สารประกอบชีวภาพธรรมชาติดั้งเดิม! ก้าวข้ามข้อจำกัดทางเทคนิคของการต้านทานสารกำจัดไรฝุ่นด้วยสารเคมี!

สารกำจัดไรเป็นสารกำจัดศัตรูพืชประเภทหนึ่งที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในภาคเกษตรกรรม อุตสาหกรรม และอุตสาหกรรมอื่นๆ ส่วนใหญ่ใช้ควบคุมไรในปศุสัตว์หรือสัตว์เลี้ยง ทุกปีโลกต้องประสบกับความสูญเสียมหาศาลจากศัตรูพืชไร องค์การอาหารและเกษตรแห่งสหประชาชาติระบุว่า 80% ของฝูงปศุสัตว์ทั่วโลกถูกเห็บรบกวน ซึ่งสร้างความเสียหายทางเศรษฐกิจทั่วโลกประมาณ 7.3 พันล้านดอลลาร์ต่อปี ในอเมริกาใต้ ต้นถั่วเหลืองที่ได้รับความเสียหายจากไรเดอร์ Mononychellus planki McGregor (Acari: Tetranychidae) สูญเสียผลผลิตธัญพืชไปประมาณ 18.28% ในประเทศจีน พื้นที่ปลูกส้มเกือบ 40 ล้านเอเคอร์ก็ถูกไร Panonychus citri (McGregor) ทำลายเช่นกัน ดังนั้น ความต้องการสารกำจัดไรในตลาดโลกจึงเพิ่มขึ้นทุกปี ผลิตภัณฑ์แปดอันดับแรกในตลาดสารกำจัดไรในปี 2561 ได้แก่ สไปโรไดโคลเฟน สไปโรเมทิโคน ไดอาเฟนไทอูรอน ไบเฟนาเซต ไพริดาเบน และโพรพาร์ไจต์ เฮกซิไทอะซ็อกซ์ และเฟนไพรอกซิเมต ยอดขายรวมอยู่ที่ 572 ล้านเหรียญสหรัฐ คิดเป็น 69.1% ของตลาดสารกำจัดไร และคาดว่าขนาดตลาดจะถึง 2 พันล้านเหรียญสหรัฐภายในปี 2568 ขนาดตลาดของสารกำจัดไรมีแนวโน้มว่าจะใหญ่ขึ้น เนื่องจากพื้นที่เพาะปลูกทั่วโลกลดลง ประชากรเพิ่มขึ้น ความต้องการผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติเพิ่มขึ้น และความต้องการแนวทางปฏิบัติทางการเกษตรที่ยั่งยืนเพิ่มขึ้น
การวิเคราะห์ตลาดสารกำจัดไรทั่วโลกแสดงให้เห็นว่าไรเดอร์แดง ไรเดอร์แพนคลอว์ซิตรัส และไรเดอร์แพนโอนีคัส อูร์มี เป็นไรเดอร์ที่มีความสำคัญทางเศรษฐกิจมากที่สุด คิดเป็นสัดส่วนมากกว่า 80% ของตลาด ไรเดอร์อื่นๆ ที่เกี่ยวข้อง ได้แก่ ไรเดอร์เทียม (ส่วนใหญ่เป็นไรเดอร์สั้น) ไรสนิม และไรเดอร์กาบและไรเดอร์ ...
อย่างไรก็ตาม เนื่องจากวงจรชีวิตสั้น กระบวนการพาร์ธีโนเจเนซิส (parthenogenesis) เครื่องมือการเผาผลาญที่มีลักษณะเฉพาะ และความสามารถในการปรับตัวสูงต่อสภาพแวดล้อมของไรกินพืช เช่น ไรเดอร์และไรแพนคลอว์ ทำให้ความต้านทานต่อสารกำจัดไรเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ไรคิดเป็น 3 ใน 12 สัตว์ขาปล้องที่ต้านทานสารกำจัดไร ในการใช้สารกำจัดไรทั่วโลก สารกำจัดไรเคมีทั่วไป เช่น ออร์กาโนฟอสเฟต คาร์บาเมต ออร์กาโนคลอรีน และไพรีทรอยด์ ยังคงครองตำแหน่งสำคัญ ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา แม้ว่าจะมีสารกำจัดไรที่มีประสิทธิภาพสูง เช่น ไบเฟนาเซตและอะซีตาฟีแนคออกมาแล้ว แต่ปัญหาการทำให้สารกำจัดไรเป็นเนื้อเดียวกันก็ยังคงเป็นปัญหาร้ายแรง ด้วยการใช้สารกำจัดไรเหล่านี้ในระยะยาวและไม่เป็นวิทยาศาสตร์ ไรกินพืชส่วนใหญ่จึงพัฒนาระดับความต้านทานต่อสารกำจัดไรเคมีที่มีอยู่ในท้องตลาดในระดับที่แตกต่างกัน และผลกระทบของสารกำจัดไรก็ลดลงอย่างมาก ในทางกลับกัน ด้วยความสนใจที่เพิ่มมากขึ้นต่อปัญหาสิ่งแวดล้อมและการเติบโตอย่างค่อยเป็นค่อยไปของเกษตรอินทรีย์ ความต้องการผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติเพื่อปกป้องพืชผลในตลาดโลกจึงเพิ่มขึ้นอย่างมาก ดังนั้น การพัฒนาสารกำจัดไรที่ปลอดภัย มีประสิทธิภาพ เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม อันตรายน้อยกว่าศัตรูธรรมชาติ และสารกำจัดไรชีวภาพชนิดใหม่ที่ปลอดภัยและต้านทานต่อโรคได้ยากจึงใกล้จะเกิดขึ้นแล้ว
จากนี้ การพัฒนาอุตสาหกรรมและอุตสาหกรรมจึงมีความจำเป็นเร่งด่วนที่จะต้องใช้ประโยชน์จากทรัพยากรชีวภาพของจีนให้เต็มที่ เพื่อส่งเสริมการวิจัยและพัฒนา และการประยุกต์ใช้สารกำจัดไรทางชีวภาพ

1. พื้นฐานการวิจัยของอัลคาลอยด์เวอราโทรทรอล

เฮลเลบอร์ หรือที่รู้จักกันในชื่อต้นหอมภูเขา หรือเฮลเลบอร์สีดำ เป็นสมุนไพรยืนต้น ในประเทศจีน ผู้คนมักขุดเหง้าเฮลเลบอร์ออกมาในช่วงที่พืชกำลังเจริญเติบโต แล้วนำไปต้มกับน้ำต้มอ่อนๆ เพื่อล้างแกะ แพะ วัว และปศุสัตว์อื่นๆ ด้วยน้ำเย็น รวมถึงใช้กำจัดแมลงวันและปรสิตอื่นๆ นักวิจัยพบว่าเฮลเลบอร์มีฤทธิ์ควบคุมศัตรูพืชชนิดอื่นๆ ได้ดี ยกตัวอย่างเช่น สารสกัดเอทิลอะซิเตทจากเหง้า Veratrum มีฤทธิ์ฆ่าแมลงได้ดีกับตัวอ่อนระยะที่สองและสามของแมลงสาบเยอรมัน Plutella xylostella ในขณะที่สารสกัดอัลคาลอยด์ Veratrol มีฤทธิ์ฆ่าแมลงได้ในระดับหนึ่งกับตัวอ่อนระยะที่สี่และตัวเต็มวัยของแมลงสาบเยอรมัน ในขณะเดียวกัน นักวิจัยยังพบว่าสารสกัดต่างๆ จากเหง้า Veratrum มีฤทธิ์กำจัดไรได้ดี ซึ่งรวมถึงสารสกัดเอทานอล > สารสกัดคลอโรฟอร์ม > สารสกัด n-butanol
อย่างไรก็ตาม วิธีการสกัดสารออกฤทธิ์ยังคงเป็นปัญหาที่ยาก นักวิจัยชาวจีนมักใช้การสกัดด้วยอัลตราโซนิคด้วยแอมโมเนีย-ด่างคลอโรฟอร์ม การสกัดด้วยน้ำ การสกัดด้วยเอทานอลแบบซึมผ่าน และการสกัดด้วยคาร์บอนไดออกไซด์เหนือวิกฤต เพื่อสกัดสารออกฤทธิ์จากเหง้าของต้น Veratroline ในบรรดาวิธีการสกัดเหล่านี้ วิธีการสกัดด้วยอัลตราโซนิคด้วยแอมโมเนีย-ด่างคลอโรฟอร์มใช้คลอโรฟอร์มซึ่งเป็นตัวทำละลายที่เป็นพิษในปริมาณมาก แม้ว่าอัตราการสกัดจะค่อนข้างสูง แต่วิธีการสกัดด้วยน้ำนั้นใช้เวลาในการสกัดนาน ใช้น้ำมาก และมีอัตราการสกัดต่ำ วิธีการสกัดด้วยคาร์บอนไดออกไซด์เหนือวิกฤตเพื่อสกัดอัลคาลอยด์ Veratroline ไม่เพียงแต่มีอัตราการสกัดที่สูงเท่านั้น สารออกฤทธิ์ยังไม่ถูกทำลาย แต่ยังช่วยปรับปรุงฤทธิ์ทางยาและความบริสุทธิ์ของสารออกฤทธิ์ในผลิตภัณฑ์ที่ได้รับอย่างมากอีกด้วย นอกจากนี้ สารตกค้างที่ปราศจากตัวทำละลายและคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) ยังไม่เป็นอันตรายต่อร่างกายมนุษย์และสิ่งแวดล้อม ซึ่งสามารถชะลอมลภาวะทางสิ่งแวดล้อมที่เกิดจากวิธีการสกัดแบบดั้งเดิม และได้รับการยกย่องให้เป็นหนึ่งในเทคโนโลยีการสกัดและแยกสารที่ดีที่สุดสำหรับสรรพคุณทางยาของพืช อย่างไรก็ตาม กระบวนการผลิตที่มีความเสี่ยงและต้นทุนที่สูงเป็นอุปสรรคต่อการประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรมขนาดใหญ่
2. ความก้าวหน้าในการวิจัยและพัฒนาของสารอัลคาลอยด์เวอราโทรทรอล
ศึกษาเทคโนโลยีการสกัด Veratrum เทคโนโลยีการสกัดร่วมนี้ใช้ Veratrorum ซึ่งเป็นยาแผนโบราณของจีนเป็นหลัก เสริมด้วยสารธรรมชาติ Veratrotoin และสารออกฤทธิ์อื่นๆ หลายชนิดถูกเตรียมร่วมกัน และใช้ตัวทำละลายที่แตกต่างกันในการสกัดสารออกฤทธิ์จากพืชอย่างต่อเนื่อง เพื่อเพิ่มความบริสุทธิ์และการตกตะกอนของสารออกฤทธิ์ที่มีประสิทธิภาพในสารออกฤทธิ์จากพืชให้ได้มากที่สุดในแต่ละขั้นตอน เพื่อให้ได้สารออกฤทธิ์กลุ่มที่มีฟังก์ชันการทำงานที่แตกต่างกันหรือฟังก์ชันการทำงานที่คล้ายคลึงกันจากวัตถุดิบชุดเดียวกัน ช่วยเพิ่มอัตราการใช้ประโยชน์ของสารออกฤทธิ์จากพืชอย่างมีนัยสำคัญ ลดต้นทุนการผลิต และเพิ่มขีดความสามารถในการแข่งขันในตลาดได้อย่างมีนัยสำคัญ
การศึกษากลไกการออกฤทธิ์ของสารออกฤทธิ์ Veratrum สารสกัดจากเหง้า Veratrol เป็นสารผสมชนิดหนึ่งที่มีสารออกฤทธิ์มากกว่าสิบชนิด เช่น เวราทรอล เรสเวอราทรอล เวราโทรโทอิน ไซโคลพามีน เวราทรอล และเรสเวอราทรอลออกไซด์ มีผลต่อระบบประสาทของแมลงศัตรูพืช
รายงานการวิจัยระบุว่าความเป็นพิษของสารนี้เกิดจากการเปิดช่องโซเดียมไอออนที่ขึ้นกับแรงดันไฟฟ้า ซึ่งจะเปิดช่องแคลเซียมไอออนที่ถูกกระตุ้นด้วยแรงดันไฟฟ้า นำไปสู่การปลดปล่อยสารสื่อประสาท ช่องโซเดียมไอออนที่ควบคุมด้วยแรงดันไฟฟ้าเป็นส่วนสำคัญของการส่งสัญญาณของเซลล์ประสาทและกล้ามเนื้อ ส่วนประกอบสำคัญในสารสกัดจาก Veratrum สามารถทำให้เกิดการรบกวนของกระแสไฟฟ้าในช่องโซเดียมไอออน ส่งผลให้เกิดการเปลี่ยนแปลงการซึมผ่านของเยื่อหุ้มเซลล์ ทำให้เกิดอาการสั่น ช็อก และเสียชีวิตในที่สุด
ในขณะเดียวกัน นักวิชาการชาวฝรั่งเศสบางคนรายงานว่าอัลคาลอยด์ veratroline สามารถยับยั้งเอนไซม์อะเซทิลโคลีนเอสเทอเรส (AChE) ในแมลงแบบแข่งขันได้ เนื่องจากกลไกการออกฤทธิ์ใหม่ของอัลคาลอยด์ veratrotrol ทำให้เกิดการโจมตีแบบหลายตำแหน่ง (multi-site attack) และไรจะปรับตัวเข้ากับยาที่ออกฤทธิ์หลายตำแหน่งได้ยากผ่านการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของมันเอง ดังนั้นจึงไม่ใช่เรื่องง่ายที่ไรจะดื้อยา

เทคโนโลยีการเตรียมสารสกัดเหง้าเฮลเลบอร์ 0.1% CE ด้วยเทคโนโลยีการสกัดขั้นสูงและเสริมด้วยเทคโนโลยีการเตรียมที่ยอดเยี่ยม แรงตึงผิวของยาจึงต่ำ ซึ่งสามารถห่อหุ้มตัวแมลงได้อย่างรวดเร็ว ส่งเสริมการซึมผ่านและการดูดซึมของสารละลายยา และเพิ่มประสิทธิภาพของสารออกฤทธิ์ มีการกระจายตัวในน้ำที่ดี สารละลายมีความโปร่งใสและเป็นเนื้อเดียวกันหลังจากการกระจายตัว เมื่อเจือจาง 1,000 เท่า เวลาในการทำให้แผ่นผ้าใบเปียกสนิทคือ 44 วินาที และสามารถเปียกและซึมผ่านได้อย่างรวดเร็ว ข้อมูลความเสถียรของการกระเจิงแสงหลายทิศทางแสดงให้เห็นว่าสารสกัดเหง้าเฮลเลบอร์ 0.1% CE มีความเสถียรที่ดีและสามารถใช้งานได้หลากหลายในสภาพแวดล้อมการใช้งานจริง
ความก้าวหน้าการวิจัยเทคโนโลยีการประยุกต์ใช้สารสกัดเหง้าสาหร่ายเกลียวทอง 0.1% CE
เทคโนโลยีใหม่นี้ช่วยปรับปรุงคุณสมบัติการออกฤทธิ์อย่างรวดเร็วของยาได้อย่างมาก เมื่อเทียบกับเทคโนโลยีเดิม ผลิตภัณฑ์นี้ยังลดการใช้ส่วนผสมเพียงชนิดเดียวลง ด้วยกระบวนการพิเศษนี้ ส่วนผสมในผลิตภัณฑ์จึงมีมากขึ้น และเห็นผลเสริมฤทธิ์กันอย่างชัดเจนยิ่งขึ้น
ในขณะเดียวกัน เมื่อใช้ร่วมกับสารกำจัดศัตรูพืชเคมีที่มีอยู่เดิม สามารถลดจำนวนประชากรไรเดอร์แดงได้อย่างมีนัยสำคัญ ลดปริมาณสารกำจัดศัตรูพืชเคมี และเพิ่มประสิทธิภาพในการควบคุม โดยสรุป ในช่วงที่มีการระบาดของไรเดอร์ส้ม Panonychus สูงในเมืองเหอโจว มณฑลกว่างซี ประเทศจีน การฉีดพ่นสารสกัดเหง้า CE Veratrum 0.1% ร่วมกับยาอีทอกซาโซล 30% มีประสิทธิภาพภายใน 20 นาที ไม่พบแมลงมีชีวิตหลังจากฉีดพ่น 3 วัน และสามารถควบคุมแมลงได้หลังจากฉีดพ่น 11 วัน และสามารถคงประสิทธิภาพไว้ได้มากกว่า 95% ในระยะแรกของไรเดอร์ส้มนาเวลของมณฑลเจียงซีรุ่ยจิน สารสกัดเหง้า CE Veratrum 0.1% ร่วมกับยาเตตรามิซีนไบเฟนาเซต 30% ตายทั้งหมดหลังจากฉีดพ่น 1 วัน และไม่พบแมลงมีชีวิตหลังจากฉีดพ่น 3 วัน สามารถควบคุมแมลงได้เกือบ 99% หลังจากฉีดพ่น 16 วัน
ผลการทดสอบทางชีวภาพภาคสนามข้างต้นแสดงให้เห็นว่าเมื่อไรเดอร์แดงมีจำนวนเบสต่ำหรือสูง การใช้สารเดี่ยวและสารประกอบร่วมกับสารเคมี สารสกัดเหง้าของ Veratella vulgaris สามารถลดจำนวนเบสของหนอนแมงมุมแดงและเพิ่มประสิทธิภาพในการควบคุมสารเคมีกำจัดศัตรูพืชได้ดีเยี่ยม ขณะเดียวกัน สารสกัดเหง้าของเฮลเลบอร์สกัดจากพืช เมื่อใช้ความเข้มข้นที่แนะนำ ปลอดภัยต่อการใช้ในระยะแตกหน่อ ระยะออกดอก และระยะผลอ่อนของพืชส่วนใหญ่ และไม่มีผลต่อการขยายตัวของยอด ดอก และผล ปลอดภัยและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมต่อสิ่งมีชีวิตที่ไม่ใช่เป้าหมาย เช่น ศัตรูธรรมชาติของไร และไม่ดื้อยาข้ามสายพันธุ์กับยาฆ่าแมลงและสารกำจัดไรที่มีอยู่ในปัจจุบัน เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการจัดการไรแบบผสมผสาน (IPM) และด้วยการลดการใช้สารเคมีกำจัดศัตรูพืช สารตกค้างของสารเคมีกำจัดศัตรูพืช เช่น อีทอกซาโซล สไปโรไดโคลเฟน และไบเฟนาเซตในส้ม เป็นไปตาม “มาตรฐานความปลอดภัยอาหารแห่งชาติจีนว่าด้วยปริมาณสารตกค้างสูงสุดของสารกำจัดศัตรูพืชในอาหาร” และ “มาตรฐานอาหารของสหภาพยุโรป” ได้อย่างครบถ้วน มาตรฐานปริมาณสารตกค้างของสารกำจัดศัตรูพืชและมาตรฐานปริมาณสารตกค้างของสารกำจัดศัตรูพืชในสหรัฐอเมริกาในอาหาร เป็นเครื่องรับประกันความปลอดภัยด้านอาหาร คุณภาพ และความปลอดภัยของผลิตภัณฑ์ทางการเกษตร
เทคโนโลยีการตัดแต่งยีนส่งเสริมการพัฒนาอุตสาหกรรมเฮลเลโบร์
เฮลเลบอร์เป็นสมุนไพรยืนต้นในวงศ์ลิลิเอซีอี (Liliaceae) ขึ้นตามภูเขา ป่าไม้ หรือพุ่มไม้ พบกระจายพันธุ์ในมณฑลซานซี เหอเป่ย เหอหนาน ซานตง เหลียวหนิง เสฉวน เจียงซู และที่อื่นๆ ในประเทศจีน อุดมไปด้วยทรัพยากรธรรมชาติ จากการศึกษาพบว่าเฮลเลบอร์มีผลผลิตทางยาต่อปีประมาณ 300-500 ตัน และมีหลายสายพันธุ์ เช่น เฮลเลบอร์ ซิงอัน เฮลเลบอร์ เหมาซู และกู่หลิง ซึ่งแต่ละสายพันธุ์มีส่วนประกอบสำคัญที่แตกต่างกัน
ด้วยการพัฒนาอย่างรวดเร็วของเทคโนโลยีชีวภาพและการวิจัยเชิงลึกเกี่ยวกับวัตถุดิบทางยาของเฮลเลบอร์ การใช้เทคโนโลยีการตัดแต่งยีนเพื่อปรับปรุงพันธุ์เฮลเลบอร์เพื่อใช้เป็นยาและการนำเฮลเลบอร์ป่ามาเลี้ยงแบบเทียมจึงก้าวหน้าไปเป็นขั้นตอน การเพาะปลูกเฮลเลบอร์พันธุ์เทียมจะช่วยลดความเสียหายจากการขุดเฮลเลบอร์ต่อทรัพยากรพันธุกรรมพืชป่าได้อย่างมาก และส่งเสริมการนำเฮลเลบอร์ไปใช้ในอุตสาหกรรมเกษตรกรรมและการแพทย์
ในอนาคต คาดว่าสารสกัดเหง้าเฮลเลโบร์ธรรมชาติที่ได้จากพืชสมุนไพรจะค่อยๆ ลดการใช้สารเคมีกำจัดไรแบบดั้งเดิมลง และปรับปรุงคุณภาพของผลิตภัณฑ์ทางการเกษตร ปรับปรุงคุณภาพและความปลอดภัยของผลิตภัณฑ์ทางการเกษตร ปรับปรุงสภาพแวดล้อมทางนิเวศวิทยาทางการเกษตร และรักษาความหลากหลายทางชีวภาพให้ดียิ่งขึ้น ถือเป็นผลงานที่ยอดเยี่ยม