生物農藥在可持續農業發展中的應用與前景

隨著人口增長、資源消耗和環境污染的挑戰，傳統的農業模式已經難以為繼，農業可持續發展成為全球農業轉型的核心議題，確保糧食安全，實現農產品有效供給，保護和改善生態環境愈發受到關注。隨著經濟社會發展，耕地資源正不斷減少，為滿足不斷增長的糧食需求，提升作物產量迫在眉睫[1]。據統計，昆蟲、病原體和雜草等病蟲害，會致使全球作物產量損失 20%～40%^[2] 。過去數十年，由于氣候變化、國際貿易等因素相互交織，促使新型害蟲種類不斷出現[3]。使用農藥能顯著提升作物的產量與品質，對于保證糧食安全至關重要，而傳統化學農藥的過度使用，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、環境污染加劇等。隨著人們的環保意識逐漸提升，國家和社會對可持續農業的需求也日益迫切。在此形勢下，推行環境友好、高效的病蟲害綜合治理（IPM）方法，逐漸成為農業發展的必然趨勢[4]

可持續農業體系構建的核心是基于生態承載力閾值，通過技術革新與制度創新實現農業系統多維平衡的范式轉型[5]。生物農藥作為該體系的關鍵支撐技術，其廣泛應用可推動實現對農業生態系統的優化。在政策支持驅動下，中國生物農藥領域呈現加速發展態勢，其登記數量持續攀升，生物農藥行業研發體系與生產步入了規范化、標準化的快速發展階段。數據顯示，2023年度生物農藥登記量占新農藥總量的 90% ，且所有品種均實現完全自主知識產權或聯合開發。從2015年至2023年間，生物農藥有效成分與產品登記量年均增速分別達 7.07% 和 7.55%^[6] 。但是由于市場監管不完善、農戶對生物農藥的認知不足、生物農藥研發和生產成本高、市場定價缺乏競爭力等諸多因素限制了生物農藥的健康有序發展。

本文系統研究了已有的成果，從農業經濟學的視角，總結了生物農藥的自身特性和作用機理，研究其與可持續農業發展的邏輯關系，從市場需求和商業價值角度，分析了生物農藥目前面臨的挑戰與機遇，旨在推動生物農藥產業健康持續發展，并提出應進一步推進生物農藥的標準化和產業化進程，明確了生物農藥作為農業綠色投入品的發展方向，以期構建一個健康、可持續的農業生態系統，并為領域內科研工作者及從業者提供重要參考。

1生物農藥

1. 1 生物農藥類型

生物農藥是一類利用活體生物（如真菌、細菌、昆蟲病毒、轉基因生物及天敵）或其代謝產物進行有害生物防控的制劑產品。生物農藥的分類體系呈現多元化特征，但其核心邏輯都是圍繞天然來源與生態友好性展開。經濟合作與發展組織（Organisation for Economic Co-operation andDevelopment，OECD）的標準將生物農藥分為生物化學農藥、微生物農藥、植物內源保護劑（PIPs）、天敵生物及納米農藥等幾大類[7。這一定義體系因其科學性和包容性，目前已成為全球生物農藥政策協調的重要參考，尤其在推動國際標準統一（如產品登記數據互認）和技術創新（如RNA干擾農藥的歸類）方面具有指導意義。

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

昆蟲信息素：昆蟲信息素（InsectPhero-mones）作為昆蟲類群特有的化學通訊介質，是由昆蟲個體分泌并釋放到環境中的活性化學物質，其核心功能在于介導種內及種間個體的信息交流。這類化學信號通過調控昆蟲行為、發育及生理狀態，構成昆蟲種群動態調節的關鍵機制。根據功能特性，信息素可劃分為種內化學通訊介質（包括聚集信息素、性信息素、報警信息素等）與種間化學通訊介質（利已素、利他素）；依據物理特性則分為揮發性信息素與低揮發性信息素兩大類別。在化學信號轉導過程中，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境中的信息素分子。這些化合物與特異性受體結合后，通過G蛋白偶聯的跨膜信號轉導等，將化學信號轉化為電生理信號，并最終傳遞至中樞神經系統進行整合處理[9]。鞘翅目昆蟲的信息素系統展現出典型的化學生態學特征：黃粉蟲（Tenebriomolitor）雄性個體分泌的6種化合物構成的信息素混合物（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出顯著的應用潛力。這類天然產物包含萜類、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：行為調控層面，通過驅避劑、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、干擾產卵行為及直接殺卵/幼蟲作用實現害蟲防控[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酯、黃酮類化合物等活性成分，在植物源農藥開發中占據重要地位［14]

植物生長調節劑：植物生長調節劑（PlantGrowthRegulators，PGRs）是一類通過分子模擬或競爭性抑制機制調控植物內源激素信號網絡的人工合成化合物，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被用于控制發芽、生長、營養繁殖、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合激活或阻斷下游基因表達、靶向調控細胞壁合成酶（如纖維素酶、木葡聚糖內轉糖基酶）活性抑制細胞伸長以及誘導抗氧化酶系統（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果實成熟相關基因表達[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可通過表觀遺傳調控改變組蛋白修飾狀態（如H3K9ac去甲基化），實現對植物株型建成及抗逆性的精準調控[19]。目前，此類化合物在農業生產中已形成包括矮化栽培、果實催熟、抗倒伏誘導等多場景應用體系，其作用機制研究正從單一激素調控向多通路互作網絡拓展。

昆蟲生長調節劑：昆蟲生長調節劑（IGRs）廣泛用于農業、醫學及倉儲害蟲防治，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、游離氨基酸、尿素、尿酸、三酰甘油及脂質水平[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雜的“ZigZag”模型，通過病原相關分子模式（PAMP）觸發的免疫（PTI與效應子觸發免疫（ETI）抵御人侵[22]。植物免疫誘抗劑可來源于動物、植物、微生物及其代謝產物，按化學性質分為糖及糖肽、脂質及脂肽、蛋白質及小分子代謝物。常見誘抗劑包括殼聚糖、細菌蛋白（如harpins）及硫胺素[23]。這些物質通過與植物受體（表面模式識別受體PRRs或胞內核苷酸結合寡聚化結構域樣受體NLRs）結合，激活下游信號通路（如 Ca²⁺ 、MAPKs），誘導ROS產生、氣孔關閉及系統獲得抗性（SAR）[24]

農用抗生素：農用抗生素是由微生物（主要為放線菌門鏈霉菌屬Streptomycesspp.）經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）、節肢動物害蟲、惡性雜草及嚙齒類動物。其產生菌以革蘭氏陽性鏈霉菌為主導（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），通過競爭性結合病原菌核糖體30S亞基抑制蛋白質合成；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；大環內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），干擾氮代謝引發黃化死亡[25]。1.1.2微生物農藥微生物農藥（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：通過產生抗生素類毒素、分泌降解酶系、釋放揮發性有機物（VOCs）、建立營養空間競爭優勢、誘導植物系統抗性（ISR）等方式抑制有害生物。其中，蘇云金芽孢桿菌（Bacillusthuringiensis，Bt）作為應用最廣泛的微生物殺蟲劑，其制劑通常包含營養體、芽孢、晶體毒素及增效劑。Cry蛋白在昆蟲堿性中腸環境中被蛋白酶解激活，形成孔道結構破壞細胞膜完整性，引發離子通道失衡與細胞滲透裂解，同時芽孢萌發產生的二次感染導致敗血癥，最終使靶標幼蟲在2～3d內死亡[26]

昆蟲病原真菌的研究始于19世紀末，當前產業化應用以球孢白僵菌（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，分泌幾丁質酶與蛋白酶穿透宿主表皮，菌絲增殖過程中產生的白僵菌素等毒素可導致宿主代謝紊亂[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，通過系統性感染破壞宿主組織[28]。Bt菌株可通過液體深層發酵實現工業化量產，真菌孢子可采用固態發酵技術規模化制備，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能。此外，多數微生物農藥因屬于天然活性成分，在多數國家享受簡化注冊流程的政策支持，顯著降低產品開發周期與成本[29]

1.1.3植物內源保護劑（PIPs）PIPs是通過重組DNA（rDNA）技術獲得的轉基因植物產生的具有生物活性的物質，這類化合物通常是大分子，比如殺蟲蛋白。PIPs其本身、相關遺傳物質及蛋白受美國環保署（EPA）監管。PIP作物（如Bt棉花、Bt玉米）通過基因改造產生殺蟲蛋白（表1）。Cry蛋白為第一代PIPs，雙鏈RNA（dsRNA）為下一代產品[30]。盡管美國 EPA將 PIPs歸類為生物農藥，但其他監管機構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化轉基因玉米SmartStaxPRO，表達靶向西方玉米根蟲Snf7 基因的 dsRNA[31]。此外，轉基因蘋果與馬鈴薯通過表達dsRNA調控內源基因表達以改善品質[32]。RNAi介導的沉默機制還用于控制更廣譜的植物病蟲害，包括農桿菌、白粉病真菌及根結線蟲[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揮關鍵作用。表2列舉了常見天敵及其靶標害蟲與寄主植物。

表1目前開發的部分轉基因產品

Table1 SomeGMproductscurrentlyunderdevelopment

1.1.5納米生物農藥歐盟定義納米材料為“包含顆粒（單獨、團聚或聚集狀態），其中 50% 以上顆粒至少一維尺寸在 1～100nm 范圍內的天然或人工材料\"[44]。納米生物農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]。納米生物農藥是納米技術與生物農藥結合的創新成果，通過將生物農藥有效成分納米化，顯著提升了傳統生物農藥的性能。納米制劑減少了藥液流失，并且可以實現藥物的精準控制釋放，從而延長生物農藥的持效期。

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

MON87411已獲得多個國家的安全證書，而國際農化巨頭也紛紛布局相關技術和產品，推動了RNA生物農藥的產業化進程。此外，還吸引了資本市場的關注，涌現了一大批基于RNAi技術進行病蟲害防控的新興公司，極大地加速了RNA生物農藥的產業化步伐[46]

1. 2 生物農藥作用機制

不同類別生物農藥的作用機制與其來源及性質密切相關。微生物農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境中被激活為肽段，與受體蛋白結合形成孔道，導致細胞膜滲透失衡、細胞裂解及死亡[47]

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

除直接作用外，生物農藥還可通過間接機制干擾昆蟲生長發育或增強植物抗病能力。昆蟲信息素通過吸引或驅避害蟲調控種群密度；昆蟲生長調節劑通過靶向幾丁質酶或蛻皮激素受體干擾蛻皮過程，抑制昆蟲發育（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，增強其對病蟲害的抗性。

1.3 生物農藥特性

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化學農藥類似，均通過活性成分與特定靶點結合干擾有害生物正常生理功能。傳統化學殺蟲劑多為神經毒素（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），而生物農藥的作用機制具有內在復雜性，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，通過干擾昆蟲內分泌系統促進前胸腺激素（PTTH）釋放，導致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合，吸引或驅避害蟲，調控有害生物種群密度。

1.3.2非靶標生物與環境安全性生物農藥較傳統化學農藥具有顯著的生態相容性優勢。首先，微生物農藥（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，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，生化農藥（如印楝素、魚藤酮）由植物次生代謝物或昆蟲信息素構成，其分子結構具有天然生物降解性，在環境中半衰期通常小于 ^72h ，顯著降低殘留風險[54]。天敵生物（如寄生蜂、捕食螨）則是通過食物鏈調控實現害蟲種群動態平衡，避免化學物質對非靶標生物的直接毒性。同時，現代生物農藥通過基因工程技術優化了作用機制，RNA干擾農藥通過序列特異性沉默害蟲關鍵基因，對哺乳動物無脫靶效應；轉基因微生物農藥（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]，生物農藥的這些特性使其在有機農業生產中保障了農產品安全（符合歐盟EC834/2007有機認證標準），形成可持續的病蟲害防控體系。最新制劑技術（如殼聚糖納米載體）的應用進一步提升了生物活性成分的穩定性，在維持高效性的同時將環境暴露量降低 60% 以上[56]

1.3.3抗藥性不敏感性傳統合成農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），在持續選擇壓力下，有害生物可通過靶標蛋白構象改變（如電壓門控鈉離子通道 Vg^- sc-L995F突變）、代謝解毒系統激活（細胞色素P450氧化酶及谷胱甘肽-S-轉移酶活性上調）或外排泵過表達（ABC轉運蛋白）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，生物農藥通過多組分協同作用顯著延緩抗性發展。植物源農藥如印楝素，含40余種四環三萜類化合物（AzadirachtinA/B為主效成分），通過拮抗保幼激素受體及抑制幾丁質合成酶多靶點作用昆蟲。多殺菌素（Spinosyns）是由刺糖多孢菌（Saccharopolysporaspinosa）發酵產生的大環聚酮-氨基糖苷復合體，主成分Spinosyn A（85%） 與 D（15% ），通過變構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廣闊發展前景分子生物學、合成生物學、高通量技術以及人工智能都促進了新技術以及新型生物農藥的發展。通過代謝組學與合成生物學技術的結合（如CRISPR-Cas9基因編輯系統），可以實現萜類化合物生物合成途徑的高效重構[60]；合成生物學與高通量篩選技術的協同創新推動了人工合成微生物組（如固氮-拮抗復合菌群）的系統開發，通過對微生物群落進行精準的調控和改造，有利于更好的解決農業生產等領域的重要問題[61]；基于AI的靶標預測模型（如 Al-phaFold2蛋白質結構預測）可以有效地縮短新型RNAi農藥的開發周期，新興技術與生物農藥的結合使得生物農藥的發展前景愈加廣闊。

2生物農藥與可持續農業的關系

2.1 可持續農業的定義

農業作為人類社會發展的基礎產業，依賴自然資源與環境條件，對自然生態系統產生直接與間接影響。傳統農業在現代化進程中大幅提升了生產力，但也帶來邊際效益遞減、生態環境退化及資源短缺等新挑戰。在此背景下，可持續農業成為全球關注焦點，其概念與定義不斷更新擴展，但至今仍無統一標準。目前廣泛接受的定義來自聯合國糧農組織（FAO）的表述：“可持續農業旨在滿足當代與后代的糧食需求，通過可持續管理、保護與利用自然資源，結合適用技術與制度體系，在避免環境退化的同時，確保技術可行、經濟合理且社會可接受\"[62]。其涵蓋生態、經濟與社會可持續性3個維度，強調社會經濟發展與環境資源的協調統一。

2.2農藥投入對可持續農業的影響

農藥作為現代農業生產中不可或缺的一環，在多年來形成的有害生物綜合治理（IPM）策略中發揮著不可替代的作用，對可持續農業的影響深遠。一方面，合理使用農藥可以有效控制病蟲害，保障農作物的產量和品質，為農業生產提供穩定支撐；另一方面，過度依賴和不當使用農藥會導致環境污染、生態失衡、農產品質量安全問題以及抗藥性害蟲的產生，這些負面影響嚴重威脅著可持續農業的發展。科學合理地控制農藥投入應用，對于保障糧食安全、農產品質量安全及生態環境安全具有戰略意義，成為實現可持續農業發展亟待解決的問題。傳統化學農藥憑借其速效性、廣譜性及環境持留性等技術優勢，至今仍占據全球農藥市場的主導地位。然而，在創造顯著經濟效益的同時，化學農藥的不合理使用也引發一系列生態環境問題：其環境殘留導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，進而破壞農田生態系統的穩定性。這種“高投一高污染\"的傳統防控模式，顯然與可持續農業所倡導的經濟、社會、生態效益協調發展原則相悖。

生物農藥與農業可持續發展之間的關系是相互促進的：一方面，生物農藥的應用是實現農業可持續發展的關鍵措施；另一方面，農業可持續發展為生物農藥的推廣和應用提供了重要動力。有關研究表明，生物農藥因其綠色生態優勢，逐漸成為推動農業可持續發展的重要手段。生物農藥具有高效、對人畜安全、環境相容性好等特點，能夠有效減少化學農藥的使用，降低對農業生態系統的負面影響，從而促進農業的綠色可持續發展[63]而近年來，生物農藥因其優異的環境相容性、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展緩慢等特點，被視為綠色農藥，其應用兼顧經濟生產、環境保護與社會效益，在有效防控病蟲害、保障作物安全的同時，也充分體現環境友好理念，成為可持續農業的核心要素之一。生物農藥的推廣應用，不僅為病蟲害綠色防控提供技術支撐，更為構建資源節約、環境友好的現代農業生產體系奠定了重要基礎。

2.3生物農藥與可持續農業的契合性

生物農藥對可持續農業未來發展具有顯著促進作用，符合其基本原則。首先，相較于化學農藥，天然替代品具有顯著環境效益。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，逐步分解轉化并回歸自然，環境友好性高，大幅減少對生態平衡的潛在破壞。其次，生物農藥在直接控制靶標生物的同時，部分產品可通過介導調控植物關鍵生理生化功能，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象的典型代表，其獨特作用機制強調植物自身保護的主體地位，超越了傳統農藥與病蟲害的二元互動模式。憑借優異的環境相容性、廣譜性、長效性、抗藥性發展緩慢及提升作物產量品質的潛力，兼顧環境與經濟效益，滿足可持續農業發展需求。例如以植物免疫誘導蛋白與寡糖為主的“阿泰靈”，不僅對病毒病防控效果顯著，還可使作物增產 10% 以上[23]。此外，天敵生物農藥的應用實例印證了其與可持續農業理念的高度契合[64]。該生態友好方法基于生態食物鏈理論，利用生態系統各組分功能，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、改善土壤結構并招募土壤微生物[65]。這種多因素協同的農業發展模式更趨平衡穩定，顯著提升農業可持續性。

3生物農藥商業價值的驅動因素

近年來，生物農藥的市場需求持續增長，在有機農業和生態農業領域其應用范圍不斷擴大[66]各國政府通過制定相關政策法規，鼓勵生物農藥的研發和推廣，中國在綠色農藥領域的政策支持和技術法規的完善為生物農藥的創新和應用提供了有力保障[67]。技術創新是生物農藥發展的核心驅動力，隨著基因編輯技術（如CRISPR/Cas9）

和分子生物學技術的進步，生物農藥的開發更加精準和高效，這些技術降低了生產成本，推動其商業化進程[68]。多樣化的市場需求為生物農藥提供廣闊的發展空間，消費者對生態友好產品的偏好增加，推動生物農藥在不同作物和區域的應用，農戶對生物農藥的信息獲取和采納行為也受到農藥供應服務的影響，進一步促進其市場推廣[69]。生物農藥的市場增長潛力、政策支持、技術創新以及多樣化的市場需求共同構成其商業價值的核心驅動因素。未來，生物農藥有望成為農業領域主流產品，為企業帶來可觀商業回報。

3.1 當前農藥市場趨勢

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，農藥市場也相應的增長。據PhillipsMcDougall（現為標普全球商品洞察）數據，2022年全球農藥銷售額達877億美元，同比增長 9.2% ，過去5a復合年增長率（CAGR）為 5.0% 。作物保護產品中，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模均為196.55億美元，占比 24.97% 與 24.96% 。2020年全球生物農藥市場規模約50億美元，預計2020一2025年CAGR約10%[67]

生物農藥市場增長受多重因素驅動。其一，全球人口預計2050年達97億[70]，糧食需求增長推動農藥市場擴張。其二，生物農藥開發應用與化學農藥抗藥性問題成為現代農業關鍵議題。長期過度使用化學農藥易引發抗藥性，促使探索微生物制劑、植物源農藥、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，合成生物學技術與農藥的進一步結合有望革新農藥市場[71]，提高生物農藥市場份額并推動大規模應用。其三，公眾環保意識增強促使可持續農業實踐普及，生物農藥是生產高品質農產品的關鍵，其需求增長將推動生物農藥市場擴張。有機農產品市場規模連年增長，也促使農業生產端采用低殘留防控方案。

此外，部分高毒農藥禁用及政策扶持（如補貼）也刺激了生物農藥市場發展，歐盟“綠色協議”要求2030年化學農藥減量 50% ，中國的《“十四五\"農藥產業規劃》也明確生物農藥占比提升至20%^[72]

3.2生物農藥的經濟效益

生物農藥的商業化應用建立在顯著的成本收益優勢基礎之上。生產者與種植主體實施生物農藥戰略的核心驅動力源于其溢價定價能力與全要素生產率提升的雙重效應。盡管研發端需承擔較高沉沒成本，但產品通過環保認證（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。使用生物農藥可通過有效管理病蟲害降低防治成本，其抗藥性發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，部分生物農藥不僅具有農用殺蟲抑菌活性，還兼具提升作物口感、色澤與營養含量改善品質的功能，生產更具競爭力的有機產品，提高售價與銷售前景，最終增加農產品經濟價值。生物農藥的應用還可延長作物貨架期，減少儲運損失，最大化經濟效益[73]

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

政府與機構的支持（如補貼）對推動生物農藥研發至關重要，為企業與農民帶來顯著社會效益。多國為生物農藥提供稅收優惠、研發資助與購買補貼，降低生產與使用成本，提升經濟效益。政府還簡化注冊審批流程促進市場準入，加強市場監管，使企業更快將產品推向市場、擴大份額并增加收益。企業積極生產銷售生物農藥，契合國家政策并履行社會責任，推動產業發展。生物農藥行業仍在成長，企業參與將刺激技術創新與市場擴張，促進可持續農業并創造更大社會價值。

3.3生物農藥的生態效益

隨著環保意識的增強和綠色農業的推進，生物農藥的生態效益逐漸成為研究的熱點。生物農藥作為一種利用自然生物資源開發的農藥，其在農業生產中的應用不僅可以提高農作物的產量和質量，具有對環境友好的特點，能減少對環境的負面影響。研究發現，生物育種技術通過提高作物的抗病性和產量的同時，間接增強生物農藥的使用效率和生態效益[74]。通過對中國生物農藥發展的現實挑戰分析認為，強調生物農藥在減少環境污染和保護生態環境方面具有不可替代的作用[75]

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

3.4生物農藥的社會效益

生物農藥作為一種環保且高效的農業投入品，其在提升農業產業升級、增強國際市場競爭力、優化經濟投入產出比以及提高消費者對農產品質量安全的認可度方面發揮著重要作用。通過提供環境友好的替代品，減少對傳統化學農藥的依賴，有助于提高作物的品質和產量，推動農業產業升級[78]。生物農藥能有效控制病蟲害，減少農作物損失，還能避免傳統農藥對土壤和水源的污染，從而保障農業生產的可持續性。生物農藥的使用能夠幫助農產品滿足越來越嚴格的國際市場準入標準，滿足國際環保標準方面有促進作用[79]，生物農藥的研發和應用能夠有效提升中國在全球農業產業中的競爭地位，并為中國農業的“走出去\"戰略提供技術支持，是提高中國農業國際競爭力的重要策略之一[67]

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

生物農藥有助于優化農業經濟投入產出比，實現成本效益的最大化。研究認為，與化學農藥相比，生物農藥通常具有成本低、環境友好的特點，有助于降低農業生產成本并提高農民的收人[80]。生物農藥的市場潛力分析顯示，可以提高單位面積的產出并減少生產成本，對于促進農民的可持續收入增長具有重要意義[75]

4生物農藥發展與應用的挑戰

4.1研發成本與技術瓶頸

生物農藥的產業化進程面臨多重技術經濟性挑戰，其研發周期伴隨高額資本投入，從新型活性分子篩選至商業化推廣的全產業鏈流程存在顯著的時間與經濟成本壁壘。據行業測算，單一生物農藥活性成分從先導化合物發現到完成EPA登記平均需投入上億美元研發經費，耗時 8～11 a，導致產品迭代速率滯后于市場多元化需求演變[75]。而生物農藥同時存在諸多技術瓶頸，如在功能菌株高通量篩選過程中的陽性率極低、活性物質生物轉化效率低及生物農藥制劑貨架期降解率高等環節[81]。同時，生物農藥活性成分復雜，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物），且缺乏統一的效價評價標準[82]

4.2生物農藥的登記政策以及商業化策略

中國生物農藥登記以2017年修訂的《農藥管理條例》及其配套法規為核心法律框架，明確將生物農藥作為優先發展領域，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業發展，對微生物農藥、植物源農藥、生物化學農藥實施分類管理，在登記審批上給予技術資料減免、生產許可簡化等優惠，還提供一系列的財政與研發支持，這使得中國的生物農藥行業蓬勃發展。截至2023年12月，中國在有效登記狀態的生物農藥有效成分有152個，產品2000余個，占有效成分的20. 6% ，占產品的4. 38% （其占比均不包括僅限出口的數量），在有效成分中微生物農藥數量一直略微領先[6]

盡管如此，生物農藥也需遵循嚴苛的農藥管理標準，包括提交生態毒性報告、環境風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來說仍然過高。生物菌肥作為農用微生物制劑，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品登記綠色通道及最高 40% 的研發稅抵政策，實際開發成本要遠低于生物農藥。此外，技術挑戰與市場風險的差異也促使企業選擇生物菌肥，生物菌肥技術路線相較生物農藥更成熟，加上有機農業政策支持（如歐盟有機認證）使其市場接受度更高，可實現溢價銷售，而生物農藥還需突破消費者對其“見效慢”的認知壁壘，商業化難度更大。在這種情況下，生物菌肥憑借技術門檻低、政策支持明確及市場風險可控的優勢，成為企業規避生物農藥嚴苛審批和競爭壓力的優先選擇，尤其在有機農業快速擴張的背景下，其規模化收益路徑更為清晰。

4.3 田間效果不穩定與產品質量參差不齊

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

同時，市場上生物農藥產品質量差異顯著，部分企業生產工藝落后且缺乏有效質量控制系統，導致產品活性成分含量不穩定、雜質含量高。大量假冒偽劣產品充斥市場，不僅無法達到防控效果，還可能對作物產生藥害，損害農民利益、擾亂市場秩序并阻礙行業健康發展。

4.4農民認知不足與接受度低

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

5 生物農藥的應用前景

5.1 政策導向與市場需求

在全球生態安全與食品質量安全雙重范式轉型背景下，生物農藥已成為多國農業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合國可持續發展目標（SDG2，12，15），歐盟率先通過《農藥可持續使用指令》（Directive2009/128/EC）建立全鏈條農藥管理機制，將化學農藥最大殘留限量（MRLs）標準收緊至 0. 01～ 0.05mg/kg 閾值，并依據EC1107/2009法規對高風險化學農藥實施市場準入負面清單制度，直接推動生物農藥登記量年增長率達 18.7%（2018 —2023年數據）[85-86]。中國政府通過《農藥產業十四五發展規劃》實施差異化產業政策，對微生物農藥、植物源農藥企業執行研發費用 175% 加計扣除稅收優惠，并在農業農村部專項資金中設立生物農藥中試轉化專項，形成覆蓋菌種選育、發酵工藝、制劑工程的全產業鏈創新支持體系[87]

從市場需求看，消費者對綠色有機農產品的興趣持續增長，顯著推動生物農藥市場發展。生物農藥低毒、低殘留及環境友好特性滿足食品安全要求。此外，隨著農業現代化推進與規模化、集約化生產模式普及，對高效安全農藥產品的需求不斷上升，生物農藥完美契合這一市場趨勢[88]

5.2產品研發的技術創新

在全球可持續發展與綠色農業推進背景下，生物農藥技術創新正實現多方面的突破。基于基因組學和合成生物學，天敵昆蟲與工程微生物領域開發出高專化性天敵（如不育雄性昆蟲）及高效工程菌株（如木霉、芽孢桿菌），實現精準生物防治；土壤連作障礙修復技術借助補充有機質與功能微生物群落，重建土壤微生態平衡以抑制病原菌；昆蟲信息素與性誘劑利用緩釋技術干擾害蟲交配、產卵等行為，以綠色方式降低種群密度；代謝產物仿生合成結合生物合成與綠色制造技術，規模化生產微生物源或植物源活性成分（如抗生素、植物激素）[89]。這些技術以環境友好、靶向性強、抗藥性低為核心優勢，推動生物農藥產品從單一防治向系統化、智能化升級，成為農業可持續發展的戰略性支撐技術。

5.3 可持續農業發展對生物農藥的需求

可持續農業對生物農藥的需求呈現顯著增長態勢，其核心驅動力源于其對生態平衡、環境保護及農產品質量安全的系統性追求。在現代農業轉型進程中，生物農藥憑借其環境相容性、靶標特異性及低殘留特性，正逐步成為傳統化學農藥的戰略替代方案。該類產品的規模化應用可有效緩解土壤退化、水體污染等環境壓力，同時通過構建生態防控體系延緩病蟲害抗藥性進化周期，為農業生態系統的可持續發展提供技術保障。

近年來，全球綠色農業浪潮與消費升級趨勢共同推動生物農藥產業進入高速發展期。以中國為例，國家層面持續強化政策引導，《農藥產業政策（2020修訂）》明確將生物農藥列為優先發展領域，配套實施的《農藥登記資料規定》通過優化評審流程加速創新產品落地。值得關注的是，中國在微生物農藥領域已形成完整技術鏈——蘇云金桿菌（Bt）發酵工藝突破實現產業化規模效應，井岡霉素生產技術迭代使原藥純度提升至 98% 以上，相關成果獲國家科技進步二等獎認證。隨著“十四五\"全國農藥產業規劃的深入實施，以及合成生物學、基因編輯等前沿技術的融合創新，生物農藥在智慧農業場景中的滲透率將持續提升，為實現農業高質量發展提供綠色解決方案。

6 小結與展望

生物農藥作為可持續農業體系的重要組成部分，其多元化的產品形態與作用機制為農業綠色發展提供技術支撐。本文綜合探討生物農藥的作用機制和類型特點，在推進可持續農業發展進程中的應用現狀及其成效，生物農藥在確保農產品質量安全、降低化學農藥依賴度、維護生態環境平衡等方面發揮了至關重要的角色。展望生物農藥的未來發展，商業潛力與應用前景無疑是令人鼓舞的。伴隨科技創新的驅動，生物農藥的研發將更加深入，其品種多樣性和防治效果有望得到顯著提升，進而拓寬在農業生產實踐中的應用領域。為此，政府、產業界及科研機構需協同發力，加大對生物農藥技術創新與推廣的投入，為中國農業的綠色轉型和可持續發展提供堅實支撐。同時，本文呼呼應進一步推進生物農藥的標準化和產業化進程，以期構建一個健康、可持續的農業生態系統，并助力農民實現經濟收人的穩步增長。

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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

（責任編輯：郭柏壽 Responsible editor：GUO Baishou）