2020年09月26日
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農藥減半並非空談,極具發展潛力的「植物源防治資材」,可抑菌、防蟲好處多多

文、圖片提供/ 花蓮區農業改良場

自農業文明發展以來,作物病蟲害防治始終是農民必須面對的課題,因此必須仰賴如今被稱作農藥的各式防治資材。事實上,最初的農藥為植物萃取而來,其優點為環境友善、毒性較低以及不易促使病蟲害的抗藥性產生;相對地,缺點為品質不穩、不易保存和生產成本較高。

近年來,農藥及環境用藥的食安風險漸受重視,為改善農產品食安,強化農產品溯源管理,行政院農業委員會因此回頭尋求具抵禦病蟲害的潛力植物源資材,力拼達成10年全國農藥使用量減半的目標。

植物源成分的抑菌活性

植物遇到危險時無法像動物一般自由移動,為了能在嚴苛的環境中存活下來,它們在經過長期演化後,發展出一套抵抗逆境的模式,也就是合成眾多種類的二次代謝物。這些二次代謝物包含萜烯類、生物鹼、黃酮類、固醇類及酚類等,為殺菌或抑菌的有效成分。例如香芹酚及百里香酚等酚類化合物,對細菌性及真菌性病害有極強的抗菌效果,分別可防治「甜椒炭疽病」、「芒果蒂腐病」、「番茄青枯病」以及部分儲藏性病害。

實驗室植物萃取物抑制真菌生長實驗。

另外,含硫物質,例如造成十字花科植物嗆辣味的異硫氰酸酯(Isothiocyanates)以及大蒜強烈臭味的蒜素(allicin),也具有殺菌作用。蒜素為一種二丙烯基硫代亞硫酸鹽(diallyl thiosulfinate)化合物,可防治胡蘿蔔種子傳播病害(Alternaria spp.)、番茄和馬鈴薯「晚疫病」以及「水稻稻熱病」等;而異硫氰酸酯是一種十字花科含有的有機硫化合物,可防治多種土傳真菌性病害以及「十字花科黑斑病」。

植物源成分的抑菌研究,過去主要以防治真菌及細菌性病害為主。有別於過去的認知,國外近年研究顯示部分的植物萃取物具有抗病毒蛋白(anti-viral protein, AVP)活性,可直接抑制病毒在植物體內的增殖,例如美洲商陸、皺果莧及紫茉莉等,可有效降低豇豆受sunflower ne-crosis virus (SFNV)病毒的感染。

植物源成分的防蟲活性

植物萃取物除病害防治外也有防蟲的效果。捷克作物研究機構的作物保護及植物健康分部 (Division of Crop Protection and Plant Health, Crop Research Institute, Prague, Czech Republic)將植物萃取物防蟲物質依照機制及特性大致分成觸殺型、昆蟲體內系統型及忌避拒食型:

(一)觸殺及昆蟲體內系統型

生物鹼、黃酮類和光活性毒素類 (多炔、香豆素、醌類、生物鹼和木酚類等)作用機制屬於此類,部分物質並具有昆蟲體內系統性或致胃毒性的效果,主要功能為造成害蟲接觸後生理失調,甚至影響害蟲血體腔內代謝功能進而溶血。觸殺暨系統型植物源殺蟲劑以「菸鹼」、「魚藤酮」和「苦參鹼」最著名,此類殺蟲劑不僅藉由強鹼性物質接觸和致胃毒性殺死害蟲,亦影響害蟲發育及繁殖功能 。不過,觸殺型植物源殺蟲劑的缺點,乃是毒殺效果最多僅維持 3~5 天,且多數成分含水生毒性,若沒有適量噴施,同樣也容易殺死大量益蟲,因此使用時機點最好在害蟲初發生時期效果最佳。

經苦參鹼噴施處理的金針花黃花粉蚜活動力降低且伴隨忌食現象。

(二)忌避拒食型

萜烯類、精油類和黃酮類對害蟲有拒食和驅避活性,普遍存在於菊科、唇型花科、木本樟科、芸香科及番荔枝科中。

其中的精油類 (essential oils, Eos) 植物源殺蟲劑多以忌避害蟲為主,內含多種單萜烯、酚類和半萜類,且這些有效成分通常具有協同作用,能促使防蟲功能提升。此類物質容易定量,Fazolin 等人於2016發表的研究中顯示,至今美國有許多除蟲菊精類殺蟲劑藉以添加 0.25~2.0% 的植物精油 (如百里香、臭芥、迷迭香、肉桂和檸檬香茅等)增加其防治夜盜蟲的功效。

經農委會花蓮區農業改良場初步研究顯示,植物精油藉由添加介面活性劑(如清潔劑或茶皂素)乳化後噴施植株,可達到顯著忌避斜紋夜蛾取食的功能 。而其缺點則是揮發性高,不易於作物環境中久存,故若要發展成防治資材,仍需突破耐揮發製劑化的門檻。

植物也會有免疫反應?

植物也可以像人類一樣打預防針嗎?答案是可以的。植物在遭受病蟲害或高溫、淹水等不良環境時,為了存活下來,它們會啟動類似人類免疫系統的反應,從被病蟲害入侵的部位發出信號傳送到其他未被感染的部位或植株,誘發防禦反應。目前台灣使用的誘導抗病資材主要為(1)有益微生物:此類群包含用於生物農藥及生物肥料的微生物,如固氮菌、芽孢桿菌、木黴菌及鏈黴菌等,其細胞分泌物或多醣類等特定細胞構造可誘導植物的免疫反應。(2)甲殼素類:一種由蝦、蟹、昆蟲等甲殼類或蘑菇類所萃取的天然高分子物質,可激發植物的防衛反應。(3)亞磷酸:一種訊息傳遞物質,可啟動植物防禦系統的小分子酚類物質。

誘導抗病資材研究

除上述資材外,部分植物萃取物不僅有直接影響昆蟲生理和抑菌的效果,更可被作物吸收後誘導產生抵抗外物入侵的物質來提高作物苗期抗病蟲害的能力。例如常春藤水萃液防可治「蘋果火傷病」、槲寄生水萃液可防治「小米露菌病」、甜菜根水萃液可防治「馬鈴薯晚疫病」。另外,植物精油類則可藉由誘導水楊酸路徑達到抗病的效果,例如冬青樹精油可抗「炭疽病」。此類抗病資材,國外已有上市之產品Neudo–Vital (W. Neudorff GmbH KG, Emmerthal, Germany) 和Bio-S (Gebruder Schatte KG, Bad Waldsee, Germany)。雖然國內尚無此類產品,但花蓮農改場研究已發現一些植物萃取物具有抗病功效,可減少菸草粉蝨傳播的「番茄黃化捲葉病毒」的發病,具有商業化的應用潛力。

花蓮農業改良場誘導抗病溫室實驗,顯示植物萃取物可使植株減少病毒病害感染,A為未處理組的番茄,明顯有黃化捲曲的現象;B為處理組的番茄,植株較為健康。

植物源產品及使用

由於植物的萃取部位、方式以及穩定劑添加物的不同,常常直接影響到有效成分在製劑中的組成及含量,因此萃取方式的正確性以及穩定劑和乳化劑的選擇,皆是植物萃取物產品優劣的關鍵。

常見的萃取方法有植物原料乾燥搗碎後,利用有機溶劑或水浸泡一段時間並濾除殘渣取得;或是以新鮮植物組織蒸餾的方式,取油層或水層加以應用,另外,亦可以植物種子進行榨油取得植物油等,在國內有部分的產品已上市,少數為農藥登記的產品,多數則是免登記的植物保護資材。

蒸餾法蒐集油層萃取液。

除了上述方式萃取外,另一類群是以植物榨油後的粕類型式使用,農友可將其混拌入土壤達殺滅土壤病菌或害蟲的效果,如具有異硫氰酸酯的菜籽粕 、含皂素的茶粕以及含蓖麻鹼之蓖麻粕等,皆是農友可以參考使用防治病蟲害的植物類製劑和粕類。

植物源防治資材雖不普遍,但仍有發展潛力

目前植物源防治資材應用情形仍不普遍,除了是因為藥效反應相對緩慢或較化學農藥遜色為原因,最主要問題還是特定成分的生物活性研究過少,有效成分無法明確定量或製程原料不穩定造成有效成分質量不一。

雖然植物源農藥潛力無窮,但仍屬防治植物病蟲害另一新的研究課題,多數研究尚侷限於實驗室內試驗階段。未來應加強評估田間的防治成效,完備登記後將植物源農藥商品化,若能搭配化學農藥及其他防治方式,則可望組成有效的綜合作物管理系統,提升農產品商品價值及降低農產品農藥殘留的風險。

本文轉載自《花蓮區農業專訊》6月號季刊,原文標題為〈植物源成分於作物病蟲害防治之應用〉。

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