農藥聯合復配在農作物病蟲害防治上的研究進展

徐重新，張江兆，胡曉丹，林曼曼，陳 蔚，張 霄，劉 媛，劉賢金

(1.江蘇省農業科學院農產品質量安全與營養研究所/省部共建國家重點實驗室培育基地—江蘇省食品質量安全重點實驗室，江蘇南京 210014；2.江蘇大學食品與生物工程學院，江蘇鎮江 212013； 3.南京農業大學植物保護學院，江蘇南京 210095)

農作物生產過程受到多種因素制約，而病蟲害是公認的威脅農作物生產及農產品質量安全的最主要的風險因素。據世界糧農組織調查報告可知，由于農作物病蟲害的發生，全球糧食每年減產10%～16%，其中我國每年因此造成的糧食損失就高達 4 000 萬t[1]。對病蟲害有效防治是確保農作物穩產乃至提質增產的頭等大事，國際社會高度重視，我國已于2020年3月正式頒布《農作物病蟲害防治條例》，明確將農作物病蟲害防治提升到事關國家糧食安全和社會穩定的戰略高度。

農藥是應對農作物病蟲害的最主要手段，對助推農作物持續穩產乃至提質增產起到了極為關鍵的作用。然而長期對農藥的依賴以及不規范使用甚至是濫用，在世界范圍內均已導致病蟲害抗藥性加劇發生[2]，同時農藥殘留也給人類健康以及生態環境造成了極為不利的影響[3]。對農藥的合理使用是農作物病蟲害持續有效防治研究的重點，特別是探尋農藥聯合復配更是對現有農藥創新利用和發展的必然趨勢。通過不同農藥聯合復配既可以實現對靶標病蟲害聯防聯控，達到提升防治效率乃至延緩其抗藥性發生頻率的目的[4]，也能實現減少藥用量從而降低農藥在農產品和生態環境中的殘留和蓄積，達到提升農產品質量安全水平和減少生態環境污染的目的[5]。

農藥聯合復配的形式多種多樣，從傳統化學合成類農藥復配[6]到新型生物農藥復配[7]再到生物與化學農藥復配[8]，相關研究緊隨農藥創新的步伐，發展極為迅猛。張江兆等報道，腐霉利與咯菌腈按1 ∶1復配對黃瓜灰霉病菌絲的半最大效應濃度(EC50)達到 0.016 mg/L，增效系數為5.0[9]。Yang等報道，BtCry與BtVip復配的生物農藥組合藥劑對黏蟲的毒力增效系數高達9.2[10]。而高小寬等報道三七提取物與戊唑醇復配的生物-化學農藥組合藥劑對梨黑斑病病原菌的毒力增效系數也達到了4.29[11]。這些研究均具備極大的潛在應用價值和生態環境效益。特別是在新型安全的生物農藥聯合復配的創新運用上，得益于日益成熟的分子生物技術，使蛋白類生物農藥(如Bt抗蟲蛋白[12]以及具備抗病蟲害功能的凝集素[13]、蜘蛛毒素[14]、蝎毒素[15]等)基因串聯融合表達[16]乃至構建聯合增效的轉基因抗病、抗蟲作物[17]成為可能，相關研究蓬勃發展。

本研究對近年來國內外有關農藥復配在農作物病蟲害防治上的最新研究進行系統梳理，并按化學-化學農藥復配、生物-生物農藥復配和生物-化學農藥復配3種常規形式匯總歸類，從中探尋農藥復配經驗規律及其應用前景、未來發展，特別是針對農藥新的復配形式及實踐應用中可能存在的問題進行探討并提出相應對策，以期為推進農藥創新應用提供全新的有價值的參考資料和潛在啟發思路。

1 化學-化學農藥聯合復配在農作物病蟲害防治上的研究現狀

化學農藥是目前種類最多、使用最為廣泛的農藥類型，普遍具有瞬時藥效快、可量產、成本低的特點，備受業界青睞。然而絕大多數化學農藥對人類健康以及生態環境都存在或多或少的危害風險，我國最新修訂版《食品安全國家標準食品中農藥最大殘留限量》(GB 2763—2021)所涵蓋的564種農藥在376種(類)食品中多達10 092項最大殘留限量，其中化學農藥占據著絕對的主角，是監管的重中之重。正因為如此，探尋不同化學農藥聯合復配從而對現有化學農藥進一步創新應用，一直以來都是農作物病蟲害高效防治研究的重點，也是目前乃至今后相當一段時間內最行之有效的捷徑。近年來，國內外有關化學-化學農藥聯合復配在農作物病蟲害防治上的研究很多，農藥類型幾乎都是當前使用較為頻繁的高效低毒農藥且均為二元復配形式，防治對象則涉及黃瓜灰霉病、番茄枯萎病、蘋果落葉病、玉米大斑病、水稻紋枯病、花生網斑病以及溝金針蟲、小地老虎、美洲大蠊和蛾類、蚜類、飛虱類、粉蚧類、螨類害蟲等。按照對靶標病蟲害的共毒系數(co-toxicity coefficient，簡稱CTC)高于120%[6]或增效系數(synergistic coefficient，簡稱SR)大于1.5[18]即認定復配農藥具有聯合增效作用的評判標準，張江兆等報道，腐霉利與咯菌腈按1 ∶1復配對黃瓜灰霉病病菌的增效系數為5.0[9]。金劍雪等報道，吡蟲啉與異丙威按7 ∶400復配對白背飛虱的共毒系數達到638.1[19]。Narayanan等報道了高效氯氟氰菊酯與胡椒基丁醚復配對花生紅燈蛾的防治效果[20]。Malathi等報道了5.25%雙苯氟脲·2.5%茚蟲威復配對棉鈴蟲、豆野螟和木豆黑潛蠅的防治效果[21]。Kumar等報道，5%氟蟲腈·20%噻嗪酮復配對辣椒螨的防治等均展示出了顯著的聯防增效作用[22]。這些制劑型復配形式的研究成果有望進一步推廣應用。化學-化學農藥聯合復配在農作物病蟲害防治上的最新代表性研究實例見表1。

表1 化學-化學農藥聯合復配在農作物病蟲害防治上的最新代表性研究實例

2 生物-生物農藥聯合復配在農作物病蟲害防治上的研究現狀

生物農藥作為源于自然界的生物活體或生物代謝產物，相對于化學農藥而言，其普遍對人類健康更安全、對生態環境更友好，是農作物病蟲害綠色防治領域研究的主要探尋對象，在農業生產上扮演著越來越重要的角色。近年來，國內外涉及生物-生物農藥聯合復配在農作物病蟲害防治上的研究非常活躍，農藥類型涵蓋具備生防功能的活體生物(如哈茨木霉、白僵菌、綠僵菌、蘇云金芽孢桿菌、小卷蛾斯氏線蟲)、動物毒素(如蜘蛛毒素、蝎毒素)、植物提取物或其代謝產物(如印楝素、苦參堿、除蟲菊素、凝集素)、微生物代謝產物(如Bt抗蟲蛋白、伊維菌素)、抗生素(農用抗生素歸屬尚無定論，本研究將其納入生物農藥)等，防治對象涉及花椒根腐病、葡萄灰霉病、茶樹輪斑病以及黏蟲、根蟲、米象、薊馬、甲蟲、棉鈴蟲和蛾類、蚜類、粉虱類、螟類、螨類害蟲等。其中Ali等將球孢白僵菌培養物與桉樹提取物復配對小麥蚜蟲具有聯防增效作用，最高致死率達到87%[35]。Wang等將Bt殺蟲蛋白Cry9Aa和Vip3Aa按1 ∶1復配藥劑對二化螟和玉米螟的毒力增效系數分別為10.6和4.5[36]。這些制劑型復配形式的研究均展示出了良好的應用價值。Din等將BtVip3Aa和大蒜凝集素抗蟲蛋白基因串聯復配構建轉基因棉花對棉鈴蟲和粉虱均具有聯防增效作用，致死率分別達到 100%和95%[37]。Javaid等將洋蔥凝集素與蜘蛛神經毒素進行串聯復配構建轉基因煙草，對棉花粉蚧、桃蚜和煙粉虱都具有聯防增效作用，致死率均達到100%[38]。這些有別于制劑型農藥復配的創新研究充分利用了蛋白類生物農藥的蛋白質屬性，借助分子生物技術直接將不同抗蟲蛋白在基因水平上進行串聯，構建具有聯防增效作用的轉基因抗蟲作物，將生物-生物農藥聯合復配推向了新的高度，相關最新代表性研究實例見表2。

表2 生物-生物農藥聯合復配在農作物病蟲害防治上的最新代表性研究實例

3 生物-化學農藥聯合復配在農作物病蟲害防治上的研究現狀

化學農藥高效但危害風險大，生物農藥綠色安全但藥效溫和，探尋生物農藥與化學農藥復配是當前農作物病蟲害防治過程中短期內既無法徹底擺脫化學農藥依賴又無法全部依靠生物農藥的情況下有望兼并二者農藥優勢的最佳選擇，在實際應用過程中往往能達到出其不意的效果。目前，復配類型涵蓋生防活體菌與化學農藥復配、植物提取物與化學農藥復配、農用抗生素與化學農藥復配以及轉基因抗蟲作物與化學農藥組配等形式，防治對象涉及農作物青枯病、灰霉病、黑斑病、赤星病、枝枯病、桃流膠病以及赤擬谷盜、蝗蟲、薊馬、小地老虎、象鼻蟲和粉虱類、蛾類、螨類害蟲等。陳長卿等將芽孢桿菌NJ13與嘧菌環胺復配，對人參黑斑病的共毒系數高達 6 751.4[8]。高小寬等將三七提取物與戊唑醇按 2 ∶1 復配對梨黑斑病病原菌的毒力增效系數為4.29[11]。Jia等將綠僵菌與氯蟲苯甲酰胺復配對蝗蟲的共毒系數達到1 646[62]。Burtet等將Bt轉基因玉米分別與溴蟲腈、殺蟲隆、滅多威、氟蟲酰胺等化學農藥配合使用，發現均能有效提高對草地貪夜蛾的防治效率，表現為較強的聯防增效作用[63]。這些生物-化學農藥復配的最新研究成果對相關農作物病蟲害有效防治的同時，也對提升農產品質量安全水平具有極其重要的意義，相關最新代表性研究實例見表3。

表3 生物-化學農藥聯合復配在農作物病蟲害防治上的最新代表性研究實例

4 結語與展望

農藥聯合復配創新及應用在農作物病蟲害防治上的重要性幾乎可與農藥本身的創新研發相比肩；而復配形式上，在農藥沒有質的突破之前，短時間內很難跨越化學-化學農藥復配、生物-生物農藥復配和生物-化學農藥復配這3種傳統模式，它們在農作物病蟲害防治和生態環境效益上各有所長，也都存在或多或少的局限性。

化學-化學農藥復配是建立在高效的化學農藥基礎上的更優化組配，是應對農作物病蟲害的“速效劑”，但化學農藥對人類健康以及生態環境造成的直接或間接安全風險嚴重束縛了其應用潛力，這與全世界越來越倡導農作物病蟲害綠色防治的總基調漸行漸遠。近年來生物源性的仿生化學合成農藥[70-71]因兼具化學農藥高效、可量產的特性和生物農藥的安全性而日益受到關注，或許能在一定程度上避免傳統化學農藥及其復配藥劑在應用過程中面臨的困境，有望為化學農藥及其復配的創新研發與應用開辟一條新的出路。

生物-生物農藥是農作物病蟲害綠色防治發展的必然需求，特別是在復配中引入具備生防功能的生物活體[45]或將蛋白類生物農藥基因直接導入生防活體[72]乃至相應農作物[59]中聯合并用，在提升對病蟲害瞬時防治效率的同時也能對病蟲害發揮持久性聯防聯控的功效，這種策略為生物農藥聯合復配的創新應用拓寬了思路，正成為多學科交叉競先探索的熱點。

生物-化學農藥復配是當前農作物病蟲害防治中既不可能完全依賴生物農藥又無法徹底擺脫化學農藥的狀況下的最佳選擇，兼具了化學農藥的瞬時速效性和生物農藥的持久性優勢，甚至有些組合復配對靶標病蟲害的毒力增效系數高達幾十倍[73]或共毒系數高達上千數量級[8，62]，增效作用十分顯著，應用潛力巨大。特別是整合了生物農藥基因的抗病蟲害農作物搭配化學農藥對靶標病蟲害的聯防聯控[63]，不僅可以對靶標害蟲產生持久性防治效果，同時也能緩解對化學農藥的依賴從而達到減藥用量的目的，是目前世界范圍內較為成功的病蟲害防治新模式，值得推廣示范。

農藥聯合復配盡管具備極大的應用潛力和生態環境效益，但不容忽視的是近幾年也有一些證據表明，其可能對生態系統的穩定和安全存在較大的風險隱患，特別是對環境中非靶標生物(如蜜蜂[74]、蚯蚓[75]、水生生物[76])可能會造成更為不利的影響，從這個角度來看，農藥聯合復配成了一柄雙刃劍，因此需要綜合評估才能慎重使用。但總的來說，農藥聯合復配在農作物病蟲害防治上的應用對人類的生存和發展仍然是利大于弊。