发现化学农药的有机替代品

发现化学农药的有机替代品

科学家相信他们已经找到了化学农药的有机解决方案。

农民对减少杀虫剂使用的最大反对意见之一,就是认为这会导致作物减产。 事实上,就在最近,欧盟放弃了一项到 2030 年将杀虫剂使用量减少 50%的法案,其直接原因就是欧洲各地农民的强烈抗议。那么,化学农药的有机替代品能否成为支持农民和环境的解决方案呢?

 

化学农药的有机解决方案

东京理科大学的科学家研究发现,玫瑰精油能刺激西红柿的防御基因,吸引食草动物的天敌,从而保护植物,而无需使用化学杀虫剂。

 

什么是萜类化合物?

萜类化合物又称异戊烯类,是一类天然存在的有机化学物质。

植物萜类化合物具有芳香特性,在传统草药中发挥着作用。萜类化合物能产生桉树的香味,肉桂、丁香和生姜的味道,向日葵的黄色和西红柿的红色。著名的萜类化合物包括柠檬醛、薄荷醇和樟脑。

萜类和萜烯是精油中主要的生物活性化合物。

萜类化合物是一类天然存在的有机化学物质,在植物精油中含量丰富,因其能够通过调节防御基因的表达来调节植物防御反应而受到广泛关注。

例如,大豆和小松茸植物在薄荷附近生长时,防御能力会显著提高,并对食草动物产生抵抗力。这种现象是通过一种被称为 “窃听” 的过程发生的,即薄荷植物释放出挥发性化合物。这些挥发性化合物会触发防御基因的激活,从而抵御潜在的食草动物威胁。

 

使用化学农药的危险

目前,大多数农民都使用化学农药来杀死害虫,包括昆虫、啮齿动物和杂草。然而,在杀灭 “害虫” 的同时,杀虫剂的使用也对环境造成了严重破坏。

据欧洲环境署(EEA)称,“杀虫剂的广泛使用是污染的主要来源–污染水、土壤和空气,造成生物多样性丧失,并导致害虫产生抗药性。”

此外,欧洲环境署还发现,“人类接触化学农药与癌症、心脏病、呼吸系统疾病和神经系统疾病等慢性疾病有关。”

使用化学农药的危险

发现化学农药的有机替代品。GettyImages/Worledit

 

为什么生物多样性丧失是一个如此严重的问题?

生物多样性对粮食生产至关重要,这意味着生物多样性的丧失是对粮食安全的直接威胁。

联合国(UN)将生物多样性描述为,“我们赖以生存的生命之网–食物、水、医药、稳定的气候、经济增长等等”。

此外,联合国还指出,“大自然正处于危机之中”,目前有多达 100 万个物种面临灭绝的威胁。

欧洲议会指出,“近年来,生物多样性,即地球上所有生物的多样性,正在以惊人的速度减少,这主要是由于人类活动造成的,如土地使用的变化、污染和气候变化。”

喷洒农药机器

发现化学农药的有机替代品。GettyImages/The Creative Drone

 

研究结果

在寻找化学农药的环保替代品时,有村玄一郎教授领导的研究小组决定分析精油的功效。他们评估了 11 种精油在激活番茄防御反应方面的功效。

“用作各种用途的香料的精油含有气味成分,这些成分可能具有类似挥发性化合物的能力,能赋予害虫抗性。我们的目的是研究这些精油对植物抗虫害能力的影响,”Arimura 教授解释说。

研究小组发现,玫瑰精油提高了参与植物防御的基因 PIR1 和 PIN2 的水平。此外,用玫瑰精油处理过的番茄植株减少了由 Spodoptera litura(一种蛾类)幼虫和 Tetranychus urticae(一种螨类害虫)造成的叶片损害。随后,他们进行了一项田间试验,测量玫瑰精油在田间条件下的活性,结果发现与对照溶液相比,番茄虫害减少了 45.5%。研究人员认为,玫瑰精油可以替代化学杀虫剂。

Arimura 教授说:“玫瑰精油富含 β-香茅醇,这是一种公认的驱虫剂,它增强了玫瑰精油的功效。”正因为如此,飞蛾幼虫和螨虫造成的损害明显降低,证实了玫瑰精油是一种有效的生物刺激剂。

此外,研究结果还表明,低浓度的玫瑰精油并不能驱除荨麻四螨(Tetranychus urticae),但却能吸引其天敌–Phytoseiulus persimilis。

“我们的研究提出了一种切实可行的方法来推广有机番茄生产,鼓励环保和可持续的做法。这项研究可能会为新的有机农业系统打开大门。强效环保型天然杀虫剂的黎明即将到来。”Arimura 教授总结道。

蜜蜂和蝴蝶

发现化学农药的有机替代品。GettyImages/petrovaliliya

正如消费者监督组织 Foodwatch 的农业宣传员 Annemarie Botzki 表述,转向更有利于生物多样性的耕作方式对于扭转生物多样性的丧失至关重要。

“欧洲约有 50% 的耕地(5200 万公顷)用于种植小麦和玉米等谷物。每公顷谷物在每个生长季节要喷洒 4-6 次农药。 如果无农药谷物生产成为常态,这 5200 万公顷土地将成为扭转生物多样性衰退的关键,并降低农场工人、农村地区居民和消费者的健康风险。与只占农业用地一小部分的水果和蔬菜生产相比,无农药谷物生产的影响是巨大的。”

 

Source: Novel Potential of Rose Essential Oil as a Powerful Plant Defense Potentiator
Published online: 18 March 2024
DOI: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jafc.3c08905
Authors: Eiki Kaneko, Kenji Matsui, Ruka Nakahara, Gen-ichiro Arimura

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