生物农药--21世纪农药的生力军
河北工业科技
第20卷第5期第54页HEBE I J OURNAL OF I NDUSTR I AL VO1.20NO.5P.54总第81期2003年SC I ENCE TECHNOLOGY Su m81——————————————————————————————————————————————
2003文章编号!1008-1534"2003#05-0054-06
生物农药11121世纪农药的生力军
罗敏9林永贤9杨玉旺9冀建慧9张宇辉9李云艳9孟晓艳
(河北科技大学生物科学与工程学院9河北石家庄050018)摘要!生物农药是人们减少污染\回归自然的一个必然选择O与化学农药相比9生物农药具有无可比拟的优越性9在农作物病虫害的防治和清除杂草方面9生物农药的应用前景广阔O介绍了生物农药的种类(植物源农药9微生物农药9生物体农药)9独特的作用机理和在可持续发展中的地位9并展望了它的发展前景O
关键词!生物农药S无公害农药S可持续发展
中图分类号!TP312$T@459文献标识码!A
自从19世纪中叶以来9农药减少了农业巨大损失o可以说农药的使用是一项产生巨大回报的投资o农药也是人和环境接触的被最彻底研究过的物质[1]..随着人们生活水平的不断提高和对环境保护重要性认识的日益加深9对农药的要求将更为严格o低毒\高效\绿色\无公害农药成了农药中的宠儿o而绿色农药中的生物农药更是一颗耀眼的明珠o生物农药(即生物源农药>指来自于动物\植物或微生物9具有农药作用的物质o本文将对生物农药的主要部分111植物农药和微生物农药的发展\现状及前景作一阐述o
1大力推广生物农药的必要性
生物农药起源于20世纪50年代9在70年代掀起开发高潮o但由于当时生物技术手段水平相对较低9生物农药对工艺\贮藏运输要求严
收稿日期:2002-12-09;修回日期:2003-05-20
责任编辑:陈玉堂
作者简介:罗敏(1959->9男9浙江上虞人9主要从事生物农药方面的研究o 格等问题造成生物农药的开发进入低潮o在人们越来越关注自身健康和生存环境的今天9实施可持续发展可以说是众望所归o对于农业来说9它具有自然再生产和经济再生产双重性9必须特别重视自然和生态环境问题9注重生产和生态的协调统一o联合国粮农组织(FAO>理事会1988年对可持续发展农业进行了定义[2]9即农业可持续发展是使用和保护自然资源的基础方式9包括实行技术变革和机制性变革9以确保当代人类及其后代对农产品和生存环境的需求能得到满足\合理的生存方式得到延续o 在这一思想的指导下921世纪农药的内涵已发生了根本性的改变9不再以杀死有害生物(包括植物\动物\微生物>为目的9而是通过农药的使用来抑制\调节和影响有害生物的生长\发育\繁殖9使有益生物得到合理保护9从而使农作物产量大幅提高以满足人们对农产品的需求o从这方面来看9生物农药的再次兴起正是满足时代的要求9是人类谋求可持续发展的必然结果o 此外9由化学农药的高残留引起的人畜中毒及环境污染9已成为一个世界性的问题o据报道9
全世界每年中毒的人达200万其中死亡的有4万人与此同时化学农药抗药性也从50年代的10多种到现在的450种并且在不断的施药过程中害虫的抗药性会增加势必要加大药量这样必然会使农作物有更大残留污染更加严重
在我国农产品农药残留严重超标问题严重影响了工农业生产对外贸易及人们日常生活尤其我国加入WTO后国外为阻止我国农副产品进入该国市场纷纷设置技术壁垒其中之一就是在蔬菜的农药残留上提高标准实施绿色贸易壁垒例如2002年3月浙江省666万公顷的西兰花绿色花椰菜因农药残留超标全部被日本退回3在国内随着人们生活水平的提高和环保意识的增强许多大城市已宣布对蔬菜产品实行准入制要进入市场必须是无公害蔬菜这就要求我国农药品种进行调整和在向无公害农药的道路上再上一个台阶生物农药的开发和利用正符合了这一趋势
2生物农药的特点
生物农药通过直接或间接的作用方式来防治害虫病害和杂草其特点1对病虫害防治效果好对人畜无毒不污染环境无残留2对病虫害的杀伤特异性强不伤害天敌有益生物能保持生态平衡3生产原料和有效成分为天然产物易降解可回归大自然保证可持续发展4可用生物技术和基因工程的方法对微生物进行改造不断提高性能质量5多种因素和成分发挥作用害虫和病原菌难以产生抗药性生物农药的最大特点是其作用机理独特可以目前世界上应用最广泛产量最大也是应用最成功的微生物杀虫剂苏云金芽孢杆菌简称Bt为例说明
苏云金芽孢杆菌Bt是一种细菌是由昆虫病原细菌-苏云金芽孢杆菌Bacill us t hurin g iensis的发酵产物经加工而成的制剂在活体和组织水平上Bt伴孢晶体一旦进入昆虫的中肠肠道内消化酶将前毒素转化为小分子毒素水解后的毒素结合到昆虫中肠细
胞膜的高活性和特异性受体上在那些位点干扰钾离子依赖的活性氨基酸运输机制这种干扰引起大量阳离子通道在细胞上开放引起水渗透的加强大量水分子进入细胞使细胞肿胀破裂中肠溃烂活芽孢只有在昆虫中肠内
p H=9.5才能起作用同时毒素直接作用没有杀死的昆虫使其在一段时间内会因细菌感染而死亡在生理生化水平上Bt产生甲体外毒素G-e Jot o Jin乙体外毒素B-e Jot o Jin丙体外毒素Y-e Jot o Jin及丁体内毒素S-e Jdo-t o Jin其中最有效的杀虫活性物质是S-丁体内毒素S-e Jdot o Jin称为杀虫晶体蛋白in-sectici dal cr S st al P rotein I PC s该蛋白本身无毒性只有在昆虫体内专一活化酶作用下才能形成毒蛋白发挥杀虫作用在基因水平上Bt I PC s统称cr S毒素和c S t毒素其中最早认识的是杀鳞翅目幼虫的cr S I基因此后相继发现的毒素近250种它们是cr S1cr S2 c S t1c S t2等4
其他的生物杀虫剂杀菌剂的作用机理不
尽相同例如阿维菌素aver m ecti n的作用靶体为昆虫外周神经系统内的）-氨基丁酸受体它能促进）-氨基丁酸从神经末梢的释放增强）-氨基丁酸与细胞膜上受体的结合从而使进入细胞的氯离子增加细胞膜超极化导致神经信号传递受抑阿维菌素通过昆虫表皮及肠胃道而起到杀虫杀螨作用又如井冈霉素
j in gg on g m S cin是立枯丝核菌海藻糖酶的有效抑制剂海藻糖是该病菌存储碳水化合物不
可少的物质而海藻糖酶在消化海藻糖将葡萄
糖运输到菌丝体顶端的过程中有着必不可少的
作用井冈霉素具有干扰病原菌生长的作用
但无杀菌活性它能使菌丝体顶端产生异常分
枝并进而停止生长
3生物农药的种类
生物农药包括植物源农药微生物农药和
生物体农药
3.1植物源农药
植物源农药是指用于防治病虫害的植物及
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第5期罗敏等生物农药21世纪农药的生力军
植物体的提取物利用植物体及植物体的提取物制成的农药有药效和肥效无残毒与药害对防治农作物病虫害有重要作用且无污染因此被国家发展计划委员会和科技部列为21世纪优先发展的产业是公认的理想绿色农药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 等植物源杀菌剂在植物源农药中的研究相对于杀虫剂而言要少得多;其商品市场上很难找到我国植物农药研究组近几年针对我国日光温室大棚蔬菜的栽培面积不断扩大随之而来的蔬菜在温室内的各种病害也日趋严重以及温室大棚高温~高湿的特点利用纯天然植物中药研究了引燃式植物 源杀菌烟雾剂配制方法及应用其目的就是降低生产成本~使用简便~对靶标准确根据烟剂的组成及成烟原理;重点从配方~加工工艺及包装方面进行了研究;现已有了突破性的研究成果目前植物仍被认为是化学合成杀菌剂替代品最好的开发资源W i1ki ns等<1989年>曾报道有1389种植物有可能作为杀菌剂植物中的抗毒素~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 3.2微生物农药 微生物农药是以微生物<如细菌~真菌~病毒或原生动物>为活性成分的农药包括农用抗生素和活体微生物农药 农用抗生素是有抗生菌发酵产生的具有农药功能的次级代谢产物这种物质具有抑制某些危害农作物的有害生物的作用将这种物质加工成可直接使用的形态就是农用抗生素按防治对象分类有杀虫~杀菌~除草~植物生长调节农用抗生素等我国农用抗生素的研究始于20世纪60年代初经过几十年的研究探索对农用抗生素的生产~筛选方法有较大程度的改进和提高已有不少农用抗生素新品种如典型杀虫农用抗生素阿维菌素 ~华光霉素 又名多效霉素~多氧霉素~宝丽安~保丽霉素- 活体微生物农药是指能使有害生物致病的病原微生物活体直接作为农药其通过工业方法大量繁殖并加工成制剂后作为农药产品使用按防治对象分类有杀虫剂~杀菌剂~除草剂~植物生长调节剂~杀鼠剂等其中最具有代表性的杀虫活体微生物农药品种是苏云金芽孢 65河北工业科技第20卷 杆菌 枯草芽孢杆菌 3.3生物体农药 生物体农药分为动物体农药植物体农药和微生物体农药 1>动物体农药主要指天敌昆虫捕食螨及采用物理或生物技术改造的昆虫等在早期的生物防治中最重要的措施就是利用天敌昆虫和捕食螨现在人们利用动物<主要是昆虫>产生的激素包括脑激素保幼激素脱皮激素集合信息素性信息素等来扰乱昆虫正常的生理习性如脱皮和保幼激素能使昆虫提早或推迟脱皮难以适应外界环境以致无法觅食交配而死亡或通过激素使昆虫聚集而歼之~再有利用动物体产生的毒素来控制害虫生长但作为生物农药必须要符合农药的条件即只有那些可作为商品的能在市场上销售的有针对性使用的天敌昆虫和捕食螨才归为生物体农 药 2>植物体农药是直接利用作物本身为载体经基因修饰或重组使其具有防治农业病虫害抗除草剂的活体植物并非所有的转基因作物都是植物体农药这里所说的植物体农药是指在作物中引入一个目的基因而使植物组织产生一种原来不具备的对病虫害有抵御作用的或可免受某些有毒物质损害的物质这样的基因重组作物称为植物体农药植物体农药因其自身集保护剂和被保护对象为一体自诞生之日起就倍受青睐从全球角度看1995年到1998年4年间转基因作物销售收入增加20倍1995年时仅为7500万美元~1996年翻三番达2.35亿美元~1997年又翻了近3番达6.7亿美元~1998年为13.5亿美元~2000年时增长到30亿美元~预计世界市场2005年达60亿~到2010年时将达到200亿美元[11]转基因作物在迅速发展的同时也引起了世界性的争论有人担心转基因作物对环境存在着多方面的潜在不利影响如转基因作物本身由于具有抗虫抗除草剂等性状而可能变为杂草抗性基因也有漂移到杂草的潜在可能性~抗病毒作物的基因可能与其他病毒发生重组而产生超级病毒给作物带来毁灭性灾难这些担心到目前为止尚无令人信服的证据来支持 但在实际的应用中人们发现通过各种转化手段到宿主的外源基因往往表达效果不理想不能很好地实现预期目的而且在不同的植物个体之间表达水平也存在明显差异针对这一情况有学者初步探讨了实现外源基因高效表达的种种途径启动子 的选择和改造~目的基因 75 第5期罗敏等生物农药21世纪农药的生力军 而降低了翻译的效率0于是Perl ak和I anna-cone等13]在不改变原序列的前提下分别对cr S I A基因和cr S皿基因进行了改造去除了原序列中存在的AT富含ATTTA序列等不稳定元件并选用了植物喜欢的密码子结果使植物毒蛋白表达量增加高达可溶性蛋白的 0.02%～1%0 3>微生物体农药为真菌类生物农药一般是利用农业有害生物的致病真菌如白僵菌 Beaurevia].绿僵菌M et ar hizi u m aniso P li-ae].淡紫拟青霉Paecil o m S ces lil acinus 4生物农药的现状 生物技术的发展极大的推动了生物农药的发展虽然生物农药目前的市场占有率还不高但从美国的农药需求可见它的发展势头异常迅猛0据统计2001年美国农药有效成分需求为86亿美元2006年估计为105亿美元平均年增加4%0其中生物农药增加最多1996年需求为0.95亿美元2001年为2.54亿美元到2006年需求达5.1亿美元1996到2001年平均年增加21.7%2001至2006年平均增加15.0%是同时期年增长的4～5倍0相信在未来的农药行业中生物农药一定会处于主导地位0 我国生物农药的推广应用主要受三道大坎所阻滞0一是施用技能难掌握0化学农药高效价廉.施用方便作为一种传统农药在农民中认知度很高一时退出市场不是一件容易的事0而使用科技含量高的生物农药不仅要求具备相当水平的化学.物理知识还要有一定的生物知识尤其是昆虫.植病和微生物知识0使用时要识天时<气象>.懂地利<土壤>.知人和<心态>.讲技巧<方法>0而中国农民现阶段很难达到这些要求因而影响了生物农药的使用效果和普及推广0二是使用效益不明显0近期在河北农药产品信息展示会上发现几乎所有的农药生产厂家都摆满了各色各样的化学农药生物农药却鲜见身影原因是生物农药价格高农民不愿买0在当前货丰价贱的市场形势下农民为了提高种田回报率必然想方设法降低成本提高产量0使用生物农药较化学农药成本高.见效慢又不能增产增收且生产出来的绿色农产品在市场上并没有明显的价格优势因而农民购买热情不高0三是消费观念未形成0绿色农产品目前尚未被广大消费者所认可大多数消费者仍不愿接受优质优价的绿色农产品0市场上绿色农产品与普通农产品同价不同值或说质异价不异的这一有失公允现象是影响生物农药推广应用的又一障碍0为了使我国的生物农药发展能与世界同步应努力做好以下工作0 1>农药是一门综合性的学科对它的研发必须实现多学科.跨区域的联系与合作而生物物质结构非常复杂就更加需要大范围的协同研究.开发寻找开发的新途径0 2>各行业大力配合努力降低生产成本0 3>除积极寻求新的生物农药外我国也有不少曾已商品化或仍作为商品供应的生物农药此外还有不少因其本身的原因或限于当时科技条件而无法深化研究的生物物质0对于这些生物物质也值得进一步进行探讨并从理论上和机理上予以提高从中开发新的农药品种或指导今后的工作0 4>与化学农药一样生物农药有不少问题可通过剂型加工的方法得以解决0 5>提高生物农药的稳定性延长它们的储存期及在田间的持效性是农药科技工作者的一项很重要的研究内容0 6>对生物农药的管理及标准的制定特别是新开发产品是世界各国十分关注的一个问题这包括对转基因作物的管理0 7>加大科普宣传力度积极推广示范工程提高农民对生物农药的认识水平0生物农药有 85河北工业科技第20卷 其特殊性 对它们的使用方法也应该因 药 而定 而作为使用者则必须严格按照推荐的使用方法进行喷施 尽管生物农药源于自然 绝大多数对人畜均较安全 但也有个别毒性较高的 或对环境有某些不良影响 使用时也必须注意 只有充分了解和掌握生物农药的性能和作用 才能物尽其用并得到圆满的结果 5生物农药的前景 可以确信 生物农药的发展有着十分美好 的前景 目前 世界上已发现有防治病 虫 草害等农药作用的细菌百余种 真菌500余种 病毒700余种 植物4000余种 再加上线虫 微 生物代谢物 抗生素 其数量真是不计其数 但真正商品化的却为数极少 但是 这些生物物质为新农药的开发提供了无穷的资源 这表明 生物农药有着极大的开发潜力 随着计算机技术的进步 合成与分析手段的提高 生物农药的开发 以及进而以化学与生物相结合的方法进行新农药的开发 定会出现迅猛的飞 跃 14 在21世纪 这个生命科学的世纪 生物农药必将对人类社会的发展做出重大的贡献 参考文献! 1 罗铁军 李正名 赵卫光.现代化学农药研究中值得注意 的课题 J .农药 2001 40 10 1-6. 2 周应华.新时期中国农业可持续发展的战略选择 J .中国农业资源与区划 2002 23 2 30-32. 3 吴钜文 张敏衡.无公害蔬菜生产对农药的要求 J .农药 2003 42 1 1-3. 4 倪钰萍 曹斌.关于苏云金杆菌不同检测方法的探讨 J .世界农药 2002 24 6 25-26. 5 操海群 岳永德 花日茂 等.植物源农药研究进展 J .安徽农业大学学报 2000 27 1 40-44. 6 张兴 马志卿 李广泽.试谈生物农药的定义和范畴 J .农药科学与管理 2002 23 1 32-36. 7 侯学文 谢建军 曾鑫年 等.生物技术在植物性杀虫剂 研究开发中的应用 J .植物保护学报 2001 28 1 77-82. 8 农牧渔业部植保总站.中国生物防治进展 M .北京 农业出版社 1984.24-43. 9 夏湛思 桑金隆 施跃峰 等.微生物农药多抗灵的研究 J .微生物杂志 1998 18 2 35-38. 10 山西省原平农校.农业微生物学 M .北京 农业出版社 1994.197-232. 11 张敏恒.转基因作物与农药 J .农药 2000 39 4 1-5. 12 皮灿辉 易自力 王制成.提高转基因植物外源基因表 达效率的途径 J .中国生物工程杂志 2003 23 1 1-4. 13 I ANNANCONE R GRI ECO P D CELLO I N I F.S p e-cifi c S e C ence M Odifi cati On Of a C r y 3B EndOt OXi n Gene Resu1t i n hi g h Leve1s Of EX p ressi On and I nsect Resi st-ance J .P 1ant M O1B i O1 1997 34 485-496. 14 沈寅初 张一宾.生物农药 M .北京 化学工业出版社 2000.119. B i O1O g i ca1Pesti ci de Ne W FOrce Of Pesti ci de I n 21st Cent ur y L UO M i n LI N YOn g -Xi an YANG Yu-Wan g JI Ji an-hui Z HANG Yu-hui LI Yun-y an MENG X i aO-y an CO11e g e Of B i Oche m istr y S ci ence and En g i neeri n g Hebei Uni versit y Of S ci ence and T echnO1O gy Shi i aZhuan g Hebei 050018 Chi na Abstract B i O1O g ica1p estici de is t he necessar y O p ti On f Or hu m an bei n g s t O reduce t he cOnta m i nati On and cO m e back t O t he nat ure .CO m p ared W it h che m ica1p estici de bi O1O g ica1p estici de has t he uni C ue su p eri Orit y .In t he as p ect Of p reventi n g t he b1 i g ht and Off1Oadi n g t he Weed t he p r Os p ects Of t he a pp 1icati On Of bi O1O g ica1p estici de is g OOd .This p a p er i ntr Oduces t he t yp es Of bi O1O g ica1p estici de Pestici de m ade f r O m p 1ant M icr Obi O p estici de B i OsO m e p estici de its s p eci a1iZed mOdes Of acti On its stat us i n sustai nab1e deve1O p m ent and t he p r Os p ect Of its f ut ure deve1O p m ent . Ke y words bi O1O g ica1p estici de nOn-p ub1ic disaster p estici de sustai ned deve1O p m ent . 9 5第5期罗敏等生物农药 21世纪农药的生力军 生物农药--21世纪农药的生力军 作者：罗敏， 林永贤， 杨玉旺， 冀建慧， 张宇辉， 李云艳， 孟晓艳 作者单位：河北科技大学生物科学与工程学院,河北石家庄,050018 刊名： 河北工业科技 英文刊名：HEBEI JOURNAL OF INDUSTRIAL SCIENCE & TECHNOLOGY 年，卷(期)：2003,20(5) 被引用次数：15次 参考文献(14条) 1.夏湛思;桑金隆;施跃峰微生物农药多抗灵的研究 1998(02) 2.农牧渔业部植保总站中国生物防治进展 1984 3.侯学文;谢建军;曾鑫年生物技术在植物性杀虫剂研究开发中的应用[期刊论文]-植物保护学报 2001(01) 4.张兴;马志卿;李广泽试谈生物农药的定义和范畴[期刊论文]-农药科学与管理 2002(01) 5.操海群;岳永德;花日茂植物源农药研究进展(综述)[期刊论文]-安徽农业大学学报(社会科学版) 2000(01) 6.倪钰萍;曹斌关于苏云金杆菌不同检测方法的探讨[期刊论文]-世界农药 2002(06) 7.吴钜文;张敏衡无公害蔬菜生产对农药的要求[期刊论文]-农药 2003(01) 8.沈寅初;张一宾生物农药 2000 9.IANNANCONE R;GRIECO P D;CELLOINI F Specific Seqence Modification of a Cry3B Endotoxin Gene Result in high Levels of Expression and Insect Resistance[外文期刊] 1997 10.皮灿辉;易自力;王制成提高转基因植物外源基因表达效率的途径[期刊论文]-中国生物工程杂志2003(01) 11.张敏恒转基因作物与农药[期刊论文]-农药 2000(04) 12.山西省原平农校农业微生物学 1994 13.周应华新时期中国农业可持续发展的战略选择[期刊论文]-中国农业资源与区划 2002(02) 14.罗铁军;李正名;赵卫光现代化学农药研究中值得注意的课题[期刊论文]-农药 2001(10) 引证文献(15条) 1.刘振海.张海清.霸丽娜生物源农药宁南霉素对水稻立枯病的防治效果[期刊论文]-作物研究 2009(4) 2.根际微生物BZ-1的分离及其抗菌促生特性[期刊论文]-北方园艺 2009(10) 3.范延辉.王君海洋细菌BZ-1的鉴定及抗菌特性研究[期刊论文]-安徽农业科学 2009(17) 4.王虹.胡文进.王清环.胡先文生物源农药及其研发展望[期刊论文]-黄冈师范学院学报 2008(6) 5.王桂清离体条件下细辛精油对3种棉花病害致病菌的抑菌活性[期刊论文]-农业科技与装备 2008(4) 6.陈新林.桑海旭.刘兴.王昊.陈英植物源农药在水稻上的应用现状与展望[期刊论文]-北方水稻 2008(4) 7.黄银久.黄荣茂.金林红.陈卓.许瑞卿基因工程和发酵工程在植物源和微生物农药中的应用[期刊论文]-安徽农业科学 2007(19) 8.任羽.张杰苏云金芽孢杆菌杀虫晶体蛋白定点突变与新型生物农药的研发[期刊论文]-中国农业科技导报 2006(4) 9.马芳.乔俊耀.白中科山西省小杂粮生产病害防治现状评价[期刊论文]-中国农学通报 2006(4) 10.严锐.赵华.胡永琪农药缓释剂的研究[期刊论文]-河北工业科技 2006(6) 11.张文彬.李红侠.伊尚武生物农药的发展及其在防治甜菜夜蛾上的应用[期刊论文]-中国甜菜糖业2005(3) 12.许学明.王峻峰生物源农药的概念及其发展展望[期刊论文]-连云港职业技术学院学报 2005(2) 13.杨会龙.刘宝友.王淑娟几种植物有效成分的提取及杀虫活性研究[期刊论文]-河北科技大学学报2005(3) 14.曾华兰哈茨木霉T23及其防病作用研究[学位论文]硕士 2005 15.曾宪儒植物提取物对蔬菜害虫的生物活性筛选及其活性组分作用机理研究[学位论文]硕士 2005 本文链接：https://www.wendangku.net/doc/4f9190523.html,/Periodical_hbgykj200305016.aspx~川楝素~百部碱