植物病害生物防治劑的開發(fā)與前景

摘要：主要論述了植物病害生物防治劑開發(fā)在商業(yè)上、生物學(xué)上和技術(shù)上所必須考慮的重要因素，并對其開發(fā)前景進行了展望。

關(guān)鍵詞：生物防治劑；病害；開發(fā)；前景

中圖分類號：S476⁺.8 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1006－6500(2008)02－0059－04

使用化學(xué)防治劑不僅對環(huán)境造成嚴重的威脅，還可危害到食物和種子安全。因此，具有較小環(huán)境影響的新型生物防治劑的研究迫在眉睫。早在30年前生物防治劑就開始受到廣泛的關(guān)注，國外學(xué)者也進行了很多關(guān)于生物控制劑抑制植物疾病的試驗。例如，以Baker為首的科學(xué)家對一系列基于Trichoderma spp.的生物防治劑的研究做出了杰出的貢獻。而Sutton和同事們則對Clonos-tachys rosea及其對漿果灰霉病的防治進行了系統(tǒng)的研究。Whipps對Coniothyrium minitans防治由核盤菌引起的植物疾病方面的作用機理進行了研究等。

通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，已經(jīng)注冊的生物防治劑只有很少的一些被商業(yè)化，表1給出了幾種國外已成功上市的生物防治劑。相關(guān)法規(guī)的缺失和高昂的注冊費用是生物防治劑商業(yè)化的主要障礙，工業(yè)上的和商業(yè)上的問題都可能使一個極具潛力的生物防治劑胎死腹中。因此，要想成功開發(fā)并商業(yè)化一種有效的生物防治劑，需要進行周全而細致地考慮和廣泛地調(diào)研論證，包括商業(yè)上、生物學(xué)上和技術(shù)上等。另外，還需有熱情有干勁的熟悉工業(yè)應(yīng)用技術(shù)的人才。

1 商業(yè)上的考慮：市場、成本和注冊

對于生物防治劑商業(yè)上的考慮主要集中在市場規(guī)模的大小以及市場是否容易接受這種新產(chǎn)品上。一種生物防治劑，如果對于防治一小類發(fā)生在具有高附加值經(jīng)濟作物上的疾病特別有效，將會更有吸引力。例如用于防治果樹根癌、用于防治高爾夫場草坪白霜病，以及防治由灰霉菌引起的草莓灰霉病等等。或者這種生物防治劑可以有效地防治大規(guī)模種植作物的疾病，例如棉花猝倒病、水稻稻瘟病等。其他一些比較成功的生物防治劑具有較寬的防治范圍，并且既可以用于高經(jīng)濟價值的作物又可以用于大規(guī)模種植的作物，例如一些基于木霉的產(chǎn)品。這些生物防治劑都可以創(chuàng)造一個令人滿意的市場規(guī)模。總體來說，生物防治劑作為一種“綠色技術(shù)”，較容易被公眾所接受。在產(chǎn)品推廣的過程中這種“綠色”可以作為一個良好的市場突破點，并且防治劑生產(chǎn)企業(yè)也更容易為當(dāng)?shù)氐沫h(huán)保部門所接受。生物防治劑與化學(xué)防治劑有很多不同的地方。例如生物防治劑在防治病原微生物時多以活體的形式存在，這樣才能保證它們的殺滅病原菌的活力，即生物防治劑在施用時要考慮諸多生物學(xué)因素。因此，無論是生物防治劑工業(yè)化生產(chǎn)中的操作人員，還是進行市場推廣和銷售的經(jīng)銷商，多了解些生物學(xué)知識是很重要的。另外，其他商業(yè)上的因素，如研發(fā)和注冊登記的成本以及發(fā)酵生產(chǎn)，制劑等方面的成本也需要考慮。

2 生物學(xué)上的考慮：分離、篩選和田間試驗

在發(fā)現(xiàn)一種新的生物防治菌株時需要注意以下兩點：

(1)分離一種潛在的拮抗微生物，得到具有生防潛力菌株的環(huán)境最好和它將來可能施用的環(huán)境條件相似，或者至少不要相差太遠。

(2)在潛在菌株中篩選拮抗菌株，篩選所使用的條件應(yīng)盡可能的模擬該生防菌株將來可能施用時的環(huán)境條件。

表1中列出的成功上市的生物防治劑中，除了極個別外，都是從施用環(huán)境中分離出的。例如，Cedomon(Pseudomonas chlororaphis)是從植物根部分離得到的；NoGall(Agrobacterium radiobacte K84)是從植物受傷的組織或者被感染部位分離得到的；而Contans(Coniothyrium minitans)則來源于被病原菌污染的土壤。因此，大部分上市生物防治劑的分離是遵循我們在前面提到的分離原則的。

在自然界，植物、病原物、生防微生物和環(huán)境之間的關(guān)系是及其復(fù)雜的。只有詳細了解生防微生物在植物根際和葉際與病原物及其它生物、植物及其分泌物、土壤及各種環(huán)境因子之間的相互作用及其變化規(guī)律，才能有效地調(diào)控?zé)o機與有機環(huán)境，更好地發(fā)揮生防微生物的防病功能。因此，加強生物防治劑的田間試驗也是開發(fā)工作者需要著重考慮的因素，因為它直接關(guān)系到生物防治劑的防治效果以及產(chǎn)品的市場接受程度。

在持續(xù)農(nóng)業(yè)中，生物防治不僅要很好地利用有益微生物來防治病害，而且要把有益微生物的分離和篩選作為一個重要的任務(wù)。目前雖然篩選出了一批具有拮抗性的微生物，但還缺乏高效價的菌株，對其發(fā)酵工藝的研究也還十分欠缺，這就使得部分有前途的菌株不能盡快地轉(zhuǎn)化為商品，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)服務(wù)。大多數(shù)生物防治工作者，雖然已認識到了菌株篩選的重要意義，但理解狹隘，只注意到了自然界生防微生物的開發(fā)利用，而沒有注意到人為增強有益微生物防治病害能力研究。開發(fā)工作者應(yīng)通過物理、化學(xué)和分子生物學(xué)等方法改造自然微生物，培育對環(huán)境高抗逆性、對農(nóng)藥高抗性、高繁殖力和對病害高控制能力的工程菌。應(yīng)進一步研究利用誘變后增強的植物內(nèi)生微生物對病原物的拮抗作用，研究轉(zhuǎn)毒素基因內(nèi)生微生物的殺菌作用，以更有效地控制病原微生物。研制基因重組生物制劑以提高其防治病害的作用。目前生防微生物應(yīng)用后防治效果能否穩(wěn)定持久大多不能預(yù)見。因此，不良副作用的風(fēng)險性也可能更大，需加強其風(fēng)險性估計研究。

3 技術(shù)上的考慮：產(chǎn)品、制劑和施藥

生物防治劑包括兩大類：一是以生物為原料或以生物作為反應(yīng)器而生產(chǎn)，但不含活體細胞的有效活性成分的制劑，如植物的提取物、微生物(主要包括細菌、真菌、放線菌)發(fā)酵的代謝產(chǎn)物。這類有效成分在作用方式上類似于化學(xué)防治劑，但非人工合成，純屬天然產(chǎn)品，容易自然分解，一般無殘留殘毒，因而是目前取代化學(xué)防治劑的首選產(chǎn)品。例如，國內(nèi)已有生產(chǎn)的阿維菌素、以晶毒為有效成分的蘇云金桿菌制劑以及若干真菌毒素等。這類產(chǎn)品雖無公害，但長期使用可能誘導(dǎo)害蟲的抗藥性而提高用藥成本；二是對病原微生物具有致病侵染能力的各種微生物制劑，主要包括真菌、細菌、病毒和原生動物，有效成分是具有生命力的侵染體，如真菌孢子、菌絲、細菌的繁殖體和病毒粒子。其作用方式是通過侵染引發(fā)病原微生物的流行病，將有害種群控制在可容忍的水平下。因此，生物防治劑的產(chǎn)品形式必須考慮以下因素：(1)產(chǎn)品成本必須降低，這樣最終產(chǎn)品在價格方面可以和傳統(tǒng)農(nóng)藥相競爭；(2)必須保持產(chǎn)品的藥效或生態(tài)適應(yīng)性；(3)必須使產(chǎn)品有足夠的保質(zhì)期，以保證產(chǎn)品到達最終用戶手中之前的有效性。

對任何生物防治劑來說，高效的劑型是將實驗室活性成分轉(zhuǎn)換成田間行為表現(xiàn)的基礎(chǔ)保證。盡管事實表明，劑型研究將有助于改善生物防治劑的田間藥效，提高施用效果以利于其占據(jù)植保市場份額，但是目前該領(lǐng)域的研究結(jié)果鮮有成效。當(dāng)務(wù)之急必須尋找新的、更有效的助劑成分，例如紫外保護劑、濕潤劑、分散劑、粘著劑和載體等。在任何情況下，這些助劑應(yīng)和生防微生物(病毒、細菌、昆蟲病原線蟲)和諧共存，因為它們要與有效活性成分同時進行噴施。另外，生物防治劑的劑型選擇還必須考慮環(huán)境影響因素。特別是活菌制劑應(yīng)用后對靶標(biāo)致病菌能否發(fā)揮有效的抑制作用，以及其作用程度受環(huán)境因素的影響很大。解決的途徑：(1)在獲得一株有效的生防菌后，需要明確其抑菌譜及對靶標(biāo)致病菌的作用機制。再根據(jù)生防菌的生態(tài)習(xí)性及將要應(yīng)用的環(huán)境，確定適宜的生產(chǎn)及使用劑型；(2)要克服對環(huán)境敏感的生防菌劑在田間防病效果不穩(wěn)定的弊端，在實際應(yīng)用中可以將生防微生物進行人工改造獲得具有抗藥性的菌株，與低劑量的高效、低毒、低殘留的殺菌劑混合使用，這不僅能夠明顯提高生防微生物的防病效果，也會增加其生態(tài)競爭能力。

開發(fā)工作者必須認識到，一個良好有效的生物防治劑在施藥技術(shù)上必須具有良好的適應(yīng)性。生物防治劑產(chǎn)品應(yīng)該能夠適應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)液壓噴嘴的施藥方法或者無需特殊噴施要求的噴藥裝置。種植者不希望為了施用一個生物防治劑產(chǎn)品而需在噴灑設(shè)備上增加投資，同樣他們也不會接受一種截然不同的噴灑方式或者比常規(guī)操作次數(shù)更為頻繁的施藥模式。

4 生物防治劑的開發(fā)前景

目前，世界上已發(fā)現(xiàn)可用于防治病蟲草害等具有生物防治作用的細菌100余種、真菌500余種、病毒700余種、植物4000余種，再加上線蟲、微生物代謝物、抗生素等，數(shù)量巨大，這將為新的生物防治劑的開發(fā)提供無窮的生物資源。隨著不斷增加的法規(guī)要求和食品安全意識的提高，以及部分化學(xué)防治劑產(chǎn)品的更新?lián)Q代，生物防治劑將有可能從小的市場擴大成主流植物保護產(chǎn)品，具有良好的開發(fā)前景。