BSM CHEMICAL IMPORT & EXPORT CO.,LTD.

信息素植保产品降低生产成本与提升功效新技术 qrcode

2021-09-29

王悦

王悦

项目经理兼编辑

世界农化网

天然信息素物质由生物产生,可影响昆虫及其他动物的行为活动,农业生产可以此作为有害生物防治的手段。目前全球最常用的一类信息素是昆虫性诱剂,用于阻碍害虫交配繁殖。


信息素在农业生产中的运用已有数十年的时间,在有害生物防治领域发挥了重要贡献。由于信息素不杀死有害生物,因此使用这类产品不会像转基因作物和化学农药那样容易产生抗性。信息素不会对非靶标生物产生影响,也不会在作物上产生有害残留。此类产品与其他有害生物防治手段联合使用,可减少农业对有害化学农药的依赖。


信息素的化学结构种类丰富,例如烃类、醇类、酯类、环氧化合物、醛类、酮类、内酯类、羧酸类、三酰基甘油酯等。其结构多样性是信息素具备靶标专一性的关键。对于许多蛾蝶类昆虫而言,信息素混合物中各成分适当的占比决定了信息素靶标的专一性。


信息素在推广应用过程中面临一些阻碍。此类植保产品目前主要用于具有高经济价值的水果种植上,因为信息素化学合成的成本较高。据悉,化学合成1公斤信息素的成本在500至数千美元,对于行栽作物的应用而言,成本过于高昂。此外,不少种植者对信息素的功效尚缺乏认知,这也不利于信息素应用的扩大。


为应对这些问题,近些年已有多家公司开发出了自己的创新技术(其中不少具备专利),有效降低信息素的合成成本,扩大生产规模,提高产品的利用效率,进一步扩大信息素在有害生物综合防治中发挥的重要贡献。编者筛选出其中的成功案例,向您展示近年信息素相关技术开发的新成果。


发酵合成信息素,降低产品生产成本


相比较化学合成,利用生物工程菌生产信息素具有多方面的优势。首先,生物合成选用较为廉价的可再生原材料,例如糖和甘油,其成本要比从化石能源中获得原料的成本低。其次,生物合成以活体细胞作为唯一的催化剂,仅涉及单一的生物转换,而化学合成蛾蝶信息素常包含多个步骤,运用不同的化学催化剂,成本较高。此外,生物合成信息素使用的是昆虫生物合成酶,产物中的立体异构体比率以及主要/次要信息素的比率通常与昆虫腺体天然生产的比率相似。


丹麦BioPhero公司拥有创新发酵技术,其专利平台生产出的信息素和昆虫所释放的天然信息素相同,产品价格对农民而言可以负担。公司使用安全且高产的酵母细胞,此类酵母已被广泛用于食品生产业,可在工业规模发酵罐中生长。其信息素生产过程类似啤酒酿造,环保有效,成本效益理想(生产成本低于目前市场上化学合成的成本),使信息素产品适用于行栽作物。2018年至今,BioPhero获得了来自先正达、富美实等机构总计超过两千万美元的融资,有助于推动企业快速发展。

 

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发酵生产信息素(原图来源:BioPhero官网)


除了BioPhero,美国Provivi公司具备专利的生产方式同样降低了信息素的生产成本。Provivi使用独有的生物催化剂和价格低廉的原材料进行大规模发酵生产。Provivi用于玉米的信息素产品可干扰草地贪夜蛾的交配,降低此类害虫在田间的群体数量。公司还开发出了干扰水稻三化螟和二化螟交配的信息素,在中国和印尼开展了大量实验,证实产品可有效减少作物产量损失,减少杀虫剂的使用。2021年,云南省农科院的研究人员在国内针对Provivi的信息素产品开展试验。世界农化网会持续关注其产品开发和试验新进展。


由于生物工程技术易被优化,因此发酵生产成本未来有望不断下降,信息素的应用能够日益扩大,尤其是针对价格敏感的作物类型。像BioPhero和Provivi这些借助独特技术降低信息素生产成本的企业,正在改变市场现状,一步步实现信息素产品在玉米、大豆和水稻等行栽作物种植中大规模的应用。


助剂技术提升信息素功效


美国Attune Agriculture公司的助剂产品Ampersand获有OMRI有机认证。Ampersand由食品级成分制得。其作用方式不同于市场上其他助剂产品。Ampersand不是表面活性剂,其设计目的是使喷洒液滴具备较高的表面张力和高接触角,这一点与其他助剂产品截然相反。Attune Agriculture的专利技术从喷嘴开始控制液滴,利用保湿剂和胶体特性调控液滴大小并改进沉降。液滴到达叶片后,其具有的粘附性可防止液滴滚落下或弹出叶片。Ampersand还能减少液滴蒸发或被冲刷掉的可能性。


为验证产品提高信息素喷剂的功效,幼虫生物制品高级研究员兼美国农业部前研究员Alan Knight博士对Ampersand开展试验。据公司介绍,该产品可提高苹果蠹蛾微囊信息素喷剂功效高达45%。


纳米胶延长信息素持效期


高粘性水凝胶已被用于释放信息素,但水凝胶会随着温度和湿度的变化膨胀收缩,不适合在所有季节中使用,尤其是雨季,产品保质期较短。此外,信息素类物质较不稳定,存在光氧化、自氧化、异构化、易挥发等问题。因此,用于田间的制剂开发需要考虑延长产品保质期,缓慢释放信息素,以及提高制剂稳定性的问题。


印度科学理工学院研究人员利用超分子自组装原理和纳米技术,制得了信息素甲基丁香酚纳米凝胶。产品用于防治柑橘小实蝇,这种果蝇能够侵害多种水果作物(如苹果、香蕉、芒果、柑橘、桃子、番石榴等),可造成作物严重减产,尤其在雨季会加重水果腐烂。这种纳米胶对信息素有极强的保留能力,可显著减缓信息素的挥发速度,减少信息素在果园内补充施用的频率。此外,这一纳米胶能够保护信息素抵御外界不良的影响(暴露于环境中的空气、水和阳光),能够延长产品的保质期,使信息素产品在运输过程中无需冷藏。产品的功效非常理想,并且对环境无害。


与其他生物制品联用——拜耳信息素+天然除虫菊


据拜耳介绍,其新款植保产品Vynyty Citrus是市场上首个由信息素和天然除虫菊制成的产品,用于防治柑橘害虫,包括红圆蚧、柑橘粉蚧和南非粉蚧。该产品模仿雌虫释放性信息素,吸引过来雄虫后利用除虫菊将其杀死,以减少这些害虫的繁殖。这款环保有效的产品可控制并逐渐减少这些有害生物的群体数量,产品在全年365天中均可发挥功效。Vynyty Citrus为液态剂型,有害生物不会对其产生抗性,使用产品也不会给作物和环境带来有害残留。


由于近年来南非粉蚧蔓延迅速,此类粉蚧会造成柑橘畸形,影响柑橘销售,被认为是侵害柑橘最为严重的入侵生物,已使西班牙巴伦西亚地区4万公顷的柑橘受害。目前,该产品已在西班牙市场中获得应用,建议每公顷放置450个这种诱杀害虫的装置。该产品将很快面向更多地中海地区柑橘等作物的种植者销售。


与其他生物制品联用——Pheronym信息素+有益线虫


用于田间防治有害生物的商用线虫常出现扩散效果不佳的现象,这是因为线虫缺少信息素信号来搜寻、捕食新宿主。由于靶标昆虫移动活跃,线虫同样需要积极活动才能找到宿主昆虫。美国生物防治企业Pheronym的专利技术就能解决此类问题。2020年,Pheronym提高有益线虫防治害虫功效的突破性技术获得了美国专利,其天然线虫分散剂成分及分散方式获得的专利号为US 10,736,326 B2。


Pheronym的技术不仅显著改善了线虫的移动性和攻击性,还扩大了线虫发挥功效的适宜温度范围。刊登在《自然》杂志上的研究显示,受到其信息素诱导的昆虫致病线虫,在低至15℃的环境下仍十分活跃,而大部分的此类线虫需要在不低于20℃的环境下才能保持最佳活力。


Pheronym的产品NemaStim可引导有益线虫攻击害虫。其使用的信息素“告知”线虫寻找新的宿主昆虫,引导其离开最初被释放的地点。受到信息素引导的线虫可向更深的土壤移动35cm,而许多农药仅滞留在表层10cm深的土壤中。NemaStim能够通过扩大杀虫物质的覆盖范围,使与其联用的生物农药和化学农药表现出更理想的防治效果。


独立试验室的检测结果显示,NemaStim可提高有益线虫的功效高达28-78%。Pheronym和美国农业部合作开发项目首席科学家Shapiro-Ilan表示,此项开发是首次将线虫信息素用于提升其侵害宿主(山核桃象鼻虫和黑水虻)功效的研究。目前,公司的销售合作伙伴正在测试NemaStim在温室蓟马等害虫上的防治效果。


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