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生物农药的发展前景——范文
浏览次数: 发布日期:2019-06-12 13:24 字号:

  摘要 随着人们对环境保护意识的增强,化学农药的使用备受人们的关注,致使对化学农药的生产和使用都提出了很高的要求。近年来,一些有机溶剂的限制使用或禁用,与环境友好的农药制剂的开发,还有对新化合物环境要求的提高等等这些活动无一不跟环境相关。生物农药属低毒、无污染、无公害的生物制剂,它开发于大自然,容易被环境降解,无残留,低毒,因此,生物农药的开发使用受到越来越多的人欢迎。本文介绍了生物农药的发展趋势、种类、特点及应用前景。

  几十年来,在世界人口成倍增长的情况下,化学农药防治植物病虫害,抑制杂草繁衍,对促进农业生产发挥了重要作用,为保证人类的食品供应做出了不可磨灭的作用。但是,在化学农药大量使用的同时,环境污染问题也随之而来。生物农药是指利用生物活体或其代谢产物或者是通过仿生合成对害虫、病菌、杂草、线虫、鼠类等有害生物进行防治的一类农药制剂[1]。它的特点是安全可靠、不污染环境、杀虫效率高、对人畜不产生公害、害虫不能产生抗药性,是一种绿色农药[2]。按照联合国粮农组织的标准,生物农药一般是天然化合物或遗传基因修饰剂,主要包括生物化学农药(信息素、激素、植物调节剂、昆虫生长调节剂)和微生物农药(真菌、细菌、昆虫病毒、原生动物,或经遗传改造的微生物)两个部分,农用抗生素制剂不包括在内。

  生物农药的出现和发展与生物防治研究的发展及化学农药的使用密切联系。1853年首次报道由白僵菌引起的家蚕传染性病害“白僵病”,证实了该寄生菌在家蚕幼虫体内能生长发育,采用接种及接触或污染饲料的方法可传播发病;俄国的梅契尼可夫于1879年应用绿僵菌防治小麦金龟子幼虫;1901年日本人石渡从家蚕中分离出一种致病芽孢杆菌——苏云金芽孢杆菌;1926年Fanfbrd G B使用拮抗体防治马铃薯疮痂病[1]。

  我国是最早应用杀虫剂、杀菌剂防治植物病虫害的国家之一。1972年,我国规定了新农药的发展方向:发展低毒高效的化学农药,逐步发展生物农药。但是,由于化学农药高效快速,人们仍寄希望于化学农药防治病虫害,生物农药的研制和应用曾一度停滞。20世纪90年代,随着科学技术不断发展进步,减少使用化学农药、保护人类生存环境的呼声日益高涨,研究开发利用生物农药防治农作物病虫害成为国内外植物保护科学工作者的重要研究课题之一。生物农药在病虫害综合防治中的地位和作用显得愈加重要。但是,长期依赖和大量使用有机合成化学农药,已经带来了众所周知的环境污染、生态平衡破坏和食品安全等一系列问题,对推动农业经济实现持续发展带来许多不利的影响。

  生物农药具有安全、有效、无污染等特点,与保护生态环境和社会协调发展的要求相吻合。因此,近年来我国生物农药的研究开发也开始呈现出新的局面,目前,已发展成为具有几十个品种、几百个生产厂家的队伍。生物农药在病虫害综合防治中的地位和作用显得愈来愈重要。

  生物农药与化学农药相比,其有效成分来源,工业化生产途径,产品的杀虫防病机理和作用方式等诸多方面,有着许多本质的区别。生物农药更适合于扩大在未来有害生物综合治理策略中的应用比重[4]。

  目前市场开发并大范围应用成功的生物农药产品,它们只对病虫害有作用,一般对人、畜及各种有益生物(包括动物天敌、昆虫天敌、蜜蜂、传粉昆虫及鱼、虾等水生生物)比较安全,对非靶标生物的影响也比较小[5]。

  生物农药是生物活体,假如不考虑生态环境因素,那么生物农药对非标靶生物是几乎没有杀伤力的。生物体农药中昆虫病原真菌、细菌、病毒等均是从感病昆虫中分离出来,经过人工繁殖再作用于该种昆虫。植物体农药更是有针对性地对某一种特定功能基因进行定向重组和改造。加上生物农药大多数都是通过影响害虫进食而达到杀虫目的,因此使用生物农药是很安全的。

  生物农药控制有害生物的作用,主要是利用某些特殊微生物或微生物的代谢产物所具有的杀虫、防病、促生功能。其有效活性成分完全存在和来源于自然生态系统,在环境中会自然代谢,参与能量与物质循环。它的最大特点是极易被日光、植物或各种土壤微生物分解,是一种来于自然,归于自然正常的物质循环方式。作物施药后对水体、土壤、大气都不会产生污染,也不会在作物中残留,更不会产生生物富集等现象。例如Avermeitin对光不稳定,施药后逐渐在空气中氧化,在强光下半衰期小于10h[5]。因此,可以认为它们对自然生态环境安全、无污染。

  一些生物农药品种(昆虫病原真菌、昆虫病毒、昆虫微孢子虫、昆虫病原线虫等),具有在害虫群体中的水平或经卵垂直传播能力,在野外一定的条件之下,具有定殖、扩散和发展流行的能力。不但可以对当年当代的有害生物发挥控制作用,而且对后代或者翌年的有害生物种群起到一定的抑制,具有明显的后效作用。

  目前国内生产加工生物农药,一般主要利用天然可再生资源(如农副产品的玉米、豆饼、鱼粉、麦麸或某些植物体等),原材料的来源十分广泛、生产成本比较低廉。因此,生产生物农药一般不会产生与利用不可再生资源(如石油、煤、天然气等)生产化工合成产品争夺原材料。

  我国生物农药按照其成分和来源可分为微生物活体农药、微生物代谢产物农药、植物源农药、动物源农药四个部分。按照防治对象可分为杀虫剂、杀菌剂、除草剂、杀螨剂、杀鼠剂、植物生长调节剂等[1]。就其利用对象而言,生物农药一般分为直接利用生物活体和利用源于生物的生理活性物质两大类,前者包括细菌、真菌、线虫、病毒及拮抗微生物等,后者包括农用抗生素、植物生长调节剂、性信息素、摄食抑制剂、保幼激素和源于植物的生理活性物质等。在我国农业生产实际应用中,生物农药一般主要泛指可以进行大规模工业化生产的微生物源农药。

  植物农药是人类历史上最古老的生物农药之一。植物是生物活性化合物的天然宝库,其产生的次生代谢产物超过40万种[8],其中的大多数化学物质如萜烯类、生物碱、类黄酮、甾体、酚类、独特的氨基酸和多糖等均具有杀虫或抗菌活性。据资料,全世界已报道过1600 多种具有控制有害生物的高等植物,除虫菊、烟草、鱼藤的商品化加工制剂可能是最早的植物源农药商品制剂。1985年美国注册第一个商品化的印楝制剂Margosan—O 之后[8],世界上出现了许多印楝产品。国内现已成功地开发了以烟碱、苦参碱、楝素、茴蒿素和茶皂素等为主成分的16种植物农药,并已登记注册。

  植物中的抗毒素、类黄酮、罹病相关的蛋白质、有机酸和酚类化合物等均有杀菌或抗菌活性。迄今已在植物中发现多种物质对某种或某些病菌有一定的抑制或杀灭作用。乙蒜素是大蒜的代谢产物,现已人工模拟合成用于多种植物病害的防治。孟昭礼等从银杏中分离出对植物病原菌有很高活性的化合物,经结构鉴定、人工模拟合成,成功开发出“ 绿帝”“ 银泰”杀菌剂,对苹果腐烂病等具有良好的防治效果[8]。植物源农药以在自然环境中易降解、无公害的优势,现已成为绿色生物农药首选之一。

  动物源农药主要包括动物毒素,如蜘蛛毒素、黄蜂毒素、沙蚕毒素等。目前,昆虫病毒杀虫剂在美国、英国、法国、俄罗斯、日本及印度等国已大量施用,国际上己有40多种昆虫病毒杀虫剂注册、生产和应用。

  微生物源农药是利用微生物或其代谢物作为防治农业有害物质的生物制剂。主要包括微生物杀菌剂、微生物杀虫剂和微生物除草剂。

  在植病生防上可以利用的拮抗微生物种类很多,包括细菌、真菌、放线菌、噬菌体和病毒等,但拮抗细菌占有极为重要的地位[8]。

  细菌的种类和数量众多,在植物的根际和地上各部分都大量存在。具抗逆能力强、繁殖速度快、营养要求简单、易在植物表面定殖的特点。细菌大都可以人工培养,便于控制,在植病生防上具有无限的潜力。目前用作生物杀菌剂的拮抗细菌主要有:枯草杆菌(Bcaillus subtilis)、放射形土壤杆菌(Agrobactrium radiobacter)、地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)等[8]。拮抗细菌及其代谢产物的开发利用,以及通过基因工程改造产生新型、高效、稳定、适生性强的拮抗细菌是今后生防菌发展的趋势。

  真菌杀菌剂研究和应用最广泛的是木霉菌和粘帚霉菌,利用木霉菌防治植物病害一直是国内外研究热点,已被用于防治水稻纹枯病,棉花枯病,花生、甜椒、茉莉等的白绢病,蔬菜猝倒病、枯萎病、立枯病等病害。

  目前筛选的杀虫细菌大约有100多种,其中被开发成产品投入实际应用的主要有4种,即苏云金芽孢杆菌、日本金龟子芽孢杆菌、球形芽孢杆菌和缓病芽孢杆菌微生物杀虫剂。其中苏云金芽孢杆菌(Bacillus thuringiensis Bt)是当今研究最多、用量最大的杀虫细菌,它占据了生物农药90%以上的市场。Bt产生的伴孢晶体,可以杀死150多种鳞翅目昆虫而对人畜无害,它具有多个亚种和多种血清型,难于产生抗性。近年来,国内外专家致力于Bt的高效剂型增效因子、发酵工艺、广谱毒性重组Bt以及转基因植物的研究,取得了较大成果。其他杀虫细菌的研究还涉及黄光假单孢菌、假单孢菌、赛氏杆菌、链球菌、光杆菌等,它们大都作用于特异的害虫群体,并未见大规模使用的报道。

  昆虫真菌种类约占昆虫病原微生物种类的60%以上。昆虫真菌可在自然界中再次侵染,引起害虫种群的流行病,对害虫有明显的自然控制作用。国内外研究表明,真菌是唯一能在自然条件下通过体壁接触侵染昆虫的病原微生物[8],对防治刺吸式口器害虫具有独特的作用。杀虫真菌种类十分丰富,目前世界上已记载的约有100余属,800多种[8]。著名的杀虫真菌有白僵菌(Beauveria bassiano Vuillemin)、绿僵菌(Metarhizium anisopliae Sorokin )等。根据真菌农药沙蚕素的化学结构衍生合成的杀虫剂巴丹或杀螟丹等品种,已大量用于实际生产中。

  目前已知的昆虫病毒有160多种,其中60种为杆状病毒,可引起1100种昆虫和螨类发病,可控制近30%的粮食和纤维作物上的主要害虫[8]。我国在昆虫病毒研究领域中取得了较大的进展。目前,我国核多角体病毒杀虫剂主要用于农业和林业,如防治棉花、高粱、玉米、烟草、番茄等作物的棉铃虫、斜纹夜蛾、茶毛虫等害虫。颗粒病毒的应用不及核多角体病毒广泛,主要用于防治菜青虫、小菜蛾及黄地老虎等。质多角体病毒主要用于林区。

  我国首次将真菌用于杂草生物防治的研究是1963年利用炭疽病“鲁保一号”防治大豆菟丝子,1966年以后生物除草剂“鲁保一号”推广到全国20多个省、市、自治区,防治效果稳定在80%以上[8]。在活体微生物除草剂中,以真菌所占比重最大。真菌除草剂的研究和开发最为活跃。美国成功开发了用于防治水稻、麦类等作物菌期杂草的盘长孢状刺盘孢;日本烟草株式会社开发的黑腐病菌,用于防治草坪内的杂草早熟禾及剪股颖。但目前尚无规模应用。

  农用抗生素主要指用于防治病、虫、草等有害生物的微生物代谢产物。可分为抗菌素、杀虫素和杀草素。

  抗菌素是微生物在生命活动中所产生的化学物质,它能有选择性地抑制它种微生物生长或杀灭它种微生物。1958年日本研制成功杀稻瘟素,1961年大面积应用于水稻稻瘟病的防治取得成功。此后农用抗菌素的研制开发进入了高潮,相继开发出了春日霉素(kasugamycin)、多氧霉素(Polyoxin)等一系列高效、低毒、无公害的农用抗菌素。70年代后,我国农用抗菌素的研制进入盛期,相继开发成功了春雷霉素、庆丰霉素、井冈霉素、多抗霉素、公主岭素、多效霉素、农抗120等一系列高效抗菌素。90年代以来,又陆续研制出了中生菌素、武夷霉素、宁南霉素、华光霉素、嘧肽霉素等。最近又开发了杀枯肽、磷氮霉素、波拉霉素、白肽霉素、金核霉素、瑞拉菌素等抗菌素,部分品种已进入中试阶段。

  目前最受注目的杀虫素当属阿维菌素(Avermectin),它是一种十六元环大环内酯类物质,可以抑制无脊椎动物神经传导物质而使昆虫麻痹致死,具有杀虫谱广、内吸性强、活性高、作用速度快的特点,最早由美国默克公司开发成功,是占据市场份额较大的生物农药之一。多杀菌素是放线菌代谢产物,毒性极低,可有效防治小菜蛾、甜菜夜蛾、蓟马等害虫,喷药后当天即可见效,杀虫速度可与化学农药相媲美,中国及美国制定的安全间隔期都是1d,最适合绿色食品生产应用。我国研究的杀蚜素和韶关毒素,用于防治锈壁虱、棉蚜、叶螨,此外还有浏阳霉素、日光霉素、南昌霉素等用于防治果树、温室害螨,均取得了良好效果。

  日本明治制果开发的双丙氨磷,用于防除一年生和多年生禾本科杂草和阔叶杂草,已商品化。此外硫代乳酸霉素、浅蓝菌素、丁香霉索等也具有较好的除草活性[8]。

  农药残留问题,特别是蔬菜农药残留日益引起人们关注,人们对无公害蔬菜的呼声越来越高。要从源头上杜绝农药残留,发展绿色农业,大力推广生物农药是必然趋势。然而在实际推广中,生物农药却显得步履维坚,生物农药销售量只占农药销售的很小比例,分析原因如下:

  ② 价格高,生物农药的关键在于价格居高不下,用了不合算。尽管推广生物农药从长远看,对农民也是件十分有益的好事,有的生物农药不仅能防病治虫,而且还会产生一定的肥效,但因为生物农药的价格比一般化学农药贵,考虑到成本问题,大多数农民还是愿意使用化学农药。

  ③ 见效慢,农民最关心的是农药的即时效果,而生物农药往往要2—3d才能见效,所以他们习惯使用立竿见影的化学农药。

  ④ 产品得不到认证。我国缺乏健全的无公害农产品认证制度,许多农产品市场的农药残留检测形同虚设,即使农民花高价应用了绿色环保的生物农药,但他们的产品在市场上并不能真正地得到认可,显示不出价格优势。

  ⑤ 生物农药品种少、稳定性差。绝大多数生物农药企业由化学农药生产厂转化而来,或在原化学农药生产企业中设立生物农药车间、分厂,大多数是一些产量较低的小厂,生产工艺落后、技术力量等条件不具备,产品质量不稳定;品种不齐全,专一性强,杀虫、杀菌范围窄。

  (1)加强宣传,促进农民对生物农药的认识,使农民充分认识到化学农药的危害,增强农民可持续发展意识,增强环保责任感,在健康的舆论和环保的氛围中,使尽量使用生物农药成为农民的自觉行为;

  (2)加强农产品检测工作,使施用生物农药的无公害食品物有所值,促进农民使用生物农药的积极性;

  (5)加大对生物农药科研的投入,集中力量进行科技攻关,解决生物农药品种少、作用对象单一、效果不稳定等难题;

  (6)降低生物农药成本,降低市场价格,对使用生物农药的农户实行政府补贴,鼓励、引导农民积极正确使用生物农药。

  生物农药虽然有着众多优点和良好的发展前景,随着许多经济发达国家推行的生态农业计划,微生物农药的研究和应用成为支持该计划的核心内容。近年来,美国、澳大利亚和巴西等国生物农药推广面积迅速增加,并且把对生物农药的研究推向高潮。由于微生物杀虫基因是生产微生物农药和构建杀虫植物的核心资源,全球争夺杀虫微生物资源和杀虫基因也日趋激烈。

  因此,我国应及时对微生物农药科研和生产机构进行改革,建立健全微生物农药研究、开发和生产体系。尽快缩短与国外差距。同时还要加强攻关,解决技术瓶颈问题,并采取优惠政策扶持生物农药发展。发展生物农药产业对保证农业可持续发展和实现农业现代化,以及保障人民的生命健康和保护生态环境都十分重要。

  2007年1月,国家有关部门已经颁布规定全面禁止甲胺磷等5种高毒农药的生产、销售和使用,预计将有10万t的高毒农药退出国内农药市场,这为新型高效、广谱和安全的生物农药的发展提供了广阔的市场。而微生物农药产业的发展对我国农业科技体制改革和农业产业结构转型等将产生积极的促进作用,并将带动农业微生物产业的发展和壮大,获得巨大的经济和社会效益。同时还可能形成一些新的农业高新技术产业群.增强我国生物农药产业在技术和产品上的国际竞争能力,为我国现代化农业生产和生态环境的可持续发展起到积极作用。

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