Akarizide sind eine Klasse von Pestiziden, die in der Landwirtschaft, der Industrie und anderen Branchen weit verbreitet sind. Sie werden hauptsächlich zur Bekämpfung von Nutztiermilben oder Zecken bei Vieh oder Haustieren eingesetzt. Jedes Jahr erleidet die Welt enorme Verluste durch Milbenplagen. Nach Angaben der Ernährungs- und Landwirtschaftsorganisation der Vereinten Nationen sind 80 Prozent der Rinderbestände weltweit von Zecken befallen, was der Welt jährlich geschätzte wirtschaftliche Verluste von 7,3 Milliarden US-Dollar beschert. In Südamerika führen von der Spinnmilbe Mononychellus planki McGregor (Acari: Tetranychidae) geschädigte Sojapflanzen zu einem Getreideertragsverlust von ca. 18,28 %. In China sind zudem fast 40 Millionen Hektar Zitrusfrüchte von Panonychus citri (McGregor) befallen. Daher steigt die globale Marktnachfrage nach Akariziden von Jahr zu Jahr. Die acht wichtigsten Produkte auf dem Akarizidmarkt im Jahr 2018 sind: Spirodiclofen, Spiromethicon, Diafenthiuron, Bifenazat, Pyridaben, Propargit, Hexythiazox und Fenpyroximat. Ihr Gesamtumsatz beträgt 572 Millionen US-Dollar, was 69,1 % des Akarizidmarktes entspricht. Bis 2025 wird ein Marktvolumen von 2 Milliarden US-Dollar erwartet. Das Marktvolumen für Akarizide wird voraussichtlich größer werden, da die weltweite Ackerfläche abnimmt, die Bevölkerung zunimmt, die Nachfrage nach Naturprodukten steigt und die Nachfrage nach nachhaltigen landwirtschaftlichen Praktiken zunimmt.
Analysen des globalen Akarizidmarktes zeigen, dass die Rote Spinnmilbe, die Panclaw-Zitrusmilbe und der Panonychus urmi mit Abstand die wirtschaftlich bedeutendsten Milbenarten sind und mehr als 80 % des Marktes ausmachen. Weitere verwandte Milben sind die Pseudospinnmilbe (hauptsächlich die Kurzspinnmilbe), die Rostmilbe sowie die Gall- und Bremsenmilbe. Akarizide werden vor allem bei Obst und Gemüse, darunter Zitrusfrüchten, Weinreben, Sojabohnen, Baumwolle und Mais, eingesetzt.
Aufgrund ihres kurzen Lebenszyklus, der Parthenogenese, ihres einzigartigen Stoffwechsels und ihrer starken Anpassungsfähigkeit an die Umwelt hat die Resistenz pflanzenfressender Milben wie Spinnmilben und Pfotenklauenmilben gegenüber Akariziden jedoch rapide zugenommen. Milben machen 3 der 12 bekannten resistenten Arthropoden aus. Bei der weltweiten Anwendung von Akariziden nehmen herkömmliche chemische Akarizide wie Organophosphate, Carbamate, Organochlorverbindungen und Pyrethroide nach wie vor eine dominierende Stellung ein. Obwohl in den letzten Jahren hochwirksame Akarizide wie Bifenazat und Acetafenac auf den Markt gekommen sind, ist das Problem der Homogenisierung von Akariziden nach wie vor gravierend. Durch den langfristigen und unwissenschaftlichen Einsatz dieser Akarizide haben die meisten pflanzenfressenden Milben unterschiedlich starke Resistenzen gegen die auf dem Markt erhältlichen chemischen Akarizide entwickelt, und ihre Wirkung hat deutlich nachgelassen. Andererseits ist mit der zunehmenden Aufmerksamkeit für Umweltprobleme und der allmählichen Zunahme des ökologischen Landbaus die Nachfrage nach natürlichen Produkten zum Schutz von Nutzpflanzen auf dem Weltmarkt deutlich gestiegen. Daher steht die Entwicklung sicherer, effizienter, umweltfreundlicher, weniger schädlicher und sicherer neuer biologischer Akarizide, gegen die sich nicht so leicht Resistenzen entwickeln, unmittelbar bevor.
Auf dieser Grundlage ist es für die Industrie und die industrielle Entwicklung dringend erforderlich, die Vorteile der biologischen Ressourcen Chinas voll auszuschöpfen, um die Forschung, Entwicklung und Anwendung biologischer Akarizide voranzutreiben.
1. Forschungshintergrund der Veratrotrol-Alkaloide
Nieswurz, auch Bergzwiebel oder Schwarze Nieswurz genannt, ist ein mehrjähriges Heilmittel. Da es sich bei dieser in China heimischen insektiziden Pflanze um eine Pflanze handelt, werden ihre Rhizome während der Vegetationsperiode häufig ausgegraben und zu einem milden Sud gebraten, um damit Schafe, Ziegen, Rinder und anderes Vieh kalt zu waschen und um Stubenfliegenmaden und andere Parasiten zu bekämpfen. Forscher fanden heraus, dass Nieswurz auch eine gute Wirkung bei der Bekämpfung anderer Schädlinge hat. Beispielsweise hat der Ethylacetatextrakt des Veratrum-Rhizoms eine gute insektizide Wirkung auf die Larven des zweiten und dritten Stadiums von Plutella xylostella, während der Veratrol-Alkaloidextrakt eine gewisse tödliche Wirkung auf die erwachsenen Larven und das vierte Stadium der Deutschen Schabe hat. Gleichzeitig fanden Forscher heraus, dass verschiedene Extrakte des Veratrum-Rhizoms eine gute akarizide Wirkung haben, darunter Ethanolextrakt > Chloroformextrakt > n-Butanolextrakt.
Die Extraktion der Wirkstoffe ist jedoch ein schwieriges Problem. Chinesische Forscher nutzen üblicherweise die Ultraschallextraktion mit ammoniakalischem Chloroform, die Wasserextraktion, die Ethanol-Perkolationsextraktion und die überkritische CO2-Extraktion, um Wirkstoffe aus Veratrum-Rhizomen zu gewinnen. Dabei verbraucht die Ultraschallextraktion mit ammoniakalischem Chloroform große Mengen des giftigen Lösungsmittels Chloroform, obwohl die Extraktionsrate relativ hoch ist. Die Wasserextraktion hingegen erfordert viele Extraktionsvorgänge, einen hohen Wasserverbrauch und eine niedrige Extraktionsrate. Die überkritische CO2-Extraktion zur Extraktion von Veratrolinalkaloiden bietet nicht nur eine hohe Extraktionsrate und bewahrt die Wirkstoffe, sondern verbessert auch die medizinische Wirkung und Reinheit der Wirkstoffe der gewonnenen Produkte deutlich. Zudem ist der ungiftige und lösungsmittelfreie CO2-Rückstand unschädlich für Mensch und Umwelt, was die durch herkömmliche Extraktionsmethoden verursachte Umweltverschmutzung verringern kann. Sie gilt als eine der besten Extraktions- und Trenntechnologien für die medizinische Wirkung von Pflanzen. Der riskante Produktionsprozess und die hohen Kosten verhindern jedoch eine großtechnische industrielle Anwendung.
2. Forschungs- und Entwicklungsfortschritt von Veratrotrol-Alkaloiden
Studie zur Extraktionstechnologie von Veratrum. Die Co-Extraktionstechnologie basiert hauptsächlich auf dem traditionellen chinesischen Heilmittel Veratrorum, ergänzt durch natürliche Heilmittel. Veratrotoin und andere Wirkstoffe werden gemeinsam hergestellt, und gleichzeitig werden verschiedene Lösungsmittel verwendet, um die pflanzlichen Heilmittel kontinuierlich zu extrahieren, um die Reinigung und schrittweise Ausfällung der wirksamen Wirkstoffe in den pflanzlichen Heilmitteln zu maximieren. Gewinnung von Gruppenkomponenten von Verbindungen mit unterschiedlicher oder ähnlicher Funktionalität aus derselben Rohstoffcharge. Die Ausnutzungsrate pflanzlicher Rohstoffe wird deutlich verbessert, die Produktionskosten gesenkt und die Wettbewerbsfähigkeit auf dem Markt deutlich gesteigert.
Studie zum Wirkungsmechanismus der Wirkstoffe von Veratrum. Veratrol-Rhizomextrakt ist eine Mischung, die mehr als zehn Wirkstoffe wie Veratrol, Resveratrol, Veratrotoin, Cyclopamin, Veratrol und Resveratroloxid enthält. Wirkt auf das Nervensystem von Schädlingen.
Forschungsberichten zufolge beruht seine Toxizität auf der Öffnung spannungsabhängiger Na+-Kanäle, die wiederum spannungsaktivierte Ca2+-Kanäle öffnen und so zur Freisetzung von Neurotransmittern führen. Spannungsgesteuerte Natriumionenkanäle sind ein integraler Bestandteil der neuronalen und muskulären Signalübertragung. Die Wirkstoffe im Veratrum-Extrakt können Stromstörungen in Natriumionenkanälen verursachen, die zu Veränderungen der Membrandurchlässigkeit führen, einen Tremorschock und schließlich den Tod auslösen.
Gleichzeitig berichteten einige französische Wissenschaftler, dass Veratrolinalkaloide auch die Acetylcholinesterase (AChE) von Insekten nicht-kompetitiv hemmen können. Aufgrund des neuartigen Wirkmechanismus von Veratrolalkaloiden kann es zu einem Angriff an mehreren Stellen kommen, und es ist für Milben schwierig, sich durch ihre eigenen strukturellen Veränderungen an die Medikamente mit mehreren Wirkstellen anzupassen, sodass die Entwicklung einer Medikamentenresistenz nicht leicht ist.
Technologie zur Herstellung von 0,1 % CE-Nieswurz-Rhizom-Extrakt. Dank fortschrittlicher Extraktionstechnologie und exzellenter Herstellungstechnologie weist das Präparat eine geringe Oberflächenspannung auf, wodurch der Insektenkörper schnell umhüllt, die Penetration und Absorption der Wirkstofflösung gefördert und die Wirkung der Wirkstoffe verstärkt wird. Es ist gut wasserlöslich und die Lösung ist nach der Dispersion transparent und homogen. Bei 1000-facher Verdünnung beträgt die Zeit bis zur vollständigen Benetzung des Segeltuchs 44 Sekunden, und es kann schnell benetzt und durchdrungen werden. Die Stabilitätsdaten der Mehrfachlichtstreuung zeigten, dass das Präparat aus 0,1 % CE-Nieswurz-Rhizom-Extrakt eine gute Stabilität aufweist und verschiedenen Anwendungsumgebungen voll und ganz gerecht wird.
Forschungsfortschritt zur Anwendungstechnologie von 0,1 % CE-Veratrum-Rhizom-Extrakt
Die neue Technologie hat die schnellwirkenden Eigenschaften des Arzneimittels deutlich verbessert. Im Vergleich zur vorherigen Technologie wird bei diesem Produkt nur noch ein einziger Inhaltsstoff benötigt. Durch das einzigartige Verfahren sind die Inhaltsstoffe im Produkt reichlicher vorhanden und der synergistische Effekt ist deutlicher.
Gleichzeitig kann es bei gleichzeitiger Verwendung mit vorhandenen chemischen Pestiziden erstens die Populationsbasis der Roten Spinnmilben deutlich verringern, die Menge chemischer Pestizide reduzieren und die Kontrollwirkung verbessern. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass in der Hochphase der Zitrus-Panonychusmilbe in Hezhou, Guangxi, China das Versprühen von 0,1 % CE Veratrum-Rhizomextrakt + 30 % Etoxazol innerhalb von 20 Minuten wirksam war, 3 Tage nach der Anwendung keine lebenden Insekten mehr gesichtet wurden und die Kontrollwirkung 11 Tage nach der Anwendung über 95 % gehalten werden konnte. Im Frühstadium der Jiangxi Ruijin Navelorangen-Zitrus-Panonychusmilbe starben alle Milben 1 Tag nach der Anwendung von 0,1 % CE Veratrum-Rhizomextrakt + 30 % Tetramizinbifenazat und 3 Tage nach der Anwendung keine lebenden Insekten mehr gesichtet wurden. Die Kontrollwirkung liegt nach 16 Tagen bei nahezu 99 %.
Die oben genannten Ergebnisse des Feldbioassays zeigen, dass der Rhizomextrakt von Veratella vulgaris bei niedriger oder hoher Basiszahl der Roten Spinnmilben, sowohl bei der Anwendung als Einzelwirkstoff als auch bei kombinierter Anwendung mit chemischen Mitteln die Basiszahl der Roten Spinnen verringern und die Kontrollwirkung chemischer Pestizide verbessern kann. Er zeigte eine ausgezeichnete Kontrollwirkung. Gleichzeitig wird der Rhizomextrakt der Nieswurz aus Pflanzen gewonnen. In der empfohlenen Konzentration kann er sicher in der Knospen-, Blüte- und jungen Fruchtphase der meisten Pflanzen verwendet werden und hat keine Auswirkungen auf das Wachstum von Trieben, Blüten und Früchten. Er ist sicher und umweltfreundlich gegenüber Nichtzielorganismen wie natürlichen Feinden der Milben und weist keine Kreuzresistenz mit vorhandenen Insektiziden und Akariziden auf. Er eignet sich sehr gut für das integrierte Milbenmanagement (IPM). Und durch die Reduzierung des Einsatzes chemischer Pestizide können die Rückstände chemischer Pestizide wie Etoxazol, Spirodiclofen und Bifenazat in Zitrusfrüchten den „Nationalen Lebensmittelsicherheitsstandard Chinas für maximale Rückstandsgrenzen für Pestizide in Lebensmitteln“ und „Lebensmittel der Europäischen Union“ vollständig erfüllen. Der Pestizidrückstandsgrenzwertstandard und der US-amerikanische Pestizidrückstandsgrenzwertstandard in Lebensmitteln bieten eine solide Garantie für die Lebensmittelsicherheit sowie die Qualität und Sicherheit landwirtschaftlicher Produkte.
Gen-Editing-Technologie fördert die Industrialisierung von Nieswurz
Nieswurz ist ein weit verbreitetes Heilmittel und eine mehrjährige Pflanze aus der Familie der Liliengewächse. Sie wächst in Bergen, Wäldern und Büschen. Sie ist in Shanxi, Hebei, Henan, Shandong, Liaoning, Sichuan, Jiangsu und anderen Regionen Chinas verbreitet und reich an wilden Ressourcen. Untersuchungen zufolge liegt die jährliche Produktion von medizinischem Nieswurz bei etwa 300 bis 500 Tonnen. Es gibt viele Sorten, wie zum Beispiel Nieswurz, Xing'an-Niedwurz, Maosu-Niedwurz und Guling-Niedwurz, und die Wirkstoffe der einzelnen Arten sind unterschiedlich.
Mit der rasanten Entwicklung der Biotechnologie und der intensiven Forschung zu medizinischen Nieswurz-Materialien hat sich der Einsatz von Gen-Editing-Technologien zur Verbesserung medizinischer Nieswurz-Arten und zur künstlichen Domestizierung wilder Nieswurz-Arten schrittweise weiterentwickelt. Der künstliche Anbau von Nieswurz-Arten wird die Schäden, die durch die Ausgrabung von Nieswurz an wilden Keimplasma-Ressourcen entstehen, erheblich reduzieren und die Industrialisierung von Nieswurz in der Landwirtschaft und Medizin weiter vorantreiben.
In Zukunft wird erwartet, dass natürliche Nieswurz-Rhizomextrakte aus Heilpflanzen den Einsatz traditioneller chemischer Akarizide schrittweise reduzieren und weitere Verbesserungen bei der Verbesserung der Qualität landwirtschaftlicher Produkte, der Verbesserung der Qualität und Sicherheit landwirtschaftlicher Produkte, der Verbesserung der landwirtschaftlichen ökologischen Umwelt und der Erhaltung der biologischen Vielfalt leisten.
Veröffentlichungszeit: 08.08.2022