مركبات بيولوجية طبيعية أصلية! تجاوز العقبة التقنية المتمثلة في مقاومة المبيدات الكيميائية للقراد!

مبيدات القراد فئة من المبيدات الحشرية واسعة الانتشار في الزراعة والصناعة وغيرها من القطاعات. تُستخدم بشكل أساسي لمكافحة القراد الزراعي، أو القراد الذي يصيب الماشية والحيوانات الأليفة. يتكبد العالم خسائر فادحة سنويًا بسبب آفات القراد. ووفقًا لمنظمة الأغذية والزراعة التابعة للأمم المتحدة، فإن 80% من قطعان الماشية في العالم مصابة بالقراد، مما يكلف العالم خسائر اقتصادية تُقدر بنحو 7.3 مليار دولار سنويًا. في أمريكا الجنوبية، فقدت نباتات فول الصويا المتضررة من عث العنكبوت Mononychellus planki McGregor (Acari: Tetranychidae) ما يقرب من 18.28% من محصول الحبوب. وفي الصين، تُصاب نحو 40 مليون فدان من الحمضيات أيضًا بعث Panonychus citri (McGregor). ولذلك، يتزايد الطلب العالمي على مبيدات القراد عامًا بعد عام. أبرز ثمانية منتجات في سوق مبيدات القراد عام 2018 هي: سبيروديكلوفين، سبيروميثيكون، ديافينثيورون، بيفينازات، بيريدابين، بروبارجيت، هيكسيثيازوكس، وفينبيروكسيمات، حيث بلغت مبيعاتها الإجمالية 572 مليون دولار أمريكي، ما يمثل 69.1% من سوق مبيدات القراد، ومن المتوقع أن يصل حجم السوق إلى ملياري دولار أمريكي بحلول عام 2025. ومن المرجح أن يزداد حجم سوق مبيدات القراد مع انخفاض مساحة الأراضي الصالحة للزراعة عالميًا، وتزايد عدد السكان، وارتفاع الطلب على المنتجات الطبيعية، وتنامي الطلب على الممارسات الزراعية المستدامة.
يُظهر تحليل سوق مبيدات العث العالمية أن عث العنكبوت الأحمر، وعث بانكلو الحمضيات، وعث بانونيكوس أورمي، هي أهم أنواع العث الضارة من الناحية الاقتصادية، إذ تستحوذ على أكثر من 80% من السوق. ومن أنواع العث الأخرى ذات الصلة: عث العنكبوت الكاذب (وخاصة عث العنكبوت القصير)، وعث الصدأ، وعث العفص، وعث ذبابة الخيل. وتُعد الخضراوات والفواكه، بما فيها الحمضيات والعنب وفول الصويا والقطن والذرة، المحاصيل الرئيسية التي تُستخدم فيها مبيدات العث.
مع ذلك، ونظرًا لدورة حياتها القصيرة، وتكاثرها العذري، وأدواتها الأيضية الفريدة، وقدرتها العالية على التكيف مع البيئة، فقد ازدادت مقاومة العث العاشب، مثل عث العنكبوت وعث بانكلو، للمبيدات الحشرية بسرعة. يُمثل العث 3 من أصل 12 مفصلية أرجل مقاومة تم الإبلاغ عنها. وفي الاستخدام العالمي للمبيدات الحشرية، لا تزال المبيدات الكيميائية التقليدية، مثل الفوسفات العضوية والكربامات والكلور العضوي والبيرثرويدات، تحتل مكانة مهيمنة. في السنوات الأخيرة، ورغم ظهور مبيدات حشرية عالية الفعالية، مثل بيفينازات وأسيتافيناك، لا تزال مشكلة تجانس المبيدات الحشرية قائمة. ومع الاستخدام طويل الأمد وغير العلمي لهذه المبيدات، طوّر معظم العث العاشب درجات متفاوتة من المقاومة للمبيدات الكيميائية المتوفرة في السوق، وتراجعت فعاليتها بشكل ملحوظ. من جهة أخرى، مع تزايد الاهتمام بالقضايا البيئية والتوسع التدريجي في مجال الزراعة العضوية، ازداد الطلب بشكل ملحوظ على المنتجات الطبيعية لحماية المحاصيل في السوق العالمية. لذا، بات من الضروري تطوير مبيدات حيوية جديدة وآمنة وفعالة وصديقة للبيئة، وأقل ضرراً على الأعداء الطبيعية، فضلاً عن مبيدات حشرية بيولوجية جديدة لا تُطوّر مقاومة بسهولة.
وبناءً على ذلك، هناك حاجة ملحة للصناعة والتنمية الصناعية للاستفادة الكاملة من مزايا الموارد البيولوجية في الصين لتعزيز البحث والتطوير وتطبيق المبيدات البيولوجية للقراد.

1. خلفية البحث عن قلويدات فيراتروترول

الخربق، المعروف أيضًا باسم البصل الجبلي أو الخربق الأسود، نبات طبي معمر. يُعدّ الخربق نباتًا مبيدًا للحشرات في الصين، حيث يقوم السكان بحفر جذوره خلال موسم النمو وقليها لتحضير مغلي خفيف يُستخدم لغسل الأغنام والماعز والأبقار وغيرها من المواشي، وللتخلص من يرقات الذباب المنزلي والطفيليات الأخرى. وقد وجد الباحثون أن للخربق فعالية جيدة في مكافحة آفات أخرى. فعلى سبيل المثال، يتمتع مستخلص أسيتات الإيثيل من جذور الخربق بفعالية مبيدة للحشرات ضد يرقات عثة الملفوف (Plutella xylostella) في طوريها الثاني والثالث، بينما يُظهر مستخلص قلويدات الفيراترول تأثيرًا قاتلًا على يرقات الصرصور الألماني البالغة وفي طورها الرابع. كما وجد الباحثون أن مستخلصات مختلفة من جذور الخربق تتمتع بفعالية جيدة في مكافحة العث، حيث يتفوق مستخلص الإيثانول على مستخلص الكلوروفورم، الذي بدوره يتفوق على مستخلص البيوتانول.
مع ذلك، يُعدّ استخلاص المكونات الفعّالة تحديًا كبيرًا. يلجأ الباحثون الصينيون عادةً إلى طرق استخلاص مختلفة للحصول على المواد الفعّالة من جذور نبات الفيراتروم، منها الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية باستخدام الكلوروفورم القلوي بالأمونيا، والاستخلاص بالماء، والاستخلاص بالترشيح باستخدام الإيثانول، والاستخلاص بثاني أكسيد الكربون فوق الحرج. تستخدم طريقة الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية باستخدام الكلوروفورم القلوي بالأمونيا كمية كبيرة من مذيب الكلوروفورم السام، على الرغم من ارتفاع معدل الاستخلاص نسبيًا. أما طريقة الاستخلاص بالماء فتتطلب عددًا كبيرًا من عمليات الاستخلاص، واستهلاكًا كبيرًا للمياه، ومعدل استخلاص منخفض. في المقابل، تتميز طريقة الاستخلاص بثاني أكسيد الكربون فوق الحرج لاستخلاص قلويدات الفيراترولين بمعدل استخلاص عالٍ، والحفاظ على المكونات الفعّالة، فضلًا عن تحسين الفعالية العلاجية ونقاء المكونات الفعّالة للمنتجات المستخلصة بشكل كبير. إضافةً إلى ذلك، فإنّ ثاني أكسيد الكربون الناتج غير سام وخالٍ من المذيبات، ما يجعله غير ضارّ بالإنسان والبيئة، ويُسهم في الحدّ من التلوث البيئي الناجم عن طرق الاستخلاص التقليدية، وقد صُنّف هذا الأسلوب ضمن أفضل تقنيات الاستخلاص والفصل للنباتات ذات التأثيرات العلاجية. ومع ذلك، فإن عملية الإنتاج المحفوفة بالمخاطر والتكلفة العالية تعيق تطبيقها الصناعي على نطاق واسع.
2. التقدم المحرز في البحث والتطوير لقلويدات فيراتروترول
دراسة حول تقنية استخلاص نبات الفيراتروم. تعتمد تقنية الاستخلاص المشترك بشكل أساسي على نبات الفيراتروم، وهو نبات طبي صيني تقليدي، مدعم بمواد طبية طبيعية. يتم تحضير الفيراتروتوين ومكونات فعالة أخرى متعددة معًا، وفي الوقت نفسه، تُستخدم مذيبات مختلفة لاستخلاص المواد الطبية النباتية بشكل مستمر، وذلك لزيادة تنقية وترسيب المكونات الفعالة في المواد الطبية النباتية على مراحل. يتم الحصول على مجموعة من المركبات ذات وظائف مختلفة أو متشابهة من نفس دفعة المواد الخام. يُحسّن هذا بشكل كبير من معدل استخدام المواد الخام النباتية، ويقلل من تكاليف الإنتاج، ويزيد بشكل ملحوظ من القدرة التنافسية في السوق.
دراسة حول آلية عمل المواد الفعالة في نبات الفيراتروم. مستخلص جذور الفيراتروم هو نوع من الخلطات التي تحتوي على أكثر من عشرة مكونات فعالة، مثل الفيراترول، والريسفيراترول، والفيراتروتوين، والسيكلوبامين، وأكسيد الريسفيراترول. يؤثر على الجهاز العصبي للآفات.
تشير التقارير البحثية إلى أن سمية هذا النبات تعتمد على فتح قنوات الصوديوم المعتمدة على الجهد، مما يؤدي بدوره إلى فتح قنوات الكالسيوم المعتمدة على الجهد، وبالتالي إطلاق النواقل العصبية. تُعد قنوات أيونات الصوديوم المعتمدة على الجهد جزءًا أساسيًا من الإشارات العصبية والعضلية. يمكن للمكونات الفعالة في مستخلص نبات الفيراتروم أن تُسبب اضطرابات في تيارات قنوات أيونات الصوديوم، مما ينتج عنه تغيرات في نفاذية الغشاء، مُسببةً رعشة وصدمة، وفي النهاية الموت.
في الوقت نفسه، أفاد بعض الباحثين الفرنسيين أن قلويدات الفيراترولين قادرة أيضاً على تثبيط إنزيم أستيل كولين إستراز (AChE) لدى الحشرات بطريقة غير تنافسية. ونظراً لآلية عمل قلويدات الفيراترولين الجديدة، فإنها قادرة على مهاجمة مواقع متعددة، ويصعب على العث التكيف مع الأدوية متعددة المواقع من خلال تغييراته البنيوية، مما يجعل من الصعب عليه تطوير مقاومة للأدوية.

تقنية تحضير مستخلص جذور الخربق بنسبة 0.1% CE. بفضل تقنية الاستخلاص المتقدمة وتقنية التحضير الممتازة، يتميز المستخلص بانخفاض التوتر السطحي، مما يُسهّل تغليف جسم الحشرة بسرعة، ويعزز اختراق وامتصاص محلول الدواء، ويزيد من فعالية المكونات النشطة. يتميز المستخلص بقابلية تشتت جيدة في الماء، ويكون المحلول شفافًا ومتجانسًا بعد التشتيت. عند تخفيفه 1000 مرة، يستغرق ترطيب ورقة العمل بالكامل 44 ثانية، مما يدل على سرعة الترطيب والاختراق. أظهرت بيانات ثبات تشتت الضوء المتعدد أن مستخلص جذور الخربق بنسبة 0.1% CE يتمتع بثبات جيد ويلبي متطلبات مختلف بيئات التطبيق الميداني.
التقدم البحثي في ​​تكنولوجيا تطبيق مستخلص جذور نبات الفيراتروم بتركيز 0.1%
لقد حسّنت التقنية الجديدة بشكل كبير من سرعة مفعول الدواء. وبالمقارنة مع التقنية السابقة، قلّل المنتج من استخدام أحد المكونات. وبفضل هذه العملية الفريدة، أصبح المنتج يحتوي على مكونات أكثر وفرة، وأصبح تأثيره التآزري أكثر وضوحًا.
في الوقت نفسه، عند استخدامه مع المبيدات الكيميائية المتوفرة، فإنه يُسهم بشكل كبير في خفض أعداد العناكب الحمراء، وتقليل كمية المبيدات الكيميائية المستخدمة، وتحسين فعالية المكافحة. باختصار، خلال فترة انتشار عث بانونيكوس الحمضي في مدينة هيتشو بمقاطعة غوانغشي الصينية، كان رش مستخلص جذور نبات فيراتروم بتركيز 0.1% مع إيتوكسازول بتركيز 30% فعالاً خلال 20 دقيقة، ولم تُشاهد أي حشرات حية بعد 3 أيام من الرش، واستمرت فعالية المكافحة لأكثر من 95% لمدة 11 يومًا بعد الرش. وفي المراحل المبكرة من انتشار عث بانكلو الحمضي في برتقال رويجين السرة بمقاطعة جيانغشي، أدى استخدام مستخلص جذور نبات فيراتروم بتركيز 0.1% مع بيفينازات تيتراميزين بتركيز 30% إلى موت جميع الحشرات بعد يوم واحد من الرش، ولم تُشاهد أي حشرات حية بعد 3 أيام من الرش، وبلغت فعالية المكافحة ما يقارب 99% بعد 16 يومًا.
تُظهر نتائج التجارب الحيوية الميدانية المذكورة أعلاه أنه عند انخفاض أو ارتفاع أعداد العناكب الحمراء، يُمكن لمستخلص جذور نبات Veratella vulgaris، سواءً استُخدم بمفرده أو مع مبيدات كيميائية، أن يُقلل من أعدادها ويُحسّن من فعالية المبيدات الكيميائية في مكافحتها، مُظهرًا فعاليةً ممتازة. في الوقت نفسه، يُستخلص مستخلص جذور نبات الخربق من النباتات. وبالتركيز المُوصى به، يكون استخدامه آمنًا في مراحل التبرعم والإزهار وتكوين الثمار الصغيرة لمعظم النباتات، ولا يُؤثر على نمو البراعم أو الأزهار أو الثمار. كما أنه آمن وصديق للبيئة بالنسبة للكائنات غير المستهدفة، مثل الأعداء الطبيعية للعناكب، ولا يُظهر مقاومةً مُتبادلة مع المبيدات الحشرية ومبيدات العناكب الموجودة. وهو مُناسب جدًا للإدارة المُتكاملة للعناكب. ومع انخفاض استخدام المبيدات الكيميائية، أصبحت بقايا المبيدات الكيميائية مثل إيتوكسازول، وسبيروديكلوفين، وبيفينازات في الحمضيات متوافقة تمامًا مع "المعيار الوطني الصيني لسلامة الأغذية بشأن الحدود القصوى لبقايا المبيدات في الأغذية"، و"معايير الاتحاد الأوروبي لسلامة الأغذية"، ومعايير الولايات المتحدة الأمريكية لحدود بقايا المبيدات في الأغذية، مما يوفر ضمانًا قويًا لسلامة الأغذية وجودة وسلامة المنتجات الزراعية.
تقنية تعديل الجينات تعزز تصنيع نبات الخربق
الخربق نبات طبي شائع، وهو عشب معمر من الفصيلة الزنبقية. ينمو في الجبال والغابات والشجيرات، وينتشر في مناطق شانشي، وخبي، وخنان، وشاندونغ، ولياونينغ، وسيتشوان، وجيانغسو، وغيرها من المناطق في الصين، حيث يزخر بالموارد البرية. تشير الدراسات إلى أن الإنتاج السنوي من الخربق الطبي يتراوح بين 300 و500 طن، ويشمل أنواعًا عديدة، منها الخربق، وخربق شينغآن، وخربق ماوسو، وخربق غولينغ، وتختلف المكونات الفعالة لكل نوع.
مع التطور السريع للتكنولوجيا الحيوية والبحوث المعمقة حول المواد الطبية لنبات الخربق، أحرز استخدام تقنية تعديل الجينات لتحسين الأنواع الطبية من الخربق، والاستئناس الاصطناعي لأنواع الخربق البرية، تقدماً تدريجياً. وسيساهم الاستئناس الاصطناعي لأصناف الخربق بشكل كبير في الحد من الأضرار التي تلحق بموارد البلازما الجرثومية البرية جراء استخراج الخربق، كما سيعزز من استغلال الخربق صناعياً في المجالين الزراعي والطبي.
في المستقبل، من المتوقع أن تُسهم مستخلصات جذور نبات الخربق الطبيعية، المشتقة من النباتات الطبية، في تقليل استخدام المبيدات الكيميائية التقليدية للقراد تدريجياً، وأن تُحسّن جودة المنتجات الزراعية وسلامتها، وأن تُعزز البيئة الزراعية الإيكولوجية، وأن تحافظ على التنوع البيولوجي.