植物提取物,蛋白质和信息素,旨在取代传统的化学农药

随着监管机构寻求限制许多合成作物保护化学品的使用,来自生物学或受生物学启发的替代品提供了可能更安全、更环保的替代品。

今年夏天,欧盟委员会提出了到2030年,将欧盟合成农药的使用量减半。如果被接受,一个执行框架将迫使农民和园丁考虑用合成农药作为最后手段来控制害虫——例如昆虫捕食者、微生物或从自然来源提取或复制的物质。

然而,生物防治行业抱怨说,监管体系还没有很好地建立起来处理这类产品。尽管种植者和政策制定者有需求,但这导致了它们上市的过度拖延。

挥发性的创新

感染灰霉病的葡萄

来源:©Jeremy Burgess/科学图片库

植物提取物和基于抗体的杀菌剂最初针对的是水果等高价值作物,因为它们的生产成本往往比合成化学品更高

昆虫信息素是最受欢迎和最成熟的生物防治剂之一,其中一些自20世纪60年代开始使用。许多是雌蛾为了吸引雄蛾而释放的低浓度挥发性酯。

合成版本的飞蛾可以缓慢释放,引诱雄性飞蛾进入陷阱——要么监测它们的存在,要么诱捕并杀死它们。另一种策略是释放足够高的浓度来迷惑雄性,防止它们找到雌性。“你实际上并没有杀死昆虫,而是将昆虫的天然信息素投放到那里来扰乱交配,”科瑞·哈克(Corey Huck)解释道先正达

哈克认为,特别是对于飞蛾和它们的毛虫来说,有必要提供新的方法来补充老化的合成化学物质。现代害虫综合治理(IPM)策略将信息素和其他控制方法与合成喷雾剂结合起来。

一家英国公司的科学经理山姆·琼斯说:“过去十年来,用于控制和监测害虫的信息素有了显著增长。国际信息素系统他补充说,这些主要是性信息素。IPS的重要目标害虫包括果园里的小蛾、番茄潜叶蛾,以及最近在整个北欧的花园树篱和修剪中迅速蔓延的箱形树蛾。今年早些时候,先正达公司推出了新的信息素产品用于大米拌饼在印度尼西亚和欧洲葡萄蛾在法国。

但也有新的策略。琼斯最近在性信息素中添加了一种梨子酯,这种酯是雌蛾用来定位产卵的植物的。在英国、澳大利亚和新西兰的测试中,这种鸡尾酒能捕捉到雄性和雌性飞蛾,并显示出五倍的吸引力。IPS还开发了一种化学诱导剂,利用花朵释放的挥发物来诱杀花园金龟子,它可以杀死草莓和年轻的蔬菜。

另一种方法是寻找植物受到昆虫攻击时产生的挥发物,以吸引它们的捕食者。IPS正在与英国的商业覆盆子种植者测试水杨酸甲酯,这是一种由许多植物产生的薄荷气味。“我们已经证明,我们可以吸引更多食蚜蝇、草蛉、海盗虫和寄生蜂到作物上。这非常有效。”琼斯说。他们现在需要证明这种方法吸引了足够多的捕食者来控制害虫,如蓟马和蚜虫。

骆驼的抗体

虽然信息素可以很好地对付昆虫,但其他害虫需要不同的方法。Biotalys比利时根特的一家生物技术初创企业正在开发基于骆驼特有的小抗体的产品。这些特殊的“纳米体”是由比利时佛兰德生物技术研究所发现的,并由分拆出来的Ablynx公司(现在是赛诺菲的一部分)开发用于制药应用。这项技术现在也被Biotalys授权用于农业用途。

该公司的主要产品Evoca是一种生物杀菌剂,最初是为葡萄和草莓开发的。Biotalys公司的首席科学官卡洛·伯顿(Carlo Boutton)说:“它能抑制葡萄球菌的生长,尤其是在开花时间处理。”他也参与了Ablynx公司纳米体平台的建设。它是通过用真菌蛋白免疫美洲驼,并捕获产生的纳米体而开发的。

在欧洲注册产品有很多障碍。这是非常困难的,需要大量的时间和金钱

鲍顿说:“它的大小只有(普通)抗体的十分之一。”“小尺寸意味着它非常稳定,这对我们的应用非常重要,也使工程更容易。”该公司表示,包括在美国学术机构进行的独立研究,以及在日本、欧洲、巴西和南非进行的试验,数百项试验已经证明了Evoca的有效性。“我们将逐步取代一些化学杀菌剂,”布特顿说。

埃佛卡赢得了最佳生物杀菌剂产品世界生物保护2022年5月在英国伯明翰举行峰会和颁奖典礼。它有一种全新的作用模式,该公司希望它也能对抗白粉病和其他真菌疾病。Evoca最初的重点将是高价值作物,因为纳米体的生产依赖于酵母发酵,目前价格昂贵。

该公司表示,今年的产量已经提高了五倍,并且正在研究用丝状真菌代替酵母,以进一步降低成本。该公司公关主管Toon Musschoot说:“我们正在与意大利的Olon合作,作为合同制造商。”“我们最近将产量从每批次3.5万升扩大到12万升。”

成本也是费洛蒙化学合成的一个问题,尽管有一些公司也在推动使用发酵生产费洛蒙BioPhero在丹麦。哈克说:“围绕生物发酵过程的新技术可以将信息素的成本降低到可以用于(不仅仅是)高价值作物的程度。”

监管障碍

Biotalys预计将于今年年底或2023年初在美国率先推出Evoca。该公司估计,欧洲的批准将需要两倍的时间,大约在2025年左右在欧盟推出。除此之外,该公司还有开发其他杀菌剂、杀菌剂和生物杀虫剂的渠道。

欧洲审批程序缓慢是企业不断抱怨的问题。Musschoot说:“在美国,非化学防护产品有一个特殊的途径。”在欧洲,化学品和生物制品遵循相同的监管途径,只进行了一些小的修改,导致生物制品积压。

“在生物制品方面,美国和巴西遥遥领先,而且越来越领先于欧盟。科珀特生物系统在荷兰。他指出,监管数据要求是针对单一分子制定的,所以如果一家公司提供植物提取物,它很快就会变得非常复杂。

这些问题被广泛承认,欧盟委员会已经建议改变微生物产品的数据要求。拉文斯伯格说:“这些问题有望在今年年底前被接受,从理论上讲,一套更合适的、更基于生物学的问题会让这一过程进行得更快。”但时间会证明一切。他补充说,生物防治行业并不乐观。

皂角葵试管婴儿树

来源:©Botanical Solution Inc .

智利的植物解决方案培养皂树皮树,以收获具有抗真菌作用的化合物混合物

该委员会随后计划对信息素和植物提取物的要求做出改变。“他们正在努力,但这一切都需要时间,”拉文斯伯格抱怨道。他补充说,英国有机会(通过脱欧)设计出一个更好的体系,甚至可能成为欧盟的榜样。与此同时,世界其他地区正在继续前进。

Yair Nativ,销售主管STK在以色列,他表示同意。STK开发了一种生物杀菌剂(Timorex)采用的是澳大利亚茶树油,该产品已在美国、加拿大、澳大利亚和拉丁美洲等多个国家获得许可。该公司还销售一种混合杀菌剂(Regev),将茶树油与传统的杀菌剂二苯诺康唑结合起来,以控制番茄、葡萄和绿叶蔬菜中的葡萄霉变、白粉病和其他真菌疾病。对大豆锈病和马铃薯褐斑病的防治效果良好。

Nativ说,Timorex“主要用于出口作物,因为产品残留的残留物较少。”然而,该公司尚未获得欧盟的批准。纳提夫说:“在欧洲注册一款产品会遇到很多障碍。”这非常困难,需要花费大量的时间和金钱。”

利用植物的防御

假设产品可以通过监管途径,植物提取物可能是害虫控制的丰富来源,因为它们产生的各种化学物质可以保护自己免受昆虫和病原体的侵害。植物的解决方案(BSI)是一家位于智利圣地亚哥的初创企业,该公司利用智利皂树皮(Quillaja saponaria).该产品名为Quillibrium,含有水杨酸等酚类化合物和多种皂苷的混合物,其中包括QS-21,这是新型免疫反应增强的基础疫苗佐剂

BSI从实验室培养中提取其成分Quillaja,而不是老树的树皮。“这使我们能够自给自足,全年生产植物,不会对环境造成影响或破坏自然生态系统。”“这种产品可以抑制真菌的生长,特别是抑制漆酶等关键致病酶的生长。”它在智利、秘鲁和墨西哥(与先正达合作)销售西红柿、葡萄和水果,并计划明年进入美国市场。

我们正在研究是否可以通过释放植物来源的挥发物来帮助作物抵御昆虫的攻击,这种挥发物可以促使植物产生防御能力

IPS还研究了昆虫攻击后植物分泌的分子,这些分子会诱导相邻植物投资于防御结构。这包括更厚的蜡质角质层和防御叶毛,以阻止害虫,如蚜虫。琼斯说:“我们正在研究是否能让作物抵御昆虫的攻击。我感兴趣的是,我们是否能开发出释放植物挥发物的药剂,以鼓励植物产生防御能力。”

美国佛罗里达州的农化行业顾问Jon Amdursky说,15年前,大型农化公司和较小的生物防治公司相互争斗。他说:“从那时起,化学和生物学就开始联姻了。”大公司收购、生产和分销更多的生物制品。

先正达(Syngenta)的哈克对各种初创公司开发具有全新作用模式的生物控制技术感到兴奋,比如一种肽生物杀虫剂Vestaron.先正达正在制定内部计划RNA干扰防治害虫并与几家初创企业合作。绿光生物科学公司(GreenLight Biosciences)去年报道了其中一家概念验证测试该公司基于酵母的RNAi技术关闭了科罗拉多马铃薯甲虫幼虫的一个基因。这样可以杀死虫子,减少对植物的伤害。哈克说:“据我们所知,这是第一个进入美国监管程序的RNAi产品。”他补充说,美国预计将在2023年获得批准。

越来越重要

生物制品市场规模约为40亿英镑,而全球作物保护市场规模约为600亿英镑。然而,生物制剂的迅速采用意味着该市场预计每年增长约15-17%。先正达的生物制剂被销售到水果和蔬菜等传统作物中,但也越来越多地用于行作物(如土豆和大豆)。

哈克解释说,先正达的大部分成功都是在生物杀菌剂方面,其次是生物杀虫剂,但真正困难的领域是生物除草剂。传统的化学除草剂几乎没有替代品。他总结说,在生物防治方面还有很多科学工作要做。