百里香酚在我國植物保護(hù)領(lǐng)域的研究進(jìn)展

李美榮，張雪冰，寧新妍，胡德利，劉 剛

(1.山東省寧陽縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，山東泰安 271400；2.山東省寧陽縣萬豐種業(yè)有限公司，山東泰安 271400)

化學(xué)農(nóng)藥的過量使用對(duì)人類健康和生態(tài)環(huán)境具有負(fù)面影響，同時(shí)造成有害生物抗性進(jìn)化。植物源農(nóng)藥等天然產(chǎn)物的應(yīng)用，已成為化學(xué)合成農(nóng)藥的替代之一[1]。百里香酚(thymol)，又稱百里酚、麝香草酚等，是香芹酚的同分異構(gòu)體，是一種單帖酚類植物精油，具有抗菌、抗氧化、驅(qū)蟲、抗癌等生物活性，目前廣泛用于香料制作、防腐劑、醫(yī)用殺菌劑、驅(qū)蟲劑和抗氧化劑等，同時(shí)有望成為動(dòng)物飼料中促生長類抗生素的替代品[2-6]。近年來，百里香酚對(duì)植物病蟲害的良好控制作用逐漸得到重視。如專門針對(duì)灰霉病的殺菌劑 3AEY (丁子香酚+香葉醇+百里香酚)在西班牙和希臘獲得應(yīng)用擴(kuò)展登記[7]。百里香酚易于獲得，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，毒性低，殘留低，在環(huán)境中易降解，符合生物農(nóng)藥的發(fā)展要求，作為生物農(nóng)藥開發(fā)具有廣闊的應(yīng)用前景。本文對(duì)百里香酚在我國植物保護(hù)領(lǐng)域的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，以期為該產(chǎn)品的登記開發(fā)工作提供參考。

1 主要理化性質(zhì)及制備方法

百里香酚(圖1)，化學(xué)名稱為2-異丙基-5-甲基苯酚(2-isopropyl-5-methyl-phenol)，CAS登錄號(hào)：89-83-8，分子式：C10H14O，分子量：150.22，常溫下為無色晶體或無色結(jié)晶粉末，有百里草或麝香草的氣味，沸點(diǎn)：233 ℃，熔點(diǎn)：51.5 ℃，閃點(diǎn)：110 ℃(封閉式)，密度：0.969 9 g/cm3(20 ℃)，微溶于水，能溶于冰醋酸和石蠟油，也溶于乙醇、氯仿、乙醚，對(duì)皮膚、眼睛、黏膜有刺激作用。

圖1 百里香酚的結(jié)構(gòu)式

百里香酚天然存在于唇形科植物百里香草、麝香草、牛至草、香青蘭等種子中。由于天然資源有限，從20世紀(jì)40年代以來，人工合成百里香酚已逐漸取代天然百里香酚[2-3]，因此百里香酚的大規(guī)模推廣應(yīng)用，不會(huì)造成百里香草等植物的大量采伐損耗。

百里香酚的工業(yè)化合成，目前研究應(yīng)用最多的是以硫酸等為催化劑的間甲酚異丙基化路線，但存在的主要問題是污染嚴(yán)重。此外，還有薄荷醇脫氫路線和α-蒎烯合成路線[2-3]。仇昆倫等[3]以自制的鋁酸鋅為催化劑，間甲酚和異丙醇為原料，經(jīng)過氣相傅-克烷基化反應(yīng)合成百里香酚(最優(yōu)工藝條件為：反應(yīng)溫度543 K，間甲酚和異丙醇的摩爾比為1∶5，催化劑壽命可達(dá)到260 h以上)，沒有溶劑污染和催化劑污染，符合當(dāng)前綠色化學(xué)的發(fā)展趨勢(shì)(反應(yīng)方程式如圖2)。

圖2 以鋁酸鋅為催化劑的百里香酚合成反應(yīng)方程式

2 作用機(jī)制

國內(nèi)對(duì)百里香酚等植物精油活性成分作用機(jī)制的研究主要集中在抗菌方面，對(duì)昆蟲、螨和線蟲方面的報(bào)道很少。與其他植物精油活性成分相比，由于分子結(jié)構(gòu)不同，作用機(jī)制有所差異，但總體上比較接近。通常認(rèn)為，百里香酚主要作用于細(xì)胞的膜結(jié)構(gòu)，改變其通透性，使細(xì)胞內(nèi)容物外泄，導(dǎo)致菌體死亡。

2.1 抗菌

多項(xiàng)研究結(jié)果表明，百里香酚主要通過破壞病原菌細(xì)胞結(jié)構(gòu)，損傷遺傳物質(zhì)DNA，影響微生物物質(zhì)代謝和能量代謝，達(dá)到抗菌目的[5]。例如用百里香酚處理后，西瓜枯萎病菌(尖孢鐮刀菌西瓜專化型)細(xì)胞膜透性增加，菌絲中甘油、丙二醛(MDA)、活性氧(ROS)和丙酮酸含量顯著升高，蛋白質(zhì)、DNA、麥角甾醇和致萎毒素含量則顯著降低；麥角甾醇合成受到抑制，菌絲生長緩慢，細(xì)弱，分枝減少，細(xì)胞膜被破壞，形態(tài)和生理發(fā)生變化，最后細(xì)胞死亡[4,8-9]。轉(zhuǎn)錄組學(xué)研究結(jié)果顯示，百里香酚可破壞禾谷鐮刀菌細(xì)胞膜完整性，引起電解質(zhì)滲漏，能量代謝失衡。此外，還通過核糖體、線粒體結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)錄組水平上的酶合成顯示對(duì)禾谷鐮刀菌的抑制活性[10]。

2.2 殺蟲

百里香酚能夠殺蟲，可能是因?yàn)槠淇梢栽黾雍οx細(xì)胞膜的通透性，增加滲透脆性，同時(shí)其具有的高腐蝕性也會(huì)破壞細(xì)胞膜的完整性。用百里香酚處理秀麗線蟲后，線蟲存活子代數(shù)目減少，這也可能是因?yàn)槠湫韵偈軗p所致[11]。

3 在防治病害方面的研究進(jìn)展

百里香酚防治植物病害方面的研究，主要集中于多種真菌性病害，對(duì)細(xì)菌性和病毒性病害的報(bào)道比較少。

3.1 茶炭疽病和輪斑病

饒家瑞等[12]研究發(fā)現(xiàn)，在9種天然產(chǎn)物中，百里香酚對(duì)茶炭疽病菌的生物活性最好，且優(yōu)于化學(xué)藥劑萎銹靈，其EC50為18.55 μg/mL，而萎銹靈為35.53 μg/mL。在500 μg/mL濃度時(shí)，百里香酚對(duì)茶葉感染茶炭疽病的保護(hù)活性和治療活性分別為32.66%和 38.09%，比萎銹靈分別增加 12.24%和12.37%。另據(jù)研究[13]，在10種天然產(chǎn)物中，百里香酚對(duì)茶輪斑病菌的生物活性最好，且優(yōu)于萎銹靈，其EC50為 33.79 μg/mL，而萎銹靈為 231.52 μg/mL。在200 μg/mL濃度時(shí)，百里香酚可導(dǎo)致茶輪斑病菌細(xì)胞壁的表面形態(tài)從光滑圓潤變?yōu)椴糠至验_；在500 μg/mL濃度時(shí)，茶輪斑病菌細(xì)胞壁的受損程度明顯增加。

3.2 灰霉病

李佳俊等[14]將百里香酚與百菌清以不同比例混配，采用菌絲生長速率法測(cè)定混劑對(duì)灰葡萄孢菌的抑菌活性。結(jié)果表明，百里香酚和百菌清以質(zhì)量比5∶1、2∶3、1∶5和1∶10比例混配均表現(xiàn)出協(xié)同增效作用。張靜等[4]進(jìn)行的盆栽試驗(yàn)結(jié)果表明，百里香酚對(duì)番茄灰霉病具有很好的保護(hù)和治療作用，在供試濃度為0.75 g/L時(shí)，保護(hù)和治療作用分別為72.01%和60.28%，與對(duì)照藥劑腐霉利差異不顯著。

3.3 紋枯病

王凱博等[15]分別將百里香酚與苯醚甲環(huán)唑、噻呋酰胺混配，通過菌絲生長速率法測(cè)定其對(duì)立枯絲核菌的抑菌活性。結(jié)果表明，百里香酚與噻呋酰胺以 1∶5、1∶4、2∶3、3∶2、4∶1 和 5∶1 比例混配均表現(xiàn)出協(xié)同增效作用，與苯醚甲環(huán)唑以2∶3、4∶1和 5∶1比例混配也表現(xiàn)出協(xié)同增效作用，具備防治水稻、玉米紋枯病的潛力。

3.4 芒果蒂腐病

葉火春等[16]研究結(jié)果顯示，當(dāng)百里香酚與苯醚甲環(huán)唑以配比8∶2、7∶3和6∶4混用時(shí)，對(duì)抑制芒果蒂腐病菌菌絲生長有增效作用，其中以7∶3混用增效作用最明顯，EC50為16.53 μg/m L，共毒系數(shù)值(CTC)達(dá)175.25。

3.5 草莓灰霉病等貯藏期病害

丁華等[17]研究發(fā)現(xiàn)，在4種植物精油中，百里香酚和香芹酚的百里香精油具有廣譜高效的抑菌性能，對(duì)草莓灰霉、根霉和黑曲霉菌的最低抑菌濃度均為 2 μL/L。

3.6 西瓜枯萎病

李敏[8]研究發(fā)現(xiàn)，百里香酚對(duì)西瓜枯萎病具有較好的田間防治效果。用百里香酚處理西瓜種子，濃度小于300 mg/L時(shí)，可有效預(yù)防病害發(fā)生且不會(huì)影響西瓜萌發(fā)及生長。

3.7 小麥赤霉病

張晉東等[18]將香芹酚和百里香酚組合成新型復(fù)合天然抑菌劑，當(dāng)香芹酚和百里香酚質(zhì)量比為1∶2時(shí)，對(duì)小麥赤霉病菌的離體抑制效果最佳，二者間具有協(xié)同作用；觀察發(fā)現(xiàn)，抑菌劑能夠顯著抑制被侵染小麥胚芽鞘上病斑的生長。

4 在防治線蟲方面的研究進(jìn)展

百里香酚在線蟲防治方面的研究，到目前為止只有對(duì)模式生物秀麗線蟲的報(bào)道。路露等[11]研究結(jié)果表明，百里香酚處理L4時(shí)期的秀麗線蟲4 h的半數(shù)致死濃度為50 mg/L，最低致死濃度為125 mg/L；處理有卵時(shí)期的秀麗線蟲 4 h的半數(shù)致死濃度為50 mg/L，最低致死濃度為100 mg/L。同時(shí)，百里香酚能顯著降低上述2個(gè)時(shí)期秀麗線蟲的運(yùn)動(dòng)能力以及有卵時(shí)期秀麗線蟲的成活子代數(shù)目。

5 在防治害螨方面的研究進(jìn)展

在百里香酚用于害螨防治方面，目前報(bào)道的主要是朱砂葉螨和刺足根螨。張靜等[19]研究結(jié)果表明，百里香酚對(duì)朱砂葉螨具有很好的觸殺作用，24 h的校正死亡率在90%以上；對(duì)朱砂葉螨的卵孵化具有明顯的影響，處理后4 d的卵孵化率僅為16.22%，顯著低于香芹酚、丁香酚和 3-甲基-4-異丙基苯酚處理；對(duì)朱砂葉螨具有顯著的產(chǎn)卵抑制作用，抑制率在80%以上。梁偉博[20]研究發(fā)現(xiàn)，百里香酚具有較高的殺螨活性，在2 000 mg/L的濃度下，對(duì)朱砂葉螨的校正死亡率為64.24%；百里香酚和2種植物源物質(zhì) ZDD、ZSS分別在質(zhì)量比為 1.59∶1和3.51∶1時(shí)對(duì)朱砂葉螨的增效最為明顯，CTC分別為 162.18和 224.80。吳子毅等[21]發(fā)現(xiàn)，百里香酚對(duì)刺足根螨雌成螨具有很好的觸殺作用，在10 g/L的濃度下處理24 h后，平均死亡率為91.30%；在2、0.4 g/L的濃度下處理24 h后，存活螨基本不再爬動(dòng)(除非外界刺激)。

6 在防治害蟲方面的研究進(jìn)展

百里香酚防治害蟲方面的研究，主要圍繞幾種小型刺吸式口器害蟲展開。

6.1 螺旋粉虱

林江等[22]用 8%百里香酚堿微乳劑在室內(nèi)處理48 h后，對(duì)螺旋粉虱若蟲、蛹、成蟲3個(gè)蟲態(tài)均表現(xiàn)出良好活性。田間藥效試驗(yàn)結(jié)果表明，8%百里香酚堿微乳劑400 μL/L處理后對(duì)成、若蟲24 h校正防效達(dá)76.98%，且連續(xù)觀察5 d后蟲口基數(shù)無明顯回升。

6.2 煙粉虱

張靜等[23]研究發(fā)現(xiàn)，5%百里香酚熱霧劑與10%百里香酚微乳劑對(duì)煙粉虱毒力差異不顯著(p＜0.05)，48 h的LC50分別為0.118、0.168 mg/L。田間藥效試驗(yàn)結(jié)果表明，5%百里香酚熱霧劑施用量為5、7.5、15 g/667 m2時(shí)，對(duì)煙粉虱防效均達(dá)76%以上；藥后3 d，與相同施藥量的10%百里香酚微乳劑相比，防效高了14%以上；藥后7 d，施用量7.5 g/667 m2的5%百里香酚熱霧劑與5 g/667 m2的1.8%阿維·高氯熱霧劑的防效相當(dāng)。

6.3 薊馬、黑刺粉虱、葉蟬等

吳朝波等[24]研究結(jié)果表明，將百里香酚和誘蟲烯噴灑在黃色黏蟲板表面，均能增加其對(duì)檳榔園害蟲的誘集效果，且混配更為高效；對(duì)薊馬、黑刺粉虱、葉蟬的誘集，以13%誘蟲烯·百里香酚和15%誘蟲烯·百里香酚增效作用最好，從誘集害蟲總量來看，13%誘蟲烯·百里香酚效果更優(yōu)，且誘集的益蟲比例處于較低水平。

7 相關(guān)產(chǎn)品開發(fā)和登記情況

根據(jù)百里香酚的理化性質(zhì)，國內(nèi)已經(jīng)成功開發(fā)了多種液體劑型的單劑和復(fù)配劑產(chǎn)品，但這些產(chǎn)品均未能獲得登記及大面積應(yīng)用。同時(shí)，以百里香酚為先導(dǎo)，開發(fā)了多個(gè)殺菌性能更加優(yōu)異的衍生物。

7.1 制劑開發(fā)情況

7.1.1 微乳劑和熱霧劑

中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院環(huán)境與植物保護(hù)研究所以百里香酚為原料，先后研制了百里香酚微乳劑、熱霧劑，并申請(qǐng)了國家發(fā)明專利“百里香酚殺螨微乳劑及其制備方法”“一種防治粉虱類害蟲的植物源熱霧劑及其制備方法”[25-26]。

7.1.2 水乳劑

李敏等[27]采用轉(zhuǎn)相法，對(duì)乳化劑、防凍劑和增稠劑等進(jìn)行篩選，確定了5%百里香酚水乳劑的最優(yōu)配方。用該配方所制備的5%百里香酚水乳劑各項(xiàng)指標(biāo)合格，經(jīng)常溫、(0±2) ℃冷貯 14 d、(54±2) ℃熱貯14 d未出現(xiàn)析油、析水、分層現(xiàn)象，所制備的制劑黏度小，傾倒性佳，利于分裝。

7.1.3 懸浮劑

海南博士威農(nóng)用化學(xué)有限公司申請(qǐng)了“一種含有吡唑醚菌酯與百里香酚的殺菌組合物”專利，其有效成分為吡唑醚菌酯與百里香酚，劑型為懸浮劑[28]。

7.1.4 乳油

云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境資源研究所申請(qǐng)了“一種含百里香酚和啶酰菌胺的殺菌組合物”專利，其有效成分為百里香酚和啶酰菌胺，劑型為乳油[29]。西北農(nóng)林科技大學(xué)也研制出了2種基于百里香酚和2種植物源物質(zhì)的乳油產(chǎn)品[20]。

7.2 衍生物合成情況

陳惠麗等[30]合成的多個(gè)未見報(bào)道的含噁二唑硫醚結(jié)構(gòu)的百里香酚衍生物，對(duì)辣椒枯萎病病原菌、蘋果腐爛病病原菌、半夏立枯病病原菌和油菜菌核病病原菌的抑制活性，均優(yōu)于陽性對(duì)照百里香酚和唑菌酯。屈歡等[31]采用組合優(yōu)化原理合成的多個(gè)百里香酚偶氮類衍生物，對(duì)玉米大斑病病原菌和蘋果腐爛病病原菌等表現(xiàn)出較好的抑菌活性。

7.3 登記情況

與香芹酚、丁子香酚、檸檬烯等同屬于植物精油類的活性物質(zhì)不同，百里香酚在我國的登記工作明顯滯后，截至2022年5月17日，尚未有百里香酚產(chǎn)品作為農(nóng)藥在我國獲得登記(表1)[32]。

表1 在我國作為農(nóng)藥登記的植物精油類產(chǎn)品情況

8 結(jié) 語

化學(xué)農(nóng)藥長期不合理高強(qiáng)度使用嚴(yán)重污染生態(tài)環(huán)境，開發(fā)天然生物農(nóng)藥迫在眉睫。農(nóng)業(yè)農(nóng)村部近期印發(fā)的《“十四五”全國種植業(yè)發(fā)展規(guī)劃》《“十四五”全國農(nóng)藥產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》均明確提出，要加快研發(fā)推廣植物源農(nóng)藥等新型高效低風(fēng)險(xiǎn)農(nóng)藥。百里香酚作為一種低成本、高效、環(huán)保、安全的植物源農(nóng)藥，兼具殺(誘)蟲、殺螨、殺菌、殺線蟲等多方面的生物活性，且適于與多種化學(xué)農(nóng)藥復(fù)配，是植物保護(hù)領(lǐng)域不可多得的“多面手”，應(yīng)用前景十分廣闊。下一步，有關(guān)生產(chǎn)企業(yè)要充分利用好國家和各省市的各項(xiàng)優(yōu)惠扶持政策，抓緊開展百里香酚相關(guān)產(chǎn)品農(nóng)藥登記工作，力爭(zhēng)盡快實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，以促進(jìn)化學(xué)農(nóng)藥減量增效，提升農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全水平，助推我國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。