天然产物氨基寡糖素 - 有力应对植物寄生性根结线虫，效果突出、无抗性，促根、促长、更安全

日期:08-02-2023

 一、引言

植物寄生根结线虫（plant parasitic nematodes）是全球农作物生产上重要的病原物之一，危害包括蔬菜、果树和粮食作物在内的3000多种植物^[1]。目前，国际上已报道的根结线虫有100余种，寄主植物2000多种^[2]，分布最为广泛的主要有南方根结线虫M．incognita、爪哇根结线虫M．javanica、花生根结线虫M．arenaria、北方根结线虫M．hapla和象耳豆根结线虫M．enterolobii等5种 ^[3]。据FAO保守估计，全球每年因线虫危害对粮食和纤维作物造成的损失大约为12%，对蔬菜、花生、烟草和某些果树造成的损失超过20%，甚至达到50%，造成全球农业生产损失约1,570亿美元。在中国，北方温带地区蔬菜上最常见的为南方根结线虫和北方根结线虫，而南方热带亚热带地区最常见的有南方根结线虫、爪哇根结线虫、花生根结线虫和象耳豆根结线虫^[4]，每年造成的损失约达到35亿美元。

根结线虫主要危害蔬菜的根系，通过寄生在蔬菜作物的幼根上并形成根结，诱导植物细胞转化为特异性的取食位点，从中摄取营养维持根节线虫的发育和繁殖，进而破坏蔬菜根部细胞的组织结构与活力，阻碍矿质营养及水分的运输，导致植株叶片发黄变小、营养失调、植株矮小、不结实或结实不良^[5]。

根结线虫从卵开始孵化到幼虫，再到成虫，最后到两性成虫交配产卵的整个生长发育循环过程为根结线虫的生活史。通常分为卵、幼虫和成虫3个时期。研究发现，根结线虫2龄期是防治的关键时期。有数据显示，在正常的温湿度条件下，南方根结线虫平均40d左右发生1代，且世代重叠发生，再侵染发生次数较多。有研究表明，根结线虫生活周期与当地温湿度、作物生长季节、降雨量等有很大关系^[6]，且土壤湿度及结构影响根结线虫孵化及生存^[7]。

图：植物寄生根结线虫发病状态[www.191.cn]

 

设施蔬菜，尤其是在日光温室中的蔬菜种植中，由于连作次数多，环境温度高，因此根结线虫危害最为严重。据报道，在设施蔬菜中由根结线虫引起的病害可直接导致减产50%~80%，已经成为设施蔬菜发展的主要障碍[8]。在中国新疆地区，根结线虫危害瓜类、番茄、茄子、辣椒、菜豆、芹菜、菠菜等几十种蔬菜，尤以茄科植物(番茄)、葫芦科(黄瓜)作物受侵染居多，通常造成减产10%~20%，严重的达30%~50%，甚至绝产，毁苗事件经常发生^[9]。2006年中国乌鲁木齐市板房沟温室黄瓜和番茄的根结线虫病发生严重，造成黄瓜和番茄减产65%~70%。2009年杜兰英等在新疆哈密发现黄瓜根结线虫病发生严重^[10]。2011年库尔勒市设施蔬菜大棚根结线虫病发生普遍，部分黄瓜、苦瓜、豇豆等发病率达到100%^[11]。

目前，防治根结线虫病主要采取化学防治措施，施用包括克百威、灭线磷、涕灭威、阿维菌素、噻唑磷等，但是这些药剂在杀灭线虫的同时，也对蔬菜和环境安全带来重大隐患。随着大量高毒防治线虫药剂的禁用和根结线虫对传统防治线虫药剂抗药性的积累，根结线虫病害的防治形势严峻^[12]。近些年来，生物刺激素类物质及生物源防治线虫药剂展现出了积极的发展趋势，关于植物天然产物抵抗根结线虫报道也越来越多。杨国栋等的研究发现，抗性番茄的根系代谢物对线虫具有排斥作用，而感性番茄根系代谢物则对线虫具有吸引作用^[13]。王艳艳等在研究黄瓜根系代谢物时发现高抗砧木的代谢物可以抑制线虫的卵孵化^[14]。随着环保意识的不断提高，法规制度逐渐健全，绿色、安全的防治线虫药剂越来越被人们关注和青睐。

二、氨基寡糖素研究现状

氨基寡糖素，又称农业用壳寡糖，指D-氨基葡萄糖β-1，4糖苷连接的低聚糖，是一种新型的寡糖生物农药，由海洋生物壳中的甲壳素脱乙酰化为壳聚糖，再经酶促降解而得，可防治多种植物真菌病害^[15]、病毒病^[16]和线虫^[17]。氨基寡糖素可以诱导作物产生一种几丁质酶来分解吸收线虫和卵壳，最终使线虫和虫卵死亡，提前或经常在农作物上使用氨基寡糖素可使农作物产生几丁质酶的数量达到较高水平，从而达到预防线虫的目的。氨基寡糖素作为生物农药，在防病、抗病和防治线虫等方面有着多种机制^[18]。因此，在农业领域氨基寡糖被广泛用作防病、抗病、防治线虫、促生长的生物农药。

 

图：氨基寡糖素结构

 

氨基寡糖素不但具有诱导植物主动提高自身抗逆性的能力，还有活化植物细胞、刺激植物生长的作用，对植物病原菌直接的抑制作用也是其抗病的必要组成部分^[19]。神兴明等研究番茄冲施氨基寡糖素5.0‰水剂时，番茄的各个生长指标最高，其中叶绿素含量(SPAD值)增长了35.97%，株高增长了8.05%，茎粗增长了4.01%，地上部干重增长率为19.56%，花朵数增长率为28.25%。根结较清水对照减少了63.59%，相对防效达到52.81%，具有很强的防治效果^[20]。

三、氨基寡糖素产业化研究进展

(1)氨基寡糖素的登记情况

统计信息显示，截止2023年4月，氨基寡糖素在中国登记信息共计62条，有效成分含量从0.5%~5%不等，主要以杀菌剂为主。而作为防治线虫功能登记仅两家企业。成都新朝阳作物科学股份有限公司（以下简称新朝阳）产品0.5%氨基寡糖素水剂是中国最早将氨基寡糖素定位在防治根结线虫上的生物源防治药剂之一。

 

图：中国首家登记证信息

 

(2)新朝阳0.5%氨基寡糖素作用机制

新朝阳0.5%氨基寡糖素作为多糖类生物农药防治根结线虫，与灭杀类化学药剂不同，通过施用后迅速激发植物的防御反应，诱导作物产生几丁质酶来分解吸收线虫和卵壳中的壳寡糖使线虫体壁和卵壳发生溶解，从而导致线虫和虫卵死亡，同时寡糖中的大分子可降解成膜物质能在根部形成保护膜，包裹根系，减少线虫侵染。同时，药剂中的其他天然活性分子群能够抑制虫体活性，实现保护与治疗同步作用，对环境安全，不会产生靶向抗药性。

图：药剂处理对根结线虫及其卵的影响

 

(3)0.5%氨基寡糖素制剂工艺研究

新朝阳利用先进纳米制剂技术，采用特殊增溶原理并充分利用物料理化性质，开展精准化配方开发。形成稳定的纳米药物稳定体系，并结合多重光散射测试、纳米粒度测试等，获得了高贮存稳定性的最佳配方。充分激活氨基寡糖素中的活性分子群，针对根结线虫靶标及用药特点，兼顾杀虫、护根促长和抗逆增产，全方面提升产品田间应用效果，为氨基寡糖素在根结线虫防治应用产业化推广奠定了关键基础。   

图：0.5%氨基寡糖素外观及入水分散性能

多维度稳定性数据显示，0.5%氨基寡糖素制剂稳定性好，冷热贮后无分层析出现象，完全满足各种复杂田间施药环境。

图：0.5%氨基寡糖素制剂多重光散射谱图

(4)0.5%氨基寡糖素应用研究

新朝阳0.5%氨基寡糖素集合公司多年天然产物产品研究开发经验，在配方生产工艺中具有天然优势。所形成的0.5%氨基寡糖素产品技术在实现优异防治线虫功能的同时，促进作物根系生长，提高作物自生免疫力及抗病能力。其次，大分子可降解成膜物质可提供额外系统性保护，在根部形成保护膜包裹根系，进一步减少侵染。

在山东寿光使用0.5%氨基寡糖素防治番茄根结线虫具有良好防治效果。对移栽时已可能被浸染根结线虫的番茄苗使用0.5%氨基寡糖素500倍浇灌预防，药后5天开始产生新根，药后15天后番茄植株生长健壮，药后35天新根没有根结发生，综合减退率达到70%以上。

图：0.5%氨基寡糖素防治番茄根结线虫

 

在山东聊城，0.5%氨基寡糖素与化学农药减量搭配施用对黄瓜根结线虫具有优异的治疗效果。在应用中搭配噻唑磷减量30%使用，10天后黄瓜根结线虫减退率超过87%。使用后的地块中根结线虫种群数量明显下降，且根系发达，植株健壮，叶片浓绿，产量更高。

 

图：0.5%氨基寡糖素防治黄瓜线虫效果对比

新朝阳0.5%氨基寡糖素对根结线虫具有优良防治效果的同时，能够促进作物生长，缓解因施药对作物生长的影响。针对芹菜，在推荐使用浓度下，药后7天其根长平均增长15.38%， 茎粗平均增长3.64%，干物质量累积平均增长4.35%，效果显著。

图：0.5%氨基寡糖素对作物芹菜生长的影响

 

同样的，在针对番茄施用7天后，根部干物质量相对清水显著增加15%以上，具有优异的促进根部生长及壮苗的效果。

图：0.5%氨基寡糖素处理下7天后对作物番茄根部生长的影响

综上所述，0.5%氨基寡糖素对作物根结线虫具有良好防治效果。在植株发病前，稀释500倍浇灌植株或冲施使用，能有效预防线虫的发生，在发病初期搭配化学农药，可实现在化学农药减量30%的前提下有效抑制线虫的扩散。同时，新朝阳0.5%氨基寡糖素处理后作物新根生长快，根系发达，植株健壮，叶片肥厚浓绿，无药害发生。

四、天然产物氨基寡糖素的发展潜力及展望

目前，全球排名前三的防治线虫药剂市场在美国、巴西和日本，约占全球防治线虫药剂销售额的70%。未来十年，线虫病害的发生还会明显上升，防治线虫药剂市场的增长空间还会持续增大。据Global Marketsand Markets出版的报告预测数据，2023-2028年，全球防治线虫药剂市场的复合年增长率预计将为5.8%，最大市场将位于北美洲，市场空间巨大。全球防治线虫药剂使用量最大的作物是蔬菜类，其次是大田作物和特种作物如药材和花卉等。近年来，中国线虫病害迅速蔓延，仅蔬菜根结线虫发生面积已经超过2000万亩，在中国各个地方均有发生，危害十分严重。在中国南方几乎所有的蔬菜作物都会遭受线虫危害，而因根结线虫造成的农业损失已高达700亿元。

由于发达国家日益严苛的政策导致部分化学防治线虫药剂逐渐退出市场，并转向有机农业种植。噻唑磷与阿维菌素取代了被禁用的涕灭威1.5亿市场容量，而自2018年10月1日起，克百威被禁止在甘蔗上使用，其1.8亿市场容量也正逐步由其他药剂所取代。天然产物防治线虫药剂将是未来3~5年增长最快的门类。另外，随着人们食品安全和环保意识的进一步提高，在全球大力提倡发展绿色、安全、资源节约的现代农业的大背景下，高效、低毒、无毒的环保型防治药剂将更具优势地位，市场前景将会更广阔。

氨基寡糖素来源于虾蟹壳等原材料，由几丁质降解为壳聚糖后进一步降解所得。作为一类优异天然产物生物农药，原材料来源丰富，成本可控，通过生物降解手段生产对环境友好。通过诱导作物自身免疫系统提升作物抗病、抗虫能力，同时促进作物根系生长，对人、畜、环境安全，符合绿色有机农业发展需求。氨基寡糖素有机会彻底缓解土壤中化学物质残留问题，间接降低线虫靶标的抗药性。为食品安全和农产品质量安全提供坚实的保障，为实现农业的价值提升和农业可持续发展作出贡献，以促进生物技术健康发展，促进人与自然和谐共生。

 

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