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生物杀虫剂在蜂业生产中的应用进展 !
分类:
新闻资讯
发布时间:
2020/12/11
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生物杀虫剂在国内外蜂产业中的研究进展
在蜂业生产中,相比于极易污染蜜蜂及蜂产品的化学合成杀虫剂,生物杀虫剂因作用机理独特、对非靶标生物毒性低、绿色环保等优势,已逐步取代化学合成杀虫剂。


微生物源生物杀虫剂
微生物源生物杀虫剂是指以微生物活性个体或其代谢产物为有效成分,用来杀灭危害农业生产中有害昆虫的生物制剂 。作为农业生产中应用最多的一类生物杀虫剂,国内外目前研究的重点是可用来进行大规模商品化生产的微生物制剂,主要包括活体微生物杀虫剂和杀虫农用抗生素,目前用于防治昆虫病虫害的种类已经超过2 000种。


活体微生物
微生物源生物杀虫剂为农业生产中应用较多的生物药剂,其中以苏云金芽孢杆菌、绿僵菌、白僵菌等真菌活体作为杀虫有效成分的应用很是广泛。saleh 等  将白僵菌、绿僵菌和蜡蚧轮枝菌分别应用于被大蜡螟侵染的蜂群中比较杀螟活性,均得到良好的杀螟效果,其中白僵菌造成的蜡螟死亡率较绿僵菌和蜡蚧轮枝菌高;sewify 等 利用白僵菌防治蜂群中的蜂螨,蜂螨死亡率最高为 70%;ahmed 等将白僵菌与绿僵菌复合使用时,蜂螨死亡率为 73.39%,比单独使用白僵菌时的蜂螨死亡率略高,其混合使用增效的原理尚未得到深入研究。为开发应用于蜂业生产中更为高效的微生物杀虫剂,kryukov等研究了温度对一些杀虫剂毒性的影响,结果表明,绿僵菌处于 24℃的环境下可使蜡螟幼虫大量、快速死亡,但处于 34℃时需 10 倍的剂量才能达到与之同等的幼虫死亡率,即在一定范围内降低温度可增加真菌杀虫剂的活性。苏云金芽孢杆菌是一种可导致昆虫死亡的病原菌,也是目前应用量最大、研究最广泛的微生物源生物杀虫剂。


有研究评估了苏云金芽孢杆菌中ea3、ea26.1、ea11.3 菌株杀灭蜂群中蜂螨的活性大小,结果显示,3 种菌株均得到优良的杀螨效果,且与化学杀虫剂氯氰菊酯的杀虫效果无显著差异。此外,该团队还对 3 种菌株的杀螨活性进行了量化,结果表明,ea26.1 活性最高,应用36 h 后 导 致96. 7% 的 蜂 螨 死 亡,lc 50 为 1. 5μg/ml;其次是 ea3,治疗 48 h 后导致 93.3%的蜂螨死亡,lc 50 为 7.1 μg/ml;而 ea11.3 活性最低,使用 60 h 后导致 93.3%的蜂螨死亡,lc 50 为 22.8μg/ml  。由此可见,苏云金芽孢杆菌可以作为一种有效的生物杀虫剂应用于蜂业生产中防治病虫害。


 微生物代谢产物
微生物通过发酵可产生具有杀虫活性的次生代谢产物,低浓度施用即可杀灭或抑制有害昆虫 。raheel 等  在实验室条件下检测了多杀菌素、阿维菌素、甲氨基阿维菌素与斯氏线虫的相容性,以评估微生物杀虫剂与昆虫病原线虫联用后防治大蜡螟的生物防治潜力。结果表明,在所有检测的生物杀虫剂中,斯氏线虫与多杀菌素以及甲氨基阿维菌素的联用均显示出良好的防控大蜡螟的能力。
经相关工作者的不断探索,微生物代谢产物作为生物杀虫剂的筛选方法已经有了很大程度提高,研究者从自然界中筛选出了不少新品种,有些已经成为当前生物杀虫剂的重要组成部分。


植物源生物杀虫剂
由于植物源生物杀虫剂的活性成分通常只占植物总质量的 0.01% ~1%,开发成本较微生物源农药来说较高,不利于应用于大规模的农业生产,但其具有开发技术简单的优势,研究者直接从植物的根、茎、叶等部位中提取有效成分,经分离纯化后得到的活性单体并经加工即可制得有效制剂。

 

 

表 1 列举了近年来植物源性生物杀虫剂在蜂产业中的应用。由表 1 可知,植物源生物杀虫剂用于蜂业生产时显示出良好的趋避、杀虫效果。为了寻找新型高效的植物源生物杀虫剂,苏晓玲等 比较了10 种植物精油的杀螨效果,结果表明八角茴香、降香、丁香、小茴香精油的杀螨效果较为明显,且不会给蜂群带来副作用;其中,八角茴香精油 48 h内的杀螨率最高,可达 92.5%。


除此之外,苏晓玲等 研究了八角茴香精油对大、小蜂螨的防治效果,并与化学杀虫剂氟氯苯氰菊酯的防治效果做了比较,结果显示,八角茴香精油同化学杀虫剂的防治效果无显著差异;陈佳丽等 不仅研究了红花羊蹄甲、蓝花楹、侧柏、芒果、柠檬桉中活性成分防治蜡螟的效果,还对水煎法和醇溶法两种提取工艺进行了比较,结果显示,油剂对蜡螟的致死率高于水剂,这一发现为开发新加工工艺提供了思路。


随着生物杀虫剂研究的不断深入,杀虫剂的研究重点不再局限于防治效果、加工工艺等方面,对有效成分的研究也越来越多。damiani 等 研究了薰衣草和月桂精油中对蜂螨有毒害作用的化学 成 分,确 定 其 为 芳 樟 醇 和 1,8-桉叶素;duisembecov等 采用气相色谱串联质谱法研究了落羽杉芽和驯鹿地衣中具有杀螟活性的物质,确定其有效成分为全赤酸和松萝酸,该团队还将这一结果成功应用于蜂群防治蜡螟的工作中,并取得较好的杀虫效果。

动物源生物杀虫剂
动物源生物杀虫剂是由动物产生的对有害生物具有毒杀作用的活性物质,也具有高效低毒、对环境较友好等优点,但因其受开发技术困难、来源复杂等因素的影响导致市场占有率还较小。近年来,为降低农业生产中所用杀虫剂对生态环境安全的影响,扩展生物防治的研究领域,部分科学家开始将注意力投向了动物源生物杀虫剂的研发与应用。


动物毒素
动物毒素是由有毒动物的毒腺产生并以液体形式注入有害昆虫体内的蛋白质类化合物,因具有活性高、专一性强等优点逐渐被应用于农业生产。kuleli 等 将姬蜂毒液施用在被大蜡螟危害的蜂群中,观察毒液对大蜡螟的淋巴血糖变化和脂肪含量变化的影响,结果表明,姬蜂毒液导致蜡螟蛹中的血淋巴糖含量和总脂量大量降低,并对大蜡螟具有麻痹、细胞毒性和细胞溶解作用,从而有效控制蜡螟的生长繁殖。


昆虫激素
激素是一类化学性信息物质,经体液运至生物体全身,少量即可调节基本的生命活动,昆虫激素类生物杀虫剂对有害昆虫的生长发育、生殖、代谢、生理机能等起调控作用。鉴于其具有高度专一性和特异性,对人畜几乎无毒等优势,研究者尝试对昆虫激素进行研究剖析,以期从中寻找安全环保的生物农药。ziegelmann等 记录了蜂螨的交配行为,同时比较了雄性蜂螨对处于不同成熟阶段的雌性蜂螨的求偶行为。
研究表明,雌性蜂螨只有在成年蜕皮后 24 h 左右才对雄性蜂螨具有良好的吸引力,这与其体内蜕皮激素的分泌有关,最终会影响蜂螨的交配率和出生率。将蜂螨雌性蜕皮激素用作生物杀虫剂投放到被蜂螨危害的蜂箱当中,人工干扰蜂螨的交配活动,7 d 后观察蜂螨的增长量,发现蜂螨的数量出现负增长的情况,表明运用雌性蜕皮激素防治蜂螨可取得优良的效果,而且对蜜蜂本身不会产生任何负面影响,是一种较为实用的动物源生物杀虫剂。
动物源生物杀虫剂虽然具有高效低毒等优点,显示出强烈的触杀、胃毒、内传导作用,但是在开发技术方面有一定难度,解决此问题还需相关工作者深入挖掘探究。


昆虫信息素
昆虫信息素是由昆虫腺体向体外分泌的微量化学物质,可在种间传递如交尾、防御、追踪等各种有效信息,用作杀虫剂投入于蜂业生产时,显示出良好的防控效果。雄性大蜡螟通过分泌性信息素远距离诱导雌性交配,有效阻断蜡螟的繁殖活动。经检验,这些带有特殊性气味的性信息素为壬醛和十一醛的混合物。
svensson 等 通过分析,鉴定出第三种雄性特异信息素化合物———5,11-二甲基并五酮,并将其和壬醛、十一醛组合使用,再次证明,蜂群中大蜡螟幼虫的存活率大大降低,但对蜜蜂等非靶标生物无危害作用。近年来,有研究发现5,11-二甲基并五酮、壬醛、十一醛组成的混合物在使用时对雌性大蜡螟的远程吸引力仍低于雄性性信息素,即大蜡螟雄性性信息素中还有其他未知物质尚未被鉴定。5,11-二甲基并五酮的鉴定是开发高效远程性引诱剂的重要一步 ,将该引诱剂与其他环境安全战略相结合,以减少大蜡螟对蜂群造成的危害。


生物杀虫剂在蜂产业中应用的可行性评估
目前,多数人认为生物杀虫剂具有低毒、无残留等优良的环境安全性。然而,天然并不等于无毒,也不等于所有的生物杀虫剂都具有生态合理性。另外,关于生物杀虫剂在蜂业生产中的应用研究较少,且生物农药的化学结构新颖,杀虫机理独特,其安全性可能与传统化学制剂存在较大不同,因此,对生物杀虫剂在蜂产业中应用可行性进行评估具有十分重要的意义。


 对蜜蜂等非靶标生物的安全性评价
对生物杀虫剂进行非靶标生物的安全性评价是产品投入农业生产前的一项重要环节。为了降低杀虫剂对环境的污染,许多学者对其给非靶标生物带 来 的 影 响 作 了 评 价,alquisira-ramírez等将微生物制剂苏云金芽孢杆菌的 ea26.1、ea3、ea11.3 菌株应用于蜂业生产中防治螨害,结果发现 3 种菌株均不会对蜜蜂幼虫和成虫产生不良影响,同时减少了蜂螨给蜂群带来的负面影响,即苏云金杆菌可成功用于蜂业害虫的生物防治工作中; bendifallah 等 将植物源杀虫剂鼠尾草精油应用于蜂业生产以控制螨害现象,同时将植物精油对蜜蜂的安全性进行了评价,结果表明,精油显示出良好的杀螨效果,但对蜜蜂具有一定的毒性作用,且蜜蜂死亡率与杀虫剂浓度呈正相关,当使用 20%剂量的精油时,6.25 min 内可观察到蜂群中蜜蜂全部死亡。


zaitoun  在实验室条件下,研究了 21 种不同植物提取物对工蜂的毒性以及对大蜡螟发育的影响,结果发现,从鸡骨草、月桂、车前草等植物中提取出的物质可杀死 95%或 100%的蜡螟,同时对工蜂无影响,而从鹰嘴豆、肉豆蔻和萝卜等植物中提取出的物质虽然也具有良好的杀虫效果,但均对工蜂有影响,分别可杀死 80%、70%和55%的工蜂。由此可见,生物杀虫剂对蜜蜂等非靶标生物的毒性大小不一,且随着加工剂型、使用浓度、使用方法等因素的变化而变化。因此,对如何避免生物制剂产生毒性的研究亟待加强。


蜂产品中的残留研究
长期以来,生物杀虫剂作为环境友好型农药,其残留所带来的影响一直被忽视,我国目前对生物杀虫剂残留的检测尚无明确规定,然而已有研究发现生物杀虫剂在蜂产品中可产生残留并给食品感官性质等方面带来不少麻烦,例如 satta等 在存在螨害的蜂群中使用鱼藤酮提取物,导致 96.8%的蜂螨死亡,同时,检测出其在蜂蜜中的残留量为 0.03~0.06 mg/kg,高于相关毒理学所规定的最高浓度(0.01 mg/kg),会给人类健康和环境造成潜在威胁;bogdanov 等 从百里香属植物中提取出百里香酚,将其制成水乳液后可杀死95%的蜂螨,但是由于百里香酚具有特殊刺激性气味,当 1 kg 蜂蜜中有 1.1~1.6 g 百里香酚残留时,导致蜂蜜的味道明显改变,给食用者带来不愉快的品尝体验。


因此,瑞士方面规定蜂蜜中百里香酚的残留量不得超过 0.8 g/kg  。但是由于蜂产品与植物精油中某些成分相同,给植物精油的残留研究带来困难。目前对蜂产品中生物杀虫剂残留方面的研究较少,随着高效液相色谱、气质联用、液质联用等分离检测技术日渐成熟,生物杀虫剂的残留研究也将不再是难以解决的问题。


对人体健康的影响
研究生物杀虫剂对人体健康影响的目的是阐明其对人体的毒性,以便从流行病学、卫生学等多种角度对其在蜂业生产中的应用做出合理评价,保证长期从事蜂业生产人员的健康。苏云金芽孢杆菌作为微生物杀虫剂在蜂产业中应用时有优良的杀虫效果,但其安全性却备受争议,有研究认为苏云金芽孢杆菌作为生物杀虫剂对人体健康无危害作用,但是随着相关工作者对其研究的逐渐深入,有关研究表明苏云金芽孢杆菌与蜡状芽孢杆菌中许多基因的同源性大于 95%,即苏云金杆菌作为生物杀虫剂在食品中的残留会导致食物中毒,还有可能引发骨髓炎、脑膜炎等症状。因此,生物杀虫剂在蜂业生产中应用的安全性需要更广泛更深入的研究。


 展望
蜜蜂疾病在蜂群中传播给食品安全和蜂业生产带来极其不利的影响,开发绿色环保生物杀虫方法是保障公共健康和蜂业可持续发展的重要技术支撑。近年来,我国在开发新型生物杀虫剂方面取得极大进步,但针对生物杀虫剂投入蜂业生产相关方面的研究尚不够深入。蜂农防治蜂病时首选方法仍是拟除虫菊酯类杀虫剂、有机磷杀虫剂以及新烟碱类杀虫剂等化学性杀虫剂,由此带来的食品安全和蜂业生产等方面的问题层出不穷,故而生物杀虫剂在蜂产业中的应用研究和理论研究均具有很广阔的发展前景。


在未来的研究中,对于生物杀虫剂在蜂产业中的应用研究可聚焦在如下几个方面:其一,活性物质稳态化。生物杀虫剂中的有效作用成分易受自然环境因素的影响,稳定性欠佳,可结合微胶囊壁材等包埋缓释技术对杀虫剂中的活性物质进行保护,维持其生物活性,使生物杀虫剂在防治蜂病的过程中能更好地发挥作用,在今后的研发工作中需进一步深入研究以寻找更为适宜的方法解决此问题;其二,取材种类丰富化。现如今我国应用于蜂产业中的生物杀虫剂以植物源、微生物源居多,动物源生物杀虫剂的应用较少,我国国土面积辽阔,拥有优渥的地理条件和丰富的自然资源,积极地从自然中寻找能有效防治蜂病的药剂,丰富生物制剂的取材种类;其三,作用机理明了化。加强对杀虫剂的活性物质和作用机理进行分析,同时深入研究生物杀虫剂对蜂群等非靶标生物、人体健康及残留量的影响,积极开发环境友好型杀虫剂将会成为未来防治蜂病的主导方向。目前,相关研究者已将蛋氨酸、蛋白酶等生物活性物质引入蜂产业中防治病虫害,均得到良好的杀虫效果,同时对蜂群及环境无影响,生物杀虫剂作为环境友好型药剂在蜂产业及其他领域会有更为光明的应用前景。


(来源:生物杀虫剂在蜂业生产中的应用进展;中国农业科技导报,2019,21(7):94-101)

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