita的幼虫。两种成分当在10 mg/ml和4 mg/ml浓度时用作土壤淋溶可分别使鹰嘴豆根部的虫瘿和线虫种群减少。

1.2.2.3番荔枝内酯类

番荔枝内酯是番荔枝科植物特征性生物活性成分之一，它与以往发现的各类天然产物的结构相比有较大区别，由35～39个碳原子构成化合物架，分子中的四氢呋喃环和末端C-内酯环通过链相连接，碳链上常带有羟基、酮基和乙酰氧基等番荔枝内酯，通过强烈的胃毒和拒食作用来体现其杀虫活性，研究发现Hannoa undulata种子提取物主要成分是三种多环内酯类的混合物——Chapparinone、Maineanone和Glaucambalone。这种混合物的作用是毒杀线虫，在0.5 Um/mL或更高浓度下，可减少幼虫的移动，使它们迷失方向；在Iug/mL浓度下，番茄根部线虫的增殖减少，但即使在lOul/ml浓度时亦不能完全抑制线虫的增殖（Protetal,1985).

我国现有种子植物25700种，蕨类植物2400余种，苔藓植物2100多种，合计有高等植物3 x104多种，其中有毒植物约1X104余种（沈建国，2002）。杀线虫植物的研究还涉及其它许多类型的植物，不断有新的杀线虫活性化合物从植物材料中分离出来。篇幅所限，这里不再一一列述。