生物农药研究与应用现状及发展前景_纪明山.doc

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1、沈阳农业大学学报， 2006 OS 37 (4): 545 550 journal of Shenyang Agricultural University 2006 08 37 (4). 545550 生物农药研究与应用现状及发展前景 纪明山，谷祖敏，张杨 (沈阳农业大学植物保护学院，辽宁省生物农药工程技术研宄中心，沈阳 110161) 摘要：生物农药具有对人畜和非靶标生物安全，环境兼容性好，不易产生抗性，易于保护生物多样性，来源广泛等 优点。本 研宄对近年生物农药研宄与应用现状进行了分析，探讨了生物农药研宄与应用过程中存在的主要问题，展望了生物农药的发 展前景，并提出促进生物农药健康发展的建

2、议。 关键词：生物农药；微生物农药；抗生素；植物源农药；生物化学农药；转基因生物农药；天敌生物农药 中图分类号： S48 文献标识码 ： A 文章编号： 1000 1700 (2006)04 0545 06 Status and Devel Ping prospects of B ioPesticjcJe Research and APPlication JIM in& shan GUZumin ZHANG Yang (College of plant Piotectiop Shenyang AgriculwralUniversit Bi Pesticide Engftieering Rese

3、arch Center f Liacning provjic， e Shenyang 1 i i6i， China) Abstract Bi Pesticides have many advantages over the traditional chan ical pesticides being sa 长 to livestock and noniget oigarL isns having w nderil enviiormental ccmpatibiliy stable contiolljig efcts and benefit to protect the bidiversiiy

4、and having many re_ sources etc Status of research and application of biPPesticides were reviewed p this paper The auors po jited out major piobls in 如 e research and application of bi Pesticideg The develoPinS prospects of bi Pesticides were discussed and sane advices were given fDr biPesticide dev

5、elopment in jiture K ey word;s bi Pesticide m icrooiganisn pesticide antib i tic botanical pesticide bi ch n ical pesticide transgenic bi Pesticide natural ensny biopesticide 生物农药是具有农药特性的用来防治病、虫、草等有害生物的生物活体及其产生的生理活性物质和转基因 产物。包括微生物农药、农用抗生素、植物源农药、生物化学农药、转基因生物农药和天敌生物 农药。与传统的 化学农药相比，生物农药具有对人畜和非靶标生物安全，环境

6、兼容性好，不易产生抗性，易于保护生物多样性， 来源广泛等优点。因此，高效生物农药的开发应用对人类健康、环境保护和农业的可持续发展都有极其重要的 章 7 11 ZEN 1 生物农药研宄与应用现状 1. 1 微生物农药 微生物农药是用来防治病、虫、草等有害生物的微生物活体制剂。主要包括微生物杀菌剂、微生物杀虫剂 和微生物除草剂。 1- 1. 1 微生物杀菌剂在植病生防上可以利用的拮抗微生物种类很多，包括细 菌、真菌、放线菌、噬菌体和病 毒等，但拮抗细菌占有极为重要的地位。 1.1. 1.1 细菌杀菌剂细菌的种类和数量众多，在植物的根际和地上各部分都大量存在。具抗逆能力强、繁 殖速度快、营养要求简单

7、、易在植物表面定殖的特点 21。细菌大都可以人工培养，便于控制，在植病生防上具 有无限的潜力。目前用作生物杀菌剂的拮抗细菌主要有：枯草杆菌 （ BraUlusaibtiUs)、 放射形土壤杆菌 (Agrobacteriim mdiobactei)、 洋葱球茎病假单胞菌 （ BmkhokJeria cepaciaWisoonsji)、 胡萝卜软腐欧文氏菌 （ EiwjL ia caroicw3raH H)、 地衣芽孢杆菌 （ Bacillus liceniibinis)、 假单孢菌 （ pseudcmonaspseudoacalgenes)和假单孢菌 (Pseudmimas cepacia)。

8、拮抗细菌及其代谢产物的开发利用，以及通过基因工程改造产生新型、高效、稳定、适 收稿日期： 2006 06 20 作者简介：纪明山 （ 1966 )，男，沈阳农业大学教授，博士，从事农药教学与研究工作。 546。 沈 阳 农 业 大 学 学 报 第 37 卷 生性强的拮抗细菌是今后生防菌发展的趋势 3。 1.1. 1.2 真菌杀菌剂真菌杀菌剂研宄和应用最广泛的是木霉菌和粘帚霉菌 4。利用木霉菌防治植物病害 一直是国内外研究热点，已被用于防治水稻纹枯病，棉花枯病，花生、甜椒、茉莉等的白绢病，蔬菜猝倒病、枯萎 病、立枯病等病害 5一 9。国际上已开发出了 SoiGaI d B l u e C i c

9、 控 EPi?Trichode?RootshiekMycos1DK)0 余 种生物制剂 11(1 。目前我国己有 2 个木霉菌产品获得农药登记。 1.1.2 微 生物杀虫剂杀虫微生物包括昆虫病原细菌、昆虫病毒、昆虫真菌、昆虫病原线虫和微孢子虫。 1. 1.2. 1 细菌杀虫剂目前筛选的杀虫细菌大约有 100 多种，其中被开发成产品投入实际应用的主要有 4 种，即苏云金芽孢杆菌、日本金龟子芽孢杆菌、球形芽孢杆菌和缓病芽孢杆菌 12。其中苏云金芽孢杆菌 （ Bac lusthurjngien难 B 鳩当今研究最多、用量最大的杀虫细菌，它占据了生物农药 90%以上的市场，仅国内其应用 面积就达到 3

10、00万 _以上。 B 产生的伴孢晶体，可以杀死 150 多种鳞翅目昆虫而对人畜无害，它具有多个 亚 种和多种血清型，难于产生抗性。近年来，国内外专家致力于 B 钠高效剂型增效因子、发酵工艺、广谱毒性 重组 B 以及转基因植物的研究，取得了较大成果 Pi。 其他杀虫细菌的研宄还涉及黄光假单孢菌、假单孢菌、 赛氏杆菌、链球菌、光杆菌等，它们大都作用于特异的害虫群体，并未见大规模使用的报道 14。 1. 1.2.2 真菌杀虫剂昆虫真菌种类约占昆虫病原微生物种类的 60%以上。昆虫真菌可在自然界中再次侵 染，引起害虫种群的流行病，对害虫有明显的自然控制作用。国内外研究表明，真菌是唯一能在自然条件下通

11、过体壁接触侵染昆虫的病原 微生物 |15，对防治刺吸式口器害虫具有独特的作用。杀虫真菌种类十分丰富，目 前世界上已记载的约有 100 余属， 800 多种 16。著名的杀虫真菌有白僵菌 （ BeauveriabassianoVuiUemjn 和 Beauveriabrongniari)、绿僵菌 （ Metarhiz_anis PliaeS rok_ Metaihiz_ flaTOvirjdeGaims&Rozsypal)、 玫烟色 拟青霉（？ &6： 丨 11(； 5如 80 1 8611513111&如此 )、多毛菌（幵丨 1时扭 111 13011丨 1)、大链壶菌（ 1祕 611丨 1_

12、 gigantomCouch)、 轮枝菌 （ Verticilliim lecanii)和座壳孢菌 （ Aascfcersonia sp 傳。 1. 1.2.3 病毒杀虫剂目前已知的昆虫病毒有 1600 多种，其中 60 种为杆状病毒 ,可引起 1100 种昆虫和螨类 发病，可控制近 30%的粮食和纤维作物上的主要害虫。我国在昆虫病毒研究领域中取得了较大的进展，已从 188 种昆虫中分离到 220 多株病毒，其中 110 株为我国首次分离得到 41。目前，我国核多角体病毒杀虫剂主要 用于农业和林业 ，如防治棉花、高粱、玉米、烟草、番茄等作物的棉铃虫、斜纹夜蛾、茶毛虫等害虫。颗粒病毒的 应用不及

13、核多角体病毒广泛，主要用于防治菜青虫、小菜蛾及黄地老虎等。质多角体病毒主要用于林区 17。 目前有 20 多个国家的30 多种病毒杀虫剂进行登记、注册、生产应用，国内已有 20 多种进入大田试验。 1. 1.2.4 昆虫病原线虫杀虫剂据不完全统计昆虫寄生线虫约有 1000 多种，分布于 27 个科，研究较多的有 斯氏科 （ Steinemmatidae)和异小杆科 （ Heteroihabditidae)2个科的 46 个种。用于农林害虫防治 的昆虫寄生线 虫主要分布于索科 （ Memiihijae)、 斯氏科 （ Stejnemmatidae)、 异小杆科和新垫刃科 （ NeoiYlench

14、idae)。自 2世 纪 50年代起，我国陆续分离和筛选出一些优良线虫品系，其中包括异小杆线虫泰山 1号 H bacteii PhGra84 6 格氏线虫 SglaseriQ5011、 芜菁夜蛾线虫 S 姉 iaeBeijing 和斯氏线虫 Steinem(m a s p C B-2y 品系等。目前国 内可以提供大量田间需用的线虫为小卷蛾线虫 （ S camraPsae)、 芜菁夜蛾线虫 （ S Mtiae)和 异小杆线虫 (H bacterj Ph ra) 微孢子虫对害虫致病性强，对钻蛀性和隐藏性害虫有特效，目前的研宄工作侧重于液体发酵、产品储藏和 寻找新的目标害虫方面 |1。国内尚无产品登

15、记。 1.1.3 微生物除草剂我国首次将真菌用于杂草生物防治的研宄是 1963 年利用炭疽病“鲁保一号”防治大 豆菟丝子，1966 年以后生物除草剂“鲁保一号”推广到全国 2多个省、市、自治区，防治效果稳定在 80%以 上 1在活体微生物除草剂中，以真菌所占比重最大。真菌除草剂的研宄和开发最为活跃 |19。如美国 Ei gen/Av司等成功开发了用于防治水稻、麦类等作物菌期杂草的盘长孢状刺盘孢；日本烟草株式会社开发的黑腐 病菌，用于防治草坪内的杂草早熟禾及剪股颖 ;加拿大在研究利用真菌 OlleiDtfichmi 防治锦葵和苘麻两类 杂草上也取得重大进展，并有希望成为商品化生产 M。近来利用稗

16、草病原菌开发除草剂也引起了注意，稗叶 枯菌 （ HetnimhosPOTiim sat_)和尖角突胶孢 （ Exenohilimmonorerus)被认为有较好的应用前景但目前尚 无规模应用的报道。 第 4 期 纪 明山等：生物农药研究与应用现状及发展前景 547。 1.2 农用抗生素 农用抗生素主要指用于防治病、虫、草等有害生物的微生物代谢产物。可分为抗菌素、杀虫素和杀草素。 1.2. 1 抗菌素抗菌素是微生物在生命活动中所产生的化学物质，它能有选择性地抑制它种微生物生长或杀 灭它种微生物。 1958 年日本 Setsuc研制成功杀稻瘟素一 S (Blasticidn- Si 1961 年大

17、面积应用于水稻稻瘟 病的防治取得成功。杀稻瘟素一我皮誉为农用抗菌素发展过程中的第一块里程碑，此后农用抗菌素的研制开 发进入了高潮，相 继开发出了春日霉素 （ Kasugjmycjn)、 多氧霉素 （ pojyaxin)等一系列高效、低毒、无公害的农用 抗菌素。 我国农用抗菌素的研究处于世界先进行列。最早开始于 20 世纪 50 年代，当时主要针对水稻稻瘟病、水稻 纹枯病、水稻白叶枯病、白菜软腐病、棉花苗期病害等筛选抗菌素，虽然获得了一些有效的菌株，但是由于毒性 或药效不稳定等原因，无一大规模生产。 20 世纪 60 年代成功开发了放线菌酮和灭瘟素，并实现了工业化生 产。 70年代后，我国农用抗

18、菌素的研制进入盛期，相继开发成功了春雷霉素、庆丰霉素、井同霉素、多抗霉素、 公主岭霉素、多效霉素、农抗 120 等一系列高效抗菌素。 90 年代以来，又陆续研制出了中生菌素、武夷霉素、宁 南霉素、华光霉素、嘧肽霉素等。最近又开发了杀枯肽、磷氮霉素、波拉霉素、白肽霉素、金核霉素、瑞拉菌素等 抗菌素，部分品种已进入中试阶段 22。目前已商品化的抗生素达 14 种，生产厂达 140 多家。 1.2.2 杀虫素目前最受注目的杀虫素当属阿维菌素 （ Avemecti它是一种十六元环大环内酯类物质，可 以抑制无脊椎动物神经传导物质而使昆虫麻痹致死，具有杀虫谱广、内吸性强、活性高、作用速度快的特点，最 早由

19、美 国默克公司 （ Merck)开发成功，是占据市场份额较大的生物农药之一 多杀菌素是放线菌代谢产物， 毒性极低，可有效防治小菜蛾、甜菜夜蛾、蓟马等害虫，喷药后当天即可见效，杀虫速度可与化学农药相媲美，中 国及美国制定的安全间隔期都是 1 4 最适合绿色食品生产应用。我国研究的杀蚜素和韶关毒素，用于防治锈 壁虱、棉蚜、叶螨，此外还有浏阳霉素、日光霉素、南昌霉素等用于防治果树、温室害螨，均取得了良好效果。 1.2. 3 杀草素日本明治制果开发的双丙氨磷，用于防除一年生和多年生禾本科杂草和阔叶杂草，已商品化； 日本三共株式 会社研制的 Comiexistir 对单、双子叶杂草均有效。近年开发的 A

20、ntibiotic 您 494 Antibiotic 6241B 也具有良好除草活性。此外硫代乳酸霉素、浅蓝菌素、丁香霉索 、 Aheichjj Tenpxjn 等也具有较好的除 草活性 251。 1.3 植物源农药 植物农药是人类历史上最古老的生物农药之一。植物是生物活性化合物的天然宝库，其产生的次生代谢 产物超过 40 万种 26，其中的大多数化学物质如萜烯类、生物碱、类黄酮、留体、酚类、独特的氨基酸和多糖等均 具有杀虫或抗菌活性。据 1985 年的资料， 全世界已报道过 1600 多种具有控制有害生物的高等植物，其中具有 杀虫活性的 1005 种，杀螨活性的 39 种，杀线虫活性的 10

21、8 种，杀鼠活性的 109 种，杀软体动物 8 种；对昆虫具 拒食活性的 384 种，忌避活性的 279 种，引诱活性的 28 种，引起昆虫不育的 4 种，调节昆虫生长发育的 31 种； 抗真菌的 94 种，抗细菌的 11 种，抗病毒的 17 种。 除虫菊、烟草、鱼藤的商品化加工制剂可能是最早的植物源农药商品制剂。 1985 年美国注册第一个商品 化的印楝制剂 Maigosan_Q后，世界上出现了许多印楝产品，如 Azatir? Neanazid Bi - nera AliSj 和屯咚 此外以烟碱为主要成分的产品有 NicGSM XL ALLNoxfireNirotin;以鱼藤为主成分有的 C

22、hm Sec、 t CubeRoojNoxfir p tentD? prenioj 等。国内现已成功地开发了以烟碱、苦参碱、楝素、茴蒿素和茶 皂素等为主成分的 16 种植物农药，并己登记注册，生产厂家达 46 家 27。 Wilkin 噚 （ 1989)曾报道有 1389种植物有可能作为杀菌剂，植物中的抗毒素、类黄酮、罹病相关的蛋白质、 有机酸和酚类化合物等 均有杀菌或抗菌活性 28。迄今已在植物中发现多种物质对某种或某些病菌有一定的 抑制或杀灭作用。乙蒜素是大蒜的代谢产物，现已人工模拟合成用于多种植物病害的防治。孟昭礼等从银杏 中分离出对植物病原菌有很高活性的化合物，经结构鉴定、人工模拟合成

23、，成功开发出“绿帝”“银泰”杀菌剂， 对苹果腐烂病等具有良好的防治效果 |293近年研究表明，有相当数量的化感物质具有令人注目的除草特 性，目前世界上已发现30 多个科的植物含有近百种具有杀草作用的天然化合物。其中有些已被开发成天然除 草剂，并得到专利保护和推广应用 31。 548。 沈 阳 农 业 大 学 学 报 第 37 卷 1.4 生物化学农药 生物化学农药是生物农药的一类，对防治对象没有直接毒性，而只有调节生长、干扰交配或引诱等特殊作 用，必须是天然化合物，如果是人工合成的，其结构必须与天然化合物相同，但允许异构体比例的差异。包括信 息素、激素、酶、天然植物生长调节剂和昆虫生长调节剂

24、32。 生物化学农药以植物生长剂和昆虫生长调节剂产品为主，国内相继研宄开发了一些产品。其中以赤霉素 生产历史久、产量大、厂家多，最近几年赤霉素的生产呈下 降趋势。云苔素内酯也是一种发展前景看好的品种。 20 世纪 80 年代，发现来源于真菌及植物细胞壁的甲壳素等物质能开启植物中多种信号传导途径 33，作为一 类全新的生物激发子（含寡糖、糖蛋白、多肽和脂肪酸等类物质注物化学农药的研发、生产及应用已引起国外 科技界及国际跨国大公司的高度关注。中国具有丰富的寡糖等生物激发子的资源及研发优势，应高度重视，寡 聚糖生物农药不但能十分有效地控制多种农作物及经济作物病害，同时可明显提高产量。 1.5 转基因

25、生物农药 转基因生物农药包括抗虫转基因生物农药、抗病转基因生物农药和抗除 草剂生物农药。 遗传工程技术为生物农药的发展注入了新的活力，其中，表达农药活性物质的转基因植物现己取得重要研 究开发进展 34。 1983 年第一批转基因植物 （ !草、马铃薯）问世， 1986 年首批转基因植物（抗虫、抗除草剂）被 批准进行环境释放试验， 1994 年首批转基因植物诞熟番茄和抗除草剂棉花等戚得批准商品化生产； 19%年 美国批准的商品化转基因植物达 21 种，加拿大 18 种，澳大利亚 14 种，日本 7 种，全世界转基因植物的种植面 积为 170万至 1998 年 6 月，国外批准商品化的各类转基因植

26、物产品（品牌 ） 已近 90 种， 仅美国和加拿大 就超过 50 种； 1999年全世界转基因植物的种植面积达到 3900 万 _，销售额达到 30 亿美元 35。中国农业基 因工程研究始于 20 世纪 80年代初，目前正在研究的转基因植物种类约 50 种 .涉及 100 余个基因，其种植面积 为 180 万 _左右 36。 1992 年抗黄瓜花叶病毒 （ CMV)和抗烟草花叶病毒 （ TMV)双价转基因烟草就已发展到 8600 _，后因安全和出口问题停止种植。由中国农业科学院生物工程中心开发的 B 棉花， 2002 年已种植 35 万 _左右。开发的 BtfCPT 取价抗虫棉， 2002年推

27、广近 4 万 _(37。 1. 6 天敌生物农药 天敌生物农药是指除微生物农药以外的防治有害生物的活体生物，如赤眼蜂等。 对于天敌生物农药的开发，目前在国外有些公司已经形成了一定规模化的产品，如英国已有多种赤眼蜂作 为农药品种登记注册。世界上规模较大的天敌公司已发展到 80 多家，仅北美已经商品化生产的天敌昆虫就多 达 130余种，主要类别包括赤眼蜂、丽蚜小蜂、草蛉、瓢虫、螳螂、花蝽、捕食性螨等 381。其中较为著名的公司有 英国的 BCI敌公司，年利润达 1万英磅以上，荷兰的 K Wei公司生产的天敌昆虫产品甚至占据了欧洲 大 部分市场，广泛应用于果园、大田、温室等 39。国内对天敌生物的需

28、求呈上升趋势，特别在设施农业中的应用 前景广阔。目前全国已有 30 余家“天敌工厂”可以大规模生产天敌昆虫。河北省农科院植物保护研究所可以 同时批量生产甘蓝夜蛾赤眼蜂、丽蚜小蜂、食蚜瘿蚊等多种天敌。 2 生物农药开发与应用过程中存在的问题 近年，生物农药的开发与应用取得了可喜的研究进展，新品种不断涌现，市场份额逐年增加，应用面积持续 扩大。然而，在生物农药开发与应用过程中仍存在诸多问题，这些问题严重制约着生物 农药的健康发展，亟待 解决。 2. 1 研究与生产相脱节 随着国家对食品安全、无公害农业等的重视及打破国际贸易绿色壁垒的需求，研宄开发生物农药的科研单 位日益增多，研发队伍不断扩大，研究

29、经费成倍增长。这对生物农药的发展十分有利，但科研单位间分工协作 极差，多是在低水平上进行重复的研宄工作。一些科研单位重学术，轻技术，科研成果不能及时转化成生产力。 2.2 规模化生产技术落后 尽管已开发、登记了不少生物农药品种，但不少品种的生产水平低下 ;作用机理、高效生产工艺的研宄不够 深入 ;在微生物农药发酵品种方面尚达不到多 参数、优化精确控制生产 ;在产品提取方面，收率不高，基本无法 做到清洁无害化生产 ;在后加工及剂型研制上，未能很好地围绕活性成份及药理过程，对其稳定性、分散性、渗 第 4 期 纪明山等：生物农药研究与应用现状及发展前景 549。 透性以及保护剂、增效剂等开展多层次的

30、研究，得不到高效稳定的剂型。 2. 3 生物农药安全问题重视不够 由于我国对生物农药的安全问题没有统一的标准，生产企业自定产品标准，都自认为生物农药是安全无毒 的，这种思想容易使生物农药在安全控制方面产生 新的问题。如活体微生物农药产品中致病菌问题、农用抗生 素及植物源农药产品中副产品安全性问题、转基因生物农药环境安全问题等，登记时均未严格要求。 2. 4 田间使用技术不成熟 与化学农药相比，多数生物农药作用速度缓慢、受环境因素影响较大。但生产上通常以化学农药的眼光看 待生物农药，以使用化学农药的方法使用生物农药，导致生物农药受到“歧视”。化学农药、化肥等对生物农药 田间药效的影响，以及生物农

31、药与化学农药的配合使用技术缺乏深入研宄。 3 生物农药的发展前景及建议 应时代的召唤 ，生物农药的研宄与开发、生产与应用均已进入关键时期，尽管存在各种各样的诸多问题，生 物农药市场份额不断扩大已是必然，其发展前景十分诱人。 3. 1 生物资源极为丰富 目前，世界上已发现可用于防治病 、虫、 草害等具有农药作用的细菌 100 余种、真菌 500 余种、病毒 700 余 种、植物 4000 余种，再加上线虫、微生物代谢物 抗生素，其数量真是不计其数，这将为新农药的开发提供无 穷的生物资源。我国是一个生物资源大国，拥有全球 10%的生物遗传资源。据不完全统计，我国拥有动植物、 微生物约 26 万种，

32、还有着其他国家少有的丰 富的人类遗传资源。目前我国保存的农作物种质资料种类达 30 余万份，位居世界第一 .为我国发展生命科学与生物技术提供了丰富材料。 3. 2 适应环境保护和市场需求 据农业部统计，我国农作物病虫害常年发生面积 4 亿 _左右，每年损失粮食 1600 万， t 每年需要生产和 使用80 多万化学农药制剂，导致 20%以上果蔬和 10%以上粮食农药残留超标。发展生物农药产业对保证 农业可持续发展、保障人们的生命与健康和保护生态环境都十分重要，并将极大地增强我国农产品的国际竞争 力。到 2015 年，预计我国生物农药将占农药总份额的 30%。 3. 3 通力协作，突破瓶颈 从事

33、生物农药研宄、开发和生产的单位和人员，应以市场为导向来开展工作，调整科研和生产之间的关系， 促进科研成果尽快转化为生产力 ;加强生物农药大规模生产关键技术攻关 ;加强生物农药作用机理、毒性、残留 以及对环境生态影响等的研究 ;加强培训力度，使农民熟练掌握生物农药田间使用技术，推动生物农药的广泛 应用；国家在加强管理的同时，对于生物农药的研宄、开发和生产进一步给予倾斜政策，扶持和促进我国生物农 药的发展，使之走上健康快速发展的道路。 参考文献： 1 邓洪渊，孙雪文，谭红 .生物 农药的研宄和应用进展 世界科技研宄与发展， 2005 27(1): 76 80. 2 何礼远 .细菌在植物病害生物防治

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