文摘
预防在采后贮藏的粮食损失是重要的经济重要性。综合病虫害管理现在是一个被广泛接受的策略在害虫防治包括水分、虫害控制涉及化学(接触/剩余)的使用杀虫剂和熏蒸剂。合成化学杀虫剂的使用是不允许或限制性地使用,因为残留的问题,对消费者的健康风险。鉴于上述情况,有必要对植物可能提供潜在的替代目前使用昆虫控制代理构成丰富的生物活性分子。可用文献表明,植物可以成为新源杀虫剂。因此,有一个巨大的潜力为植物的杀虫的化合物。本文关注的是当前状态的植物杀虫剂谷物保护剂及其作用方式。
1。介绍
粮食损失遭受虫害在存储是一个严重的问题,尤其是在发展中国家(1,2]。造成损失由昆虫不仅包括内核的直接消费,但是也积累的空壳,带子,尸体。高水平的昆虫碎屑可能会导致粮食不适合人类食用农产品和损失,同时,在质量和数量方面。昆虫infestation-induced存储环境的变化可能会导致温暖潮湿的“热点”,提供合适的存储条件真菌,造成进一步的损失。据估计,20000多种领域和存储害虫破坏大约三分之一的世界粮食生产、价值每年超过1000亿美元,其中最高的损失(43%)发生在发展中国家(3,4]。存储的定量和定性损害谷物和谷物产品从害虫可能20 - 30%的热带和温带[5 - 10%5,6]。在印度粮食产量已达到2.5亿吨在2010年- 2011年,在这近20 - 25%的粮食被存储粮食害虫(7,8]。存储粮食害虫的有效控制和消除食品一直是世界各地的昆虫学家的目标。
储藏的谷物和豆类的主要害虫的印度次大陆被归类到两个组,即主要害虫:那些有能力穿透和粮食——完整的内核,内核内未成熟阶段发展粮食和次要害虫不能加上全麦但以破碎的内核,碎片,高水分杂草种子和谷物损害主要害虫。一般来说,次要害虫物种被发现的未成熟阶段外部的粮食。通常认为二级入侵者无法启动侵扰。米象的重要主要害虫,Sitophilus oryzae(l)、谷象Sitophilus谷仓(l),(鞘翅目:象甲科),较小的颗粒钻,Rhyzopertha多米尼加(f),(鞘翅目:长蠹虫科),Khapra甲虫,Trogoderma granarium(翻转),(鞘翅目:皮蠹科)和脉冲甲虫Callosobruchus对(l)(鞘翅目:豆象科)。次要害虫的锈红色面粉甲虫,种有害castaneum(Herbst),(鞘翅目:Tenebrionidae),生锈的谷物甲虫,Cryptolestes ferrugineus(l),(鞘翅目:扁甲科),锯齿纹甲虫,Oryzaephilus surinamensis(l),(鞘翅目:锯谷盗科),螨,蜱螨目:叶螨科)Liposcelis corrodens,(啮虫目:Liposcelidae)。
2。虫害控制杀虫剂及其副作用
自1950年代以来,合成杀虫剂被广泛用于粮食设施来控制存储产品害虫。磷化氢熏蒸剂如甲基溴,氰,甲酸乙酯或磺酰氟迅速杀死所有生命阶段的产品在商品或者昆虫存储在一个存储结构。熏蒸仍然是最有效的预防方法之一的存储产品损失害虫。但害虫产生抗药性,而不是存储产品显示缓慢上升熏蒸电阻(9]。抵抗磷化氢在澳大利亚和印度如此之高,它可能会导致控制失败(10,11]。甲基溴化已被确定为导致臭氧损耗的主要因素(12),已经被禁止在发达国家,发展中国家致力于减少使用由2005年的20%,2015年淘汰。接触杀虫剂如马拉硫磷、毒死蜱、溴氰菊酯直接喷洒在谷物或存储结构免受侵扰了几个月。杀虫剂耐药性的发生率是一个日益严重的问题在储存产品的保护。抵抗一个或更多的杀虫剂已经报道至少500种昆虫和螨虫13]。
冠军(14)报道,抵抗杀虫剂用于保护粮食和其他存储的食品非常普遍,涉及所有组的杀虫剂和大多数的重要害虫。一些接触杀虫剂耐药已成为普遍的无效的,因为在昆虫种群。抵抗马拉松普遍在加拿大,美国和澳大利亚15]。存储产品抗昆虫害虫被发现对不同杀虫剂包括cyclodienes,毒死蜱,cyanophos,氨基甲酸盐、西维因、氯氰菊酯,滴滴涕,溴氰菊酯、二嗪农、dichlorovos,溴化乙烯,甲酸乙酯有机磷酸酯类,氯菊酯,除虫菊素和残杀威。
虽然化学杀虫剂是有效的,但它们的重复使用导致残留毒性、环境污染和不良影响对人类的食物除了副作用(16,17]。不间断和滥用不仅导致耐药菌株的发展也积累的有毒残留物在粮食用于人类消费导致的健康危害18]。针对这些问题,一些杀虫剂被禁止或限制其使用。
3所示。植物作为替代化学合成农药
越来越严重的问题的阻力和残留农药和污染的生物圈与大规模的广泛使用化学合成农药导致有效降解农药的必要性与更大的选择性。这种意识创造了一个世界范围内的兴趣选择的发展策略,包括发现新杀虫剂(19,20.]。然而,新杀虫剂必须达到完全不同的标准。nonphytotoxic他们必须特定的害虫,对哺乳动物无毒,环保、不易农药抵抗,相对便宜,在本地可用的(21]。这导致了复审的世纪实践保护存储使用植物加工产品,已经知道抵抗昆虫攻击(5,22- - - - - -24]。植物衍生材料更容易生物降解、不易污染环境,不被哺乳动物的毒性较小。有很多的例子非常有毒的植物成分。因此,今天,研究人员正在寻找新类的天然杀虫剂可能兼容新的害虫防治方法(2,25,26]。
自古以来,人们一直努力保护收割生产免受害虫。埃及和印度农民用于混合存储用火灰(83年,84年]。古罗马人使用假菟葵(Veratrum专辑)作为灭鼠剂,中国因发现鱼藤酮的杀虫特性的物种,而除虫菊是用作杀虫剂在波斯和中国(4]。在世界的许多地方,在本地可用的植物目前广泛使用保护存储产品免受害虫造成的损害(80年,85年- - - - - -87年]。印度农民楝树叶和种子用于存储粮食害虫的控制(88年]。在喀麦隆北部,豇豆是传统与渗灰混合脱粒和混合后放入泥浆谷仓或粘土罐子89年]。在东部非洲,野生灌木的叶子罗勒属温和的的丁香尤金尼亚芳香传统上用作储存谷物保护剂(90年]。在卢旺达,传统农民食用bean存储在一个封闭的结构(imboho)和全叶罗勒属canum通常添加到存储食品以防止虫害在这些结构(75年]。奥乌苏[91年)建议自然和更便宜的方法来存储产品的控制害虫的谷物,加纳植物材料与传统的有用。在一些南亚国家,粮食诸如大米或小麦通常由混合存储姜黄粉(2%92年,93年]。使用油但害虫控制也是一个古老的做法。植物杀虫剂如除虫菊、鱼藤酮、尼古丁、香茅油和其他植物提取物已被用于世纪(27,94年,95年]。超过150个物种的森林,路旁树木在印度生产油籽,已被主要用于照明,药用用途,也作为杀虫剂从古代到20世纪初96年]。姜黄、大蒜、牡荆牡gliricidia castor,马兜铃、姜、龙舌兰美国,冻苹果,曼陀罗属植物,Calotropis,番薯,其他广泛使用的植物和香菜的控制和排斥作物害虫(81年,97年]。
Talukder [5)43个植物物种列为驱虫剂,21植物昆虫饲养威慑,47个植物昆虫毒物,37植物谷物保护剂,27个植物昆虫繁殖抑制剂,和7植物昆虫生长发育抑制剂。十八岁的物种表现出杀虫的潜力和antiovipositional属性Sitophilus oryzae(98年]。
4所示。植物杀虫剂的分类
昆虫生理活动的基础上,雅各布森(3]传统分类植物组件分为6组,即驱虫剂,喂养威慑/拒食素、毒物、生长抑制剂,chemosterilants和引诱剂。关注活动的毒物和谷物保护剂精油、提取,其成分加剧了自1980年代以来。
4.1。驱虫剂
化学驱虫剂是可取的,因为它们提供保护以最小的对生态系统的影响,因为他们赶走害虫处理的材料通过刺激嗅觉或其他受体。驱虫剂从植物起源在害虫控制被认为是安全的;减少农药残留;确保人民的安全、食品和环境(1,5,99年]。植物提取物粉末,并从不同的生物活性的植物精油被报道为消除存储粮食害虫(1,91年,One hundred.- - - - - -102年]。例如,植物精油的青蒿被发现的反对种有害castaneum和Callosobruchus有污点的(103年]。
4.2。拒食素/喂养威慑
拒食素,有时被称为“威慑”被定义为化学物质抑制喂食或扰乱昆虫通过渲染处理材料的或令人不快的104年,105年]。一些天然拒食素特征,包括甾体生物碱苷、芳香类固醇,羟化类固醇meliantriol,三萜烯半缩醛,和其他人3,106年]。精油成分如麝香草酚、香茅醛α松油醇是有效的对烟夜蛾科的喂养威慑,Spodoptera litura合作,或添加剂的影响的monoterpenoids精油已报告Spodoptera litura幼虫(107年]。一些草药的筛选表明,根树皮Dictamnus dasycarpus拥有重要的喂养威慑与两个储藏物昆虫(108年]。
4.3。毒物
研究植物来源的新毒物没有拒绝近年来虽然增加了研究致力于合成杀虫剂的发现25]。全球植物衍生的报告显示,许多昆虫有毒植物产品存储产品(6,16,27,55,82年,91年,109年- - - - - -114年]。Talukder [32)上市的使用43个不同种类的植物表达毒物的影响但昆虫。Pascual-Villalobos和多115年)进行筛选的植物提取物50个不同的野生植物物种西班牙东南部的杀虫活性种有害castaneum和报道,四个种类,即远征hispanica,千里光lopezii, Bellardia trixago,和Asphodelus fistulosus被发现是有前途的。两个大蒜精油的主要成分,大蒜甲基烯丙基二硫和己二烯三硫化物被强有力的毒物和熏蒸剂Sitophilus zeamais和种有害castaneum(116年]。拉赫曼(117年)报道,尼古丁,一个活跃的组成部分烟草,是一个强大的有机毒物充当contact-stomach与杀虫毒属性。当然,这种化合物是非常有毒的人类。从茴香精油蒸气蒸馏、孜然、桉树、牛至、迷迭香也被报告为fumigantants造成100%死亡率的鸡蛋种有害单独和Ephestia kuehniella(118年]。许多物种属的罗勒属油、提取和生物活性化合物已报告有杀虫活动对各种昆虫(59,119年]。许多从植物来源的列表,报告为有效储存产品害虫管理、表1。
4.4。天然谷物保护剂
从很早的时候,植物材料被用作天然保护剂存储粮食。全球报告显示,当混合存储谷物、叶、树皮、种子粉,或油中提取的植物减少产卵率和抑制成人出现存储产品的昆虫,并减少种子损伤率(25,40,46,87年,119年- - - - - -122年]。1989年,雅各布森(123年)指出,最有前途的天然谷物保护剂普遍观察到植物的家庭,番荔枝科、菊科、白桂皮科、唇形科、楝科、芸香科。
印度楝植物是最著名的例子和它的各个部分,也就是说,叶子,碎种子、水果粉、油、等等,被用来保护存储粮食从侵扰1,124年,125年]。印楝油和内核粉给有效的粮食保护存储粮食害虫种有害cataneum Sitophilus oryzae, Rhyzopertha多米尼加、和Callosobruchus对1 - 2%的速度内核粉或油(126年]。印楝油坚持粮食形式均匀涂布在谷物对仓储害虫一段180 - 330天(127年]。Yadava和博128年报道称,一个干的叶子Azadirachta indica已经与存储混合谷物防虫。Azadirachtin从印楝植物是一个活跃的原则,这是一个有效的谷物保护剂对遭受虫害(129年]。Rajashekar et al。7)报道,根粉提取的Decalepis hamiltonii已经与储存谷物混合保护各种存储粮食害虫。十八个物种保护提供小麦9个月而不影响种子萌发(98年]。
在东部非洲的一些地区,一些植物的叶子和物质包括azadirachtin,尼古丁,鱼藤酮历来被用作谷物保护剂(5,130年]。的粉Rauvolfia serpentina、菖蒲属菖蒲、和Mesua ferrea被用作谷物保护剂对吗Rhyzopertha多米尼加(131年]。调查在加纳北部半干旱地区只有16植物被确定为被用作谷物保护剂(132年]。在非洲,谷物保护剂的潜力不同的植物衍生品,包括植物油对主要储藏物害虫也发现非常有前途的技术,减少使用杀虫剂(有关的风险82年,121年]。在喀麦隆北部,植物的精油Xylopia aethiopica, Vepris heterophylla,和Luppia玫瑰用于储存谷物保护免受攻击存储粮食害虫(114年]。柑橘皮的组件被用作谷物保护剂Callosobruchus maculatus(133年]。椰子油被发现有效的反对Callosobruchus对,一个存储段六个月,在应用的时候出现豇豆属辐射动物(绿豆)1%134年]。配方的薄荷醇被用作保护脉冲谷物的攻击Callosobruchus对(135年]。从放射菌类Spinosad,一种天然的杀虫剂,Saccharopolyspora柑、功效高,广泛的害虫,哺乳动物毒性低,和最小的环境概要文件是独特的在目前现有产品用于类似保护(136年]。
4.5。Chemosterilants /复制抑制剂
许多研究人员报道,植物部分、石油、提取物、和粉末混合grain-reduced昆虫产卵,卵孵化率、胚胎发展,后代生产(137年- - - - - -139年]。43个植物物种列表已报告昆虫繁殖抑制剂对存储产品(32]。报告还表明,植物衍生品包括昆虫鸡蛋的精油引起的死亡率(82年]。许多地面植物部分,提取、油和蒸汽也抑制许多昆虫(6,7]。
4.6。昆虫的生长和发育抑制剂
植物提取物显示有害影响昆虫的生长和发育,幼虫和蛹的成人体重显著下降,延长了幼虫和蛹的时期,并降低蛹的复苏和成虫羽化(140年]。Rajasekaran和Kumaraswami141年)报道称,谷物完全覆盖着植物提取物抑制昆虫的发展Sitophilus oryzae。植物衍生品也减少幼虫和蛹的存活率和成人出现(101年]。鸡蛋和不成熟的发展阶段内粮食内核也被植物衍生品(102年]。粗提物也发展迟钝,导致幼虫的死亡率,表皮melanisation,成人和高死亡率142年]。
5。一些重要的植物化学物质具有杀虫特性
主要的植物杀虫剂被使用和商用包括ryania、鱼藤酮、除虫菊酯,尼古丁,azadirachtin和沙巴藜芦(表2和3)。
5.1。Ryania
ryania的活性成分是来自于根和木本植物的茎Ryania叶,原产于特立尼达143年]。Ryania哺乳动物毒性较低,半数致死量(LD50)750毫克/公斤,是联系和胃毒。它一直在植物杀虫剂残留活动。这个植物杀虫剂有独特的作用方式和影响肌肉的肌浆网的钙通道绑定。这将导致钙离子流入细胞,和死亡是非常迅速20.]。毛毛虫Ryania效果最好(即。,苹果蠹蛾、棉铃虫);然而,它还活跃在各种昆虫和螨虫,包括马铃薯甲虫,蕾丝bug,蚜虫和南瓜虫(144年]。
5.2。鱼藤酮
鱼藤酮来源于两种植物的根:Lonchocarpussp.和鱼藤酮从东印度群岛sp.最初都是豆类,马来亚和南美洲。鱼藤酮是一种适度的有毒植物杀虫剂,LD50的哺乳动物(132毫克/公斤81年]。事实上,鱼藤酮对哺乳动物毒性比西维因和马拉松,综合两种常用杀虫剂。另外,鱼藤酮非常有毒的鱼(55]。这植物杀虫剂是接触和胃毒。鱼藤酮比大多数其他植物杀虫剂行动慢,服用几天杀死害虫;然而,害虫停止喂养几乎立即。它在空气和阳光会迅速降低。鱼藤酮阻断呼吸电子传递在复杂。鱼藤酮显示广泛的活动在许多昆虫和螨害虫,遭受包括种以叶子甲虫,毛毛虫,虱子,蚊子、虱子、跳蚤、和火蚁(145年]。
5.3。除虫菊酯/除虫菊
除虫菊酯I和II的种子或花中提取出来的菊花cinerariaefolium(55,146年)这是生长在非洲,厄瓜多尔和肯尼亚。除虫菊酯哺乳动物毒性低。然而,猫是很容易被除虫菊酯中毒。LD的50除虫菊酯1200 - 1500毫克/公斤(81年,147年,148年]。除虫菊酯是一种最古老的家用杀虫剂仍然可用,并迅速采取行动,提供几乎即时应用程序“击倒”的昆虫。它是联系和胃毒。材料很短的残余activity-degrading迅速下阳光,空气和水分,这意味着频繁的应用程序可能需要。除虫菊酯可以使用直到收获,作为初始应用程序之间有不需要等待时间间隔和收获的粮食作物(149年]。
除虫菊酯的方式杀死昆虫(活动)的模式是通过扰乱昆虫钠离子和钾离子交换过程的神经和打断正常的神经冲动的传导。除虫菊酯对各种昆虫和螨虫活动,包括苍蝇、跳蚤、甲虫和蜘蛛螨(150年]。
5.4。尼古丁
尼古丁,这是来自烟草,对哺乳动物是有毒的植物杀虫剂的LD吗50在50到60毫克/公斤(55,151年]。人类是非常有害的。尼古丁,快速的神经毒素,作为接触毒药。它会杀死昆虫(和人)通过结合在神经突触受体(时刻),造成无法控制的神经放电,通过模仿乙酰胆碱(Ach)肌肉紧张连接在中枢神经系统(152年]。
某些植物类型,比如玫瑰,可能损害或受伤的尼古丁喷雾剂。尼古丁是最有效的在软体昆虫和螨虫,包括蚜虫、蓟马、叶蝉、害螨。许多毛毛虫抗尼古丁(153年]。
5.5。Azadirachtin
Azadirachtin来源于树Azadirachta indica,生长在印度和非洲(55]。Azadirachtin已经极低的哺乳动物毒性和商业植物杀虫剂的毒性最小,LD5013000毫克/公斤。Azadirachtin被认为是联系毒药;但是,它有“一些”系统性活动在植物应用于叶面。材料通常是无毒的,有益的昆虫和螨。Azadirachtin拥有广泛的活动模式,作为一个威慑,昆虫生长调节剂,厌恶和消毒剂;它也可能抑制产卵(55,154年]。材料是活跃在广泛的昆虫,包括存储粮食害虫、蚜虫、毛毛虫、水蜡虫(30.]。
5.6。沙巴藜芦
沙巴藜芦来源于植物的种子Schoenocaulon officinale,这是生长在委内瑞拉。沙巴藜芦至少是一种有毒植物杀虫剂注册,与哺乳动物LD505000毫克/公斤。沙巴藜芦接触毒物和胃毒工作。类似于其他植物杀虫剂,该材料具有微小残留活性和降解在阳光和水分迅速(降雨)。沙巴藜芦通过影响神经细胞膜,导致神经功能丧失,瘫痪和死亡(146年]。对幼虫有效、叶蝉、蓟马、臭味,南瓜bug。
5.7。Avermectins
Avermectins,大环内酯,是源自于放射菌类,链霉菌属avermitilis(155年],致命剂量的50%范围10 - 11.3毫克/公斤的老鼠。这个分子是最有效的对农业害虫的致死浓度90% (LC90年)在0.02 ppm螨虫,有些毒性最小存储产品的害虫。它是有效的在内部的家畜寄生虫(156年]。Avermectins滑车神经递质的GABA在神经肌肉接点昆虫和螨。可见的活动,如取食和产卵,停止接触后不久,虽然死亡可能不发生好几天了157年]。
5.8。Spinosads
Spinosad spinosyn的混合物和spinosyn D,原本孤立的从土壤中放线菌,Saccharopolyspora spinosa(158年]。Spinosad推荐的控制是一个非常广泛的毛毛虫,叶矿工和foliage-feeding甲虫。Spinosyns小说模式的行动,主要是针对在烟碱乙酰胆碱受体结合位点,不同于那些在其他杀虫剂产生活动,导致乙酰胆碱神经传递的中断79年,159年]。
5.9。(Z)细辛脑
(Z)细辛醚天然杀虫剂隔绝菖蒲属菖蒲l . (26]。这个分子是对成年人更有效Sitophilus oryzae, Lasioderma serricorne,和Callosobruchus对并显示熏蒸消毒剂和接触毒性。一些研究表明,分子在活的有机体内致癌作用[160年),在体外诱变的活动(161年]。此外,这个分子诱发结构在人类淋巴细胞染色体畸变在体外(162年]。由于哺乳动物毒性(81年,163年),颗粒治疗的分子是不安全的。
6。挑战植物农药的利用率
许多植物物种含有强有力的反对一些害虫种类的次生代谢物。不仅是一些植物(例如,楝树)的主要利益来源更多环保粮食/农作物保护植物化学物质。植物化学的产品可以增加农民收入,促进安全和质量的食物,在日常生活中,(8,164年]。
成功的利用植物可以帮助控制世界上的许多破坏性的害虫和疾病,以及减少水土流失,荒漠化,森林砍伐,甚至减少人口作为spermaticide(尽管这将被视为一个重大负面影响,许多文化和宗教)(165年]。尽管使用植物农药的可能性似乎几乎无穷无尽,许多细节仍有待澄清。之前必须克服许多障碍,许多不确定性澄清他们的潜力可以完全实现。这些限制是可以克服的;然而,他们现在令人兴奋的挑战科学和经济发展的社区。解决以下障碍和不确定性可能带来主要的新资源,将有利于世界的很多地方。这些障碍包括:(我)缺乏经验和升值的功效的植物病虫害防治。仍有怀疑的有效性植物衍生产品(包括“自制”和商业产品)由于其行动缓慢和缺乏快速击倒效果;(2)遗传变异的植物物种在不同的地方;(3)困难的注册和专利的自然产品和缺乏标准化的植物农药产品;(iv)经济的不确定性引起的季节性供应种子,常年大多数植物树木的自然,和能力的变化对地理位置和时间的限制;(v)商品化处理困难,因为没有方法的过程收集、存储、处理种子或从一些多年生树木的叶子或花朵;(vi)不稳定的活性成分暴露在阳光直射;(七)与合成杀虫剂通过激进的广告商业竞争农药经销商和commercial-formulated植物更昂贵的合成杀虫剂,不作为广泛使用;(八)快速退化,虽然在某些方面,理想的创建需要更精确的时间或更频繁的应用程序;(第九)数据有效性和长期(长期)哺乳动物毒性是不可用一些植物,和公差尚未建立。
7所示。结论
许多作者评估了杀虫(谷物保护剂)属性的植物产品在不同种类的害虫存储产品。结果清楚地表明,它有可能开发出谷物保护剂的方法减少使用合成化学杀虫剂。植物杀虫剂的主要优点是环保、易生物降解,无毒,不属预定目标的生物,还有许多植物的天然产品代理与昆虫可以从当地可用的原料生产。他们有很多植物杀虫剂研究在实验室水平。研究成果不仅应该把焦点放在他们的功效,而且对哺乳动物的毒性,行动模式昆虫,种子萌发,影响营养品质,幼苗生长,稳定的化合物。杀虫剂的植物来源可以利用小说发展的分子高度精确的目标可持续害虫管理存储粮食。
确认
作者感谢导演,NBAII,班加罗尔,鼓励和支持。第一作者承认美国生物技术,新德里,授予博士后研究为准会员。