百里香酚在我國植物保護(hù)領(lǐng)域的研究進(jìn)展

李美榮，張雪冰，寧新妍，胡德利，劉 剛

(1.山東省寧陽縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，山東泰安 271400；2.山東省寧陽縣萬豐種業(yè)有限公司，山東泰安 271400)

化學(xué)農(nóng)藥的過量使用對人類健康和生態(tài)環(huán)境具有負(fù)面影響，同時造成有害生物抗性進(jìn)化。植物源農(nóng)藥等天然產(chǎn)物的應(yīng)用，已成為化學(xué)合成農(nóng)藥的替代之一[1]。百里香酚(thymol)，又稱百里酚、麝香草酚等，是香芹酚的同分異構(gòu)體，是一種單帖酚類植物精油，具有抗菌、抗氧化、驅(qū)蟲、抗癌等生物活性，目前廣泛用于香料制作、防腐劑、醫(yī)用殺菌劑、驅(qū)蟲劑和抗氧化劑等，同時有望成為動物飼料中促生長類抗生素的替代品[2-6]。近年來，百里香酚對植物病蟲害的良好控制作用逐漸得到重視。如專門針對灰霉病的殺菌劑 3AEY (丁子香酚+香葉醇+百里香酚)在西班牙和希臘獲得應(yīng)用擴展登記[7]。百里香酚易于獲得，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，毒性低，殘留低，在環(huán)境中易降解，符合生物農(nóng)藥的發(fā)展要求，作為生物農(nóng)藥開發(fā)具有廣闊的應(yīng)用前景。本文對百里香酚在我國植物保護(hù)領(lǐng)域的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，以期為該產(chǎn)品的登記開發(fā)工作提供參考。

1 主要理化性質(zhì)及制備方法

百里香酚(圖1)，化學(xué)名稱為2-異丙基-5-甲基苯酚(2-isopropyl-5-methyl-phenol)，CAS登錄號：89-83-8，分子式：C10H14O，分子量：150.22，常溫下為無色晶體或無色結(jié)晶粉末，有百里草或麝香草的氣味，沸點：233 ℃，熔點：51.5 ℃，閃點：110 ℃(封閉式)，密度：0.969 9 g/cm3(20 ℃)，微溶于水，能溶于冰醋酸和石蠟油，也溶于乙醇、氯仿、乙醚，對皮膚、眼睛、黏膜有刺激作用。

圖1 百里香酚的結(jié)構(gòu)式

百里香酚天然存在于唇形科植物百里香草、麝香草、牛至草、香青蘭等種子中。由于天然資源有限，從20世紀(jì)40年代以來，人工合成百里香酚已逐漸取代天然百里香酚[2-3]，因此百里香酚的大規(guī)模推廣應(yīng)用，不會造成百里香草等植物的大量采伐損耗。

百里香酚的工業(yè)化合成，目前研究應(yīng)用最多的是以硫酸等為催化劑的間甲酚異丙基化路線，但存在的主要問題是污染嚴(yán)重。此外，還有薄荷醇脫氫路線和α-蒎烯合成路線[2-3]。仇昆倫等[3]以自制的鋁酸鋅為催化劑，間甲酚和異丙醇為原料，經(jīng)過氣相傅-克烷基化反應(yīng)合成百里香酚(最優(yōu)工藝條件為：反應(yīng)溫度543 K，間甲酚和異丙醇的摩爾比為1∶5，催化劑壽命可達(dá)到260 h以上)，沒有溶劑污染和催化劑污染，符合當(dāng)前綠色化學(xué)的發(fā)展趨勢(反應(yīng)方程式如圖2)。

圖2 以鋁酸鋅為催化劑的百里香酚合成反應(yīng)方程式

2 作用機制

國內(nèi)對百里香酚等植物精油活性成分作用機制的研究主要集中在抗菌方面，對昆蟲、螨和線蟲方面的報道很少。與其他植物精油活性成分相比，由于分子結(jié)構(gòu)不同，作用機制有所差異，但總體上比較接近。通常認(rèn)為，百里香酚主要作用于細(xì)胞的膜結(jié)構(gòu)，改變其通透性，使細(xì)胞內(nèi)容物外泄，導(dǎo)致菌體死亡。

2.1 抗菌

多項研究結(jié)果表明，百里香酚主要通過破壞病原菌細(xì)胞結(jié)構(gòu)，損傷遺傳物質(zhì)DNA，影響微生物物質(zhì)代謝和能量代謝，達(dá)到抗菌目的[5]。例如用百里香酚處理后，西瓜枯萎病菌(尖孢鐮刀菌西瓜?；?細(xì)胞膜透性增加，菌絲中甘油、丙二醛(MDA)、活性氧(ROS)和丙酮酸含量顯著升高，蛋白質(zhì)、DNA、麥角甾醇和致萎毒素含量則顯著降低；麥角甾醇合成受到抑制，菌絲生長緩慢，細(xì)弱，分枝減少，細(xì)胞膜被破壞，形態(tài)和生理發(fā)生變化，最后細(xì)胞死亡[4,8-9]。轉(zhuǎn)錄組學(xué)研究結(jié)果顯示，百里香酚可破壞禾谷鐮刀菌細(xì)胞膜完整性，引起電解質(zhì)滲漏，能量代謝失衡。此外，還通過核糖體、線粒體結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)錄組水平上的酶合成顯示對禾谷鐮刀菌的抑制活性[10]。

2.2 殺蟲

百里香酚能夠殺蟲，可能是因為其可以增加害蟲細(xì)胞膜的通透性，增加滲透脆性，同時其具有的高腐蝕性也會破壞細(xì)胞膜的完整性。用百里香酚處理秀麗線蟲后，線蟲存活子代數(shù)目減少，這也可能是因為其性腺受損所致[11]。

3 在防治病害方面的研究進(jìn)展

百里香酚防治植物病害方面的研究，主要集中于多種真菌性病害，對細(xì)菌性和病毒性病害的報道比較少。

3.1 茶炭疽病和輪斑病

饒家瑞等[12]研究發(fā)現(xiàn)，在9種天然產(chǎn)物中，百里香酚對茶炭疽病菌的生物活性最好，且優(yōu)于化學(xué)藥劑萎銹靈，其EC50為18.55 μg/mL，而萎銹靈為35.53 μg/mL。在500 μg/mL濃度時，百里香酚對茶葉感染茶炭疽病的保護(hù)活性和治療活性分別為32.66%和 38.09%，比萎銹靈分別增加 12.24%和12.37%。另據(jù)研究[13]，在10種天然產(chǎn)物中，百里香酚對茶輪斑病菌的生物活性最好，且優(yōu)于萎銹靈，其EC50為 33.79 μg/mL，而萎銹靈為 231.52 μg/mL。在200 μg/mL濃度時，百里香酚可導(dǎo)致茶輪斑病菌細(xì)胞壁的表面形態(tài)從光滑圓潤變?yōu)椴糠至验_；在500 μg/mL濃度時，茶輪斑病菌細(xì)胞壁的受損程度明顯增加。

3.2 灰霉病

李佳俊等[14]將百里香酚與百菌清以不同比例混配，采用菌絲生長速率法測定混劑對灰葡萄孢菌的抑菌活性。結(jié)果表明，百里香酚和百菌清以質(zhì)量比5∶1、2∶3、1∶5和1∶10比例混配均表現(xiàn)出協(xié)同增效作用。張靜等[4]進(jìn)行的盆栽試驗結(jié)果表明，百里香酚對番茄灰霉病具有很好的保護(hù)和治療作用，在供試濃度為0.75 g/L時，保護(hù)和治療作用分別為72.01%和60.28%，與對照藥劑腐霉利差異不顯著。

3.3 紋枯病

王凱博等[15]分別將百里香酚與苯醚甲環(huán)唑、噻呋酰胺混配，通過菌絲生長速率法測定其對立枯絲核菌的抑菌活性。結(jié)果表明，百里香酚與噻呋酰胺以 1∶5、1∶4、2∶3、3∶2、4∶1 和 5∶1 比例混配均表現(xiàn)出協(xié)同增效作用，與苯醚甲環(huán)唑以2∶3、4∶1和 5∶1比例混配也表現(xiàn)出協(xié)同增效作用，具備防治水稻、玉米紋枯病的潛力。

3.4 芒果蒂腐病

葉火春等[16]研究結(jié)果顯示，當(dāng)百里香酚與苯醚甲環(huán)唑以配比8∶2、7∶3和6∶4混用時，對抑制芒果蒂腐病菌菌絲生長有增效作用，其中以7∶3混用增效作用最明顯，EC50為16.53 μg/m L，共毒系數(shù)值(CTC)達(dá)175.25。

3.5 草莓灰霉病等貯藏期病害

丁華等[17]研究發(fā)現(xiàn)，在4種植物精油中，百里香酚和香芹酚的百里香精油具有廣譜高效的抑菌性能，對草莓灰霉、根霉和黑曲霉菌的最低抑菌濃度均為 2 μL/L。

3.6 西瓜枯萎病

李敏[8]研究發(fā)現(xiàn)，百里香酚對西瓜枯萎病具有較好的田間防治效果。用百里香酚處理西瓜種子，濃度小于300 mg/L時，可有效預(yù)防病害發(fā)生且不會影響西瓜萌發(fā)及生長。

3.7 小麥赤霉病

張晉東等[18]將香芹酚和百里香酚組合成新型復(fù)合天然抑菌劑，當(dāng)香芹酚和百里香酚質(zhì)量比為1∶2時，對小麥赤霉病菌的離體抑制效果最佳，二者間具有協(xié)同作用；觀察發(fā)現(xiàn)，抑菌劑能夠顯著抑制被侵染小麥胚芽鞘上病斑的生長。

4 在防治線蟲方面的研究進(jìn)展

百里香酚在線蟲防治方面的研究，到目前為止只有對模式生物秀麗線蟲的報道。路露等[11]研究結(jié)果表明，百里香酚處理L4時期的秀麗線蟲4 h的半數(shù)致死濃度為50 mg/L，最低致死濃度為125 mg/L；處理有卵時期的秀麗線蟲 4 h的半數(shù)致死濃度為50 mg/L，最低致死濃度為100 mg/L。同時，百里香酚能顯著降低上述2個時期秀麗線蟲的運動能力以及有卵時期秀麗線蟲的成活子代數(shù)目。

5 在防治害螨方面的研究進(jìn)展

在百里香酚用于害螨防治方面，目前報道的主要是朱砂葉螨和刺足根螨。張靜等[19]研究結(jié)果表明，百里香酚對朱砂葉螨具有很好的觸殺作用，24 h的校正死亡率在90%以上；對朱砂葉螨的卵孵化具有明顯的影響，處理后4 d的卵孵化率僅為16.22%，顯著低于香芹酚、丁香酚和 3-甲基-4-異丙基苯酚處理；對朱砂葉螨具有顯著的產(chǎn)卵抑制作用，抑制率在80%以上。梁偉博[20]研究發(fā)現(xiàn)，百里香酚具有較高的殺螨活性，在2 000 mg/L的濃度下，對朱砂葉螨的校正死亡率為64.24%；百里香酚和2種植物源物質(zhì) ZDD、ZSS分別在質(zhì)量比為 1.59∶1和3.51∶1時對朱砂葉螨的增效最為明顯，CTC分別為 162.18和 224.80。吳子毅等[21]發(fā)現(xiàn)，百里香酚對刺足根螨雌成螨具有很好的觸殺作用，在10 g/L的濃度下處理24 h后，平均死亡率為91.30%；在2、0.4 g/L的濃度下處理24 h后，存活螨基本不再爬動(除非外界刺激)。

6 在防治害蟲方面的研究進(jìn)展

百里香酚防治害蟲方面的研究，主要圍繞幾種小型刺吸式口器害蟲展開。

6.1 螺旋粉虱

林江等[22]用 8%百里香酚堿微乳劑在室內(nèi)處理48 h后，對螺旋粉虱若蟲、蛹、成蟲3個蟲態(tài)均表現(xiàn)出良好活性。田間藥效試驗結(jié)果表明，8%百里香酚堿微乳劑400 μL/L處理后對成、若蟲24 h校正防效達(dá)76.98%，且連續(xù)觀察5 d后蟲口基數(shù)無明顯回升。

6.2 煙粉虱

張靜等[23]研究發(fā)現(xiàn)，5%百里香酚熱霧劑與10%百里香酚微乳劑對煙粉虱毒力差異不顯著(p＜0.05)，48 h的LC50分別為0.118、0.168 mg/L。田間藥效試驗結(jié)果表明，5%百里香酚熱霧劑施用量為5、7.5、15 g/667 m2時，對煙粉虱防效均達(dá)76%以上；藥后3 d，與相同施藥量的10%百里香酚微乳劑相比，防效高了14%以上；藥后7 d，施用量7.5 g/667 m2的5%百里香酚熱霧劑與5 g/667 m2的1.8%阿維·高氯熱霧劑的防效相當(dāng)。

6.3 薊馬、黑刺粉虱、葉蟬等

吳朝波等[24]研究結(jié)果表明，將百里香酚和誘蟲烯噴灑在黃色黏蟲板表面，均能增加其對檳榔園害蟲的誘集效果，且混配更為高效；對薊馬、黑刺粉虱、葉蟬的誘集，以13%誘蟲烯·百里香酚和15%誘蟲烯·百里香酚增效作用最好，從誘集害蟲總量來看，13%誘蟲烯·百里香酚效果更優(yōu)，且誘集的益蟲比例處于較低水平。

7 相關(guān)產(chǎn)品開發(fā)和登記情況

根據(jù)百里香酚的理化性質(zhì)，國內(nèi)已經(jīng)成功開發(fā)了多種液體劑型的單劑和復(fù)配劑產(chǎn)品，但這些產(chǎn)品均未能獲得登記及大面積應(yīng)用。同時，以百里香酚為先導(dǎo)，開發(fā)了多個殺菌性能更加優(yōu)異的衍生物。

7.1 制劑開發(fā)情況

7.1.1 微乳劑和熱霧劑

中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院環(huán)境與植物保護(hù)研究所以百里香酚為原料，先后研制了百里香酚微乳劑、熱霧劑，并申請了國家發(fā)明專利“百里香酚殺螨微乳劑及其制備方法”“一種防治粉虱類害蟲的植物源熱霧劑及其制備方法”[25-26]。

7.1.2 水乳劑

李敏等[27]采用轉(zhuǎn)相法，對乳化劑、防凍劑和增稠劑等進(jìn)行篩選，確定了5%百里香酚水乳劑的最優(yōu)配方。用該配方所制備的5%百里香酚水乳劑各項指標(biāo)合格，經(jīng)常溫、(0±2) ℃冷貯 14 d、(54±2) ℃熱貯14 d未出現(xiàn)析油、析水、分層現(xiàn)象，所制備的制劑黏度小，傾倒性佳，利于分裝。

7.1.3 懸浮劑

海南博士威農(nóng)用化學(xué)有限公司申請了“一種含有吡唑醚菌酯與百里香酚的殺菌組合物”專利，其有效成分為吡唑醚菌酯與百里香酚，劑型為懸浮劑[28]。

7.1.4 乳油

云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境資源研究所申請了“一種含百里香酚和啶酰菌胺的殺菌組合物”專利，其有效成分為百里香酚和啶酰菌胺，劑型為乳油[29]。西北農(nóng)林科技大學(xué)也研制出了2種基于百里香酚和2種植物源物質(zhì)的乳油產(chǎn)品[20]。

7.2 衍生物合成情況

陳惠麗等[30]合成的多個未見報道的含噁二唑硫醚結(jié)構(gòu)的百里香酚衍生物，對辣椒枯萎病病原菌、蘋果腐爛病病原菌、半夏立枯病病原菌和油菜菌核病病原菌的抑制活性，均優(yōu)于陽性對照百里香酚和唑菌酯。屈歡等[31]采用組合優(yōu)化原理合成的多個百里香酚偶氮類衍生物，對玉米大斑病病原菌和蘋果腐爛病病原菌等表現(xiàn)出較好的抑菌活性。

7.3 登記情況

與香芹酚、丁子香酚、檸檬烯等同屬于植物精油類的活性物質(zhì)不同，百里香酚在我國的登記工作明顯滯后，截至2022年5月17日，尚未有百里香酚產(chǎn)品作為農(nóng)藥在我國獲得登記(表1)[32]。

表1 在我國作為農(nóng)藥登記的植物精油類產(chǎn)品情況

8 結(jié) 語

化學(xué)農(nóng)藥長期不合理高強度使用嚴(yán)重污染生態(tài)環(huán)境，開發(fā)天然生物農(nóng)藥迫在眉睫。農(nóng)業(yè)農(nóng)村部近期印發(fā)的《“十四五”全國種植業(yè)發(fā)展規(guī)劃》《“十四五”全國農(nóng)藥產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》均明確提出，要加快研發(fā)推廣植物源農(nóng)藥等新型高效低風(fēng)險農(nóng)藥。百里香酚作為一種低成本、高效、環(huán)保、安全的植物源農(nóng)藥，兼具殺(誘)蟲、殺螨、殺菌、殺線蟲等多方面的生物活性，且適于與多種化學(xué)農(nóng)藥復(fù)配，是植物保護(hù)領(lǐng)域不可多得的“多面手”，應(yīng)用前景十分廣闊。下一步，有關(guān)生產(chǎn)企業(yè)要充分利用好國家和各省市的各項優(yōu)惠扶持政策，抓緊開展百里香酚相關(guān)產(chǎn)品農(nóng)藥登記工作，力爭盡快實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，以促進(jìn)化學(xué)農(nóng)藥減量增效，提升農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全水平，助推我國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。