Akarizide sind eine Klasse von Pestiziden, die in der Landwirtschaft, der Industrie und anderen Branchen weit verbreitet sind. Sie werden hauptsächlich verwendet, um landwirtschaftliche Milben oder Zecken bei Nutztieren oder Haustieren zu bekämpfen. Jedes Jahr erleidet die Welt enorme Verluste durch Milbenbefall. Nach Angaben der Ernährungs- und Landwirtschaftsorganisation der Vereinten Nationen sind 80 Prozent der weltweiten Rinderbestände von Zecken befallen, was der Welt jährlich wirtschaftliche Verluste von schätzungsweise 7,3 Milliarden US-Dollar beschert. In Südamerika führen von der Spinnmilbe Mononychellus planki McGregor (Acari: Tetranychidae) geschädigte Sojapflanzen zu einem Verlust von ca. 18,28 % des Getreideertrags. Auch in China sind fast 40 Millionen Hektar Zitrusfrüchte von Panonychus citri (McGregor) befallen. Daher steigt die weltweite Nachfrage 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 soll das Marktvolumen 2 Milliarden US-Dollar erreichen. Das Marktvolumen für Akarizide wird voraussichtlich weiter wachsen, 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, bleibt das Problem der Homogenisierung von Akariziden gravierend. Durch den langfristigen und unwissenschaftlichen Einsatz dieser Akarizide haben die meisten pflanzenfressenden Milben unterschiedlich starke Resistenzen gegenüber den auf dem Markt befindlichen chemischen Akariziden entwickelt, wodurch deren Wirkung deutlich nachgelassen hat. Andererseits hat mit der zunehmenden Aufmerksamkeit für Umweltprobleme und der allmählichen Ausweitung des ökologischen Landbaus die Nachfrage nach natürlichen Produkten zum Schutz von Nutzpflanzen auf dem Weltmarkt deutlich zugenommen. 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 Schafe, Ziegen, Rinder und anderes Vieh damit kalt zu waschen und um Stubenfliegenmaden und andere Parasiten zu bekämpfen. Forscher fanden heraus, dass Nieswurz auch eine gute Wirkung gegen andere Schädlinge hat. Beispielsweise zeigt der Ethylacetat-Extrakt des Veratrum-Rhizoms eine gute insektizide Wirkung gegen Larven des zweiten und dritten Stadiums von Plutella xylostella, während der Veratrol-Alkaloid-Extrakt eine gewisse tödliche Wirkung auf die erwachsenen Larven und Larven des vierten Stadiums der Deutschen Schabe hat. Gleichzeitig fanden Forscher heraus, dass verschiedene Extrakte des Veratrum-Rhizoms eine gute akarizide Wirkung haben, darunter Ethanol-Extrakt > Chloroform-Extrakt > n-Butanol-Extrakt.
Die Extraktion der Wirkstoffe ist jedoch ein komplexes 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. Die Ultraschallextraktion mit ammoniakalischem Chloroform verbraucht 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, bewahrt die Wirkstoffe vor Zerstörung und verbessert auch die medizinische Wirkung und Reinheit der Wirkstoffe der gewonnenen Produkte deutlich. Der ungiftige und lösungsmittelfreie CO₂-Rückstand ist zudem unschädlich für Mensch und Umwelt und kann die durch traditionelle Extraktionsmethoden verursachte Umweltverschmutzung verringern. 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 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. Dadurch wird die Reinigung und schrittweise Ausfällung der wirksamen Wirkstoffe in den pflanzlichen Heilmitteln maximiert. Aus derselben Rohstoffcharge werden Gruppenkomponenten von Verbindungen mit unterschiedlicher oder ähnlicher Funktionalität gewonnen. Die Ausnutzungsrate pflanzlicher Rohstoffe wird deutlich verbessert, die Produktionskosten gesenkt und die Wettbewerbsfähigkeit auf dem Markt deutlich gesteigert.
Studie zum Wirkmechanismus der Wirkstoffe von Veratrum. Veratrol-Rhizom-Extrakt 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 des Veratrum-Extrakts 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 Veratrolinalkaloiden 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.
0,1 % CE-Herstellungstechnologie für Nieswurz-Rhizom-Extrakt. Dank fortschrittlicher Extraktionstechnologie und exzellenter Herstellungstechnologie weist das Präparat eine geringe Oberflächenspannung auf, wodurch der Insektenkörper schnell umhüllt, das Eindringen und die 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 Leinwandblatts 44 Sekunden, und es kann schnell benetzt und durchdringt werden. Die Stabilitätsdaten der Mehrfachlichtstreuung zeigten, dass das 0,1 % CE-Präparat aus Veratrum-Rhizom-Extrakt eine gute Stabilität aufweist und verschiedenen Anwendungsumgebungen bestens gewachsen ist.
Forschungsfortschritt zur Anwendungstechnologie von 0,1 % CE-Veratrum-Rhizom-Extrakt
Die neue Technologie hat die Schnellwirkung des Medikaments deutlich verbessert. Im Vergleich zur vorherigen Technologie wird nur noch ein einziger Inhaltsstoff benötigt. Durch das einzigartige Verfahren sind die Inhaltsstoffe im Produkt reichlicher vorhanden und der synergistische Effekt 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 Zeit mit hohem Befall 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 bei über 95 % liegen konnte. Im Frühstadium der Navelorangen-Zitrus-Panonychusmilbe in Jiangxi Ruijin starben alle Milben 1 Tag nach der Anwendung von 0,1 % CE Veratrum-Rhizomextrakt + 30 % Tetramizinbifenazat und 3 Tage nach der Anwendung waren keine lebenden Insekten mehr gesichtet worden, 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 in Kombination mit chemischen Mitteln die Basiszahl der Roten Spinnen reduzieren 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 angewendet 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 Kreuzresistenzen 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 gehört zur Familie der Liliengewächse (Liliengewächse). Er wächst in Bergen, Wäldern und Büschen. Er ist in Shanxi, Hebei, Henan, Shandong, Liaoning, Sichuan, Jiangsu und anderen Regionen Chinas verbreitet und reich an wilden Vorkommen. 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, wobei die Wirkstoffe der einzelnen Arten unterschiedlich sind.
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 wildem Keimplasma entstehen, deutlich reduzieren und die Industrialisierung von Nieswurz in der Landwirtschaft und Medizin weiter fördern.
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 Artenvielfalt leisten.
Beitragszeit: 08.08.2022