百里香酚在我国植物保护领域的研究进展

李美荣，张雪冰，宁新妍，胡德利，刘 刚

(1.山东省宁阳县农业农村局，山东泰安 271400；2.山东省宁阳县万丰种业有限公司，山东泰安 271400)

化学农药的过量使用对人类健康和生态环境具有负面影响，同时造成有害生物抗性进化。植物源农药等天然产物的应用，已成为化学合成农药的替代之一[1]。百里香酚(thymol)，又称百里酚、麝香草酚等，是香芹酚的同分异构体，是一种单帖酚类植物精油，具有抗菌、抗氧化、驱虫、抗癌等生物活性，目前广泛用于香料制作、防腐剂、医用杀菌剂、驱虫剂和抗氧化剂等，同时有望成为动物饲料中促生长类抗生素的替代品[2-6]。近年来，百里香酚对植物病虫害的良好控制作用逐渐得到重视。如专门针对灰霉病的杀菌剂 3AEY (丁子香酚+香叶醇+百里香酚)在西班牙和希腊获得应用扩展登记[7]。百里香酚易于获得，化学性质稳定，毒性低，残留低，在环境中易降解，符合生物农药的发展要求，作为生物农药开发具有广阔的应用前景。本文对百里香酚在我国植物保护领域的研究进展进行综述，以期为该产品的登记开发工作提供参考。

1 主要理化性质及制备方法

百里香酚(图1)，化学名称为2-异丙基-5-甲基苯酚(2-isopropyl-5-methyl-phenol)，CAS登录号：89-83-8，分子式：C10H14O，分子量：150.22，常温下为无色晶体或无色结晶粉末，有百里草或麝香草的气味，沸点：233 ℃，熔点：51.5 ℃，闪点：110 ℃(封闭式)，密度：0.969 9 g/cm3(20 ℃)，微溶于水，能溶于冰醋酸和石蜡油，也溶于乙醇、氯仿、乙醚，对皮肤、眼睛、黏膜有刺激作用。

图1 百里香酚的结构式

百里香酚天然存在于唇形科植物百里香草、麝香草、牛至草、香青兰等种子中。由于天然资源有限，从20世纪40年代以来，人工合成百里香酚已逐渐取代天然百里香酚[2-3]，因此百里香酚的大规模推广应用，不会造成百里香草等植物的大量采伐损耗。

百里香酚的工业化合成，目前研究应用最多的是以硫酸等为催化剂的间甲酚异丙基化路线，但存在的主要问题是污染严重。此外，还有薄荷醇脱氢路线和α-蒎烯合成路线[2-3]。仇昆伦等[3]以自制的铝酸锌为催化剂，间甲酚和异丙醇为原料，经过气相傅-克烷基化反应合成百里香酚(最优工艺条件为：反应温度543 K，间甲酚和异丙醇的摩尔比为1∶5，催化剂寿命可达到260 h以上)，没有溶剂污染和催化剂污染，符合当前绿色化学的发展趋势(反应方程式如图2)。

图2 以铝酸锌为催化剂的百里香酚合成反应方程式

2 作用机制

国内对百里香酚等植物精油活性成分作用机制的研究主要集中在抗菌方面，对昆虫、螨和线虫方面的报道很少。与其他植物精油活性成分相比，由于分子结构不同，作用机制有所差异，但总体上比较接近。通常认为，百里香酚主要作用于细胞的膜结构，改变其通透性，使细胞内容物外泄，导致菌体死亡。

2.1 抗菌

多项研究结果表明，百里香酚主要通过破坏病原菌细胞结构，损伤遗传物质DNA，影响微生物物质代谢和能量代谢，达到抗菌目的[5]。例如用百里香酚处理后，西瓜枯萎病菌(尖孢镰刀菌西瓜专化型)细胞膜透性增加，菌丝中甘油、丙二醛(MDA)、活性氧(ROS)和丙酮酸含量显著升高，蛋白质、DNA、麦角甾醇和致萎毒素含量则显著降低；麦角甾醇合成受到抑制，菌丝生长缓慢，细弱，分枝减少，细胞膜被破坏，形态和生理发生变化，最后细胞死亡[4,8-9]。转录组学研究结果显示，百里香酚可破坏禾谷镰刀菌细胞膜完整性，引起电解质渗漏，能量代谢失衡。此外，还通过核糖体、线粒体结构和转录组水平上的酶合成显示对禾谷镰刀菌的抑制活性[10]。

2.2 杀虫

百里香酚能够杀虫，可能是因为其可以增加害虫细胞膜的通透性，增加渗透脆性，同时其具有的高腐蚀性也会破坏细胞膜的完整性。用百里香酚处理秀丽线虫后，线虫存活子代数目减少，这也可能是因为其性腺受损所致[11]。

3 在防治病害方面的研究进展

百里香酚防治植物病害方面的研究，主要集中于多种真菌性病害，对细菌性和病毒性病害的报道比较少。

3.1 茶炭疽病和轮斑病

饶家瑞等[12]研究发现，在9种天然产物中，百里香酚对茶炭疽病菌的生物活性最好，且优于化学药剂萎锈灵，其EC50为18.55 μg/mL，而萎锈灵为35.53 μg/mL。在500 μg/mL浓度时，百里香酚对茶叶感染茶炭疽病的保护活性和治疗活性分别为32.66%和 38.09%，比萎锈灵分别增加 12.24%和12.37%。另据研究[13]，在10种天然产物中，百里香酚对茶轮斑病菌的生物活性最好，且优于萎锈灵，其EC50为 33.79 μg/mL，而萎锈灵为 231.52 μg/mL。在200 μg/mL浓度时，百里香酚可导致茶轮斑病菌细胞壁的表面形态从光滑圆润变为部分裂开；在500 μg/mL浓度时，茶轮斑病菌细胞壁的受损程度明显增加。

3.2 灰霉病

李佳俊等[14]将百里香酚与百菌清以不同比例混配，采用菌丝生长速率法测定混剂对灰葡萄孢菌的抑菌活性。结果表明，百里香酚和百菌清以质量比5∶1、2∶3、1∶5和1∶10比例混配均表现出协同增效作用。张静等[4]进行的盆栽试验结果表明，百里香酚对番茄灰霉病具有很好的保护和治疗作用，在供试浓度为0.75 g/L时，保护和治疗作用分别为72.01%和60.28%，与对照药剂腐霉利差异不显著。

3.3 纹枯病

王凯博等[15]分别将百里香酚与苯醚甲环唑、噻呋酰胺混配，通过菌丝生长速率法测定其对立枯丝核菌的抑菌活性。结果表明，百里香酚与噻呋酰胺以 1∶5、1∶4、2∶3、3∶2、4∶1 和 5∶1 比例混配均表现出协同增效作用，与苯醚甲环唑以2∶3、4∶1和 5∶1比例混配也表现出协同增效作用，具备防治水稻、玉米纹枯病的潜力。

3.4 芒果蒂腐病

叶火春等[16]研究结果显示，当百里香酚与苯醚甲环唑以配比8∶2、7∶3和6∶4混用时，对抑制芒果蒂腐病菌菌丝生长有增效作用，其中以7∶3混用增效作用最明显，EC50为16.53 μg/m L，共毒系数值(CTC)达175.25。

3.5 草莓灰霉病等贮藏期病害

丁华等[17]研究发现，在4种植物精油中，百里香酚和香芹酚的百里香精油具有广谱高效的抑菌性能，对草莓灰霉、根霉和黑曲霉菌的最低抑菌浓度均为 2 μL/L。

3.6 西瓜枯萎病

李敏[8]研究发现，百里香酚对西瓜枯萎病具有较好的田间防治效果。用百里香酚处理西瓜种子，浓度小于300 mg/L时，可有效预防病害发生且不会影响西瓜萌发及生长。

3.7 小麦赤霉病

张晋东等[18]将香芹酚和百里香酚组合成新型复合天然抑菌剂，当香芹酚和百里香酚质量比为1∶2时，对小麦赤霉病菌的离体抑制效果最佳，二者间具有协同作用；观察发现，抑菌剂能够显著抑制被侵染小麦胚芽鞘上病斑的生长。

4 在防治线虫方面的研究进展

百里香酚在线虫防治方面的研究，到目前为止只有对模式生物秀丽线虫的报道。路露等[11]研究结果表明，百里香酚处理L4时期的秀丽线虫4 h的半数致死浓度为50 mg/L，最低致死浓度为125 mg/L；处理有卵时期的秀丽线虫 4 h的半数致死浓度为50 mg/L，最低致死浓度为100 mg/L。同时，百里香酚能显著降低上述2个时期秀丽线虫的运动能力以及有卵时期秀丽线虫的成活子代数目。

5 在防治害螨方面的研究进展

在百里香酚用于害螨防治方面，目前报道的主要是朱砂叶螨和刺足根螨。张静等[19]研究结果表明，百里香酚对朱砂叶螨具有很好的触杀作用，24 h的校正死亡率在90%以上；对朱砂叶螨的卵孵化具有明显的影响，处理后4 d的卵孵化率仅为16.22%，显著低于香芹酚、丁香酚和 3-甲基-4-异丙基苯酚处理；对朱砂叶螨具有显著的产卵抑制作用，抑制率在80%以上。梁伟博[20]研究发现，百里香酚具有较高的杀螨活性，在2 000 mg/L的浓度下，对朱砂叶螨的校正死亡率为64.24%；百里香酚和2种植物源物质 ZDD、ZSS分别在质量比为 1.59∶1和3.51∶1时对朱砂叶螨的增效最为明显，CTC分别为 162.18和 224.80。吴子毅等[21]发现，百里香酚对刺足根螨雌成螨具有很好的触杀作用，在10 g/L的浓度下处理24 h后，平均死亡率为91.30%；在2、0.4 g/L的浓度下处理24 h后，存活螨基本不再爬动(除非外界刺激)。

6 在防治害虫方面的研究进展

百里香酚防治害虫方面的研究，主要围绕几种小型刺吸式口器害虫展开。

6.1 螺旋粉虱

林江等[22]用 8%百里香酚碱微乳剂在室内处理48 h后，对螺旋粉虱若虫、蛹、成虫3个虫态均表现出良好活性。田间药效试验结果表明，8%百里香酚碱微乳剂400 μL/L处理后对成、若虫24 h校正防效达76.98%，且连续观察5 d后虫口基数无明显回升。

6.2 烟粉虱

张静等[23]研究发现，5%百里香酚热雾剂与10%百里香酚微乳剂对烟粉虱毒力差异不显著(p＜0.05)，48 h的LC50分别为0.118、0.168 mg/L。田间药效试验结果表明，5%百里香酚热雾剂施用量为5、7.5、15 g/667 m2时，对烟粉虱防效均达76%以上；药后3 d，与相同施药量的10%百里香酚微乳剂相比，防效高了14%以上；药后7 d，施用量7.5 g/667 m2的5%百里香酚热雾剂与5 g/667 m2的1.8%阿维·高氯热雾剂的防效相当。

6.3 蓟马、黑刺粉虱、叶蝉等

吴朝波等[24]研究结果表明，将百里香酚和诱虫烯喷洒在黄色黏虫板表面，均能增加其对槟榔园害虫的诱集效果，且混配更为高效；对蓟马、黑刺粉虱、叶蝉的诱集，以13%诱虫烯·百里香酚和15%诱虫烯·百里香酚增效作用最好，从诱集害虫总量来看，13%诱虫烯·百里香酚效果更优，且诱集的益虫比例处于较低水平。

7 相关产品开发和登记情况

根据百里香酚的理化性质，国内已经成功开发了多种液体剂型的单剂和复配剂产品，但这些产品均未能获得登记及大面积应用。同时，以百里香酚为先导，开发了多个杀菌性能更加优异的衍生物。

7.1 制剂开发情况

7.1.1 微乳剂和热雾剂

中国热带农业科学院环境与植物保护研究所以百里香酚为原料，先后研制了百里香酚微乳剂、热雾剂，并申请了国家发明专利“百里香酚杀螨微乳剂及其制备方法”“一种防治粉虱类害虫的植物源热雾剂及其制备方法”[25-26]。

7.1.2 水乳剂

李敏等[27]采用转相法，对乳化剂、防冻剂和增稠剂等进行筛选，确定了5%百里香酚水乳剂的最优配方。用该配方所制备的5%百里香酚水乳剂各项指标合格，经常温、(0±2) ℃冷贮 14 d、(54±2) ℃热贮14 d未出现析油、析水、分层现象，所制备的制剂黏度小，倾倒性佳，利于分装。

7.1.3 悬浮剂

海南博士威农用化学有限公司申请了“一种含有吡唑醚菌酯与百里香酚的杀菌组合物”专利，其有效成分为吡唑醚菌酯与百里香酚，剂型为悬浮剂[28]。

7.1.4 乳油

云南省农业科学院农业环境资源研究所申请了“一种含百里香酚和啶酰菌胺的杀菌组合物”专利，其有效成分为百里香酚和啶酰菌胺，剂型为乳油[29]。西北农林科技大学也研制出了2种基于百里香酚和2种植物源物质的乳油产品[20]。

7.2 衍生物合成情况

陈惠丽等[30]合成的多个未见报道的含噁二唑硫醚结构的百里香酚衍生物，对辣椒枯萎病病原菌、苹果腐烂病病原菌、半夏立枯病病原菌和油菜菌核病病原菌的抑制活性，均优于阳性对照百里香酚和唑菌酯。屈欢等[31]采用组合优化原理合成的多个百里香酚偶氮类衍生物，对玉米大斑病病原菌和苹果腐烂病病原菌等表现出较好的抑菌活性。

7.3 登记情况

与香芹酚、丁子香酚、柠檬烯等同属于植物精油类的活性物质不同，百里香酚在我国的登记工作明显滞后，截至2022年5月17日，尚未有百里香酚产品作为农药在我国获得登记(表1)[32]。

表1 在我国作为农药登记的植物精油类产品情况

8 结 语

化学农药长期不合理高强度使用严重污染生态环境，开发天然生物农药迫在眉睫。农业农村部近期印发的《“十四五”全国种植业发展规划》《“十四五”全国农药产业发展规划》均明确提出，要加快研发推广植物源农药等新型高效低风险农药。百里香酚作为一种低成本、高效、环保、安全的植物源农药，兼具杀(诱)虫、杀螨、杀菌、杀线虫等多方面的生物活性，且适于与多种化学农药复配，是植物保护领域不可多得的“多面手”，应用前景十分广阔。下一步，有关生产企业要充分利用好国家和各省市的各项优惠扶持政策，抓紧开展百里香酚相关产品农药登记工作，力争尽快实现产业化，以促进化学农药减量增效，提升农产品质量安全水平，助推我国现代农业高质量发展。