生物農(nóng)藥在可持續(xù)農(nóng)業(yè)發(fā)展中的應(yīng)用與前景

隨著人口增長、資源消耗和環(huán)境污染的挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)模式已經(jīng)難以為繼，農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展成為全球農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型的核心議題，確保糧食安全，實現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品有效供給，保護和改善生態(tài)環(huán)境愈發(fā)受到關(guān)注。隨著經(jīng)濟社會發(fā)展，耕地資源正不斷減少，為滿足不斷增長的糧食需求，提升作物產(chǎn)量迫在眉睫[1]。據(jù)統(tǒng)計，昆蟲、病原體和雜草等病蟲害，會致使全球作物產(chǎn)量損失 20%～40%^[2] 。過去數(shù)十年，由于氣候變化、國際貿(mào)易等因素相互交織，促使新型害蟲種類不斷出現(xiàn)[3]。使用農(nóng)藥能顯著提升作物的產(chǎn)量與品質(zhì)，對于保證糧食安全至關(guān)重要，而傳統(tǒng)化學(xué)農(nóng)藥的過度使用，帶來一系列棘手問題，包括病蟲草害抗藥性快速增強、食物鏈遭到破壞、環(huán)境污染加劇等。隨著人們的環(huán)保意識逐漸提升，國家和社會對可持續(xù)農(nóng)業(yè)的需求也日益迫切。在此形勢下，推行環(huán)境友好、高效的病蟲害綜合治理（IPM）方法，逐漸成為農(nóng)業(yè)發(fā)展的必然趨勢[4]

可持續(xù)農(nóng)業(yè)體系構(gòu)建的核心是基于生態(tài)承載力閾值，通過技術(shù)革新與制度創(chuàng)新實現(xiàn)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)多維平衡的范式轉(zhuǎn)型[5]。生物農(nóng)藥作為該體系的關(guān)鍵支撐技術(shù)，其廣泛應(yīng)用可推動實現(xiàn)對農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的優(yōu)化。在政策支持驅(qū)動下，中國生物農(nóng)藥領(lǐng)域呈現(xiàn)加速發(fā)展態(tài)勢，其登記數(shù)量持續(xù)攀升，生物農(nóng)藥行業(yè)研發(fā)體系與生產(chǎn)步入了規(guī)范化、標準化的快速發(fā)展階段。數(shù)據(jù)顯示，2023年度生物農(nóng)藥登記量占新農(nóng)藥總量的 90% ，且所有品種均實現(xiàn)完全自主知識產(chǎn)權(quán)或聯(lián)合開發(fā)。從2015年至2023年間，生物農(nóng)藥有效成分與產(chǎn)品登記量年均增速分別達 7.07% 和 7.55%^[6] 。但是由于市場監(jiān)管不完善、農(nóng)戶對生物農(nóng)藥的認知不足、生物農(nóng)藥研發(fā)和生產(chǎn)成本高、市場定價缺乏競爭力等諸多因素限制了生物農(nóng)藥的健康有序發(fā)展。

本文系統(tǒng)研究了已有的成果，從農(nóng)業(yè)經(jīng)濟學(xué)的視角，總結(jié)了生物農(nóng)藥的自身特性和作用機理，研究其與可持續(xù)農(nóng)業(yè)發(fā)展的邏輯關(guān)系，從市場需求和商業(yè)價值角度，分析了生物農(nóng)藥目前面臨的挑戰(zhàn)與機遇，旨在推動生物農(nóng)藥產(chǎn)業(yè)健康持續(xù)發(fā)展，并提出應(yīng)進一步推進生物農(nóng)藥的標準化和產(chǎn)業(yè)化進程，明確了生物農(nóng)藥作為農(nóng)業(yè)綠色投入品的發(fā)展方向，以期構(gòu)建一個健康、可持續(xù)的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)，并為領(lǐng)域內(nèi)科研工作者及從業(yè)者提供重要參考。

1生物農(nóng)藥

1. 1 生物農(nóng)藥類型

生物農(nóng)藥是一類利用活體生物（如真菌、細菌、昆蟲病毒、轉(zhuǎn)基因生物及天敵）或其代謝產(chǎn)物進行有害生物防控的制劑產(chǎn)品。生物農(nóng)藥的分類體系呈現(xiàn)多元化特征，但其核心邏輯都是圍繞天然來源與生態(tài)友好性展開。經(jīng)濟合作與發(fā)展組織（Organisation for Economic Co-operation andDevelopment，OECD）的標準將生物農(nóng)藥分為生物化學(xué)農(nóng)藥、微生物農(nóng)藥、植物內(nèi)源保護劑（PIPs）、天敵生物及納米農(nóng)藥等幾大類[7。這一定義體系因其科學(xué)性和包容性，目前已成為全球生物農(nóng)藥政策協(xié)調(diào)的重要參考，尤其在推動國際標準統(tǒng)一（如產(chǎn)品登記數(shù)據(jù)互認）和技術(shù)創(chuàng)新（如RNA干擾農(nóng)藥的歸類）方面具有指導(dǎo)意義。

1.1.1生物化學(xué)農(nóng)藥生物化學(xué)農(nóng)藥是一類利用天然的化學(xué)物質(zhì)（如植物、微生物或礦物）或其衍生物來防治病蟲害的農(nóng)藥，主要包括昆蟲信息素、植物提取物與精油、植物生長調(diào)節(jié)劑、昆蟲生長調(diào)節(jié)劑、植物免疫誘抗劑及農(nóng)用抗生素[8]。生物農(nóng)藥有鮮明的優(yōu)點：一是專一性強，對特定的病蟲害具有高度的特異性；二是對環(huán)境安全，生物農(nóng)藥均是天然存在的活體生物或化合物，故在環(huán)境中會自然代謝，參與能量與物質(zhì)循環(huán)。施用于環(huán)境中或作物上，不易產(chǎn)生殘留，不會引起生物富集現(xiàn)象；生物農(nóng)藥均是活體生物，對非靶標生物幾乎無影響；開發(fā)利用途徑多，可以人工繁育，可以直接利用，可以經(jīng)基因重組后利用；作用機理不同于常規(guī)農(nóng)藥，生物農(nóng)藥作用機理一般均較為復(fù)雜，病蟲害不易對其產(chǎn)生抗藥性，所以是非常好的綠色農(nóng)業(yè)投入品，在可持續(xù)農(nóng)業(yè)和有機農(nóng)業(yè)中備受青睞。

昆蟲信息素：昆蟲信息素（InsectPhero-mones）作為昆蟲類群特有的化學(xué)通訊介質(zhì)，是由昆蟲個體分泌并釋放到環(huán)境中的活性化學(xué)物質(zhì)，其核心功能在于介導(dǎo)種內(nèi)及種間個體的信息交流。這類化學(xué)信號通過調(diào)控昆蟲行為、發(fā)育及生理狀態(tài)，構(gòu)成昆蟲種群動態(tài)調(diào)節(jié)的關(guān)鍵機制。根據(jù)功能特性，信息素可劃分為種內(nèi)化學(xué)通訊介質(zhì)（包括聚集信息素、性信息素、報警信息素等）與種間化學(xué)通訊介質(zhì)（利已素、利他素）；依據(jù)物理特性則分為揮發(fā)性信息素與低揮發(fā)性信息素兩大類別。在化學(xué)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程中，昆蟲通過觸角感受器的嗅覺受體或口器感器的味覺受體識別環(huán)境中的信息素分子。這些化合物與特異性受體結(jié)合后，通過G蛋白偶聯(lián)的跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)等，將化學(xué)信號轉(zhuǎn)化為電生理信號，并最終傳遞至中樞神經(jīng)系統(tǒng)進行整合處理[9]。鞘翅目昆蟲的信息素系統(tǒng)展現(xiàn)出典型的化學(xué)生態(tài)學(xué)特征：黃粉蟲（Tenebriomolitor）雄性個體分泌的6種化合物構(gòu)成的信息素混合物（4-甲基壬醇、2-庚酮、十二烷基乙酸酯、苯甲醛、正十四烷和順式-9-二十三碳烯），對雌雄兩性均具有顯著的引誘活性[10]。云杉八齒小蠹（Ipstypographus）的聚集信息素體系包含齒小蠹二烯醇（Ipsdienol）、齒小蠹烯醇（Ipsenol）及馬鞭草烯醇（Verbenol）等萜類化合物，能夠有效吸引幼蟲及成蟲個體進行群體聚集[11]

植物提取物與精油：植物提取物與精油（EOs）作為合成殺蟲劑的替代方案，在害蟲綜合治理中展現(xiàn)出顯著的應(yīng)用潛力。這類天然產(chǎn)物包含萜類、生物堿、黃酮類等多種生物活性化合物[12]，其作用可分為兩個方面：行為調(diào)控層面，通過驅(qū)避劑、引誘劑或拒食劑等功能化合物干擾昆蟲的趨向行為；生理干擾層面，可通過抑制呼吸代謝、阻斷宿主識別、干擾產(chǎn)卵行為及直接殺卵/幼蟲作用實現(xiàn)害蟲防控[13]。從植物資源分布看，茄科、百部科、豆科以及菊科（Asteraceae）等植物因其富含倍半萜內(nèi)酯、黃酮類化合物等活性成分，在植物源農(nóng)藥開發(fā)中占據(jù)重要地位［14]

植物生長調(diào)節(jié)劑：植物生長調(diào)節(jié)劑（PlantGrowthRegulators，PGRs）是一類通過分子模擬或競爭性抑制機制調(diào)控植物內(nèi)源激素信號網(wǎng)絡(luò)的人工合成化合物，主要包括生長素類、細胞分裂素類、赤霉素類、乙烯釋放劑及脫落酸類似物等類別。自1940年以來，天然與合成PGRs被用于控制發(fā)芽、生長、營養(yǎng)繁殖、成熟、衰老及采后處理，其作用機制主要包括通過與激素受體蛋白的特異性結(jié)合激活或阻斷下游基因表達、靶向調(diào)控細胞壁合成酶（如纖維素酶、木葡聚糖內(nèi)轉(zhuǎn)糖基酶）活性抑制細胞伸長以及誘導(dǎo)抗氧化酶系統(tǒng)（如SOD、POD）表達增強非生物脅迫耐受性等[15]乙烯利通過水解作用釋放乙烯氣體誘導(dǎo)果實成熟相關(guān)基因表達[16]，多效唑靶向GA20氧化酶抑制赤霉素生物合成從而縮短節(jié)間長度[17]，芐氨基嘌呤（一種合成的細胞分裂素）通過激活細胞分裂素響應(yīng)因子（CRFs）促進分生組織細胞增殖[18]。最新研究揭示，PGRs可通過表觀遺傳調(diào)控改變組蛋白修飾狀態(tài)（如H3K9ac去甲基化），實現(xiàn)對植物株型建成及抗逆性的精準調(diào)控[19]。目前，此類化合物在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中已形成包括矮化栽培、果實催熟、抗倒伏誘導(dǎo)等多場景應(yīng)用體系，其作用機制研究正從單一激素調(diào)控向多通路互作網(wǎng)絡(luò)拓展。

昆蟲生長調(diào)節(jié)劑：昆蟲生長調(diào)節(jié)劑（IGRs）廣泛用于農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)及倉儲害蟲防治，對非靶標生物、家畜及人類安全性高，其主要類別包括保幼激素類似物、幾丁質(zhì)合成抑制劑及蛻皮激素類似物[20]。例如，吡丙醚作為保幼激素類似物，可顯著影響麥扁盾蝽的糖原、總糖、蛋白質(zhì)、游離氨基酸、尿素、尿酸、三酰甘油及脂質(zhì)水平[21]

植物免疫誘抗劑：植物與有害生物在長期互作中形成了復(fù)雜的“ZigZag”模型，通過病原相關(guān)分子模式（PAMP）觸發(fā)的免疫（PTI與效應(yīng)子觸發(fā)免疫（ETI）抵御人侵[22]。植物免疫誘抗劑可來源于動物、植物、微生物及其代謝產(chǎn)物，按化學(xué)性質(zhì)分為糖及糖肽、脂質(zhì)及脂肽、蛋白質(zhì)及小分子代謝物。常見誘抗劑包括殼聚糖、細菌蛋白（如harpins）及硫胺素[23]。這些物質(zhì)通過與植物受體（表面模式識別受體PRRs或胞內(nèi)核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域樣受體NLRs）結(jié)合，激活下游信號通路（如 Ca²⁺ 、MAPKs），誘導(dǎo)ROS產(chǎn)生、氣孔關(guān)閉及系統(tǒng)獲得抗性（SAR）[24]

農(nóng)用抗生素：農(nóng)用抗生素是由微生物（主要為放線菌門鏈霉菌屬Streptomycesspp.）經(jīng)次級代謝途徑合成的生物活性化合物，具有廣譜生物防治功能，可特異性抑制植物病原微生物（細菌/真菌）、節(jié)肢動物害蟲、惡性雜草及嚙齒類動物。其產(chǎn)生菌以革蘭氏陽性鏈霉菌為主導(dǎo)（占比gt;75% ），部分芽孢桿菌屬（Bacilus）及子囊菌門（Ascomycota）真菌亦可合成。典型代表包括：肽核苷類抗生素寧南霉素（Ningnanmycin），通過競爭性結(jié)合病原菌核糖體30S亞基抑制蛋白質(zhì)合成；氨基糖苷類抗生素井岡霉素（Validamycin），靶向真菌海藻糖酶活性，阻斷細胞壁β-1，3-葡聚糖生物合成；大環(huán)內(nèi)酯類殺蟲劑阿維菌素（Abam-ectin），通過不可逆激活昆蟲谷氨酸門控氯離子通道（GluCl）引致神經(jīng)肌肉麻痹；多殺菌素類（Spinosyns）：作用于煙堿型乙酰膽堿受體（nAChR）變構(gòu)位點，具高效觸殺及胃毒活性；麟酸類除草劑雙丙氨麟（Bialaphos）：抑制植物谷氨酰胺合成酶（GS），干擾氮代謝引發(fā)黃化死亡[25]。1.1.2微生物農(nóng)藥微生物農(nóng)藥（MicrobialPesticides）是一類以微生物（包括細菌、真菌、病毒及原生動物）為活性成分的生物防治制劑，其作用機制主要包括：通過產(chǎn)生抗生素類毒素、分泌降解酶系、釋放揮發(fā)性有機物（VOCs）、建立營養(yǎng)空間競爭優(yōu)勢、誘導(dǎo)植物系統(tǒng)抗性（ISR）等方式抑制有害生物。其中，蘇云金芽孢桿菌（Bacillusthuringiensis，Bt）作為應(yīng)用最廣泛的微生物殺蟲劑，其制劑通常包含營養(yǎng)體、芽孢、晶體毒素及增效劑。Cry蛋白在昆蟲堿性中腸環(huán)境中被蛋白酶解激活，形成孔道結(jié)構(gòu)破壞細胞膜完整性，引發(fā)離子通道失衡與細胞滲透裂解，同時芽孢萌發(fā)產(chǎn)生的二次感染導(dǎo)致敗血癥，最終使靶標幼蟲在2～3d內(nèi)死亡[26]

昆蟲病原真菌的研究始于19世紀末，當(dāng)前產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用以球孢白僵菌（Beauveriabassiana）與金龜子綠僵菌（Metarhiziumanisopliae）為代表。這類真菌通過分生孢子附著昆蟲體壁，分泌幾丁質(zhì)酶與蛋白酶穿透宿主表皮，菌絲增殖過程中產(chǎn)生的白僵菌素等毒素可導(dǎo)致宿主代謝紊亂[2]。桿狀病毒科（Baculoviridae）的核型多角體病毒（NPV）與顆粒體病毒（GV）在害蟲防治中具有高度專一性，防治對象如鱗翅目等昆蟲，具有專一性，其包涵體蛋白在幼蟲中腸溶解后釋放病毒粒子，通過系統(tǒng)性感染破壞宿主組織[28]。Bt菌株可通過液體深層發(fā)酵實現(xiàn)工業(yè)化量產(chǎn)，真菌孢子可采用固態(tài)發(fā)酵技術(shù)規(guī)模化制備，病毒殺蟲劑則通過昆蟲活體增殖與包涵體純化工藝提升產(chǎn)能。此外，多數(shù)微生物農(nóng)藥因?qū)儆谔烊换钚猿煞郑诙鄶?shù)國家享受簡化注冊流程的政策支持，顯著降低產(chǎn)品開發(fā)周期與成本[29]

1.1.3植物內(nèi)源保護劑（PIPs）PIPs是通過重組DNA（rDNA）技術(shù)獲得的轉(zhuǎn)基因植物產(chǎn)生的具有生物活性的物質(zhì)，這類化合物通常是大分子，比如殺蟲蛋白。PIPs其本身、相關(guān)遺傳物質(zhì)及蛋白受美國環(huán)保署（EPA）監(jiān)管。PIP作物（如Bt棉花、Bt玉米）通過基因改造產(chǎn)生殺蟲蛋白（表1）。Cry蛋白為第一代PIPs，雙鏈RNA（dsRNA）為下一代產(chǎn)品[30]。盡管美國 EPA將 PIPs歸類為生物農(nóng)藥，但其他監(jiān)管機構(gòu)因市場流失未予認可。2017年，孟山都與陶氏公司推出首款商業(yè)化轉(zhuǎn)基因玉米SmartStaxPRO，表達靶向西方玉米根蟲Snf7 基因的 dsRNA[31]。此外，轉(zhuǎn)基因蘋果與馬鈴薯通過表達dsRNA調(diào)控內(nèi)源基因表達以改善品質(zhì)[32]。RNAi介導(dǎo)的沉默機制還用于控制更廣譜的植物病蟲害，包括農(nóng)桿菌、白粉病真菌及根結(jié)線蟲[33]

1.1.4天敵生物（昆蟲捕食者與寄生蜂）天敵生物（如瓢蟲、草蛉等捕食性昆蟲，膜翅目寄生蜂、雙翅目寄生蠅等寄生性昆蟲）通過保護植物與降低媒介種群密度，在生物防治與害蟲自然控制中發(fā)揮關(guān)鍵作用。表2列舉了常見天敵及其靶標害蟲與寄主植物。

表1目前開發(fā)的部分轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品

Table1 SomeGMproductscurrentlyunderdevelopment

1.1.5納米生物農(nóng)藥歐盟定義納米材料為“包含顆粒（單獨、團聚或聚集狀態(tài)），其中 50% 以上顆粒至少一維尺寸在 1～100nm 范圍內(nèi)的天然或人工材料\"[44]。納米生物農(nóng)藥由天然來源的納來級有機（如聚合物）或無機（如硅礦物）成分與生物農(nóng)藥活性成分（如植物提取物、精油）組成。殼聚糖等可降解聚合物與蒙脫石等生物材料結(jié)合形成的雜化顆粒或納米載體，兼具載體與活性成分雙重功能[45]。納米生物農(nóng)藥是納米技術(shù)與生物農(nóng)藥結(jié)合的創(chuàng)新成果，通過將生物農(nóng)藥有效成分納米化，顯著提升了傳統(tǒng)生物農(nóng)藥的性能。納米制劑減少了藥液流失，并且可以實現(xiàn)藥物的精準控制釋放，從而延長生物農(nóng)藥的持效期。

表2害蟲綜合管理中使用的天敵實例

Table 2Examples of natural enemies used in integratedpest management

1.1.6RNA生物農(nóng)藥RNA生物農(nóng)藥被稱為“農(nóng)藥史上的第三次革命”，這一稱號源于其在病蟲害防控領(lǐng)域展現(xiàn)出的革命性優(yōu)勢和潛力。具體來說，RNA生物農(nóng)藥基于RNA干擾（RNAin-terference，RNAi）技術(shù)，通過抑制有害生物重要功能基因的表達，實現(xiàn)對病蟲害的精準防控。與傳統(tǒng)農(nóng)藥相比，RNA生物農(nóng)藥可以通過設(shè)計物種專一性的dsRNA（雙鏈RNA），僅針對特定病蟲害發(fā)揮作用，而不影響非靶標生物。dsRNA在環(huán)境中能夠快速降解，幾乎不會造成殘留和環(huán)境污染問題RNA生物農(nóng)藥僅暫時關(guān)閉害蟲基因的表達，不改變生物體自身的基因組，因此不會產(chǎn)生可遺傳的變異，也不會對生態(tài)系統(tǒng)造成不良影響；RNA生物農(nóng)藥的靶標基因可替代性較高，不易產(chǎn)生抗藥性，且其作用機制獨特，防控范圍廣，效果顯著。RNA生物農(nóng)藥的快速發(fā)展正在改變?nèi)蜣r(nóng)藥市場格局。拜耳公司開發(fā)的抗蟲玉米

MON87411已獲得多個國家的安全證書，而國際農(nóng)化巨頭也紛紛布局相關(guān)技術(shù)和產(chǎn)品，推動了RNA生物農(nóng)藥的產(chǎn)業(yè)化進程。此外，還吸引了資本市場的關(guān)注，涌現(xiàn)了一大批基于RNAi技術(shù)進行病蟲害防控的新興公司，極大地加速了RNA生物農(nóng)藥的產(chǎn)業(yè)化步伐[46]

1. 2 生物農(nóng)藥作用機制

不同類別生物農(nóng)藥的作用機制與其來源及性質(zhì)密切相關(guān)。微生物農(nóng)藥作為殺蟲劑或殺菌劑時，通常通過感染靶標生物并釋放毒素發(fā)揮作用。Bt的殺蟲機制主要依賴Cry與Cyt蛋白家族。這些蛋白在昆蟲中腸堿性環(huán)境中被激活為肽段，與受體蛋白結(jié)合形成孔道，導(dǎo)致細胞膜滲透失衡、細胞裂解及死亡[47]

植物源與抗生素類農(nóng)藥的作用機制通常涉及活性成分與特定靶點結(jié)合，抑制有害生物的關(guān)鍵生物學(xué)功能。例如茶皂素可破壞害蟲體壁或腸道結(jié)構(gòu)[48]；煙堿與除蟲菊素可抑制乙酰膽堿酯酶（AChE）與谷胱甘肽-S-轉(zhuǎn)移酶（GST）等關(guān)鍵酶，影響神經(jīng)系統(tǒng)[49];魚藤酮與印楝素可干擾線粒體復(fù)合體活性、改變膜通透性或阻斷呼吸鏈電子傳遞[50]

除直接作用外，生物農(nóng)藥還可通過間接機制干擾昆蟲生長發(fā)育或增強植物抗病能力。昆蟲信息素通過吸引或驅(qū)避害蟲調(diào)控種群密度；昆蟲生長調(diào)節(jié)劑通過靶向幾丁質(zhì)酶或蛻皮激素受體干擾蛻皮過程，抑制昆蟲發(fā)育（如抑制取食、降低存活率）或激素合成（如雙酰膚類IGRs與保幼激素類似物）[51]。植物免疫誘抗劑（如硫胺素、寡糖素、蛋白誘抗劑）可激活植物免疫系統(tǒng)，增強其對病蟲害的抗性。

1.3 生物農(nóng)藥特性

1.3.1特異性作用機制植物提取物與精油的作用機制與傳統(tǒng)化學(xué)農(nóng)藥類似，均通過活性成分與特定靶點結(jié)合干擾有害生物正常生理功能。傳統(tǒng)化學(xué)殺蟲劑多為神經(jīng)毒素（如抑制乙酰膽堿酯酶AChE的有機磷與氨基甲酸酯類，作用于電壓門控鈉通道VGSCs的擬除蟲菊酯類），而生物農(nóng)藥的作用機制具有內(nèi)在復(fù)雜性，可能同時具有多種作用機制[52]。例如印楝素兼具拒食、胃毒與觸殺活性，通過干擾昆蟲內(nèi)分泌系統(tǒng)促進前胸腺激素（PTTH）釋放，導(dǎo)致2O-羥基蛻皮酮合成分泌不足[53]，昆蟲信息素則通過與表皮或觸角中的特異性受體結(jié)合，吸引或驅(qū)避害蟲，調(diào)控有害生物種群密度。

1.3.2非靶標生物與環(huán)境安全性生物農(nóng)藥較傳統(tǒng)化學(xué)農(nóng)藥具有顯著的生態(tài)相容性優(yōu)勢。首先，微生物農(nóng)藥（如蘇云金芽孢桿菌、球孢白僵菌）作為活體生物制劑，通過自然代謝途徑參與碳氮循環(huán)，其芽孢或菌絲體在土壤中定殖后可形成有益微生物群落，促進土壤健康[26]。其次，生化農(nóng)藥（如印楝素、魚藤酮）由植物次生代謝物或昆蟲信息素構(gòu)成，其分子結(jié)構(gòu)具有天然生物降解性，在環(huán)境中半衰期通常小于 ^72h ，顯著降低殘留風(fēng)險[54]。天敵生物（如寄生蜂、捕食螨）則是通過食物鏈調(diào)控實現(xiàn)害蟲種群動態(tài)平衡，避免化學(xué)物質(zhì)對非靶標生物的直接毒性。同時，現(xiàn)代生物農(nóng)藥通過基因工程技術(shù)優(yōu)化了作用機制，RNA干擾農(nóng)藥通過序列特異性沉默害蟲關(guān)鍵基因，對哺乳動物無脫靶效應(yīng)；轉(zhuǎn)基因微生物農(nóng)藥（如熒光假單胞菌工程菌株）可定向分泌抗菌肽，減少對土壤微生物群落的擾動[55]，生物農(nóng)藥的這些特性使其在有機農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中保障了農(nóng)產(chǎn)品安全（符合歐盟EC834/2007有機認證標準），形成可持續(xù)的病蟲害防控體系。最新制劑技術(shù)（如殼聚糖納米載體）的應(yīng)用進一步提升了生物活性成分的穩(wěn)定性，在維持高效性的同時將環(huán)境暴露量降低 60% 以上[56]

1.3.3抗藥性不敏感性傳統(tǒng)合成農(nóng)藥多基于單一作用靶點的特異性活性成分（如乙酰膽堿酯酶抑制劑），在持續(xù)選擇壓力下，有害生物可通過靶標蛋白構(gòu)象改變（如電壓門控鈉離子通道 Vg^- sc-L995F突變）、代謝解毒系統(tǒng)激活（細胞色素P450氧化酶及谷胱甘肽-S-轉(zhuǎn)移酶活性上調(diào)）或外排泵過表達（ABC轉(zhuǎn)運蛋白）形成多重抗性機制[57]。以全球使用量占比達 15% 的草甘麟（Glyphosate）為例，其通過抑制5-烯醇式莽草酸-3-磷酸合酶（EPSPS）干擾芳香族氨基酸生物合成，但目前已在多種雜草中檢測到EPSPS基因的突變[58]。相較而言，生物農(nóng)藥通過多組分協(xié)同作用顯著延緩抗性發(fā)展。植物源農(nóng)藥如印楝素，含40余種四環(huán)三萜類化合物（AzadirachtinA/B為主效成分），通過拮抗保幼激素受體及抑制幾丁質(zhì)合成酶多靶點作用昆蟲。多殺菌素（Spinosyns）是由刺糖多孢菌（Saccharopolysporaspinosa）發(fā)酵產(chǎn)生的大環(huán)聚酮-氨基糖苷復(fù)合體，主成分Spinosyn A（85%） 與 D（15% ），通過變構(gòu)激活煙堿型乙酰膽堿受體（nAChR）及 γ -氨基丁酸門控氯離子通道（GABA）[59]

1.3.4廣闊發(fā)展前景分子生物學(xué)、合成生物學(xué)、高通量技術(shù)以及人工智能都促進了新技術(shù)以及新型生物農(nóng)藥的發(fā)展。通過代謝組學(xué)與合成生物學(xué)技術(shù)的結(jié)合（如CRISPR-Cas9基因編輯系統(tǒng)），可以實現(xiàn)萜類化合物生物合成途徑的高效重構(gòu)[60]；合成生物學(xué)與高通量篩選技術(shù)的協(xié)同創(chuàng)新推動了人工合成微生物組（如固氮-拮抗復(fù)合菌群）的系統(tǒng)開發(fā)，通過對微生物群落進行精準的調(diào)控和改造，有利于更好的解決農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域的重要問題[61]；基于AI的靶標預(yù)測模型（如 Al-phaFold2蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測）可以有效地縮短新型RNAi農(nóng)藥的開發(fā)周期，新興技術(shù)與生物農(nóng)藥的結(jié)合使得生物農(nóng)藥的發(fā)展前景愈加廣闊。

2生物農(nóng)藥與可持續(xù)農(nóng)業(yè)的關(guān)系

2.1 可持續(xù)農(nóng)業(yè)的定義

農(nóng)業(yè)作為人類社會發(fā)展的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，依賴自然資源與環(huán)境條件，對自然生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生直接與間接影響。傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)在現(xiàn)代化進程中大幅提升了生產(chǎn)力，但也帶來邊際效益遞減、生態(tài)環(huán)境退化及資源短缺等新挑戰(zhàn)。在此背景下，可持續(xù)農(nóng)業(yè)成為全球關(guān)注焦點，其概念與定義不斷更新擴展，但至今仍無統(tǒng)一標準。目前廣泛接受的定義來自聯(lián)合國糧農(nóng)組織（FAO）的表述：“可持續(xù)農(nóng)業(yè)旨在滿足當(dāng)代與后代的糧食需求，通過可持續(xù)管理、保護與利用自然資源，結(jié)合適用技術(shù)與制度體系，在避免環(huán)境退化的同時，確保技術(shù)可行、經(jīng)濟合理且社會可接受\"[62]。其涵蓋生態(tài)、經(jīng)濟與社會可持續(xù)性3個維度，強調(diào)社會經(jīng)濟發(fā)展與環(huán)境資源的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。

2.2農(nóng)藥投入對可持續(xù)農(nóng)業(yè)的影響

農(nóng)藥作為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中不可或缺的一環(huán)，在多年來形成的有害生物綜合治理（IPM）策略中發(fā)揮著不可替代的作用，對可持續(xù)農(nóng)業(yè)的影響深遠。一方面，合理使用農(nóng)藥可以有效控制病蟲害，保障農(nóng)作物的產(chǎn)量和品質(zhì)，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供穩(wěn)定支撐；另一方面，過度依賴和不當(dāng)使用農(nóng)藥會導(dǎo)致環(huán)境污染、生態(tài)失衡、農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全問題以及抗藥性害蟲的產(chǎn)生，這些負面影響嚴重威脅著可持續(xù)農(nóng)業(yè)的發(fā)展。科學(xué)合理地控制農(nóng)藥投入應(yīng)用，對于保障糧食安全、農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全及生態(tài)環(huán)境安全具有戰(zhàn)略意義，成為實現(xiàn)可持續(xù)農(nóng)業(yè)發(fā)展亟待解決的問題。傳統(tǒng)化學(xué)農(nóng)藥憑借其速效性、廣譜性及環(huán)境持留性等技術(shù)優(yōu)勢，至今仍占據(jù)全球農(nóng)藥市場的主導(dǎo)地位。然而，在創(chuàng)造顯著經(jīng)濟效益的同時，化學(xué)農(nóng)藥的不合理使用也引發(fā)一系列生態(tài)環(huán)境問題：其環(huán)境殘留導(dǎo)致水體污染與土壤退化，長期單一使用加劇了靶標生物抗藥性風(fēng)險，同時對非靶標生物（如傳粉昆蟲、天敵種群）造成誤傷，進而破壞農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。這種“高投一高污染\"的傳統(tǒng)防控模式，顯然與可持續(xù)農(nóng)業(yè)所倡導(dǎo)的經(jīng)濟、社會、生態(tài)效益協(xié)調(diào)發(fā)展原則相悖。

生物農(nóng)藥與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展之間的關(guān)系是相互促進的：一方面，生物農(nóng)藥的應(yīng)用是實現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵措施；另一方面，農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展為生物農(nóng)藥的推廣和應(yīng)用提供了重要動力。有關(guān)研究表明，生物農(nóng)藥因其綠色生態(tài)優(yōu)勢，逐漸成為推動農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要手段。生物農(nóng)藥具有高效、對人畜安全、環(huán)境相容性好等特點，能夠有效減少化學(xué)農(nóng)藥的使用，降低對農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的負面影響，從而促進農(nóng)業(yè)的綠色可持續(xù)發(fā)展[63]而近年來，生物農(nóng)藥因其優(yōu)異的環(huán)境相容性、多重生物活性、對高等動物與害蟲天敵的安全性及抗藥性發(fā)展緩慢等特點，被視為綠色農(nóng)藥，其應(yīng)用兼顧經(jīng)濟生產(chǎn)、環(huán)境保護與社會效益，在有效防控病蟲害、保障作物安全的同時，也充分體現(xiàn)環(huán)境友好理念，成為可持續(xù)農(nóng)業(yè)的核心要素之一。生物農(nóng)藥的推廣應(yīng)用，不僅為病蟲害綠色防控提供技術(shù)支撐，更為構(gòu)建資源節(jié)約、環(huán)境友好的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系奠定了重要基礎(chǔ)。

2.3生物農(nóng)藥與可持續(xù)農(nóng)業(yè)的契合性

生物農(nóng)藥對可持續(xù)農(nóng)業(yè)未來發(fā)展具有顯著促進作用，符合其基本原則。首先，相較于化學(xué)農(nóng)藥，天然替代品具有顯著環(huán)境效益。在有效防控病蟲害的同時，其天然屬性使其遵循長期演化形成的降解路徑，逐步分解轉(zhuǎn)化并回歸自然，環(huán)境友好性高，大幅減少對生態(tài)平衡的潛在破壞。其次，生物農(nóng)藥在直接控制靶標生物的同時，部分產(chǎn)品可通過介導(dǎo)調(diào)控植物關(guān)鍵生理生化功能，增強其抵御外來病蟲害入侵的能力。植物免疫誘抗劑是這一現(xiàn)象的典型代表，其獨特作用機制強調(diào)植物自身保護的主體地位，超越了傳統(tǒng)農(nóng)藥與病蟲害的二元互動模式。憑借優(yōu)異的環(huán)境相容性、廣譜性、長效性、抗藥性發(fā)展緩慢及提升作物產(chǎn)量品質(zhì)的潛力，兼顧環(huán)境與經(jīng)濟效益，滿足可持續(xù)農(nóng)業(yè)發(fā)展需求。例如以植物免疫誘導(dǎo)蛋白與寡糖為主的“阿泰靈”，不僅對病毒病防控效果顯著，還可使作物增產(chǎn) 10% 以上[23]。此外，天敵生物農(nóng)藥的應(yīng)用實例印證了其與可持續(xù)農(nóng)業(yè)理念的高度契合[64]。該生態(tài)友好方法基于生態(tài)食物鏈理論，利用生態(tài)系統(tǒng)各組分功能，以自然控制能力為核心保護植物。微生物制劑不僅具有殺蟲活性，還可維護土壤健康、改善土壤結(jié)構(gòu)并招募土壤微生物[65]。這種多因素協(xié)同的農(nóng)業(yè)發(fā)展模式更趨平衡穩(wěn)定，顯著提升農(nóng)業(yè)可持續(xù)性。

3生物農(nóng)藥商業(yè)價值的驅(qū)動因素

近年來，生物農(nóng)藥的市場需求持續(xù)增長，在有機農(nóng)業(yè)和生態(tài)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域其應(yīng)用范圍不斷擴大[66]各國政府通過制定相關(guān)政策法規(guī)，鼓勵生物農(nóng)藥的研發(fā)和推廣，中國在綠色農(nóng)藥領(lǐng)域的政策支持和技術(shù)法規(guī)的完善為生物農(nóng)藥的創(chuàng)新和應(yīng)用提供了有力保障[67]。技術(shù)創(chuàng)新是生物農(nóng)藥發(fā)展的核心驅(qū)動力，隨著基因編輯技術(shù)（如CRISPR/Cas9）

和分子生物學(xué)技術(shù)的進步，生物農(nóng)藥的開發(fā)更加精準和高效，這些技術(shù)降低了生產(chǎn)成本，推動其商業(yè)化進程[68]。多樣化的市場需求為生物農(nóng)藥提供廣闊的發(fā)展空間，消費者對生態(tài)友好產(chǎn)品的偏好增加，推動生物農(nóng)藥在不同作物和區(qū)域的應(yīng)用，農(nóng)戶對生物農(nóng)藥的信息獲取和采納行為也受到農(nóng)藥供應(yīng)服務(wù)的影響，進一步促進其市場推廣[69]。生物農(nóng)藥的市場增長潛力、政策支持、技術(shù)創(chuàng)新以及多樣化的市場需求共同構(gòu)成其商業(yè)價值的核心驅(qū)動因素。未來，生物農(nóng)藥有望成為農(nóng)業(yè)領(lǐng)域主流產(chǎn)品，為企業(yè)帶來可觀商業(yè)回報。

3.1 當(dāng)前農(nóng)藥市場趨勢

全球人口快速增長帶動糧食需求上升，作為保障糧食安全的重要手段，農(nóng)藥市場也相應(yīng)的增長。據(jù)PhillipsMcDougall（現(xiàn)為標普全球商品洞察）數(shù)據(jù)，2022年全球農(nóng)藥銷售額達877億美元，同比增長 9.2% ，過去5a復(fù)合年增長率（CAGR）為 5.0% 。作物保護產(chǎn)品中，除草劑、殺蟲劑與殺菌劑合計占市場份額 97% 以上。除草劑市場規(guī)模371.5億美元，占比 47.20% ，同比增長13.9% ；殺蟲劑與殺菌劑市場規(guī)模均為196.55億美元，占比 24.97% 與 24.96% 。2020年全球生物農(nóng)藥市場規(guī)模約50億美元，預(yù)計2020一2025年CAGR約10%[67]

生物農(nóng)藥市場增長受多重因素驅(qū)動。其一，全球人口預(yù)計2050年達97億[70]，糧食需求增長推動農(nóng)藥市場擴張。其二，生物農(nóng)藥開發(fā)應(yīng)用與化學(xué)農(nóng)藥抗藥性問題成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)關(guān)鍵議題。長期過度使用化學(xué)農(nóng)藥易引發(fā)抗藥性，促使探索微生物制劑、植物源農(nóng)藥、天敵生物（如寄生蜂）及昆蟲信息素等替代方案。RNA干擾，基因編輯等分子生物學(xué)，合成生物學(xué)技術(shù)與農(nóng)藥的進一步結(jié)合有望革新農(nóng)藥市場[71]，提高生物農(nóng)藥市場份額并推動大規(guī)模應(yīng)用。其三，公眾環(huán)保意識增強促使可持續(xù)農(nóng)業(yè)實踐普及，生物農(nóng)藥是生產(chǎn)高品質(zhì)農(nóng)產(chǎn)品的關(guān)鍵，其需求增長將推動生物農(nóng)藥市場擴張。有機農(nóng)產(chǎn)品市場規(guī)模連年增長，也促使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)端采用低殘留防控方案。

此外，部分高毒農(nóng)藥禁用及政策扶持（如補貼）也刺激了生物農(nóng)藥市場發(fā)展，歐盟“綠色協(xié)議”要求2030年化學(xué)農(nóng)藥減量 50% ，中國的《“十四五\"農(nóng)藥產(chǎn)業(yè)規(guī)劃》也明確生物農(nóng)藥占比提升至20%^[72]

3.2生物農(nóng)藥的經(jīng)濟效益

生物農(nóng)藥的商業(yè)化應(yīng)用建立在顯著的成本收益優(yōu)勢基礎(chǔ)之上。生產(chǎn)者與種植主體實施生物農(nóng)藥戰(zhàn)略的核心驅(qū)動力源于其溢價定價能力與全要素生產(chǎn)率提升的雙重效應(yīng)。盡管研發(fā)端需承擔(dān)較高沉沒成本，但產(chǎn)品通過環(huán)保認證（如USDA有機認證）形成的品牌溢價可使制造商邊際利潤率提升。使用生物農(nóng)藥可通過有效管理病蟲害降低防治成本，其抗藥性發(fā)展緩慢的特點減少施藥頻率與劑量，降低采購與人工成本。精準防控減少作物損失，部分生物農(nóng)藥不僅具有農(nóng)用殺蟲抑菌活性，還兼具提升作物口感、色澤與營養(yǎng)含量改善品質(zhì)的功能，生產(chǎn)更具競爭力的有機產(chǎn)品，提高售價與銷售前景，最終增加農(nóng)產(chǎn)品經(jīng)濟價值。生物農(nóng)藥的應(yīng)用還可延長作物貨架期，減少儲運損失，最大化經(jīng)濟效益[73]

生物農(nóng)藥通過環(huán)境與社會效益提供顯著間接經(jīng)濟價值。例如，減少殘留污染降低土壤、水與空氣污染治理成本，提升農(nóng)業(yè)整體效率。其對非靶標生物更安全，保護害蟲天敵與有益微生物，穩(wěn)定農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)，促進可持續(xù)實踐。穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)提供長期生態(tài)效益（如保持土壤肥力、自然控害），減少對外源投人的依賴，增強經(jīng)濟與生態(tài)效益。生物農(nóng)藥的使用通過減少化學(xué)農(nóng)藥依賴與污染提升農(nóng)業(yè)效率，保護農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)、增強土壤肥力與作物抗逆性，最終提高產(chǎn)量，為農(nóng)業(yè)帶來長期經(jīng)濟效益。

政府與機構(gòu)的支持（如補貼）對推動生物農(nóng)藥研發(fā)至關(guān)重要，為企業(yè)與農(nóng)民帶來顯著社會效益。多國為生物農(nóng)藥提供稅收優(yōu)惠、研發(fā)資助與購買補貼，降低生產(chǎn)與使用成本，提升經(jīng)濟效益。政府還簡化注冊審批流程促進市場準入，加強市場監(jiān)管，使企業(yè)更快將產(chǎn)品推向市場、擴大份額并增加收益。企業(yè)積極生產(chǎn)銷售生物農(nóng)藥，契合國家政策并履行社會責(zé)任，推動產(chǎn)業(yè)發(fā)展。生物農(nóng)藥行業(yè)仍在成長，企業(yè)參與將刺激技術(shù)創(chuàng)新與市場擴張，促進可持續(xù)農(nóng)業(yè)并創(chuàng)造更大社會價值。

3.3生物農(nóng)藥的生態(tài)效益

隨著環(huán)保意識的增強和綠色農(nóng)業(yè)的推進，生物農(nóng)藥的生態(tài)效益逐漸成為研究的熱點。生物農(nóng)藥作為一種利用自然生物資源開發(fā)的農(nóng)藥，其在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用不僅可以提高農(nóng)作物的產(chǎn)量和質(zhì)量，具有對環(huán)境友好的特點，能減少對環(huán)境的負面影響。研究發(fā)現(xiàn)，生物育種技術(shù)通過提高作物的抗病性和產(chǎn)量的同時，間接增強生物農(nóng)藥的使用效率和生態(tài)效益[74]。通過對中國生物農(nóng)藥發(fā)展的現(xiàn)實挑戰(zhàn)分析認為，強調(diào)生物農(nóng)藥在減少環(huán)境污染和保護生態(tài)環(huán)境方面具有不可替代的作用[75]

對生物農(nóng)藥的環(huán)境風(fēng)險評估是確保其安全使用的關(guān)鍵步驟，涉及對其對非靶標生物的影響、對生態(tài)系統(tǒng)的潛在影響等方面的研究。國際上對于農(nóng)藥生態(tài)風(fēng)險評估的方法學(xué)研究日趨成熟和科學(xué)[76]，農(nóng)藥生態(tài)風(fēng)險評估對于生物農(nóng)藥減少環(huán)境影響提供了堅實的量化依據(jù)[6]。通過對生物農(nóng)藥在提高稻農(nóng)的生產(chǎn)效率和減少環(huán)境污染進行系統(tǒng)研究認為正向作用顯著，提高稻農(nóng)的環(huán)保意識是推廣生物農(nóng)藥的關(guān)鍵因素之—[77]

3.4生物農(nóng)藥的社會效益

生物農(nóng)藥作為一種環(huán)保且高效的農(nóng)業(yè)投入品，其在提升農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)升級、增強國際市場競爭力、優(yōu)化經(jīng)濟投入產(chǎn)出比以及提高消費者對農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全的認可度方面發(fā)揮著重要作用。通過提供環(huán)境友好的替代品，減少對傳統(tǒng)化學(xué)農(nóng)藥的依賴，有助于提高作物的品質(zhì)和產(chǎn)量，推動農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)升級[78]。生物農(nóng)藥能有效控制病蟲害，減少農(nóng)作物損失，還能避免傳統(tǒng)農(nóng)藥對土壤和水源的污染，從而保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)性。生物農(nóng)藥的使用能夠幫助農(nóng)產(chǎn)品滿足越來越嚴格的國際市場準入標準，滿足國際環(huán)保標準方面有促進作用[79]，生物農(nóng)藥的研發(fā)和應(yīng)用能夠有效提升中國在全球農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)中的競爭地位，并為中國農(nóng)業(yè)的“走出去\"戰(zhàn)略提供技術(shù)支持，是提高中國農(nóng)業(yè)國際競爭力的重要策略之一[67]

生物農(nóng)藥對于提升消費者質(zhì)量安全認可度方面發(fā)揮重要作用。生物農(nóng)藥直接影響到消費者對農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全的認可，減少農(nóng)產(chǎn)品中的化學(xué)殘留，提高農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量安全性，從而增強消費者對中國農(nóng)產(chǎn)品的信任和認可[67]。生物農(nóng)藥的應(yīng)用減少了化學(xué)農(nóng)藥的殘留問題，從而提高農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量安全，滿足消費者對高品質(zhì)農(nóng)產(chǎn)品的需求[25]。通過對生物農(nóng)藥使用效果的實證分析，發(fā)現(xiàn)其能夠提高農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量安全水平，有助于構(gòu)建良好的農(nóng)產(chǎn)品品牌形象[80]

生物農(nóng)藥有助于優(yōu)化農(nóng)業(yè)經(jīng)濟投入產(chǎn)出比，實現(xiàn)成本效益的最大化。研究認為，與化學(xué)農(nóng)藥相比，生物農(nóng)藥通常具有成本低、環(huán)境友好的特點，有助于降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本并提高農(nóng)民的收人[80]。生物農(nóng)藥的市場潛力分析顯示，可以提高單位面積的產(chǎn)出并減少生產(chǎn)成本，對于促進農(nóng)民的可持續(xù)收入增長具有重要意義[75]

4生物農(nóng)藥發(fā)展與應(yīng)用的挑戰(zhàn)

4.1研發(fā)成本與技術(shù)瓶頸

生物農(nóng)藥的產(chǎn)業(yè)化進程面臨多重技術(shù)經(jīng)濟性挑戰(zhàn)，其研發(fā)周期伴隨高額資本投入，從新型活性分子篩選至商業(yè)化推廣的全產(chǎn)業(yè)鏈流程存在顯著的時間與經(jīng)濟成本壁壘。據(jù)行業(yè)測算，單一生物農(nóng)藥活性成分從先導(dǎo)化合物發(fā)現(xiàn)到完成EPA登記平均需投入上億美元研發(fā)經(jīng)費，耗時 8～11 a，導(dǎo)致產(chǎn)品迭代速率滯后于市場多元化需求演變[75]。而生物農(nóng)藥同時存在諸多技術(shù)瓶頸，如在功能菌株高通量篩選過程中的陽性率極低、活性物質(zhì)生物轉(zhuǎn)化效率低及生物農(nóng)藥制劑貨架期降解率高等環(huán)節(jié)[81]。同時，生物農(nóng)藥活性成分復(fù)雜，作用靶標以及分子機制尚不明確（如微生物菌劑含多種代謝產(chǎn)物），且缺乏統(tǒng)一的效價評價標準[82]

4.2生物農(nóng)藥的登記政策以及商業(yè)化策略

中國生物農(nóng)藥登記以2017年修訂的《農(nóng)藥管理條例》及其配套法規(guī)為核心法律框架，明確將生物農(nóng)藥作為優(yōu)先發(fā)展領(lǐng)域，通過綠色通道制度、登記資料減免、豁免登記范圍等政策傾斜推動產(chǎn)業(yè)發(fā)展，對微生物農(nóng)藥、植物源農(nóng)藥、生物化學(xué)農(nóng)藥實施分類管理，在登記審批上給予技術(shù)資料減免、生產(chǎn)許可簡化等優(yōu)惠，還提供一系列的財政與研發(fā)支持，這使得中國的生物農(nóng)藥行業(yè)蓬勃發(fā)展。截至2023年12月，中國在有效登記狀態(tài)的生物農(nóng)藥有效成分有152個，產(chǎn)品2000余個，占有效成分的20. 6% ，占產(chǎn)品的4. 38% （其占比均不包括僅限出口的數(shù)量），在有效成分中微生物農(nóng)藥數(shù)量一直略微領(lǐng)先[6]

盡管如此，生物農(nóng)藥也需遵循嚴苛的農(nóng)藥管理標準，包括提交生態(tài)毒性報告、環(huán)境風(fēng)險評估以及防治效能驗證，其審批周期常橫跨 18～24 個月，注冊成本動輒百萬美元量級，這種時間以及金錢成本對于企業(yè)來說仍然過高。生物菌肥作為農(nóng)用微生物制劑，歸屬肥料類別，雖然同樣需2年以上審批周期，但因為申報所需材料的不同，且中國微生物肥料產(chǎn)品登記綠色通道及最高 40% 的研發(fā)稅抵政策，實際開發(fā)成本要遠低于生物農(nóng)藥。此外，技術(shù)挑戰(zhàn)與市場風(fēng)險的差異也促使企業(yè)選擇生物菌肥，生物菌肥技術(shù)路線相較生物農(nóng)藥更成熟，加上有機農(nóng)業(yè)政策支持（如歐盟有機認證）使其市場接受度更高，可實現(xiàn)溢價銷售，而生物農(nóng)藥還需突破消費者對其“見效慢”的認知壁壘，商業(yè)化難度更大。在這種情況下，生物菌肥憑借技術(shù)門檻低、政策支持明確及市場風(fēng)險可控的優(yōu)勢，成為企業(yè)規(guī)避生物農(nóng)藥嚴苛審批和競爭壓力的優(yōu)先選擇，尤其在有機農(nóng)業(yè)快速擴張的背景下，其規(guī)模化收益路徑更為清晰。

4.3 田間效果不穩(wěn)定與產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊

生物農(nóng)藥田間防控效果受環(huán)境溫度、濕度、光照及土壤質(zhì)地等因素影響。例如微生物農(nóng)藥活性成分多為活體微生物細胞或孢子，對環(huán)境條件較敏感，在不適宜環(huán)境中活性受抑導(dǎo)致效果下降。此外，生物農(nóng)藥通常起效較慢，在害蟲爆發(fā)期可能無法快速降低種群密度，影響農(nóng)民使用信心[83]

同時，市場上生物農(nóng)藥產(chǎn)品質(zhì)量差異顯著，部分企業(yè)生產(chǎn)工藝落后且缺乏有效質(zhì)量控制系統(tǒng)，導(dǎo)致產(chǎn)品活性成分含量不穩(wěn)定、雜質(zhì)含量高。大量假冒偽劣產(chǎn)品充斥市場，不僅無法達到防控效果，還可能對作物產(chǎn)生藥害，損害農(nóng)民利益、擾亂市場秩序并阻礙行業(yè)健康發(fā)展。

4.4農(nóng)民認知不足與接受度低

生物農(nóng)藥的多靶點作用機制與農(nóng)戶認知適配性矛盾，其生物學(xué)效價形成涉及多方面互作（包括微生物拮抗、植物免疫系統(tǒng)激活及RNA干擾等分子調(diào)控通路），且其作用靶標通常不唯一，這種復(fù)雜的作用機制造成農(nóng)戶對生物農(nóng)藥的作用原理的理解不足，形成顯著的技術(shù)采納認知鴻溝。此外，在多數(shù)農(nóng)作物的種植過程中，農(nóng)戶往往更傾向于選擇傳統(tǒng)化學(xué)農(nóng)藥，主要歸因于其速效性、單位面積的成本優(yōu)勢以及更高的施藥技術(shù)容錯率等現(xiàn)實考量。需要通過經(jīng)濟補貼及技術(shù)培訓(xùn)等外在的推動因素，激發(fā)農(nóng)戶生物農(nóng)藥采納、施用及技術(shù)擴散行為[84]

5 生物農(nóng)藥的應(yīng)用前景

5.1 政策導(dǎo)向與市場需求

在全球生態(tài)安全與食品質(zhì)量安全雙重范式轉(zhuǎn)型背景下，生物農(nóng)藥已成為多國農(nóng)業(yè)政策矩陣的核心要素。基于《斯德哥爾摩公約》污染物減排框架與聯(lián)合國可持續(xù)發(fā)展目標（SDG2，12，15），歐盟率先通過《農(nóng)藥可持續(xù)使用指令》（Directive2009/128/EC）建立全鏈條農(nóng)藥管理機制，將化學(xué)農(nóng)藥最大殘留限量（MRLs）標準收緊至 0. 01～ 0.05mg/kg 閾值，并依據(jù)EC1107/2009法規(guī)對高風(fēng)險化學(xué)農(nóng)藥實施市場準入負面清單制度，直接推動生物農(nóng)藥登記量年增長率達 18.7%（2018 —2023年數(shù)據(jù)）[85-86]。中國政府通過《農(nóng)藥產(chǎn)業(yè)十四五發(fā)展規(guī)劃》實施差異化產(chǎn)業(yè)政策，對微生物農(nóng)藥、植物源農(nóng)藥企業(yè)執(zhí)行研發(fā)費用 175% 加計扣除稅收優(yōu)惠，并在農(nóng)業(yè)農(nóng)村部專項資金中設(shè)立生物農(nóng)藥中試轉(zhuǎn)化專項，形成覆蓋菌種選育、發(fā)酵工藝、制劑工程的全產(chǎn)業(yè)鏈創(chuàng)新支持體系[87]

從市場需求看，消費者對綠色有機農(nóng)產(chǎn)品的興趣持續(xù)增長，顯著推動生物農(nóng)藥市場發(fā)展。生物農(nóng)藥低毒、低殘留及環(huán)境友好特性滿足食品安全要求。此外，隨著農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化推進與規(guī)模化、集約化生產(chǎn)模式普及，對高效安全農(nóng)藥產(chǎn)品的需求不斷上升，生物農(nóng)藥完美契合這一市場趨勢[88]

5.2產(chǎn)品研發(fā)的技術(shù)創(chuàng)新

在全球可持續(xù)發(fā)展與綠色農(nóng)業(yè)推進背景下，生物農(nóng)藥技術(shù)創(chuàng)新正實現(xiàn)多方面的突破。基于基因組學(xué)和合成生物學(xué)，天敵昆蟲與工程微生物領(lǐng)域開發(fā)出高專化性天敵（如不育雄性昆蟲）及高效工程菌株（如木霉、芽孢桿菌），實現(xiàn)精準生物防治；土壤連作障礙修復(fù)技術(shù)借助補充有機質(zhì)與功能微生物群落，重建土壤微生態(tài)平衡以抑制病原菌；昆蟲信息素與性誘劑利用緩釋技術(shù)干擾害蟲交配、產(chǎn)卵等行為，以綠色方式降低種群密度；代謝產(chǎn)物仿生合成結(jié)合生物合成與綠色制造技術(shù)，規(guī)模化生產(chǎn)微生物源或植物源活性成分（如抗生素、植物激素）[89]。這些技術(shù)以環(huán)境友好、靶向性強、抗藥性低為核心優(yōu)勢，推動生物農(nóng)藥產(chǎn)品從單一防治向系統(tǒng)化、智能化升級，成為農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略性支撐技術(shù)。

5.3 可持續(xù)農(nóng)業(yè)發(fā)展對生物農(nóng)藥的需求

可持續(xù)農(nóng)業(yè)對生物農(nóng)藥的需求呈現(xiàn)顯著增長態(tài)勢，其核心驅(qū)動力源于其對生態(tài)平衡、環(huán)境保護及農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全的系統(tǒng)性追求。在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型進程中，生物農(nóng)藥憑借其環(huán)境相容性、靶標特異性及低殘留特性，正逐步成為傳統(tǒng)化學(xué)農(nóng)藥的戰(zhàn)略替代方案。該類產(chǎn)品的規(guī)模化應(yīng)用可有效緩解土壤退化、水體污染等環(huán)境壓力，同時通過構(gòu)建生態(tài)防控體系延緩病蟲害抗藥性進化周期，為農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展提供技術(shù)保障。

近年來，全球綠色農(nóng)業(yè)浪潮與消費升級趨勢共同推動生物農(nóng)藥產(chǎn)業(yè)進入高速發(fā)展期。以中國為例，國家層面持續(xù)強化政策引導(dǎo)，《農(nóng)藥產(chǎn)業(yè)政策（2020修訂）》明確將生物農(nóng)藥列為優(yōu)先發(fā)展領(lǐng)域，配套實施的《農(nóng)藥登記資料規(guī)定》通過優(yōu)化評審流程加速創(chuàng)新產(chǎn)品落地。值得關(guān)注的是，中國在微生物農(nóng)藥領(lǐng)域已形成完整技術(shù)鏈——蘇云金桿菌（Bt）發(fā)酵工藝突破實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化規(guī)模效應(yīng)，井岡霉素生產(chǎn)技術(shù)迭代使原藥純度提升至 98% 以上，相關(guān)成果獲國家科技進步二等獎?wù)J證。隨著“十四五\"全國農(nóng)藥產(chǎn)業(yè)規(guī)劃的深入實施，以及合成生物學(xué)、基因編輯等前沿技術(shù)的融合創(chuàng)新，生物農(nóng)藥在智慧農(nóng)業(yè)場景中的滲透率將持續(xù)提升，為實現(xiàn)農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展提供綠色解決方案。

6 小結(jié)與展望

生物農(nóng)藥作為可持續(xù)農(nóng)業(yè)體系的重要組成部分，其多元化的產(chǎn)品形態(tài)與作用機制為農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展提供技術(shù)支撐。本文綜合探討生物農(nóng)藥的作用機制和類型特點，在推進可持續(xù)農(nóng)業(yè)發(fā)展進程中的應(yīng)用現(xiàn)狀及其成效，生物農(nóng)藥在確保農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全、降低化學(xué)農(nóng)藥依賴度、維護生態(tài)環(huán)境平衡等方面發(fā)揮了至關(guān)重要的角色。展望生物農(nóng)藥的未來發(fā)展，商業(yè)潛力與應(yīng)用前景無疑是令人鼓舞的。伴隨科技創(chuàng)新的驅(qū)動，生物農(nóng)藥的研發(fā)將更加深入，其品種多樣性和防治效果有望得到顯著提升，進而拓寬在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實踐中的應(yīng)用領(lǐng)域。為此，政府、產(chǎn)業(yè)界及科研機構(gòu)需協(xié)同發(fā)力，加大對生物農(nóng)藥技術(shù)創(chuàng)新與推廣的投入，為中國農(nóng)業(yè)的綠色轉(zhuǎn)型和可持續(xù)發(fā)展提供堅實支撐。同時，本文呼呼應(yīng)進一步推進生物農(nóng)藥的標準化和產(chǎn)業(yè)化進程，以期構(gòu)建一個健康、可持續(xù)的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)，并助力農(nóng)民實現(xiàn)經(jīng)濟收人的穩(wěn)步增長。

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Application and Prospects of Biopesticides in Sustainable Agricultural Development

HAN Jin ¹ ，GAO Mingbo2，WANG Linhong2，HU Yingmei2 and FENG Xiang

Collgeof Public Administration，Xi’an UniversityofFinance and Economics，Xi'an 71o10o，Chi 2.China National Tobacco Corporation Shaanxi Provincial Company，Xi'an 7loooo，China; 3.Shaanxi Tobacco Company Hanzhong City Company，Hanzhong Shaanxi 723ooo，China）

AbstractBiological pesticides，serving as a significant component in the green development of agriculture，are experiencing rapid growth and large-scale application，which indicates that the sustainable development of agriculture is entering a new phase. This research systematically summarizes the concept，clasification，and mechanism of action of biological pesticides，elaborates on their logical relationship with sustainable agricultural development，and analyzes their commercial application prospects from an economic perspective，as wellas the current opportunities and challenges they face. The purpose is to facilitate the healthy and sustainable development of the biological pesticide industry，clarify the current mainstream biological pesticide products and their development directions，and suggest that the standardization and industrialization process of biological pesticides should be further advanced，with the expectation of providing crucial references for researchers and practitioners in the field.

Key wordsBiopesticides；Sustainable agriculture；Commercial value；Challenge；Application and Prospects

Received 2025-03-29 Returned 2025-04-10

Foundation item Shaanxi Provincial Company Science and Technology Project of China National Tobacco Corporation（No. KJ-2022-02，No. KJ-2024-03）； Science and Technology Project of Shaanxi Province Tobacco Company，Baoji City Branch （No.KJo3-2022）；the National Social Science Foundation of China（No.20BJY048）.

First authorHAN Jin，female，Ph.D，lecturer，master supervisor.Research area：rural economic development and rural governance. E-mail： hanjin@nwafu. edu.cn

（責(zé)任編輯：郭柏壽 Responsible editor：GUO Baishou）