農 業 生 物 資 材 產 業 發 展 研 討 會 專 刊 前 言 根 據 美 國 環 境 保 護 署 之 定 義, 生 物 性 農 藥 包 括 微 生 物 農 藥 植 物 源 保 護 製 劑 (plant-incorporated protectants, 簡 稱 PIPs) 及 生 化 農 藥

植 物 源 保 護 製 劑 之 研 發 趨 勢 植 物 源 保 護 製 劑 之 研 發 趨 勢 謝 廷 芳 行 政 院 農 業 委 員 會 農 業 試 驗 所 花 卉 研 究 中 心 通 訊 作 者 E-mail: tfhsieh@tari.gov.tw 摘 要 植 物 富 含 許 多 特 殊 的 抑 菌 物 質 如 配 糖 體 生 物 鹼 萜 類 酚 類 鞣 質 類 黃 酮 素 皀 素 單 寧 香 豆 素 等, 具 有 特 定 之 生 物 活 性, 可 抑 制 多 種 植 物 病 原 菌, 是 開 發 植 物 源 保 護 製 劑 或 植 物 源 農 藥 的 材 料 植 物 源 農 藥 具 有 環 境 友 善 符 合 農 業 永 續 易 於 生 物 分 解 可 降 低 病 蟲 害 發 生 有 機 可 用 及 可 納 入 綜 合 管 理 體 系 之 中 等 特 性 與 優 點, 廣 受 研 究 人 員 青 睞 與 投 入 研 究 開 發 植 物 源 農 藥 均 由 評 估 植 物 萃 取 物 的 抑 菌 效 果 及 分 析 抑 菌 成 分 著 手, 再 進 行 製 劑 研 發, 並 評 估 田 間 病 害 防 治 之 藥 效 除 中 國 大 陸 提 出 超 過 20 種 已 開 發 的 植 物 源 農 藥 之 外, 目 前 國 外 登 記 用 於 防 治 植 物 病 害 的 商 品 尚 不 多 見, 計 有 具 廣 效 性 的 30% cinnamaldehyde 之 可 濕 性 粉 劑,29.2% gamma-aminobutyric acid 與 29.2% L-glutamic acid 複 合 劑 防 治 葡 萄 白 粉 病 和 核 果 類 作 物 的 褐 腐 病 (Monilia sp.) 與 穿 孔 病 (Stigmina carpophila), 荷 荷 巴 油 (jojoba oil) 預 防 觀 賞 植 物 的 粉 蝨 和 白 粉 病, 褐 藻 多 糖 (laminarin) 防 治 小 麥 白 粉 病, 中 草 藥 博 落 回 1.5% 水 溶 液 作 為 抗 病 誘 導 劑, 日 本 大 黃 可 濕 粉 製 劑 (RK) 防 治 胡 瓜 白 粉 病, 虎 杖 (Reynoutria sachalinensis) 萃 取 液 ( 商 品 名 Milsana ) 防 治 作 物 之 白 粉 病 及 灰 黴 病 而 國 內 成 功 開 發 用 於 防 治 植 物 病 害 的 植 物 源 農 藥 或 天 然 植 物 保 護 製 劑 計 有 中 興 100 (CH 100) 植 物 健 素 防 治 多 種 植 物 病 害, 乳 化 葵 花 油 ( 葵 無 露 ) 防 治 作 物 白 粉 病, 五 倍 子 中 草 藥 製 劑 ( 活 力 能 ) 防 治 作 物 炭 疽 病, 以 及 肉 桂 油 微 乳 劑 ( 黑 修 羅 ) 防 治 蔬 菜 黑 斑 病 與 根 瘤 線 蟲 等 目 前 實 際 應 用 天 然 植 物 成 分 防 治 作 物 病 害 的 成 果 有 限, 多 數 研 究 僅 局 限 於 實 驗 室 內 的 抑 菌 測 定 與 溫 室 防 病 試 驗 階 段, 未 來 應 加 強 評 估 田 間 的 防 病 成 效, 並 完 備 各 項 農 藥 登 記 應 備 資 料, 以 順 利 將 植 物 源 農 藥 商 品 化 利 用 天 然 植 物 成 分 據 以 研 發 植 物 源 農 藥, 用 於 防 治 植 物 病 害 的 潛 力 無 窮, 是 防 治 植 物 病 害 的 另 一 新 的 研 究 課 題 關 鍵 詞 : 植 物 源 農 藥 誘 導 抗 病 抑 菌 病 害 防 治 研 究 趨 勢 117

農 業 生 物 資 材 產 業 發 展 研 討 會 專 刊 前 言 根 據 美 國 環 境 保 護 署 之 定 義, 生 物 性 農 藥 包 括 微 生 物 農 藥 植 物 源 保 護 製 劑 (plant-incorporated protectants, 簡 稱 PIPs) 及 生 化 農 藥 等 相 較 於 化 學 農 藥, 生 物 農 藥 對 人 畜 較 無 毒 害, 不 易 危 及 非 標 的 生 物, 對 生 態 環 境 較 為 友 善, 除 可 防 治 作 物 病 蟲 害 之 外, 尚 有 益 於 作 物 生 長, 並 維 護 自 然 生 態 和 諧 在 自 然 界 中 存 在 的 植 物, 富 含 許 多 特 殊 的 抑 菌 物 質 如 生 物 鹼 配 糖 體 酚 類 帖 類 鞣 質 類 黃 鹼 素 皀 素 類 胡 蘿 蔔 素 香 豆 素 等 (Cowan 1999), 具 有 特 定 的 生 物 活 性, 可 抑 制 多 種 植 物 病 原 菌, 是 開 發 植 物 源 保 護 製 劑 (natural plant protectants derived from plants) 或 植 物 源 農 藥 (botanical pesticides) 的 材 料 天 然 植 物 保 護 製 劑 或 植 物 源 農 藥 屬 於 生 物 農 藥 範 疇 的 一 個 分 支, 為 利 用 植 物 所 含 的 穩 定 有 效 成 分, 按 一 定 方 法 對 目 標 植 物 進 行 施 用 後, 以 降 低 病 蟲 雜 草 等 有 害 生 物 危 害 的 植 物 源 植 物 保 護 製 劑 植 物 源 農 藥 成 分 複 雜 多 變, 通 常 是 植 物 有 機 體 的 一 部 份 或 全 部, 依 植 物 種 類 與 來 源 不 同, 可 能 含 有 生 物 鹼 糖 苷 毒 蛋 白 質 揮 發 性 香 精 油 單 寧 樹 脂 有 機 酸 酯 酮 萜 等 各 類 物 質 ( 譚 et al. 2003) 全 世 界 可 作 爲 植 物 源 農 藥 應 用 的 植 物 約 有 二 千 種 以 上 就 中 國 大 陸 而 言, 大 多 數 植 物 源 農 藥 都 是 從 中 草 藥 中 發 掘 出 來 的, 其 中 已 知 可 用 於 調 配 植 物 源 農 藥 的 植 物 種 類 約 500 種 ( 無 名 氏 1959) 植 物 源 農 藥 的 種 源 十 分 廣 泛 而 豐 富, 但 被 利 用 者 微 乎 其 微, 僅 魚 藤 酮 苦 參 鹼 煙 鹼 楝 素 藜 蘆 鹼 茴 蒿 素 木 煙 鹼 苦 皮 藤 素 苦 豆 子 總 鹼 等 被 少 數 農 藥 公 司 所 開 發 生 産, 用 於 防 治 作 物 害 蟲 中 國 大 陸 利 用 植 物 性 物 質 防 治 作 物 病 蟲 害 已 經 有 二 百 多 年 的 歷 史, 但 真 正 有 目 的 科 學 地 進 行 開 發 利 用 則 是 近 二 十 年 的 事 目 前 中 國 大 陸 用 於 防 治 作 物 病 害 的 植 物 主 要 有 大 蒜 板 藍 根 商 陸 大 黃 連 翹 苦 楝 等 幾 十 種 ; 有 些 天 然 植 物 成 分 已 被 研 發 成 商 品, 如 市 售 的 大 蒜 素 中 草 藥 製 劑 912 MHll-14 可 濕 性 粉 劑 等, 並 推 廣 給 農 民 使 用 依 據 我 國 科 技 政 策 中 心 科 技 產 業 資 訊 服 務 - 熱 點 專 輯 的 資 料, 中 國 大 陸 在 1987-2004 年 間 已 登 錄 核 可 的 植 物 源 農 藥 專 利 達 196 項 ( 無 名 氏 2005) 另 外, 德 國 研 究 利 用 虎 杖 Reynoutria sachalinensis 萃 取 液 對 數 種 作 物 之 白 粉 病 及 灰 黴 病 有 良 好 的 防 治 效 果, 並 在 美 國 以 商 品 名 Milsana 登 錄 使 用 本 文 擬 由 目 前 植 物 源 保 護 製 劑 或 植 物 源 農 藥, 尤 其 是 植 物 源 殺 菌 劑 的 發 展 現 況 切 入, 探 討 開 發 植 物 源 殺 菌 劑 之 必 要 條 件, 並 提 出 未 來 植 物 源 農 藥 的 研 發 趨 勢, 以 作 為 我 國 開 發 該 類 天 然 植 物 保 護 製 劑 之 參 考 118

植 物 源 保 護 製 劑 之 研 發 趨 勢 植 物 萃 取 物 的 研 究 現 況 植 物 萃 取 物 防 治 作 物 病 蟲 害 是 開 發 植 物 源 保 護 製 劑 或 植 物 源 農 藥 的 初 階 研 究 目 前 研 究 植 物 萃 取 物 防 治 作 物 病 害 的 成 果 頗 多, 經 歸 納 可 分 成 二 大 類, 第 一 類 為 直 接 使 用 萃 取 抗 菌 物 質 或 含 抗 菌 成 分 的 萃 取 液 抑 制 病 原 菌 生 長, 第 二 類 為 利 用 植 物 萃 取 物 可 誘 導 植 物 產 生 抗 病 性 而 防 治 病 害 的 發 生 (Das et al. 2010) 一 直 接 抑 制 病 原 菌 生 長 於 健 康 植 物 體 內 固 存 一 些 抗 菌 物 質, 當 病 原 菌 侵 染 時, 產 生 具 抗 菌 活 性 的 水 解 產 物, 當 該 類 植 物 體 以 適 當 的 方 法 萃 取 其 抗 菌 物 質, 可 用 於 抑 制 植 病 病 原 菌 的 研 究 國 外 在 植 物 萃 取 液 的 抑 菌 特 性 研 究 上 著 墨 甚 多, 如 苦 棟 葉 萃 取 液 對 數 種 真 菌 孢 子 細 菌 均 有 抑 制 發 芽 或 靜 菌 作 用 (Coventry & Allan 2001); 黃 菫 (Corydalis chaerophylla) 之 根 葉 萃 取 液 含 berberine, 可 抑 制 多 種 真 菌 孢 子 發 芽 (Basha et al. 2002); 胡 椒 科 植 物 蓽 撥 果 實 萃 取 液 1,000 倍 可 完 全 抑 制 小 麥 赤 銹 病 菌 (Puccinia recondite) 孢 子 發 芽 (Lee et al. 2001); 鳳 梨 花 pineapple lily (Eucomis autumnalis) 鱗 莖 粗 萃 取 液, 可 完 全 抑 制 豌 豆 褐 斑 病 菌 (Mycosphaerella pinodes) 孢 子 發 芽 (Pretorius et al. 2002); 具 揮 發 性 的 抑 菌 物 質 大 蒜 素 allicin (diallyl thio sulphinate) 合 成 於 大 蒜 組 織 受 傷 時, 大 蒜 素 可 有 效 防 治 胡 蘿 蔔 種 子 傳 播 病 害 (Alternaria spp.) 番 茄 和 馬 鈴 薯 晚 疫 病 水 稻 稻 熱 病 及 阿 拉 伯 芥 (Arabidopsis thaliana) 露 菌 病 (Slusarenko et al. 2008); 丁 香 羅 勒 油 與 香 茅 油 在 250ppm 下 可 完 全 抑 制 白 粉 病 菌 (Erysiphe polygoni) 孢 子 發 芽 (Raj & Shukla 1996); 土 壤 中 添 加 10% 的 辡 椒 / 芥 菜 精 油 70% 丁 香 油 乳 劑 可 分 別 降 低 99.9 和 97.5% 的 菊 花 萎 凋 病 菌 (Fusarium oxysporum f.sp. chrysanthemi) 孢 子 數 量, 而 90% 苦 棟 油 乳 劑 則 會 增 加 病 原 菌 族 群 數 量 (Bowers & Locke 2000) 紅 辣 椒 萃 取 液 含 meta-coumaric 和 trans-cinnamic acids, 對 細 菌 性 軟 腐 病 菌 (Erwinia carotovora subsp. carotovora) 的 生 長 具 抑 制 作 用 ; 芫 荽 刺 芫 荽 和 苦 瓜 萃 取 液 可 抑 制 Erwinia 屬 細 菌 的 生 長, 而 mamon (Melicocca bijuga) 對 香 蕉 的 Pseudomonas 細 菌 具 抑 制 作 用 (Guevara et al. 2000); 南 美 紫 茉 莉 (Mirabilis jalapa) 葉 片 萃 取 液 完 全 抑 制 茄 子 (Solanum melongena) 的 胡 瓜 嵌 紋 病 毒 (Cucumber mosaic cucumovirus, CMV) (Bharathi 1999), 而 雜 草 Clerodendrum aculeatum 的 部 份 純 化 葉 萃 取 液 2:1 濃 度 連 續 噴 佈 大 豆 植 株 6 次 後, 可 明 顯 抑 制 大 豆 嵌 紋 病 毒 (Soybean mosaic potyvirus, SMV) 的 為 害 (Alpana et al. 1992) 119

農 業 生 物 資 材 產 業 發 展 研 討 會 專 刊 植 物 精 油 使 用 於 防 治 貯 藏 期 病 害 是 相 當 具 吸 引 力 的, 大 多 數 研 究 植 物 精 油 對 植 物 病 原 真 菌 抑 菌 能 力 的 報 告 都 以 測 定 菌 絲 生 長 與 孢 子 發 芽 之 抑 制 作 用 為 主 在 抑 制 菌 絲 生 長 方 面, 如 Ranasinghe et al. (2002) 指 出 肉 桂 及 丁 香 油 在 0.03-0.11% (v v) 下 可 抑 制 Fusarium proliferatum Lasiodiplodia theobromae 和 Colletotrichum musae 等 引 起 香 蕉 冠 腐 及 炭 疽 病 的 病 原 菌 菌 絲 生 長 : 百 里 香 精 油 在 0.06% 下 可 讓 C. gloeosporioides 和 Rhizopus stolonifer 二 者 的 菌 絲 停 止 生 長 (Bosquez-Molinaa et al. 2010), 而 0.05% 的 香 茅 精 油 和 0.4% 的 肉 桂 精 油 對 香 蕉 炭 疽 病 菌 C. musae 和 木 瓜 炭 疽 病 菌 C. gloeosporioides 具 有 殺 菌 效 果 (fungicidal effect) (Maqbool et al. 2011) 植 物 精 油 包 括 Lippia sidoides 丁 香 羅 勒 (Ocimum gratissimum) 馬 鞭 草 檸 檬 桉 (Lippia citriodora) 和 香 茅 在 1,000 μl/l 下 可 完 全 抑 制 炭 疽 病 菌 (C. gloeosporioides) 菌 絲 生 長 (Souza Júnior et al. 2009), 而 柑 桔 油 在 150 μg/ml 可 完 全 抑 制 芒 果 炭 疽 病 菌 菌 絲 生 長 (Abd-Alla & Haggag 2013) 亦 有 一 些 報 告 利 用 精 油 的 揮 發 性 物 質 來 達 到 抑 菌 的 功 效, 如 百 里 香 精 油 在 76 μl/l 下 的 揮 發 氣 體 可 完 全 抑 制 炭 疽 病 菌 (Colletotrichum acutatum) 的 菌 絲 生 長 亞 香 茅 (Cymbopogon nardus L.) 羅 勒 (Ocimum basilicum L.) 檸 檬 桉 和 白 豆 蔻 (Elettaria cardamomum Maton) 等 精 油 在 0.03-0.66% (v/v) 下 對 L. theobromae F. proliferatum 和 C. musae 具 靜 菌 作 用 (fungistatic effect), 而 在 0.05-0.66% (v/v) 下 有 殺 菌 效 果 (Abeywickrama et al. 2003) 在 抑 制 孢 子 發 芽 方 面,50 mg/l 的 芥 子 精 油 (mustard oil) 抑 制 70.8 % 炭 疽 病 菌 孢 子 發 芽, 而 羅 勒 精 油 則 抑 制 64.7% 孢 子 發 芽 (Abd-Alla & Haggag 2013) Midhila & Janardhana (2012) 測 試 7 種 植 物 精 油 抑 制 咖 哩 炭 疽 病 菌 (C. gloeosporioides) 孢 子 發 芽 與 發 芽 管 長 度, 發 現 不 同 精 油 的 抑 菌 濃 度 不 一, 柑 桔 油 在 1,360 mg/l 時 達 最 大 抑 制 量, 其 次 為 1,720 mg/l 的 香 茅 油 和 2,260 mg/l 的 薄 荷 精 油 而 Souza Júnior et al. (2009) 以 1,000 μl/l 的 精 油 包 括 Lippia sidoides 丁 香 羅 勒 馬 鞭 草 檸 檬 桉 香 茅 和 番 石 榴 (Psidium guayava var. pomifera) 等 具 有 完 全 抑 制 C. gloeosporioides 孢 子 發 芽 的 效 果 肉 桂 與 丁 香 精 油 對 黑 胡 椒 (Piper nigrum L.) 炭 疽 病 菌 (C. gloeosporioides) 孢 子 發 芽 的 半 致 死 濃 度 小 於 650 mg/l (Yulia et al. 2006) Rozwalka et al. (2010) 指 出 精 油 對 炭 疽 病 菌 (C. gloeosporioides 和 C. musae) 孢 子 的 殺 菌 作 用 主 要 是 使 細 胞 解 體 或 退 化 而 導 致 孢 子 無 法 發 芽 國 內 對 植 物 萃 取 液 的 抑 菌 能 力 測 定 亦 有 諸 多 研 究, 農 業 試 驗 所 的 研 究 團 隊 測 試 評 估 33 科 67 種 植 物 萃 取 液 對 蕙 蘭 細 斑 病 菌 (Fusarium proliferatum) 百 合 灰 黴 120

植 物 源 保 護 製 劑 之 研 發 趨 勢 病 菌 (Botrytis elliptica) 和 及 小 白 菜 炭 疽 病 菌 (Colletotrichum higginsianum) 的 孢 子 發 芽 影 響, 其 中 以 山 韭 菜 及 大 風 子 抑 制 孢 子 發 芽 的 效 果 最 佳 ( 謝 et al. 2005) 何 et al. (2002) 亦 篩 選 64 種 植 物 萃 取 液, 發 現 其 中 的 23 種 對 甘 藍 黑 斑 病 菌 (Alternaria brassica),14 種 對 火 鶴 花 花 腐 病 菌 (Corynespora cassicola) 孢 子 發 芽 有 抑 制 效 果 另 何 & 吳 (2002) 發 現 扛 板 歸 的 萃 取 液, 對 甘 藍 黑 斑 病 菌 孢 子 發 芽 有 非 常 強 的 抑 制 作 用, 而 且 不 同 地 方 採 的 材 料, 抑 菌 程 度 也 不 同 黃 et al. (2003) 發 現 百 餘 種 植 物 萃 取 液 中, 有 多 種 具 抑 制 甜 瓜 白 粉 病 菌 的 效 果 武 藤 et al. (2005a) 評 估 14 種 臺 灣 原 住 民 鄒 族 常 用 藥 用 植 物 之 水 溶 液 與 酒 精 抽 出 物 的 抗 菌 活 性, 發 現 龍 葵 (Solanum nigrum) 的 水 與 酒 精 萃 取 物 均 能 完 全 抑 制 十 字 花 科 蔬 菜 黑 斑 病 菌 (A. brassicicola) 的 孢 子 發 芽 ; 新 鮮 琉 球 鐵 線 蓮 (Clematis tashiroi) 與 新 鮮 山 葛 (Pueraria montana) 水 萃 取 物 可 抑 制 白 菜 炭 疽 病 菌 (C. higginsianum); 而 新 鮮 琉 球 鐵 線 蓮 水 萃 取 物 亦 可 抑 制 蕃 茄 晚 疫 病 菌 (Phytophthora infestans) (Muto et al. 2005a) 二 誘 導 植 物 抗 病 性 目 前 多 數 研 究 指 出, 植 物 的 系 統 性 抗 病 能 力 可 被 誘 導, 抗 病 性 的 發 生 與 植 物 體 產 生 抗 菌 物 質 - 植 物 防 禦 素 (phytoalexin) 有 關 此 類 抗 菌 物 質 只 有 當 植 物 受 外 來 的 刺 激 物 質 如 微 生 物 紫 外 光 或 其 他 化 學 物 質 刺 激 時 才 被 誘 導 產 生 在 植 物 萃 取 液 誘 導 作 物 抗 病 性 的 報 告 頗 多, 如 油 菜 萵 苣 豌 豆 煙 草 番 茄 玉 米 小 麥 和 胡 瓜 的 葉 片 酒 精 萃 取 液 可 誘 導 胡 瓜 抗 炭 疽 病 (Foughtk & Kuc 1996); 利 用 苦 楝 (Azadirachta indica Juss.) 葉 水 萃 取 液 可 以 有 效 防 治 大 麥 葉 條 病 (Drechslera graminea 所 引 起 ) (Paul & Sharma 2002), 經 處 理 的 大 麥 葉 片 含 phenylalanine ammonia lyase 和 tyrosine ammonia lyase 酵 素 活 性 明 顯 增 加, 並 累 積 抑 菌 的 酚 化 合 物, 但 病 原 菌 的 孢 子 發 芽 不 受 苦 棟 萃 取 液 的 影 響, 顯 示 其 作 用 機 制 在 於 間 接 誘 導 植 物 抗 病 性 (Paul & Sharma 2002) 以 2% 虎 杖 (R. sachalinensis) 水 溶 性 萃 取 液 每 星 期 噴 佈 於 胡 瓜 植 株 上, 噴 施 後 植 體 葉 片 的 抑 菌 物 質 酚 化 合 物 會 累 積. 進 而 抵 抗 白 粉 病 菌 的 入 侵 (Daayf et al. 1995; Konstantinidou-Doltsinis & Schmitt 1998); 另 外, 鹿 蹄 草 萃 取 液 可 增 加 胡 瓜 葉 片 中 過 氧 化 酵 素 及 幾 丁 質 分 解 酵 素 的 含 量, 進 而 抑 制 細 菌 性 斑 點 病 的 發 生 (Ribnicky et al. 2001) Lychnis viscaria 種 子 萃 取 液 含 有 不 同 的 brassinosteroids 可 誘 導 植 物 產 生 抗 病 性, 以 0.5-1mg/l 乾 粉 水 萃 取 液 可 促 進 煙 草 胡 瓜 和 番 茄 對 病 毒 及 真 菌 病 原 的 抗 性 達 36%(Roth et al. 121

農 業 生 物 資 材 產 業 發 展 研 討 會 專 刊 2000) 三 植 物 萃 取 物 防 治 作 物 病 害 的 效 果 國 外 利 用 植 物 萃 取 物 防 治 作 物 病 害 的 例 子 不 少, 日 本 大 黃 (Rheum undulatum) 萃 取 物 可 濕 粉 製 劑 (RK) 2,000 倍 稀 釋 液, 對 胡 瓜 白 粉 病 有 75-100% 的 防 治 率 (Paik et al. 1996); 虎 杖 (R. sachalinensis) 萃 取 液 對 數 種 作 物 之 白 粉 病 及 灰 黴 病 具 有 良 好 的 防 治 效 果 (Cheah & Cox 1995; Daayf et al. 1995; Herger et al. 1989); 大 豆 種 子 處 理 0.1% 明 礬 後 的 植 株 噴 佈 1% 指 甲 花 henna (Lawsonia inermis L.) 葉 片 萃 取 液 混 合 0.1% 明 礬 可 降 低 大 豆 炭 疽 病 (Colletotrichum truncatum) 的 發 生 (Chandrasekaran et al. 2000); 馬 纓 丹 (Lantana camara L.) 的 花 萃 取 液 可 降 低 由 Aspergillus niger 引 起 的 番 茄 果 腐 病, 也 降 低 因 Drosophila busckii 造 成 傷 害 導 致 的 果 腐 (Purnima & Saxena 1990); 苦 棟 葉 的 酒 精 萃 取 液 及 種 子 的 油 萃 取 液 明 顯 降 低 稻 熱 病 菌 孢 子 發 芽 及 稻 熱 病 的 發 生 (Amadioha 2000); 含 洋 香 瓜 萎 凋 病 菌 (F. oxysporum f. sp. melonis) 病 土 先 以 5% 和 10% 的 辡 椒 / 芥 菜 和 丁 香 油 乳 劑 處 理 一 星 期 後, 可 顯 著 降 低 幼 苗 死 亡 率 (Bowers & Locke 2000) 由 Bougainvillea spectabilis 和 Prosopis chilinesis 萃 取 的 抗 病 毒 蛋 白 可 有 效 地 降 低 向 日 葵 與 豇 豆 的 向 日 葵 壞 疽 病 毒 (sunflower necrosis virus) ( Lavanya et al. 2009) 另 外, 國 際 上 許 多 植 物 病 理 學 者 利 用 植 物 油 或 礦 物 油 來 防 治 作 物 病 害, 如 橄 欖 油 (olive oil) 菜 籽 油 (rapeseed oil) 苦 棟 油 Stylet-oil 可 防 治 白 粉 病 (Cheah 1995; McGrath & Shishkoff 2000; Pasini et al. 1997);1% 乳 化 礦 物 油 可 防 治 胡 瓜 白 粉 病, 但 過 高 的 濃 度 則 易 引 起 藥 害 (Casulli 2000) 施 用 的 方 式 多 半 將 油 脂 以 展 著 劑 乳 化 後 噴 施 於 葉 部 或 灌 注 於 土 壤 中, 以 每 週 施 用 一 次 最 普 遍 可 見 植 物 萃 取 物 可 廣 泛 用 於 作 物 病 害 的 防 治 用 途 上 而 利 用 植 物 精 油 防 治 植 物 病 害 之 報 亦 不 少, 如 黃 色 百 香 果 (Passiflora edulis Sims f. flavicarpa Deg.) 浸 於 120 mg/l 香 茅 油 溶 液 中 2 min 可 防 治 由 C. gloeosporioides 引 起 的 炭 疽 病 (Anaruma et al. 2010), 木 瓜 果 實 浸 於 0.12% (w/w) 百 里 香 精 和 0.1%(w/w) 墨 西 哥 萊 姆 精 油 溶 液 中 可 預 防 炭 疽 病 為 害 達 50% (Bosquez-Molinaa et al. 2010), 而 250 μl/l 芥 子 精 油 和 羅 勒 精 油 分 別 降 低 芒 果 果 實 炭 疽 病 達 79.9% 和 66.7% (Abd-Alla & Haggag 2013) 多 數 報 告 利 用 精 油 處 理 果 實 時 都 輔 以 佐 劑 配 方 或 配 合 其 他 措 施, 以 加 強 精 油 的 防 病 效 力, 如 木 瓜 浸 於 分 別 含 0.1% 百 里 香 或 0.5% 墨 西 哥 萊 姆 精 油 的 牧 豆 樹 膠 乳 劑 (mesquite gum emulsion) 中, 可 完 全 防 治 炭 疽 病 的 發 生 (Bosquez-Molinaa et al. 2010); 以 10% 阿 122

植 物 源 保 護 製 劑 之 研 發 趨 勢 拉 伯 膠 (gum Arabic) 混 合 0.4% 肉 桂 油 作 為 植 物 源 農 藥 可 防 治 香 蕉 和 木 瓜 果 實 炭 疽 病 (Maqbool et al. 2011); 另 外 以 150 MPa 高 靜 水 壓 (high hydrostatic pressure) 配 合 750 mg/l 植 物 精 油 ( 柑 桔 與 香 茅 ) 可 作 為 木 瓜 果 實 炭 疽 病 的 防 治 方 法 (Palhanoa et al. 2004) 然 而, 使 用 精 油 防 治 果 實 炭 疽 病 常 會 造 成 藥 害 的 發 生,Yulia et al. (2006) 測 試 多 種 植 物 精 油 發 現 高 濃 度 下 可 抑 制 炭 疽 病 菌 的 生 長, 但 會 造 成 辣 椒 切 離 葉 產 生 藥 害 的 情 形, 如 由 丁 香 芽 和 葉 片 萃 取 的 精 油 造 成 中 度 毒 害, 而 由 肉 桂 樹 皮 和 葉 片 萃 取 的 精 油 則 產 生 嚴 重 毒 害 百 香 果 果 實 浸 泡 於 120 mg/l 香 茅 油 中 造 成 33.3 % 果 實 之 果 皮 發 生 褐 變,250 mg/l 時 引 起 76.6 % 果 實 褐 變, 而 500 mg/l 時 則 發 生 100 % 褐 變, 嚴 重 影 響 外 觀 與 品 質, 且 高 濃 度 精 油 處 理 之 下 使 果 皮 褐 變 而 罹 病 化, 導 致 罹 病 指 數 偏 高 (Anaruma et al. 2010) 國 內 利 用 植 物 萃 取 物 防 治 病 害 的 例 子 亦 不 在 少 數, 如 臺 中 區 農 業 改 良 場 曾 大 力 推 行 利 用 天 然 植 物 資 材, 如 大 蒜 辣 椒 木 醋 液 等 來 防 治 作 物 病 蟲 害 的 發 生 ( 謝 1999) 另 外, 花 蓮 改 良 場 亦 曾 測 試 多 種 植 物 油 對 防 病 忌 蟲 的 效 果, 其 中 以 丁 香 油 及 肉 桂 油 之 效 果 最 佳 ( 陳 1996) 中 興 大 學 黃 振 文 教 授 以 甘 藍 下 位 葉 及 菸 葉 渣 為 主 要 成 份, 製 造 液 體 的 中 興 100 (CH 100) 植 物 健 素, 可 防 治 許 多 種 植 物 病 害, 包 括 韭 菜 銹 病 瓜 類 白 粉 病 及 馬 鈴 薯 軟 腐 病, 而 且 已 經 商 品 化 ( 黃 1992; Huang, 1992, 1994; Huang & Chung 2003) 在 黃 氏 的 指 導 下, 林 (2000) 發 現 0.5%(w/v) 的 丁 香 及 其 主 要 抑 菌 成 分 丁 香 酚 有 防 治 甘 藍 立 枯 病 的 功 效 ; 而 Muto et al. (2001) 測 試 103 種 藥 用 植 物 的 萃 取 液 後, 發 現 蘿 蔔 種 子 及 大 黃 的 萃 取 液, 均 可 有 效 降 低 萵 苣 褐 斑 病 的 發 病 率 ; 另 外, 以 龍 葵 根 的 乙 醇 萃 取 液 亦 可 有 效 防 治 白 菜 黑 斑 病 (Muto et al. 2005a; 2005b) 農 試 所 亦 發 現 大 風 子 酒 精 萃 取 液 200 倍 稀 釋 液 可 抑 制 白 菜 炭 疽 病 菌 之 孢 子 發 芽 率, 亦 可 降 低 此 病 之 發 病 率 ( 謝 et al. 2003); 直 接 利 用 橙 花 依 蘭 花 梨 木 與 天 竺 葵 等 植 物 精 油 可 有 效 降 低 蝴 蝶 蘭 灰 黴 病 的 發 生 ( 陳 & 謝 2005) 另 外, 中 興 大 學 蔡 東 纂 教 授 以 天 人 菊 根 萃 取 液 處 理 根 瘤 線 蟲 24 小 時 後, 可 100% 殺 滅 線 蟲, 種 植 天 人 菊 或 將 天 人 菊 植 株 混 拌 於 土 壤 中, 皆 可 大 幅 降 低 土 壤 線 蟲 族 群 密 度 四 植 物 抑 菌 二 次 代 謝 物 質 植 物 富 含 生 物 活 性 物 質, 所 產 生 的 二 次 代 謝 產 物 超 過 40 萬 種, 其 中 大 多 數 的 化 學 物 質 如 萜 烯 類 生 物 鹼 黃 酮 類 固 醇 類 酚 類 氨 基 酸 和 多 糖 等 均 具 有 殺 蟲 或 抗 菌 活 性 ( 表 一 ) 因 此, 植 物 被 認 為 是 化 學 合 成 殺 菌 劑 替 代 品 最 好 的 開 發 來 源 (Mensah et al. 2000) 123

農 業 生 物 資 材 產 業 發 展 研 討 會 專 刊 表 一 植 物 富 含 抑 菌 活 性 物 質 (Gurjar et al. 2012) Table 1. Botanicals produced by plants having antimicrobial activity (Gurjar et al. 2012) Common name Scientific name Compound Class Activity Apple Malus pumila Mill. Phloretin Flavonoid derivative General Ashwagandha Withania somnifera Dunal. Withafarin A Lactone Bacteria, fungi Bael tree Aegle marmelos Linn. Essential oil Terpenoid Fungi Blue gum tree Eucalyptue globulus Libill. Tannin Polyphenol Fungi, bacteria, viruses Onion Allium cepa Linn. Allicin Sulfoxide Fungi, bacteria Thyme Thymus vulgaris Linn Caffeic acid Terpenoid Fungi, bacteria, viruses Turmeric Curcuma longa_linn. Curcumin Terpenoids Fungi, bacteria, protozoa Thom apple Datura stramonium Linn. Hyoscymine Scopolamine Alkaloids Fungi Black pepper Piper nigrum Linn. Piperine Alkaloid Fungi Castorbean Ricinus communis Linn. Ricinine Ricininoleic Alkaloids Fungi Neem/Margosa tree Azadirachta indica A. Juss. Azadirachtin Terpenoids Fungi, bacteria Garlic Allium sativum Linn. Allicin Solfoxide Fungi, bacteria ( 一 ) 萜 類 與 揮 發 油 類 抑 菌 成 分 研 究 萜 類 (Terpinoids) 與 揮 發 油 類 (Volatile oil) 幾 乎 存 在 於 自 然 界 的 各 種 植 物 體 中, 種 類 多 且 具 有 多 樣 的 生 物 活 性, 在 抑 菌 活 性 方 面 的 研 究 頗 多 由 球 花 醉 (Buddleja globos) 中 分 離 得 到 5 種 萜 烯 類 化 合 物 diterpene buddlejone bisditerpene maytenone buddledin A buddledin B 和 diterpene deoxybuddlejone 對 Trichophyton rubrum Tricophyton interdigitale 和 Epidermophyton floccosum 等 真 菌 有 良 好 抑 制 作 用 (Mensah et al. 2000) 由 埃 塞 俄 比 亞 茄 的 分 泌 物 中 分 離 到 了 5 種 倍 半 萜 類 solavetivone lubimin lubiminoic acid aethione 和 lubiminol 對 Fusarium oxysporum 和 Verticillium dahliae 具 有 抑 制 作 用 (Nagaoka et al. 2001) 由 藥 用 植 物 中 萃 取 出 的 麻 黃 油 和 細 辛 油 等 揮 發 油 對 立 枯 絲 核 菌 有 較 強 的 毒 力, 其 LC 50 分 別 為 53.7mg/l 和 87.8mg/l ( 張 & 樊 1995) 山 雞 椒 揮 發 油 ( 山 蒼 子 油 ) 124

植 物 源 保 護 製 劑 之 研 發 趨 勢 具 有 抑 制 植 物 病 原 真 菌 Fusarium oxysporum Helminthosporium sp. 和 Stemphyllium sp. 的 活 性, 其 主 要 抑 菌 成 分 為 檸 檬 醛 ( 黃 & 陳 1994) 郝 et al. (2007) 利 用 GC-MS 技 術 分 析 了 小 花 假 澤 蘭 全 株 精 油 的 化 學 成 分 及 其 含 量, 其 主 要 成 分 為 22.23- 二 羥 基 豆 甾 烷 醇 (7.34%) 氧 化 丁 子 香 烯 (3.34%) 及 羅 漢 柏 烯 (2.92%) 等, 並 初 步 測 定 該 精 油 對 番 茄 灰 黴 病 菌 小 麥 紋 枯 病 菌 和 小 麥 赤 黴 病 菌 菌 絲 生 長 具 有 抑 制 作 用, 且 具 有 明 顯 防 治 番 茄 灰 黴 病 的 效 果 Gallori et al. (2001) 對 Tambourissa leptophylla 果 皮 的 揮 發 油 成 分 進 行 分 析, 結 果 其 主 要 成 分 為 檸 檬 烯 (24.0%) 順 - 香 檸 檬 烯 (23.2%) 3- 蒈 烯 (8.2%) 和 α- 薑 黃 烯 (6.0%), 對 Cladosporium cucumerinum 有 強 的 抑 菌 效 果 Dubey et al. (2000) 分 析 羅 勒 屬 植 物 Ocimum gratissimum 的 精 油 具 有 乙 基 肉 桂 酸 酯 結 構, 表 現 廣 譜 的 抑 菌 活 性 Kobaisy et al. (2001) 利 用 GC-MS 分 析 洋 麻 葉 (Hibiscus cannabinus) 精 油 主 成 分 有 E- 葉 綠 醇 (28.16%) Z- 葉 綠 醇 (8.02%) 和 n-nonanal (5.70%) 等, 總 精 油 對 萵 苣 和 翦 股 穎 (bentgrass) 具 毒 性, 而 對 Colletotrichum fragariae Colletotrichum gloeosporioides 和 Colletotrichum accutatum 等 炭 疽 病 菌 有 良 好 的 抑 菌 效 果 ( 二 ) 生 物 鹼 抑 菌 成 分 研 究 生 物 鹼 (Alkaloids) 是 一 類 重 要 的 天 然 有 機 化 合 物, 其 抑 菌 活 性 廣 為 人 知 (Dubey et al. 2000) Hanawa et al. (2000) 以 cupric chloride 處 理 skunk cabbage (Lysichitum americanum) 後, 由 葉 片 中 分 離 到 2-(4- 羥 基 苯 基 )-1- 硝 基 乙 烷 對 Fusarium oxysporum 和 Cladosporim herbarum 有 抑 制 作 用 另 外, 從 山 毛 櫸 科 樺 屬 植 物 白 樺 (Betula platyphylla Suk.) 花 粉 中 分 離 的 di-p-coumaroylcaffeoylspermidine 和 tri-p-coumaroylspermidine 能 抑 制 燕 麥 葉 條 紋 病 原 菌 菌 絲 的 生 長 而 且 此 2 種 物 質 均 能 減 輕 白 粉 病 菌 對 大 麥 幼 苗 的 侵 害, 但 只 有 di-p-coumaroyl-caffeoylspermidine 可 明 顯 預 防 白 粉 病 的 侵 染 (Kim et al. 2004) ( 三 ) 黃 酮 類 抑 菌 成 分 研 究 黃 酮 類 化 合 物 (Flavonoides and isoflavonoides) 是 植 物 界 分 佈 廣 泛 的 一 大 類 天 然 酚 類 化 合 物, 具 有 重 要 的 醫 藥 與 農 藥 用 途, 特 別 是 異 黃 酮 類 具 強 的 抗 菌 活 性 Atindehou et al. (2002) 從 豆 科 刺 桐 屬 植 物 Erythrina vogelii 根 皮 分 離 出 3 種 新 的 異 戊 二 烯 化 異 黃 酮, 可 以 抑 制 Cladosporium cucumerinum 的 生 長 Shahat et al. (2001) 分 析 鼠 李 科 植 物 Zizyphus spinachristi L. 的 葉 果 和 種 子 含 槲 皮 素 芸 香 125

農 業 生 物 資 材 產 業 發 展 研 討 會 專 刊 苷 和 quercetin-3-o-[beta-xylosyl-(1-2)-alpha-rhamnoside]-4 -O-alpha-rhamnoside 等 3 種 化 合 物, 具 有 抗 病 毒 細 菌 及 真 菌 的 活 性 ( 四 ) 酚 醇 類 抑 菌 成 分 研 究 酚 類 化 合 物 (Phenolic compounds) 偏 酸 性, 具 有 不 同 程 度 的 抑 菌 作 用 洋 蔥 中 的 兒 茶 酚 和 原 兒 茶 酚 對 蔥 刺 盤 孢 的 孢 子 發 芽 有 明 顯 的 抑 制 作 用 ( 吳 et al. 2004) 趙 et al. (1994) 從 厚 樸 樹 葉 提 取 的 總 酚 化 合 物 對 立 枯 絲 核 菌 等 10 種 植 物 病 原 真 菌 都 具 有 很 強 的 抑 菌 活 性, 盆 栽 和 田 間 試 驗 均 具 防 治 效 果 從 苦 皮 藤 (Celastrus angulatus) 假 種 皮 中 分 離 到 間 苯 二 酚 和 麝 香 草 酚, 對 馬 鈴 薯 晚 疫 病 菌 (Phytophthora infestans) 有 良 好 的 抑 制 效 果 ( 李 et al. 2006) 存 在 於 亞 麻 中 的 松 柏 醇 軟 骨 藻 中 的 環 桉 葉 醇 及 來 自 于 麝 香 草 全 草 的 A- 松 油 醇 均 有 抑 菌 活 性, 而 且 後 兩 者 已 製 成 氣 霧 劑 作 為 空 氣 消 毒 殺 菌 劑 ( 孫 & 繩 1998) ( 五 ) 有 機 酸 類 抑 菌 成 分 研 究 從 菊 科 絹 毛 菊 中 分 離 得 到 的 p- 甲 氧 基 苯 甲 酸 和 異 番 草 酸 對 黑 麯 黴 均 有 強 抑 制 作 用 (Meng et al. 2000); 從 松 蘿 中 分 得 的 地 衣 酸, 從 鐵 莧 菜 翻 白 草 牡 丹 葉 細 葉 野 牡 丹 及 芒 果 葉 等 中 分 離 得 到 的 沒 食 子 酸, 白 蒿 中 的 香 草 酸, 四 季 青 中 的 原 兒 茶 酸, 百 蕊 草 中 的 丁 二 酸, 小 青 楊 中 的 阿 魏 酸 水 楊 酸 及 對 羥 基 苯 甲 酸 等 有 機 酸 均 具 有 強 烈 的 抑 菌 活 性 ( 韓 & 沈 1991) 從 高 山 龍 膽 的 丙 酮 提 取 物 中 分 離 出 2 個 對 植 物 病 原 真 菌 Cladosporium cucumerinum 有 強 抑 制 作 用 的 anofinic acid 和 fomannoxin acid (Tan et al. 1998) 另 外, 從 一 枝 黃 花 分 離 到 的 咖 啡 酸, 肉 桂 中 的 桂 皮 酸, 龍 膽 中 的 龍 膽 酸, 甘 草 中 的 甘 草 次 酸, 掌 葉 大 黃 和 何 首 烏 中 的 大 黃 酸, 白 蒿 中 的 丁 香 酸 等 有 機 酸 均 具 有 顯 著 的 抑 菌 活 性 ( 孫 & 繩 1998) ( 六 ) 固 醇 類 (Steroides) 及 皂 苷 類 (Saponins) 抑 菌 成 分 研 究 Atta-Ur-Rahman et al. (1997) 研 究 發 現 來 自 於 植 物 Jolyna rioides 的 岩 藻 固 醇 對 Curvularia lunata Stachybotrys atra 和 Microsporum canis 等 真 菌 具 有 顯 著 的 抑 菌 活 性 ; 而 王 et al. (2001) 研 究 發 現 7- 羟 基 -4 - 甲 氧 基 黄 烷 具 有 的 抑 菌 活 性 在 於 抑 制 固 醇 生 物 合 成 途 徑 ; 余 et al. (2006) 對 B- 穀 固 醇 和 豆 固 醇 的 抑 菌 活 性 研 究, 證 明 兩 者 均 有 抑 制 病 原 菌 的 活 性, 並 對 番 茄 灰 黴 病 的 抑 制 效 果 良 好 有 關 皂 苷 的 研 究 有 Marston et al. (1988) 從 扁 豆 (Dolichos kilimandscharicus) 中 分 離 126

植 物 源 保 護 製 劑 之 研 發 趨 勢 得 到 3 種 具 抗 菌 活 性 的 皂 苷 如 三 萜 類 hederagenin 的 3-O-β-D-glucopyranosides bayogenin 和 medicagenic acid 等, 對 Cladosporium cucumerinum 的 最 小 抑 菌 濃 度 分 別 為 5.0 2.5 和 5.0µg 除 了 上 述 幾 類 抑 菌 活 性 成 分 之 外, 尚 有 抗 菌 蛋 白 及 多 肽 類 氨 基 酸 酯 類 及 部 分 有 機 酸 類 等, 均 具 有 一 定 的 抑 菌 活 性. 尚 待 研 究 開 發 各 類 抑 菌 物 質 之 作 用 機 制 如 表 二 表 二 植 物 抑 菌 成 分 的 作 用 模 式 (Cowan 1999) Table 2. Mode of action of phyto chemicals (Cowan 1999) Class Sub-class Mechanism Phenolics Simple phenols Membrane disruption, substrate deprivation Phenolic acids Phenolic acids Bind to adhesins, complex with cell wall, inactivate enzymes Terpenoids, essential oils Membrane disruption Alkaloids Intercalate into cell wall Tannins Bind to proteins, enzyme inhibition, substrate deprivation Flavonoids Bind to adhesins, complex with cell wall, Inactivate enzymes Coumarins Interaction with eukaryotic DNA Lectins and polypeptides Form disulfide bridges 五 植 物 源 殺 菌 劑 之 開 發 植 物 源 農 藥 與 化 學 合 成 農 藥 一 樣 具 有 許 多 優 缺 點, 植 物 源 農 藥 的 優 點 有 :(1) 低 或 無 殘 留 之 虞, 不 污 染 生 態 環 境, 亦 不 易 危 害 人 體 健 康 ;(2) 為 多 種 抗 菌 物 質 的 混 合 物, 對 病 原 菌 的 作 用 點 多, 不 易 造 成 病 菌 抗 藥 性 問 題 ;(3) 易 與 其 他 農 藥 混 合 施 用 而 植 物 源 農 藥 的 缺 點 有 :(1) 病 害 防 治 效 果 不 穩 定, 因 植 物 的 抗 病 蟲 物 質 含 量 會 受 植 物 品 種 產 地 採 收 季 節 植 物 成 熟 度 及 採 收 部 位 等 影 響 ;(2) 植 物 抑 菌 成 分 對 作 物 或 人 畜 可 能 造 成 危 害, 必 須 進 行 安 全 性 評 估 ;(3) 病 原 菌 產 生 抗 藥 性 的 可 能 性 仍 存 在, 雖 然 植 物 源 農 藥 是 多 種 化 合 物 的 混 合 物, 對 病 原 菌 的 作 用 點 多, 一 旦 病 原 菌 產 生 抗 藥 性 時, 會 對 病 害 防 治 帶 來 更 大 的 困 難 雖 然 植 物 源 農 藥 具 有 以 上 各 種 優 缺 點, 但 我 們 可 以 揚 長 避 短. 篩 選 並 研 製 出 無 污 染 無 殘 留 無 公 害 符 合 健 康 食 品 生 產 需 求 的 植 物 源 農 藥 ( 唐 2006) 127

農 業 生 物 資 材 產 業 發 展 研 討 會 專 刊 除 中 國 大 陸 提 出 約 20 種 已 開 發 的 天 然 植 物 製 劑 之 外, 目 前 開 發 植 物 源 農 藥 的 例 子 尚 不 多 見, Yoon et al. (2013) 指 出 1994 年 美 國 二 家 公 司 以 含 30% cinnamaldehyde 之 可 濕 性 粉 劑 登 記 為 植 物 源 農 藥, 一 為 美 國 Monterey 實 驗 室 (Watsonville, CA 95076) 的 Vertigo 可 濕 性 粉 劑, 另 一 為 Proguard 公 司 (Suisun, CA 94585) 的 Cinnacure A3005 本 製 劑 不 易 溶 於 水, 但 可 在 土 壤 中 快 速 分 解, 對 非 標 的 生 物 或 環 境 不 造 成 危 害 存 在 於 所 有 活 體 生 物 中 的 gamma-aminobutyric acid (GABA) (29.2%) and L-glutamic acid (29.2%) 也 被 作 為 植 物 源 農 藥 的 成 分, 兩 種 成 分 可 促 進 扁 桃 青 花 菜 及 洋 蔥 等 植 物 生 長, 防 止 葡 萄 白 粉 病 和 其 他 核 果 類 作 物 的 褐 腐 病 (Monilia sp.) 穿 孔 病 (Stigmina carpophila) 等 發 生 (Copping 2004) 本 複 合 劑 可 直 接 噴 灑, 施 於 土 表 或 經 由 噴 灌 系 統 施 用, 對 動 物 及 人 類 無 任 何 毒 害 作 用, 但 本 劑 不 建 議 直 接 施 於 水 中 或 土 表 有 水 的 區 域 荷 荷 巴 油 (jojoba oil) 為 由 jojoba bean 種 子 萃 取 的 植 物 油, 物 理 性 質 與 其 他 植 物 油 一 樣, 可 預 防 觀 賞 植 物 或 其 他 作 物 的 粉 蝨 和 白 粉 病 主 要 作 用 機 制 之 一 為 在 葉 表 上 形 成 一 層 薄 膜, 作 為 物 理 阻 斷 之 作 用 (Copping 2004) 褐 藻 多 糖 laminarin ( 又 名 laminaran) 為 葡 聚 糖 的 一 種, 存 在 於 藍 綠 藻 (Laminaria digitata (Hudson) J.V. Lamouroux) 中, 可 誘 發 葡 萄 植 株 對 灰 黴 病 (Botrytis cinerea) 和 露 菌 病 (Plasmopara viticola) 產 生 抗 病 性 (Copping 2004), 而 含 褐 藻 多 糖 的 植 物 源 農 藥 登 記 使 用 於 防 治 小 麥 白 粉 病 中 草 藥 博 落 回 (Macleaya cordata (Willd.) R. Brown) 萃 取 物 含 sanguinaine 和 chelerythrine, 具 有 殺 菌 與 殺 蟲 活 性,Liu et al. (2009) 指 出 由 博 落 回 分 離 的 isoquinoline alkaloids 對 植 物 病 原 菌 具 抑 菌 效 果, 其 1.5% 水 溶 液 已 商 品 化 (Copping 2004) 儘 管 其 作 用 機 制 尚 未 被 確 認, 但 其 商 品 是 作 為 植 物 抗 病 性 誘 導 劑, 處 理 後 使 作 物 體 內 累 積 酚 類 物 質 (Copping 2004) 由 隔 山 消 (Cynanchum wilfordii (Maxim.) Hemsl) 萃 取 的 孕 烷 苷 (Pregnane glycosides) 對 於 降 低 白 粉 病 具 有 高 效 (Yoon et al. 2011), 並 由 隔 山 消 根 部 的 乙 酸 乙 酯 萃 取 物 製 成 的 可 濕 性 粉 劑 在 溫 室 中 可 抑 制 大 麥 及 草 莓 白 粉 病 的 發 生 另 外, 韓 國 以 日 本 大 黃 萃 取 物 製 成 可 濕 粉 製 劑 (RK), 以 2,000 倍 稀 釋 液 可 防 治 胡 瓜 白 粉 病 ; 德 國 BASF 於 1993 年 大 量 篩 選 植 物 萃 取 液 的 抑 菌 效 果, 得 到 一 虎 杖 giant knotweed (R. sachalinensis) 的 乾 抽 出 物, 商 品 名 為 Milsana, 是 唯 一 在 美 國 登 錄 的 植 物 抽 出 物 殺 菌 劑 義 大 利 研 究 人 員 發 現 Milsana 可 降 低 50% 的 胡 瓜 白 粉 病, 對 玫 瑰 白 粉 病 亦 有 相 同 的 效 果, 惟 其 效 果 比 植 物 油 的 抑 病 效 果 差 重 覆 噴 施 Milsana 可 使 葉 片 變 得 翠 綠 及 光 滑, 但 亦 變 得 易 碎 (Daayf et al. 1995) 中 興 大 學 128

植 物 源 保 護 製 劑 之 研 發 趨 勢 以 甘 藍 下 位 葉 及 菸 葉 渣 為 主 要 成 份, 製 造 成 中 興 100 (CH 100) 植 物 健 素, 用 於 防 治 多 種 植 物 病 害, 並 已 商 品 化 (Huang 1992, 1994); 另 外, 農 試 所 研 發 乳 化 葵 花 油 ( 葵 無 露 ) 作 為 防 治 作 物 白 粉 病 之 用 (Ko et al. 2003), 研 發 五 倍 子 中 草 藥 製 劑 ( 活 力 能 ) 用 於 防 治 作 物 炭 疽 病, 而 肉 桂 油 微 乳 劑 ( 黑 修 羅 ) 用 於 防 治 作 物 根 瘤 線 蟲 ( 顏 et al. 2008) 開 發 植 物 源 農 藥 的 必 要 條 件 植 物 源 農 藥 具 有 環 境 友 善 符 合 農 業 永 續 易 於 生 物 分 解 可 降 低 病 蟲 害 發 生 有 機 可 用 及 可 納 入 綜 合 管 理 體 系 之 中 等 特 性 與 優 點 (Gurjar et al. 2012), 近 年 來 廣 受 全 世 界 研 究 人 員 青 睞 與 投 入 研 究 然 而 植 物 源 農 藥 在 植 物 病 害 管 理 之 中 尚 有 些 許 限 制, 如 萃 取 方 法 未 能 標 準 化, 有 效 成 分 易 於 被 分 解, 大 多 為 室 內 的 抑 菌 效 果, 需 要 開 發 成 為 製 劑, 有 些 抑 菌 物 質 對 人 類 和 植 物 有 害, 抑 菌 的 有 效 性 較 差, 現 有 製 劑 尚 少 等 (Gurjar et al. 2012) 因 此, 研 究 抗 菌 成 分 之 產 品 時, 植 物 材 料 的 準 備, 萃 取 時 有 機 溶 劑 之 選 擇 ( 表 三 ), 萃 取 方 法 及 室 內 抑 菌 效 果 評 估 方 法 必 須 標 準 化, 才 能 有 科 學 再 現 性, 以 便 更 能 系 統 化 地 研 發 具 生 物 活 性 的 植 物 保 護 製 劑 產 品 (Gurjar et al. 2012) 於 室 內 具 有 抑 菌 效 果 的 千 百 種 的 植 物 萃 取 物 應 該 進 行 溫 室 與 田 間 試 驗, 以 評 估 其 防 治 作 物 病 害 之 有 效 性 (Das et al. 2010) 另 外, 應 積 極 開 發 植 物 源 農 藥 的 製 劑 製 備 技 術, 以 強 化 其 田 間 使 用 的 有 效 性 表 三 有 效 抑 菌 成 分 的 萃 取 溶 劑 (Cowan 1999) Table 3. Solvents used for active component extraction (Cowan 1999) Water Ethanol Methanol Chloroform Dichloro-methanol Ether Acetone Tannins Alkaloids Terpenoids Terpenoids Terpenoids Alkaloids Flavonols Saponins Tannins Saponins Flavonoids - Terpenoids - Terpinoids Terpinoids Tannins - - Coumarins - - Flavonol Flavones - - - - 未 來 研 發 趨 勢 由 前 面 的 植 物 萃 取 物 抑 菌 或 防 治 病 害 的 研 究 現 況 發 現, 未 來 開 發 植 物 源 農 藥 或 植 物 源 保 護 製 劑 時 或 精 進 其 防 治 病 害 效 果 時, 筆 者 認 為 可 以 朝 向 下 面 各 項 工 作 進 行 研 發 : 129

農 業 生 物 資 材 產 業 發 展 研 討 會 專 刊 一 植 物 萃 取 物 有 效 成 分 分 析 現 階 段 多 數 研 究 僅 止 於 大 量 篩 選 抑 菌 之 植 物 萃 取 物 種 類, 而 抑 菌 成 分 之 分 析 雖 有 明 顯 增 加 趨 勢, 但 仍 待 加 強 因 為 瞭 解 植 物 萃 取 物 中 之 主 要 抑 菌 成 分 時, 有 助 於 修 正 萃 取 條 件 及 選 擇 適 當 之 萃 取 溶 劑. 以 便 能 大 量 且 穩 定 地 製 備 萃 取 物 質, 作 為 開 發 植 物 源 農 藥 的 基 礎 材 料 二 增 效 之 萃 取 技 術 - 奈 米 技 術 將 植 物 材 料 以 奈 米 化 技 術 磨 成 更 細 小 之 顆 粒, 以 增 加 植 物 材 料 與 萃 取 溶 劑 之 接 觸 面 積, 理 論 上 可 提 高 抑 菌 成 分 之 萃 取 率 三 雙 效 製 劑 之 配 製 技 術 結 合 二 種 以 上 之 植 物 萃 取 物, 探 討 其 間 是 否 有 具 有 協 力 作 用 或 增 效 作 用, 以 加 強 植 物 源 農 藥 或 植 物 源 保 護 製 劑 之 防 病 效 果, 或 是 增 加 製 劑 對 防 病 範 圍 之 廣 度 四 製 劑 穩 定 性 之 強 化 技 術 配 製 植 物 源 農 藥 或 植 物 源 保 護 製 劑 時, 可 以 研 究 佐 劑 之 添 加 用 以 強 化 製 劑 之 病 害 防 治 效 果 穩 定 度, 以 及 延 長 製 劑 本 身 之 耐 貯 藏 性 或 儲 架 壽 命 因 為 產 品 貯 存 時 的 環 境 變 化 會 影 響 製 劑 之 病 害 防 治 有 效 性, 理 想 的 製 劑 應 可 在 一 般 環 境 條 件 下 貯 放 至 少 3 年 的 時 間 五 田 間 藥 效 增 強 技 術 植 物 源 農 藥 本 身 對 病 蟲 害 的 防 治 效 果 有 其 一 定 的 限 制, 如 預 防 性 的 效 果 比 治 療 性 佳 其 他 如 田 間 應 用 時, 施 用 的 時 間 施 用 植 株 部 位 施 用 劑 量 及 噴 佈 器 具 等 均 會 直 接 影 響 其 防 治 的 有 效 性 另 外 在 植 物 油 的 使 用 上, 油 滴 的 粒 徑 大 小 會 影 響 其 在 植 體 表 面 的 分 布 均 勻 性, 且 與 是 否 造 成 藥 害 有 密 切 關 係 因 此, 植 物 油 乳 化 技 術 相 當 重 要, 例 如 Gan-Mor et al. (2010) 研 發 一 台 新 型 植 物 油 均 質 機, 每 分 鐘 可 製 成 2 公 升 油 滴 粒 徑 4μm 的 30% 乳 化 植 物 油, 且 介 面 活 性 劑 的 使 用 量 少 於 0.3% 經 有 效 性 測 試 芥 子 油 棉 子 油 及 花 生 油 對 於 蚜 蟲 粉 蚧 白 粉 病 各 露 菌 病 均 有 良 效, 且 對 捕 植 蟎 無 負 面 效 果 六 植 物 源 農 藥 對 土 壤 微 生 物 相 之 影 響 130

植 物 源 保 護 製 劑 之 研 發 趨 勢 植 物 源 農 藥 對 於 土 壤 微 生 相 所 造 成 的 可 能 衝 擊 所 知 有 限,Spyrou et al. (2009) 於 實 驗 室 與 田 間 利 用 phospholipid fatty acids (PLFA) 分 析 方 法 研 究 合 成 化 學 藥 劑 (metham sodium [MS] sodium tetrathiocarbonate [SoTe] 和 fosthiazate) 與 植 物 源 農 藥 (azadirachtin quillaja 和 pulverized Melia azedarach fruits [PMF]) 對 土 壤 微 生 物 相 之 影 響, 結 果 PMF 增 加 土 壤 有 機 碳 和 營 養 而 使 革 蘭 氏 陰 性 細 菌 和 腐 生 真 菌 族 群 增 量, 而 MS 卻 抑 制 革 蘭 氏 陰 性 細 菌 和 腐 生 真 菌, 但 fosthiazate 和 植 物 源 農 藥 quillaja 和 azadirachtin 則 不 影 響 土 壤 微 生 物 族 群 數 量 一 般 而 言, 植 物 源 農 藥 相 對 於 化 學 合 成 農 藥 在 推 薦 劑 量 下 施 用 較 不 造 成 土 壤 微 生 物 族 群 結 構 之 改 變 然 而, 植 物 源 農 藥 的 抑 菌 成 分 多 樣, 未 來 每 種 製 劑 產 品 應 針 對 土 壤 微 生 物 相 之 影 響 進 行 評 估, 以 確 保 產 品 之 使 用 不 造 成 環 境 之 壓 力 結 論 植 物 是 天 然 的 化 工 廠, 藉 由 光 合 作 用 及 根 部 所 吸 收 的 養 份, 持 續 不 斷 地 生 產 天 然 的 化 合 物, 取 之 不 盡, 用 之 不 竭 應 用 植 物 萃 取 物 具 有 抑 制 植 物 病 原 菌 及 可 以 誘 導 植 物 產 生 抗 病 性 的 現 象, 據 以 研 發 植 物 源 保 護 製 劑, 是 現 今 的 熱 門 課 題, 世 界 各 地 的 研 究 人 員 正 積 極 進 行 相 關 研 究 目 前 已 有 少 數 植 物 源 農 藥 問 市, 例 如 由 虎 杖 (giant knotweed) 的 萃 取 物 研 製 而 成 的 Milsana 製 劑 和 由 藍 綠 藻 萃 取 的 褐 藻 多 糖 Laminarin 製 劑, 均 推 薦 於 防 治 作 物 白 粉 病 及 灰 黴 病 之 用 該 二 種 製 劑 的 防 病 原 理 為 誘 導 植 物 體 產 生 系 統 性 抗 病 的 功 效. 此 方 面 的 研 究 空 間 相 當 大, 目 前 較 少 研 究, 值 得 群 策 群 力 發 展 此 一 尚 待 開 發 的 領 域 筆 者 多 年 來 已 開 發 多 項 天 然 植 物 保 護 製 劑, 如 肉 桂 油 微 乳 劑 及 五 倍 子 中 草 藥 植 保 製 劑, 研 究 團 隊 並 成 功 技 轉 多 項 植 保 製 劑 調 製 技 術 給 業 界, 如 亞 磷 酸 植 物 營 養 液 簡 便 使 用 法 及 葵 無 露 製 劑 調 製 技 術 分 析 植 物 萃 取 物 的 抑 菌 與 誘 導 抗 病 成 分, 可 從 中 發 現 病 害 防 治 的 新 化 學 物 質 或 成 分, 提 供 作 物 病 害 防 治 研 究 的 新 發 展 方 向 可 建 立 植 物 源 農 藥 或 植 物 源 保 護 製 劑 的 調 配 及 量 產 技 術, 開 創 植 物 病 害 防 治 研 究 的 新 領 域, 更 可 放 眼 國 際 市 場, 為 我 國 農 業 研 究 開 拓 除 化 學 農 藥 之 外 的 另 一 扇 作 物 病 害 防 治 之 門 參 考 文 獻 王 理 達 胡 迎 慶 屠 鵬 飛 吳 之 偉 鄭 俊 華 果 德 安 2001 13 種 生 藥 提 取 物 及 化 學 131

農 業 生 物 資 材 產 業 發 展 研 討 會 專 刊 成 分 的 抗 真 菌 活 性 篩 選 中 草 藥 32(3): 241-244 余 鑫 平 馮 俊 濤 劉 曉 明 莊 世 宏 張 興 2006 小 花 假 澤 蘭 莖 葉 中 殺 菌 活 性 成 分 的 研 究 西 北 植 物 學 報 26(5): 1001-1006 李 廣 領 陳 錫 嶺 郭 彥 亮 2006 新 型 植 物 源 農 藥 苦 皮 藤 素 的 研 究 綜 述 安 徽 農 業 科 學 34(21): 5594-5595 吳 光 旭 何 庭 玉 劉 愛 媛 陳 維 信 2004 植 物 中 抗 病 原 真 菌 的 活 性 物 質 植 物 學 通 報 21(3): 367-375 何 婉 清 李 惠 玲 李 智 緯 吳 宗 諭 李 興 進 2002 抑 菌 植 物 材 料 的 篩 選 植 保 會 刊 44: 365 何 婉 清 吳 宗 諭 2002 影 響 扛 板 歸 抑 菌 效 果 的 因 子 植 保 會 刊 44: 364-365 林 宗 俊 2000 丁 香 及 其 主 成 份 防 治 甘 藍 苗 立 枯 病 的 功 效 國 立 中 興 大 學 植 物 病 理 研 究 所 碩 士 論 文 武 藤 真 知 子 2001 蘿 蔔 種 子 粉 水 溶 性 抽 出 物 防 治 萵 苣 褐 斑 病 的 功 效 國 立 中 興 大 學 植 物 病 理 研 究 所 碩 士 論 文 郝 彩 琴 杜 曉 峰 莊 世 宏 2007 小 花 假 澤 蘭 精 油 化 學 成 分 及 其 抑 菌 活 性 初 步 研 究 西 北 植 物 學 報 27(10): 2097-2103 唐 蕊 2006 淺 談 植 物 源 農 藥 邢 臺 學 院 學 報 4: 124-125 孫 文 基 繩 金 房 1998 天 然 活 性 成 分 簡 明 手 冊 中 國 醫 藥 科 技 出 版 社 北 京 張 國 珍 樊 瑛 1995 麻 黃 和 細 辛 揮 發 油 的 抗 真 菌 作 用 植 物 保 護 學 報 22 (4): 373-374 陳 俊 宏 謝 廷 芳 2005 植 物 精 油 抑 制 灰 黴 病 菌 孢 子 發 芽 與 防 治 蝴 蝶 蘭 灰 黴 病 之 效 果 植 病 會 刊 14: 257-264 陳 哲 民 1996 植 物 油 抑 制 植 物 病 原 真 菌 胞 子 發 芽 之 效 果 花 蓮 區 農 業 改 良 場 研 究 彙 報 12: 71-90 黃 振 文 1992 利 用 合 成 植 物 營 養 液 管 理 蔬 菜 種 苗 病 蟲 害 病 害 非 農 藥 防 治 技 術 研 討 會 專 刊 pp.221-232 黃 晉 興 王 毓 華 羅 朝 村 2002 利 用 葉 片 圓 盤 接 種 法 測 定 甜 瓜 抗 白 粉 病 品 種 中 華 農 業 研 究 51: 49-56 黃 晉 興 謝 廷 芳 胡 敏 夫 2003 利 用 離 葉 接 種 法 測 定 植 物 萃 取 液 防 治 胡 瓜 白 粉 病 植 病 會 刊 12: 278 ( 摘 要 ) 黃 梁 綺 齡 陳 培 榕 1994 山 雞 椒 揮 發 油 成 分 分 析 及 其 抗 真 菌 保 鮮 作 用 的 研 究 天 然 產 物 研 究 與 開 發 6(4): 1-5 無 名 氏 1959 中 國 土 農 藥 誌 中 國 土 農 藥 誌 編 輯 委 員 會 編 著 科 學 出 版 社 北 京 281 頁 無 名 氏 2005 植 物 源 農 藥 / 中 草 藥 殺 蟲 劑 - 中 國 專 利 (1987-2004/10) 科 技 政 策 中 心 132

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植 物 源 保 護 製 劑 之 研 發 趨 勢 Current Trends on Research and Development of Botanical Fungicides or Plant Protection Products Derived from Plant Materials Ting-Fang Hsieh Floriculture Research Center, Taiwan Agricultural Research Institute, COA Corresponding author. E-mail: tfhsieh@tari.gov.tw ABSTRACT Plants synthesize aromatic secondary metabolites with antimicrobial activities against the infection of plant pathogens, such as β-glucan, alkaloids, terpinoids, phenols, phenolic acids, quinones, flavones, flavonoids, flavonols, saponins, tannins and coumarins. Those active properties of specific plant materials could be extracted by suitable solvents and be formulated into botanical fungicides or natural plant protectants. Botanical fungicides have showed some advantages with eco-friendly products, fitting the need of sustainable agriculture, easily biodegradable in environment, reducing crop diseases, useful for organic farming, easily incorporating into integrated diseases management. So that scientists put their efforts on developing the botanical fungicides. There are some steps to develop a botanical fungicide. First of all, to evaluate the antimicrobial efficacy of plant extracts and to analyze the active components were taken into consideration, then to develop the formulation techniques of botanical fungicides was necessary. Finally, to assess the efficiency of disease control in the field by application of botanical fungicides was also required. Up to date, just a few botanical fungicides were commercialized in the world. Exception of mainland China have released more than 20 kinds of botanical pesticides, the others of commercial products included as follows, 1) 30% cinnamaldehyde wettable powder (WP) formulation which registered and named Vertigo Wettable Powder Fungicide and Cinnacure A3005, 2) Gamma-aminobutyric acid (GABA) (29.2%) and L-glutamic acid (29.2%) mixture for control of powdery mildew of grapes and brown rot and shot hole of stone fruits, 3) Jojoba oil for control of white flies and powdery mildew on ornamental plants and grapes, 4) Natural fungicide containing laminarin for control of powdery mildew of wheat, 5) 1.5% pink plume poppy aqueous solution for inducing systemic acquired resistance through accumulation of endogenous phenolic substances in the treated plants, and 6) Milsana derived from giant knotweed was registered to control powdery mildew and grey mold. In Taiwan, at least 4 kinds of botanical fungicides or natural 139

農 業 生 物 資 材 產 業 發 展 研 討 會 專 刊 plant protectants were developed, such as CH 100 formulated nutrient solution, emulsified sunflower oil, gallnut Chinese herb plant protectants, andcassia oil micro-emulsifier. The limited products were registered as botanical fungicides, since most parts of researches were done in vitro antifungal activities but not in vivo control plant diseases in the field. The works should be done urgently to evaluate the efficiency in controlling the plant diseases by botanical fungicides or natural plant protectants. Once the data of physical and chemical properties as well as the toxicity of botanical fungicides or plant protectants were readily prepared, the plant protection products might be easily extended to market for the alternative needs of disease control. Key words: Botanical fungicide, Induce resistance, Antimicrobial activity, Disease control, Research trends. 140