微生物農藥的開發和應用前景

摘要:微生物農藥由于其廣譜、高效、安全、環境相容性好等特點，具有廣泛的應用前景。綜述了國內外微生物農藥已開發的種類，當前研究的熱點和未來的研究方向。

關鍵詞:微生物農藥;開發;應用

中圖分類號:S1

文獻標識碼:A

文章編號:1672-3198(2010)13-0348-02

微生物農藥是指由微生物及其代謝產物加工制成的具有殺蟲、殺菌、除草、殺鼠或調節植物生長等具有農藥活性的物質。全世界生物農藥產品中，微生物農藥占到近90%，國內出現大規模產業化的生物農藥主要也是微生物農藥。

微生物農藥具有高度的專一性，殺蟲效率高，不殺傷天敵，且容易降解，無殘留，對人畜無毒，能增強植物的抗病性，刺激植物生長。因此，近幾年微生物農藥得到了大力推廣。據了解，美國微生物殺蟲劑占農藥的1/4，微生物農藥的大量使用能有效緩解化學農藥在使用過程中帶來的“3R”問題，即害蟲抗藥性(Resistance)、殘留(Residue)、害蟲再猖獗(Resurgence)。隨著人們環保意識的增強，世界各國都在大力研究和推廣應用生物農藥，以保護人類的賴以生存的生態環境。微生物農藥在生產上的推廣應用，已經產生了巨大的經濟效益、社會效益和生態效益。

1 微生物農藥的特點

一般來講，微生物農藥具有如下特點:

(1)防治病蟲效果好，使用時對人畜安全，對哺乳動物毒性較低。

(2)特異性強、選擇性高，對天敵和有益生物安全。

(3)多種因素和成分發揮作用，使病蟲難以產生抗藥性。

(4)由于微生物具有自身繁殖快，生長迅速，易變異的特點，可用通過現代生物技術和基因工程的方法對微生物進行改造，從而不斷改進性能和提高品質。

(5)原料來源廣，易于進行大規模工業化生產。

(6)微生物農藥所用的病原體能在環境中形成流行病，可防止病蟲害的再次爆發，有可能長期控制病蟲害。

(7)生產原料和有效成分屬天然產物，在環境中容易降解，不會污染生態環境。

2 微生物農藥的分類

微生物農藥按照有效成分可以分為兩大類:

(1)直接作為農藥使用的微生物，即直接利用細菌、真菌、病毒來防治病、蟲、草害。

(2)以微生物產生的代謝產物作為農藥以防治病、蟲、草害，這即為人們常用的抗生素。

3 微生物農藥的開發現狀

能夠用于開發和生產微生物農藥的微生物類群包括細菌、真菌、病毒、原生動物、線蟲等，其中開發的微生物農藥主要是以細菌、真菌和病毒為主。細菌殺蟲劑是微生物農藥中應用最廣泛，同時也是效果最好的一類。按照用途，微生物農藥可分為微生物殺蟲劑、微生物殺菌劑、微生物除草劑等。

3.1微生物殺蟲劑

3.1.1 細菌殺蟲劑

細菌殺蟲劑是由對昆蟲具有致病或致死作用的細菌及其活性成分制成，當昆蟲攝入病原細菌制劑后，被腸細胞吸收后進入昆蟲的體腔和血液，使之得敗血癥而致死。細菌類殺蟲劑是國內研究開發較早的、生產量最大、應用最廣的微生物殺蟲劑。常見的品種有蘇云金桿菌、青蟲菌、日本金龜子芽孢桿菌和球形芽孢桿菌。蘇云金桿菌(Bt)是世界上用途最為廣泛的微生物農藥。殺蟲譜較廣，能防治稻苞蟲、玉米螟、棉鈴蟲、菜青蟲等害蟲，它占據了生物農藥90%以上的市場，產品覆蓋所有省市并銷往歐美以及新西蘭等國家和地區。

目前在蘇云金桿菌的研究方面，主要集中在以下幾個趨勢:

(1)尋找蘇云金桿菌新的菌株資源，如已成功投入商業化生產的菌株4.0718。

(2)發掘新的殺蟲功能。最初人們僅將蘇云金桿菌集中于鱗翅目害蟲有效，目前已了解到其對9個目600種有害生物均有毒殺作用。

(3)融合基因工程菌的進行構建。近年來人們正嘗試將對不同靶標害蟲有高毒力的基因進行重組，以拓寬殺蟲譜、提高毒力和延緩抗性。

(4)優化發酵條件。研究人員為獲得高效價的發酵培養基配方，采用科學的實驗設計，進行優化篩選。

3.1.2 真菌殺蟲劑

真菌殺蟲劑是利用真菌的分生孢子附著在昆蟲的皮膚上，分生孢子吸水后萌發而長出芽管或形成附著孢，侵入昆蟲體內，菌絲體在昆蟲體內不斷繁殖，造成病理變化和物理變化而導致昆蟲死亡。真菌殺蟲劑具有防治譜廣，殘效期長，擴散力強等特點。缺點在于作用緩慢，侵染過程長，作用效果易受環境影響。目前應用研究最多的是白僵菌，其次是綠僵茵。此外，還有赤僵菌、蟲生藻菌等。雖然種類多，但被開發應用的較少。僅開發了其中的幾個種，對于松毛蟲、蝗蟲、線蟲等的防治有顯著成效。

根據昆蟲病原真菌的特點，目前的研究集中在對其進行分子遺傳改造。主要是通過釋放毒力因子、增加毒性基因拷貝數以及從其他微生物引入毒性基因來增強菌株毒力或擴大寄主范圍。目前有關昆蟲病原真菌的殺蟲基因以及致病機理研究還不夠深入，但尋找新的殺蟲基因對于昆蟲病原真菌的研究將非常有意義。

3.1.3 病毒殺蟲劑

病毒殺蟲劑的作用機理是當病毒侵入昆蟲后，核酸在宿主細胞內進行病毒顆粒復制，產生大量的病毒粒子，促使宿主細胞破裂，導致昆蟲死亡。病毒殺蟲劑宿主特異性強，能在害蟲群內傳播形成流行病。也能潛伏于蟲卵，傳播給后代，持效作用長。缺點是施用效果受外界環境影響較大，宿主范圍窄。其中研究最多、應用最廣的是核形多角體病毒(NPV)，質形多角體病毒(CPV)，顆粒體病毒(GV)。

近幾年來，病毒殺蟲劑的研究主要集中在增效劑和復配制劑方面，該技術對于降低病毒殺蟲劑生產成本具有重要的意義。通過基因工程技術進行基因重組也是一種最有效的方法之一，如野生型桿狀病毒由于殺蟲速度相對較慢和寄主范圍窄等缺陷，限制了其商業化生產和推廣應用速度，通過基因重組后可獲得新一代廣譜高效的病毒殺蟲劑。

3.2 微生物殺菌劑

微生物殺菌劑是一類控制植物病原菌的制劑，主要是抑制病原菌能量產生、干擾生物合成和破壞細胞結構而發揮作用。具有內吸性強、毒性低的特點，有的兼有刺激植物生長的作用。微生物殺菌劑主要指農用抗生素。主要是放線菌，其次是細菌。農用抗生素中應用面積最大的是井岡霉素，其次是阿維菌素和赤霉素，在農業生產中起到重要作用。

發達國家的研究動向已把從農用抗生素的開發、研制擴展到在微生物中篩選殺蟲、除草、抗病毒和植物生長調節劑等生理活性物質的研究，并篩選出了殺螨劑和Bialaphos等除草劑。

3.3 微生物除草劑

微生物除草劑主要是利用活體微生物或其代謝產物來殺滅雜草。雙丙氨磷具有強烈的廣譜殺草活性，能防治一年生和多年生的雜草，同時具有很高的殺螨活性。目前微生物除草劑已成為國外的研究和開發的熱點，其中以真菌除草劑的研究和開發最為活躍。我國生物除草劑研究是世界上最早的國家，用膠孢炭疽菌(魯保1號)防除菟絲子，推動了全世界生物農藥的發展，但以后進展遲緩，微生物除草還只限于研究階段。

4 微生物農藥面臨的問題和開發思路

微生物農藥在使用過程中，主要存在以下幾個方面的問題:

(1)生物農藥的防治是一個生物學的過程，田間藥效不能像化學農藥那樣見效快，直接影響到推廣應用。

(2)保存需要的適宜的環境條件，對貯存條件要求高，其貨架壽命往往只有化學農藥的一半。施用后，環境中各種因素都有可能影響其防治效果。

我國微生物農藥的研究一直非常活躍，既有活菌制劑，更有農用抗生素的開發。隨著分子生物學與生物技術的不斷發展，為應對上述問題，目前的開發思路主要有:

(1)采用分子克隆、定點突變、轉基因作物的開發、重組微生物等技術對微生物農藥分子進行修飾，以提高其活性。目前這一技術應用較多在蘇云金桿菌和昆蟲病毒上。

(2)與一些低毒的化學農藥或增效因子混配，開發具有一定增效作用的制劑。

(3)開發新型助劑，使農藥不易被紫外線和氧化作用而失效。

(4)開發新的菌株資源，開發高效生物農藥的品種。

(5)改良發酵工藝，降低生產成本。

5 微生物農藥的發展前景

隨著人類對農產品安全和生態環境的重視，微生物農藥由于其廣譜、高效、安全、環境相容性好等特點，在未來將有巨大的市場需求。微生物農藥在降低農副產品中的農藥殘留，減少農田生態環境的污染，實現農作物病蟲害可持續控制起到十分重要的作用。

微生物農藥作為高效低毒的農藥，今后的研究和開發前景十分廣闊。尤其是隨著細胞融合、基因重組等生物技術的進步，一些有很高應用價值的生物活性物質有可能大批量生產。近年來，微生物農藥在劑型，殺蟲活性，作用機理，使用技術改良，以及基因克隆和轉化、安全性等方面，都進行了大量研究，取得了不少可喜的成果，如對雙丙胺磷利用生物工程技術進行產量的開發研究等。各種新型的微生物農藥商品開始逐步走向市場，生產逐步走向多樣化和規模化，生產效益也在不斷上升。

盡管微生物農藥目前在世界農藥市場所占的份額還很小，但由于其對人畜毒性小，與環境兼容性好，對有害生物不易產生抗性等突出優點而符合現代社會對農業生產及農藥的要求。近幾年來，各國政府對環境保護，注重可持續農業的可持續發展日益重視，公眾對自身的健康安全也更加關注。全球生物農藥的需求量將以每年5.6%的速度增長，其所占的農藥市場份額將會越來越大。

參考文獻

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