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农业生物技术——微生物杀虫剂研发现状和产业化发展态势

时间:2018-05-25来源:未知 点击:

微生物杀虫剂是指将微生物本身及其代谢产物用于农业害虫防治的一种 制剂。具有药效稳定、施用方便、环保等优势,包括病毒杀虫剂、细菌杀虫 剂、真菌杀虫剂3种类型。随着全球微生物农药需求的增长,国内外微生物杀 虫剂的研发不断深入,用于杀虫剂的病原体种类不断增多,使用范围不断扩 大,重要性不断凸显。文章通过调研国内外微生物杀虫剂的研发现状,总结 微生物杀虫剂的发展趋势与存在问题,为我国发展微生物杀虫剂提供参考。

微生物农药(microbial pesticide)是 21世纪农药工业的新产业,代表着植物 保护的方向,其最大的优势在于能克服 化学农药对生态环境的污染和减少在农 副产品中农药残留量。同时在示范推广 微生物农药应用的过程中,农副产品的 品质和价格也大幅度上升,有利地促进 农村经济增长和农民增收。微生物农药 按防治对象分为微生物杀虫剂(microbial insecticides)、微生物杀菌剂(microbial fungicide)、微生物除草剂(microbial weedicides)、农用抗生素(agricultural antibiotics)等。微生物杀虫剂是目前应 用最多的生物农药,占整个生物防治剂 的90%以上,包括细菌杀虫剂、真菌杀虫 剂、病毒杀虫剂、微孢子杀虫剂、线虫 杀虫剂等。

1 微生物杀虫剂概述

微生物作为农用病害虫防治可追 溯至20世纪20年代末,欧洲试着利用 苏云金芽孢杆菌(Bacillus thuringiens i s )防治玉米螟(O s t r i n i a n u b i l a - l i s );第一个商品化的微生物农药为 苏力菌孢子制剂,是1938年于法国上市 的 S p o r e i n e 产品, 用以防治粉螟类 (Four moths)。相关的研发也从20世 纪90年代开始快速发展,并陆续开发出 各种微生物农药产品。目前微生物杀虫剂的种类很多,已发现的有2000多 种,主要包括细菌、放线菌、真菌、 病毒、立克攻氏体、线虫和原生动物 等,国内外研究较多的集中在细菌、 真菌和病毒方面1 。

1.1 病毒杀虫剂

病毒杀虫剂是利用昆虫病毒的 生命活动来控制直接或间接对人类和 环境造成危害的昆虫。其主要是利用 病毒感染害虫种群,引发病毒流行病 传播,造成害虫持续感病而亡,从 而达到调节害虫种群数量、减轻害虫 危害、降低损失的目的。目前,已发 现对害虫有活性的昆虫病毒高达1200 多种,近1700株,以杆状病毒居多, 如核型多角体病毒、质型多角体病毒 等,约占总体的60%。据统计,昆虫 病毒可对1100种昆虫和螨类致病,能 够控制粮食和纤维作物中近30%的主 要害虫。

1.2 细菌杀虫剂

细菌杀虫剂是利用对某些昆虫 有致病或致死作用的杀虫细菌所含有 的活性成分或菌体本身制成的,用 于防治和杀死目标昆虫的生物杀虫 制剂。细菌类杀虫剂主要作用对象为 咀嚼式口器害虫,包括鳞翅目、双翅 目及鞘翅目等害虫。细菌类杀虫剂是 应用最早的微生物源农药之一。目前 筛选出的有杀虫活性的细菌有100余 种,研究和应用比较广泛的主要为一 些芽孢杆菌,常见的有苏云金芽孢杆 菌(Bacillus thuringiensis ,Bt )、球 状芽孢杆菌(B. sphaericus )、幼虫 芽孢杆菌(B.larvae )、金龟子芽孢 杆菌(B.papilliae )和蜡状芽孢杆菌 (B.cereus )等。其中研究最多、使 用最广泛、用量最大的苏云金芽孢 杆菌占了生物源农药市场90%以上 的份额,目前全世界已经分离到近 40 000 株苏云金芽孢杆菌(包括 72 个血清型),用于农林害虫的防治, 可防治的害虫高达10个目600多种。

1.3 真菌杀虫剂

1873年Metchnikov首次将金龟子 绿僵菌用于防治麦田的奥地利金龟 子和甜菜象甲,昆虫病原真菌在防 治农林害虫领域首次取得成功。此 后,真菌杀虫剂用于农林业害虫的生 物防治已在世界范围内得到广泛应用 与发展。目前,已记载的杀虫真菌 种类约有100个属800多种。其中半 知菌亚门中有近半的杀虫真菌,常 见的有白僵菌属(Beauveria )、绿 僵菌属(Metarhizium )、被毛孢属 (Hirsutella Pet .)、蟪霉属(Nomuraea )、拟青霉属(Paecilomyce ) 等。其中,白僵菌的研究和应用最为 广泛,常用于防治玉米螟、松毛虫、 茶小象鼻虫、蛴螬、桃蛀果蛾、叶蝉 等。绿僵菌的应用也很多,其对苹果 食心虫、天牛、蚊幼虫、金龟子类等 具有较好的防治效果。

2 全球微生物杀虫剂研发态势

据全球市场研究咨询公司Kline 最新发布的报告《全球生物农药:天 然农药和微生物农药概述》,由于大 量被用于处理田间作物种子,微生物 农药增长迅猛。过去十年,微生物农 药在田间作物的应用已经从屈指可 数的份额上升到领先的位置,目前 约占生物农药总份额的34%。从行业 集中度来,生物农药在产品和公司 方面相比传统植保化学品更加分散。 Kline在调查的9个国家/地区中,发 现150多家具有可测量市场份额的公 司。前48家公司主要为小型的专业 化公司,仅占生物农药市场的60%, 给行业整合提供了大量空间。此外, 拜耳和巴斯夫通过收购进入生物农药 市场,将进一步推广生物农药。拜 耳目前已成为全球领先的生物农药 供应商。

目前, 登记作为农药应用的 微生物杀虫剂品种有近百种,以病 毒类居多,其次是细菌和真菌类。 2011~2015年,全球新登记或已上市 的微生物杀虫剂有22种,其中美国上 市产品居多,有11种(病毒类杀虫剂 居多)(表1)。








 

3 国内微生物杀虫剂研发态势

随着我国生物农药产业品种结构 调整、组织方式创新、防治技术进步等 措施的不断改进,生物农药发展将迎来 难得的发展空间。目前我国已有多个生 物农药产品获得广泛应用,登记生物农 药有效成分约100个,占整个农药有效 成分数量15%。2014年共登记3374个农 药,其中含436个生物农药,生物农药 产品数量占登记农药产品数量12.9%。 2014年我国登记的生物农药中,农用抗 生素数量最多,占比达76.38%,而微生 物农药、植物源农药、生物化学农药和 天敌生物4种数量占所有登记生物农药 的数量比例不足30%,其中微生物农药 有49个,占比达11.24%(图1),应用最 广泛的是苏云金杆菌。

我国在微生物杀虫剂方面已经 取得了一定的进展,如球孢白僵菌已 被广泛应用于控制天牛、杨小舟蛾、 松毛虫和美国白蛾。同时,昆虫病毒 防治虫害的应用在我国取得了很大进 步。目前已知至少有 20 余类的昆虫 病毒,包括核型多角体病毒、质型多 角体病毒和颗粒体病毒等(表2), 防治对象主要为鳞翅目、双翅目、膜 翅目和鞘翅目害虫。江西省新龙生物 科技有限公司的“年产2000吨的广 谱昆虫病毒制剂产业示范工程”已投 产建立,成为亚洲最大的昆虫病毒制 剂生产基地2 。此外,镇江润宇生物 科技开发有限公司的短稳杆菌微生物 杀虫剂于2012年4月正式获准生产, 是目前国内唯一获得农业部登记的细 菌性农药登记产品,也是近十年来全系列昆虫病毒杀虫剂、昆虫病毒与苏 云金杆菌复配制剂。其中研发的菜青 虫颗粒体病毒苏云金杆菌杀虫可湿性 粉剂,是菜青虫颗粒体病毒复合杀虫 剂在国内的首次规模化生产、推广和 应用,研发的生物病毒杀蟑饵剂“拜 尔”是全球首例运用昆虫病毒技术解 决蟑螂问题的产品,研发完成的茶尺 蠖核型多角体病毒苏云金杆菌杀虫悬 浮剂防治茶园茶尺蠖、茶毛虫、茶小 绿叶蝉等茶叶主要害虫效果明显, 同时可减少用药次数,解决茶叶残留 超标问题,恢复茶园生态环境,特别 是天敌的恢复可控制其他病虫害的发 生,将茶园带上了良性发展循环,取 得了巨大的生态和经济效益。

4 小 结

国内微生物杀虫剂研究尽管取 得一定成绩,但仍存在品种较少不 适宜大规模生产、使用技术要求高 而防治体系较落后、生产区域规模 小、利润空间不高导致生产经营企 业积极性不高等一系列问题。为了 开发适合农业生产者需要和适应农 业系统要求的新的微生物杀虫剂, 必须注意鉴别和选择有效的天敌即 新种类或新品系的微生物,构建可 稳定供应且价格合理的微生物杀虫 剂的批量生产系统,并对生产技术 进行持续的研究和改善。