从专利布局看全球视角下的根结线虫防治：挑战、策略与创新

植物寄生线虫虽然属于线虫类危害， 但却不属于植物害虫， 而属于植物病害。

根结线虫( Meloidogyne) 是世界上分布最广且危害最严重的植物寄生线虫。据估计，世界上几乎包括所有栽培作物在内的 2000 种以上的植物对根结线虫侵染都非常敏感。根结线虫侵染寄主根组织细胞后形成肿瘤，影响植株对水分和养分的吸收，导致植株地上部发育不良、矮化、黄化、萎凋、叶片卷曲、果实畸形，甚至整株死亡，造成全球作物减产。

线虫病防治近年来一直是全球植保公司和科研院所研究的重点，大豆包囊线虫是造成巴西，美国等重要大豆出口国大豆减产的重要原因。目前线虫病的防治虽然有应用一些物理方法或农业措施，例如：筛选抗病品种、采用抗性砧木、轮作、土壤改良等方式， 但是最主要的防治方法依然是化学防治或生物防治。

根结作用机理

根结线虫生活史由卵、一龄幼虫、二龄幼虫、三龄幼虫、四龄幼虫和成虫组成。幼虫细小蠕虫状，成虫雌雄异形，雄虫线状，雌虫梨状。二龄幼虫为侵染态，可在土壤孔隙的水中迁移，通过头部敏感的化感器寻找寄主植物的根，并从寄主根部伸长区刺破表皮侵入寄主植物，然后在细胞间隙穿行，向根尖移动，到达根的分生组织。二龄幼虫到达根尖分生组织后，虫体折回向维管束方向移动，到达木质部发育区。在这里，二龄幼虫用口针刺穿寄主细胞，并注射食道腺分泌物到寄主根细胞。食道腺分泌物中含有的生长素和各种酶可诱导寄主细胞变异形成多细胞核、富含亚细胞器、代谢旺盛的″巨型细胞″，巨型细胞周围的皮层细胞在巨型细胞的影响下增殖并过度生长和膨胀，形成了根表面典型的根瘤症状。二龄幼虫以巨型细胞作为取食点吸收营养和水分并不再移动。在适宜的条件下二龄幼虫侵染 24 h 后就可以诱导寄主产生巨型细胞，在随后的 20 d 内经过 3 次蜕皮发育成成虫。之后雄虫移动并离开根部，雌虫保持静止不动并继续发育，约 28 d 开始产卵。当气温在10 ℃以上时，卵在根瘤内孵化，一龄幼虫在卵内，二龄幼虫钻出卵，离开寄主到土壤中再次侵染。

根结线虫寄主极为广泛，可寄生在蔬菜、粮食作物、经济作物、果树、观赏植物以及杂草等3 000 多种寄主上。受到根结线虫危害的蔬菜根部首先形成大小不同的瘤状根结，根结开始是乳白色，后期为淡褐色，相互连接成念珠状。蔬菜感染根结线虫后，地上部植株矮小、枝叶萎缩或黄化、生长发育不良、叶色较淡似缺水状，病重植株生长衰弱，干旱时植株呈萎蔫状，严重时整株枯死。此外，根结线虫对作物造成的防御反应调控、抑制作用调节和组织机械损伤也方便了枯萎病菌、根腐病菌等土传病原菌的侵入，从而形成复合病害，造成更大损失。

防治措施

传统的杀线剂根据使用方法的不同可分为熏蒸剂和非熏蒸剂。

熏蒸剂

包括卤代烃类和异硫氰酸酯类，非熏蒸剂包括有机磷类和氨基甲酸酯类。目前我国登记使用的杀线剂中，溴甲烷（属臭氧消耗物质，正逐步被禁用）、氯化苦属于卤代烃类化合物，可抑制根结线虫的蛋白合成和呼吸过程中的生化反应；威百亩和棉隆属于异硫氰酸甲酯类熏蒸剂，它们在土壤中可降解释放异硫氰酸甲酯和其他小分子化合物，异硫氰酸甲酯可进入根结线虫体内并结合到载氧球蛋白上，从而抑制根结线虫的呼吸达到致死作用。此外，硫酰氟和氰氨化钙也作为熏蒸剂在国内登记用于根结线虫的防治。

还有一些未在国内登记的卤代烃类熏蒸剂如1，3- 二氯丙烯、碘甲烷等，在欧美一些国家登记作为溴甲烷的替代品使用。

非熏蒸剂

包括有机磷类和氨基甲酸酯类。在我国登记的非熏蒸型杀线剂中，噻唑膦、灭线磷、辛硫磷和毒死蜱等属于有机磷类，克百威、涕灭威和丁硫克百威属于氨基甲酸酯类。非熏蒸型杀线剂通过结合到根结线虫突触内的乙酰胆碱酯酶，破坏根结线虫的神经系统功能。它们通常并不杀死根结线虫，只能使根结线虫失去定位寄主和侵染的能力，因此常常被称为″线虫麻痹剂″。传统的非熏蒸型杀线剂都是高毒神经毒剂，其对于脊椎动物和节肢动物的作用机理和线虫相同。因此，在环境和社会等因素的制约下，全球主要发达国家都减少或停止了有机磷类和氨基甲酸酯类杀线剂的研制，而转向一些新型高效低毒杀虫剂的开发。近年来，非氨基甲酸酯 / 有机磷类新型杀线剂中，获得 EPA 登记的有螺虫乙酯（2010 年登记）、联氟砜（2014 年登记）和氟吡菌酰胺（2015 年登记）。

但实际上由于高毒，有机磷类农药的禁用，现在能供选择的杀线虫剂并不多。我国供登记杀线虫剂371个， 其中活性成分为阿维菌素的为161个，活性成分为噻唑磷的为158个，该两个活性成分为我国用于线虫防治的最主要成分。

目前新的杀线虫剂并不多，氟烯线砜，螺虫乙酯、联氟砜和氟吡菌酰胺等是其中的翘楚。另外在生物农药方面，拟淡紫青霉，还有科诺登记的苏云金杆菌HAN055也具有强大的市场潜力。

全球大豆根结线虫防治专利

大豆根结线虫是造成主要大豆出口国，尤其美国和巴西等，造成大豆减产的主要原因之一。

全球近十年共计申请4287个大豆根结线虫相关的植保应用专利。全球的大豆根结线虫主要申请专利的地区和国家，第一是欧专局，第二是中国，再次是美国，而大豆根结线虫最严重的危害地区巴西的相关应用专利申请却仅有145件。而且绝大部分来源于跨国公司。

中国的根结线虫应用专利

在我国主要的根接线虫防治药剂目前主要是以阿维菌素，噻唑膦为主。而专利产品氟吡菌酰胺也已经开始布局。

阿维菌素

1981年，阿维菌素用作防治哺乳动物肠道内寄生虫投入市场，1985年作为农药投人市场。阿维菌素是现今使用最多的杀线剂之一。

噻唑膦

噻唑膦是日本石原公司开发的新颖、高效、广谱性的非熏蒸型有机磷杀虫杀线虫剂，并已在日本等许多国家投放市场。初步研究表明，噻唑膦于植物体内有内吸输导作用，对植物寄生线虫和害虫有广谱活性。植物寄生线虫为害许多重要作物，而噻唑膦的生物和理化性质又非常适合土表施药，所以成为防治植物寄生线虫的理想药剂。目前噻唑膦是我国在蔬菜上获得登记的仅有的几个杀线虫剂之一，噻唑膦有优良的内吸性，故不仅能用于防治线虫和土表害虫，也可采用土表施药防治叶螨和叶面害虫。噻唑膦的主要作用方式是抑制靶标生物的乙酰胆碱酯酶，影响线虫第2幼虫期的生态。噻唑膦能抑制线虫的活动、为害和孵化，因此对线虫的生长和繁殖起抑制作用。

氟吡菌酰胺

氟吡菌酰胺是吡啶基乙基苯甲酰胺类杀菌剂，由拜耳作物科学公司开发而成并商品化，目前仍然在专利期，氟吡菌酰胺具有一定的杀线活性，并且登记了用于作物的根结线虫防治，是目前比较热门的杀线药剂。其作用机理是通过阻碍呼吸链中琥珀酸脱氢酶的电子转移而抑制线粒体呼吸，抑制病原菌生长周期中的几个阶段而达到控制病原菌的目的。

 我国氟吡菌酰胺在杀线虫方面应用的专利

氟吡菌酰胺在我国其活性成分目前仍然在专利期。其在线虫方面的应用专利申请，有3个是来源于拜耳， 而4个是来源于国内， 与生物刺激素或不同活性成分复配来防治线虫。那其实有些专利期内活性成分， 可以用来提前进行一些专利布局，抢占市场。如优异的鳞翅目害虫和蓟马药剂乙基多杀菌素，国内的应用专利70% 以上是国内企业申请的。

线虫防治新活性化合物不多

活性成分开发困难是主因

先正达是为数不多的有能力去做新活性化合物研发的公司之一，在其2021年7月30日公开的一件专利中， 可以看到其在对线虫新的活性化合物持续布局：

用于线虫防治的生物农药

近年来，替代化学防治根结线虫的生物防治途径受到国内外普遍关注。分离和筛选对根结线虫具有高度拮抗能力的微生物是生物防治的首要条件。对根结线虫拮抗微生物报道较多的菌株主要有巴斯德菌属( Pasteurella) 、链霉菌属( Streptomyces) 、假单胞菌属( Pseudomonas) 、芽孢杆菌( Bacillus) 、根瘤菌属( Rhizobium) 、漆斑菌属( Myrothecium) 、拟青霉属( Paecilomyces) 和木霉属( Trichoderma) ，但有些微生物由于人工培养困难或在田间的生物防治效果不稳定而难以发挥其拮抗根结线虫的作用。

淡紫拟青霉是南方根结线虫与白色胞囊线虫卵的有效寄生菌，对南方根结线虫的卵寄生率高达60%~70%。淡紫拟青霉菌对根结线虫的抑制机理是淡紫拟青霉与线虫卵囊接触后，在粘性基质中，生防菌菌丝包围整个卵，菌丝末端变粗，由于外源性代谢物和真菌几丁质酶的活动使卵壳表层破裂，随后真菌侵入并取而代之。也能分泌毒素对线虫起毒杀作用。其主要作用是杀卵。我国共有8个相关农药登记。目前淡紫拟青霉并没有复配剂型销售，但其在国内的专利布局有与其他杀虫剂复配，增加使用活性的专利

植物提取物

天然植物产品可以安全地用于根结线虫的防治，利用植物材料或植物产生的杀线虫物质防治根结线虫病害更加符合生态安全、食品安全的要求。

植物杀线虫成分存在于全株各器官，可通过水蒸气蒸馏、有机提取、收集根系分泌物等方式获得，根据化学性质主要分为具有水溶性或有机溶解性的非挥发性物质和挥发性有机化合物，其中非挥发性物质占多数。许多植物的杀线虫成分经简单提取后便可用于根结线虫防治，植物提取物的发现相对于新的活性化合物较为简单。 但虽具有杀虫效果，真正的活性成分和杀虫原理往往并不清晰。

目前商品类植物源农药中具有杀线虫活性的主要有印楝素、苦参碱、藜芦碱、莨菪碱、茶皂素等，种类相对较少，生产中可采用间作或伴生等方式发挥线虫抑制性植物的作用。

多种植物提取物的复配来防治根结线虫，虽然会起到更好的线虫防治效果， 但在现阶段还未完全商品化，但是仍然为植物提取物防治根结线虫提供了新的思路。

生物有机肥

生物有机肥的关键在于拮抗微生物在土壤或根际土壤中能否大量繁殖。研究表明，应用某些有机物料如虾蟹壳和油粕等能直接或间接地提高根结线虫生物防治效果。利用固体发酵技术将拮抗微生物与有机肥进行发酵制成生物有机肥，是防治根结线虫病的一种新型的生物防治方法。

在生物有机肥防控蔬菜线虫的研究中发现，生物有机肥中的拮抗微生物等对根结线虫有着很好的防治效果，尤其是通过固体发酵技术讲拮抗微生物和有机肥符合发酵制成的有机肥。

但作为有机肥对根结线虫的防治效果和使用的环境及使用时期有着很大的关系，其防治效率远不及传统农药，且难以商业化。

但其作为药肥防治的一部分，通过添加化学农药，水肥一体化等方式防治线虫是可行的防治方法。

随着国内国外单一作物品种大量种植（如甘薯，大豆等），线虫的发生情况也越来越严重，线虫的防治也面临着巨大的挑战。目前国内登记的农药品种大都是20世纪80年代以前开发的，新的活性化合物严重不足。

生物制剂在使用过程中有着独特的优势，但在速效性方面不及化学制剂，而且使用受各种因素的限制。通过相关专利申请可以看到，看到目前杀线虫剂的开发还是围绕在老产品的复配， 生物农药的开发，以及水肥一体化上。

参考文献：

蔬菜作物根结线虫病害防治研究进展  崔鑫  2017年 中国蔬菜

作物根结线虫病害综合防治技术概述  胡玉金  2019年 山东农业科学

杀线虫剂概述   申继忠    2020年

生物有机肥对甜瓜根结线虫病的田间防治效果研究  陈芳等，植物营养与肥料学报