综述：番茄和马铃薯提取物作为生物农药的研究

本文聚焦番茄和马铃薯提取物作为生物农药的研究。它们是茄科植物代表，其副产品含多种生物活性化合物（如糖生物碱 GA、黄酮类等），可作生物农药。文章探讨了提取分析方法、优缺点及未来发展，为生物农药研发和应用提供参考。

　　

1. 引言

全球人口对农产品的需求依赖严重，但农业害虫给农产品带来诸多挑战。长期以来，合成农药虽能控制害虫、提高农产品产量和质量，但大量使用会对人类健康、其他生物及生态系统造成负面影响，如导致癌症、神经元损伤，还会使生物产生抗药性、造成生物累积等。

生物农药因具有环保、可再生的特点，近年来备受关注。它通过捕食、寄生或化学关系来控制和杀灭害虫，对人类健康和环境风险低。茄科植物及其副产品含有生物碱、黄酮类和酚类化合物等，有杀虫特性，有望用于生产生物农药。番茄和马铃薯作为茄科代表植物，其提取物在生物农药生产方面展现出潜力，本文将对相关研究进行综述。

2. 番茄和马铃薯副产品作为生物农药生产的原料

番茄和马铃薯是茄科重要植物。2020 年全球番茄产量达 1868 万吨，2022 - 2027 年预计复合年增长率（CAGR）为 5.6%。番茄富含酚类化合物、色素、抗氧化剂和营养物质，其果实提取物有抗菌、抗癌特性，还能降低心血管疾病风险。但在工业加工和农业生产中，番茄的叶子、果皮等副产品常被丢弃或用作低质饲料。研究发现，番茄副产品含生物活性物质，可作抗菌、抗病毒和抗氧化剂原料，且叶子中生物活性成分含量高于其他部位。

马铃薯在全球广泛种植，其淀粉市场规模预计到 2027 年将达到 49 亿美元，年增长率 3.5%。马铃薯含有糖生物碱（GA）等生物活性化合物，GA 在马铃薯植株的皮层、花朵、表皮等部位浓度较高，叶子和块茎皮也是生产生物农药的重要来源。不同品种马铃薯的 GA 含量存在差异。

3. 番茄和马铃薯中的生物活性化合物

3.1 糖生物碱（Glycoalkaloids，GAs）

GAs 具有抗菌和杀虫特性，是一类含氮的甾体糖苷，由疏水的苷元（27 碳胆甾烷骨架，F 环含氮）和亲水的碳水化合物侧链组成。茄科植物产生的主要 GAs 因物种而异，番茄中是 α - 番茄碱（α - tomatine）和脱氢番茄碱（dehydrotomatine），马铃薯中是 α - 查茄碱（α - chaconine）和 α - 茄碱（α - solanine）。

GAs 对多种生物具有不同程度的毒性，其生物活性受结构影响，不同比例的 GA 混合物生物活性也不同。番茄叶中含有类似茄碱的 GAs，但果实中通常检测不到有毒 GAs。α - 番茄碱能与胆固醇结合，可能是其口服毒性低的原因。

3.2 黄酮类（Flavonoids）

黄酮类是一类酚类化合物，包括查耳酮、花青素、黄酮醇等。番茄植株中黄酮类主要存在于叶子中，与羟基肉桂酸共存。黄酮醇如槲皮素、山奈酚等具有清除自由基和抗氧化作用，能中断脂质氧化反应。不同番茄品种叶子中黄酮醇、GAs 和抗氧化性能存在差异。不过，有研究表明番茄中黄酮类含量低于其他蔬菜。

3.3 酚类（Phenolics）

酚类化合物在植物繁殖和生长中起重要作用，是天然农药和抗生素，也是抗氧化剂，能保护脂质免受氧化损伤，还具有抗癌、抗氧化和抗诱变等多种生化活性。研究发现，总酚类化合物浓度与抗菌效果呈正相关。

3.4 甲基酮（Methyl ketones，MKs）

MKs 可替代合成杀螨剂。野生番茄叶子能合成和积累大量 MKs。研究表明，多种 MKs 对二斑叶螨（Tetranychus urticae Koch）和烟草天蛾（Manduca sexta L）等害虫有抑制作用，其中 2 - 十三烷酮效果显著，但它是挥发性化合物，使用时需注意稳定性。

3.5 生物活性化合物的提取物或混合物

相比单一纯化合物，生物活性化合物的提取物或混合物因协同作用，在害虫防治方面更有效，有望替代商业农药。研究发现，番茄叶提取物对甜菜夜蛾（Spodoptera exigua）等害虫有亚致死影响，不同浓度提取物对害虫细胞和生长发育的影响不同。此外，茄科植物 GAs 混合物对储粮害虫有毒性，可用于保护储粮。

4. 提取和分析方法

溶剂萃取是提取生物活性化合物的常用方法，溶剂极性与目标化合物匹配时提取效果更好，目前使用环保型溶剂的趋势逐渐增加。通常先将马铃薯或番茄的叶、茎等原料在 40°C 干燥（有时需真空处理），磨碎后与有机溶剂（如 75% 乙醇、82% 甲醇等）混合，提取 GAs 时会使用醋酸。提取过程在 27°C 或 70°C 进行，过滤后蒸发溶剂，提取物储存于 - 20°C。生物活性成分分析常用高效液相色谱（HPLC）等方法。

5. 使用番茄和马铃薯叶提取物作为生物农药的优势和挑战

5.1 优势

番茄和马铃薯叶提取物制成的生物农药对非目标生物无害、环保，成本效益高，不会污染水源和造成生物累积，能减少传统农药使用，且用量少、分解快，残留少。

5.2 挑战

• 成本：生物农药开发成本高，包括研究费用、植物中生物农药化合物浓度低、生产方法特殊等，缺乏规模经济，导致其生产成本高于传统化学农药，限制了其广泛应用。
• 有效性局限：生物农药对特定害虫有效，杀虫谱窄，不如传统化学农药 versatile，农民使用时可能需结合其他害虫管理策略，增加了防治成本和复杂性。
• 监管障碍：生物农药上市前需经过严格的监管审批，不同国家法规差异大，审批时间长，监管框架复杂，影响产品开发和商业推广。
• 稳定性和保质期：生物农药的活性成分对温度、光照和湿度敏感，易降解，保质期短，需要开发有效的保存技术来延长保质期，提高产品可靠性和商业吸引力。

6. 未来发展 / 前景

目前关于生物农药的研究相对较少，未来可从以下方面开展研究：

6.1 探索潜在协同作用

研究番茄和马铃薯提取物与其他生物农药或农业实践的协同作用，将其与有益微生物或其他植物源化合物结合，可能增强害虫防治效果。

6.2 与农业实践相结合

将生物农药与创新农业实践（如作物轮作、间作、综合害虫管理技术）相结合，可减少害虫抗性，增强生物多样性，维持土壤健康，实现更可持续的农业生产。

6.3 纳米技术和合成生物学应用

纳米技术可开发纳米级递送系统，保护番茄和马铃薯提取物中的活性化合物，提高其稳定性、吸收和靶向性，增强生物农药的效力和持久性。合成生物学可用于改造微生物或植物，使其产生更高浓度的害虫防治化合物，或增强这些化合物在不同环境条件下的稳定性。

7. 结论

使用生物农药比商业农药有诸多优势，番茄和马铃薯等农业副产品是生产生物农药的丰富来源，其生物活性化合物提取物或混合物因协同作用在害虫防治中更有效。但生物农药也存在成本高、杀虫谱窄等缺点。未来需综合评估其在不同作物系统中防治害虫的效果，探索协同作用，结合农业实践，借助纳米技术和合成生物学，推动生物农药的发展，这将对社会和农业产生积极影响。