昆蟲性信息素在生物防治中應用的專利分析

劉洪辰　李桂彬

摘要 在檢索分析了大量國內(nèi)外專利文獻的基礎上，對昆蟲性信息素國內(nèi)外公開的專利進行分析，從專利申請整體趨勢、主要申請專利分布和主要申請人技術(shù)分支發(fā)展特點等方面做了全面深入的分析。就昆蟲性信息素技術(shù)發(fā)展脈絡和研發(fā)熱點進行了詳細介紹，并通過對專利技術(shù)的分析，為生物農(nóng)藥防治的技術(shù)創(chuàng)新和發(fā)展提供參考和研究方向。

關(guān)鍵詞 性信息素；生物防治；生物農(nóng)藥；專利申請

中圖分類號 S-058 文獻標識碼

A 文章編號 0517-6611（2018）18-0191-03

Analysis of Pantent Application on Insect Sex Pheromones for Biological Prevention

LIU Hongchen，LI Guibin （Patent Examination Cooperation Tianjin Center of the Patent Office，SIPO，Tianjin 300304）

Abstract Through the retrieval of hundreds of domestic and foreign patent literature related to insect sex pheromones，application tendency，dominated applicant distribution，technical route of main patent，main technical route and development of insect sex pheromones were introduced.Through the patent analysis of insect sex pheromones，the study provided reference and research direction for the future biological prevention technological innovation and development.

Key words Sex pheromone；Biological prevention；Biological pesticide；Patent application

隨著化學農(nóng)藥的大量且不合理使用，抗藥性問題越來越突出，很多化學殺蟲劑的防治效果越來越差[1]，除此之外，新化合物創(chuàng)制成本不斷攀升，這些因素使得生物農(nóng)藥成為當下研究的熱點，作為生物農(nóng)藥的一個分支，昆蟲信息素（insect sex pheromone），尤其是性信息素的研究日益受到重視。昆蟲性信息素是由某一性別的昆蟲個體分泌至體外，從而被同種異性個體接受，并引起同種異性個體產(chǎn)生某種行為和生理反應的微量化學物質(zhì)。它利用了昆蟲本身的生理生化特征和行為學特點[2-4]。

昆蟲性信息素的化學結(jié)構(gòu)研究早在1932年就已經(jīng)拉開序幕，Kurlson和Luseher利用舞毒蛾的腹尖提取物來監(jiān)測舞毒蛾的分布和發(fā)生范圍，這種提取物當時被命名為性信息激素，直到1959年，德國化學家Butenandt從50萬頭家蠶雌蛾的提取物中分離并成功鑒定出第1個昆蟲性信息素的化學結(jié)構(gòu)——“蠶蛾醇”，結(jié)構(gòu)式為（反，順）- 8，10-十六碳雙烯-1-醇。隨后，不斷有新的昆蟲性信息素被發(fā)現(xiàn)，近20多年來，昆蟲性信息素的結(jié)構(gòu)鑒定和化學合成獲得了快速發(fā)展，截至目前，已有2 000余種昆蟲性信息素及其類似物被鑒定和合成，這得益于觸角電位（EAG）和單細胞記錄（SCR）等技術(shù)的配合[5]。

知識產(chǎn)權(quán)是反映行業(yè)技術(shù)創(chuàng)新水平的重要指標之一，筆者對國內(nèi)外關(guān)于性信息素應用的專利申請進行了統(tǒng)計分析，從知識產(chǎn)權(quán)角度把握昆蟲性信息素在生物防治領域的科技創(chuàng)新特點，了解其研究特點、發(fā)展趨勢和潛在的風險，以期為生物農(nóng)藥領域的技術(shù)創(chuàng)新和發(fā)展提供一些參考。

1 研究方法

筆者選擇中國專利全文數(shù)據(jù)庫CNTXT、中國專利文摘數(shù)據(jù)庫CNABS、世界專利文摘庫SIPOABS和德溫特數(shù)據(jù)庫DWPI，采用關(guān)鍵詞和分類號相結(jié)合的方式進行檢索，檢索數(shù)據(jù)庫最早收錄日期至2017年12月31日的全部專利文獻。由于檢索出的外觀專利多為包裝專利，與生物農(nóng)藥防治行業(yè)的科技創(chuàng)新關(guān)系較小，因此筆者僅就發(fā)明專利和實用新型專利申請情況進行具體分析。

2 昆蟲性激素專利申請整體趨勢

在國內(nèi)外涉及性信息素的專利申請共219篇，其中國內(nèi)申請148篇，國外申請81篇。國外申請中，日本、韓國在性信息素應用領域的研究較為活躍（圖1）。值得注意的是，在2005年之前，我國在性信息素應用研究領域的申請量明顯落后于國外，但自2006年以來，國內(nèi)申請量明顯增長，尤其是2011—2015年出現(xiàn)了爆發(fā)式增長，申請量明顯超出國外（圖2）。其主要原因是國內(nèi)對于昆蟲性信息素進行蟲情預測預報從而指導大田防治工作已日趨成熟，越來越多的研究者意識到利用性信息素進行蟲情監(jiān)測和害蟲防治符合IPM的發(fā)展方向。

3 專利技術(shù)分支

3.1 性信息素的結(jié)構(gòu)鑒定和分析

昆蟲性信息素多由2種以上的組分組成，性信息素僅為單一組分的昆蟲較為少見[6]，如桃潛蛾性信息素為14-甲基-1-十八碳烯（CN1049651A， 1991年3月6日），梨小食心蟲性信息素為8（Z/E）-十二碳烯-1-醇乙酸酯（CN101270049A，2008年9月24日），草地螟性信息素為十四酸乙酯（CN103109809A，2013年5月22日），玉米螟性信息素為12-十四碳烯醇乙酯（CN103288635A，2013年9月11日）。

盡管被發(fā)現(xiàn)的昆蟲性信息素具有多種不同的化學結(jié)構(gòu)，但大多數(shù)性信息素具有某些共同的特征：①碳鏈，性信息素化學結(jié)構(gòu)的碳數(shù)基本為10～21，以10～18個偶數(shù)碳原子組成的直鏈化合物最為常見。②功能基，多數(shù)昆蟲性信息素中存在醇、醛、酯基，且多為末端出現(xiàn)，酯基以醋酸酯居多。③雙鍵，多數(shù)昆蟲性信息素結(jié)構(gòu)中含1～3個碳碳雙鍵，其分子構(gòu)型多為順式。例如：槐小卷蛾性信息素為 （E，1E）-8，10-十二碳雙烯-1-醇和（E，E）-8，10-十二碳雙烯基乙酸酯（CN1171196A，1998年1月28日），赤松毛蟲性信息素為（Z，E）-5，7-十二碳二烯醇、（Z，E）-5，7-十二碳二烯乙酸酯和（Z，E）-5，7-十二碳二烯丙酸酯（CN1520724A，2004年8月18日），沙棘木蠹蛾性信息素為反-7-十四碳烯醇乙酸酯、順-7-十四碳烯醇乙酸酯、反-7-十四碳烯醇（CN1778177A和順-7-十四碳烯醇，2006年5月31日），茶尺蠖性信息素為Z3Z6Z9-十八碳三烯和Z3Z9-6，7-環(huán)氧-十八碳二烯（CN102125036A，2011年7月20日）。碳數(shù)為奇數(shù)的，如菊花癭蚊性信息素為（2S，8Z）-2-丁酰氧基-8-十七碳烯（CN 101856021A，2010年10月13日）。碳數(shù)長度在18個以上的不多見，如美國白蛾性信息素為（9Z，12Z，15Z）-十八碳三烯醛、（3Z，6Z，9S，10R）-9，10-環(huán)氧-3，6-二十一碳二烯和（3Z，6Z，9S，10R）-9，10-環(huán)氧-1，3，6-二十一碳三烯。

在公開了性信息素結(jié)構(gòu)的專利文獻中，以長鏈不飽和酯出現(xiàn)頻次最多，其次為長鏈不飽和醇和長鏈不飽和醛，長鏈不飽和酮較為少見。

3.2 昆蟲性信息素的應用

昆蟲性信息素具有特異性強、活性高、不傷害天敵、不污染環(huán)境等優(yōu)點，目前主要被用于蟲情監(jiān)測、大量誘捕、干擾交配以及配合治蟲等方面。

3.2.1 預測預報和蟲情監(jiān)測。

昆蟲性信息素具有活性高和專一性強的特點，其可以靈敏地監(jiān)測害蟲的發(fā)生，并且可以誘集早期發(fā)生或很少量的害蟲，尤其對那些偶發(fā)性的害蟲和目前尚無監(jiān)測方法的害蟲具有特殊的價值，能夠比較準確地反映害蟲的消長規(guī)律。國外80余種昆蟲性信息素被鑒定并用于蟲情測報及防治，我國也相繼有40多種重要害蟲的昆蟲性信息素被鑒定，并開發(fā)出適合預測預報的誘捕器。其中，應用較多的昆蟲性信息素有10余種，如水稻二化螟、小菜蛾、斜紋夜蛾等[7]。

對國內(nèi)外關(guān)于性信息素用于害蟲預測預報的專利申請進行檢索發(fā)現(xiàn)，主要在以下兩個方面進行了研究和申請。

3.2.1.1 鑒定新的性信息素，開發(fā)成引誘劑用于害蟲的預測預報。

發(fā)明專利申請CN103875662A（華南農(nóng)業(yè)大學）首次鑒定了香梨優(yōu)斑螟性信息素的化學結(jié)構(gòu)順，反-9，12-十四碳烯醇和順-8-十二碳烯乙酸酯，并通過信息素組分的不同組合配比制作成誘芯，可用于監(jiān)測和預測預報香梨優(yōu)斑螟。

發(fā)明專利申請CN101856021A（中國農(nóng)業(yè)大學）鑒定了菊花癭蚊性信息素的化學結(jié)構(gòu)（2S，8Z）-2-丁酰氧基-8-十七烯，并發(fā)現(xiàn)其對菊花癭蚊具有強引誘活性，可及時而準確地預測菊花癭蚊的發(fā)生和分布區(qū)域，還可以估計害蟲危害的面積以及防治時期，具有靈敏度高、準確性好、使用簡便等優(yōu)點。

3.2.1.2 對已知成分性信息素的引誘劑進行優(yōu)化，提高引誘活性。

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中二化螟性信息素在常用配比下誘捕效果不理想的技術(shù)問題，發(fā)明專利申請CN104186469A（陜西理工學院）在原有組分的基礎上，添加了增效成分苯乙醛，大幅度提高了二化螟性誘劑的活性，可更好地應用于二化螟的預測預報和防治。

為了解決美國白蛾性引誘劑及誘芯進口成本高，且其比例不符合我國發(fā)生的美國白蛾等技術(shù)問題，發(fā)明專利申請CN101433200A（中國科學院動物研究所）對美國白蛾性引誘劑中性信息素的配比進行了優(yōu)化，使其更適合我國發(fā)生的美國白蛾的監(jiān)測，優(yōu)化后的性信息素靈敏度高、專一性強，能夠在人工無法發(fā)現(xiàn)任何成蟲的情況下發(fā)揮其功效，可用于美國白蛾的監(jiān)測檢疫體系，對京津冀美國白蛾工程治理具有深遠的意義。

3.2.2 害蟲防治。

3.2.2.1 大量誘捕。

通過單位空間內(nèi)放置大量性信息素誘捕器，誘殺特定的害蟲，最終在此空間內(nèi)導致此害蟲性別比例失衡，交配比例下降，由此導致下一代蟲口基數(shù)大幅降低，大量誘捕適合在害蟲交配季節(jié)應用，可有效降低害蟲交配機會，進而降低其繁殖率。

3.2.2.2 干擾交配。

干擾交配也被叫作“迷向法”，通過設置性信息素散發(fā)器，人工釋放后使空氣中到處散發(fā)著昆蟲性信息素，進而導致雄蟲“迷向”，無法定位雌蟲進行交配，從而干擾交配，是一種治蟲新技術(shù)。干擾交配法與其他防治技術(shù)相比，在田間使用更為簡便。目前，干擾交配法已經(jīng)在多種昆蟲防治中獲得成功。

大量誘捕和干擾交配在利用性信息素的機理上有共同點，對兩類性信息素的應用專利進行合并分析發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)外專利申請主要集中在引誘劑活性成分優(yōu)化、劑型或釋放工藝的改進、釋放裝置的改進、協(xié)同或干擾劑使用等手段上。

3.2.2.3 配合治蟲。將性信息素配合化學不育劑、病毒、細菌等使用，先通過誘捕器引誘雄蟲，沾染化學不育劑、病毒、細菌等后返回，利用其與其他雌蟲的接觸、交配，從而使整個種群產(chǎn)生流行病，甚至導致子代不育，最終導致種群密度的大幅降低，達到防治目的。配合治蟲對種群造成的損害甚至要比直接滅殺大得多，因此，雖然還處在探索階段，但其已經(jīng)成為近年來國內(nèi)外研究的新領域和新熱點。

發(fā)明專利申請CN1180482A提供了一種性信息素配合病毒以防治農(nóng)林害蟲的方法，其使用的病毒制劑是由提純的病毒粉和紫外線保護劑、同種雌成蟲的鱗片及助劑制成。例如使用大袋蛾核型多角體病毒（CVNPV），使得感染CVNPV后的雄蟲與雌蟲交配，導致下一代感染病毒而死，最終實現(xiàn)減少害蟲密度的目的。

3.2.3 害蟲檢疫。昆蟲性信息素不僅可以靈敏有效地監(jiān)測已發(fā)生的害蟲，還可以用于監(jiān)測外來入侵的害蟲，特別是檢疫性害蟲。

發(fā)明專利申請CN1520724A（中國科學院動物研究所）按一定比例添加了有增效作用的2種成分順5，反7-十二碳二烯乙酸酯和順5，反7-十二碳二烯丙酸酯，結(jié)果表明，活性高出了3倍以上，可成功應用于未發(fā)生地區(qū)或國家監(jiān)測是否有該物種的侵入。

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中四蚊豆象發(fā)生隱蔽、世代交疊并參差不齊等諸多技術(shù)問題，發(fā)明專利申請CN103875663A提供了一種以四蚊豆象性信息素作為引誘劑的海關(guān)檢疫措施，作為目測、比重、染色等檢疫方法的有效補充，具有專一性強、高效、環(huán)保等優(yōu)點，這是首次成功研制出的四紋豆象引誘劑產(chǎn)品，填補了國內(nèi)外空白。

4 結(jié)語

在過去的幾十年里，國內(nèi)外對昆蟲性信息素的研究取得了重要成果。昆蟲性信息素具備高效安全、環(huán)境友好等優(yōu)點，到目前為止尚未發(fā)現(xiàn)昆蟲性信息素有毒性存在，因此，采用昆蟲性信息素作為防治措施之一，對食品安全和環(huán)境保護意義重大。

在蟲情測報和害蟲檢疫方面，昆蟲性信息素可靈敏地監(jiān)測害蟲的發(fā)生和侵入；在綜合治理方面，當害蟲蟲口密度為中等水平時適合大量誘捕法進行防治，蟲口密度為低等水平時適合采用“迷向法”直接控制，采用昆蟲性信息素可以有效減少化學農(nóng)藥的使用，符合IPM的綜合治理理念；對于不能區(qū)分的昆蟲亞種和地理種群的研究，通過昆蟲性信息素的比較鑒定也是可行的。當然，昆蟲性信息素存在成本較高、田間效果不穩(wěn)定、使用不方便等問題，今后將重點在昆蟲性信息素的劑型開發(fā)、影響昆蟲信息素防治效果的因素等方面進行深入研究。

可以預測，隨著各種重要害蟲昆蟲性信息素的結(jié)構(gòu)鑒定、合成及應用研究的開展，配合性信息素傳播、接收的調(diào)控機理和分子機制的理論研究[8]，昆蟲性信息素將會愈來愈多地應用于生產(chǎn)實踐。

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