| 生物源農藥的現狀及發展前景 李玉新（國家南方農藥創制中心湖南基地副研究員、現為荷蘭delft理工大學訪問學者） 1．生物源農藥的概念和特點 生物源農藥是從一種從動物、植物、細菌和某些礦物中衍生而來的天然源農藥，其發展進程如下： 1834年Aogostino Bassi發現一種Beauveria bassiana,可以引起家蠶感染病毒。 1875年 Metchnikoff (俄國) 首次用 Metarhizium anisopliae 控制小麥上的甲蟲。 19世紀末 一種控制臭蟲的微生物病菌在美國大面積使用。 1901年Ishiwata發現一種襲擊家蠶的Bacillus spp 1915年Berliner在德國發現同一種病菌感染粉蛾并將起命名為Bacillus thuringiensis (Bt) 1940年第一個基于Bacillus popillae的生物源農藥在美國上市用于防治日本金龜子。 1950年第一個Bt產品在美國上市用于控制作物及森林的各類毛蟲。 根據USEPA分類，生物源農藥分為三大類： （1）微生物源農藥（Microbial pesticides）：以微生物（如：細菌、菌類、病毒或原生動物）為活性成分的農藥，這類農藥可以殺死多種害蟲。例如：有些真菌可以控制雜草，另外一些真菌可以控制蟑螂，一些細菌可以控制植物疾病。目前應用最廣泛的微生物源農藥是Bacillus thuringiensis (Bt)，可以控制卷心菜、馬鈴薯及其他作物等的害蟲。 （2）植物農藥（Plant-pesticides）或轉基因植物農藥：是將基因植入植物體內的農藥。如：科學家從Bt殺蟲蛋白中提取基因，再植入植物體內使植物具有殺死害蟲的活性。 （3）生物化學農藥：是以非毒性機理控制害蟲的天然源物質，包括：信息素、荷爾蒙、植物生長調節劑、排斥劑及酶。 但是，習慣上將生物源農藥分為生物源殺蟲劑、生物源殺菌劑、生物源除草劑。 生物源農藥較之化學農藥的優點在于： （1）比傳統農藥具有更低的哺乳毒性。 （2）僅對靶標害蟲有效，而傳統殺蟲劑具有廣譜活性，會影響有機體如鳥類和昆蟲以及哺乳動物。 （3）用量小，分解快從而避免了環境污染。 （4）作為IPM的組成部分，生物源農藥的使用將會使傳統農藥的用量減少，而作物的產率卻仍然保持很高。 由于使用生物源農藥所帶來的風險較傳統農藥低，所以生物源農藥日益受到重視，EPA在進行農藥登記時對生物源農藥必須提交的數據要求較傳統農藥要少一些。事實上，一個傳統農藥的登記要花費3年時間，而一個生物源農藥的登記只需一年的時間。EPA農藥管理局生物源農藥及污染防治辦公室（BPPD）負責管理所有的生物源農藥，BPPD在1995年至1996年間允許登記的生物源農藥為14-15個，為該年度所有新農藥登記注冊數量的1/3，1998年初到1999年末登記注冊的生物源農藥為25個，到1999年末為止，美國已有187種生物源農藥的活性成分約700個產品登記注冊（表1）。 與此同時南韓已登記注冊的568個農藥產品中有15個為生物源農藥，約占總數的3%， 1995年世界農藥市場份額為290億美元，其中生物源農藥為3.8億美元，據估計在今后的10年內生物源農藥將以每年10-15%的速度增長，而化學農藥的年增長速度為2%。 2．生物源殺蟲劑 生物源殺蟲劑是生物源農藥的主要組成部分，其中又以B.t.制劑（DNA重組體技術）為代表，產品進入市場后對一系列經濟作物害蟲有很好的防效。 九十年代初期全球B.t.產品的銷售額為1億美元,占全球殺蟲劑銷售額的1-2%，其中60%的B.t.產品用于防治蔬菜及園藝作物的鱗翅目害蟲。（圖1） 在菲律賓，B.t.殺蟲劑由1992年占整個殺蟲劑市場的4%提高到1995年的9%。 迄今為止已發現100多種B.t.蛋白產生多種毒素，其中的兩種：δ內毒素和β外毒素普遍用在農業上， 20多種商品化產品中都含有δ內毒素。有兩種常規方法提高產品的特性及作用效果，第一是使用基因修飾菌株（轉接合B.t.菌株）的農藥，另外一種是使用B.t.菌株重組體的農藥。大多數生物源殺蟲劑都采用了這兩種技術。1991年，EPA允許登記注冊的兩個基因工程的微生物源農藥是MVP和M-Trak(加拿大圣地亞哥). 而Ecogen 在九十年代中期采用B.t.重組技術開發了一個新的生物源殺蟲劑 CryMax. Bt subspp kurstaki (Btk)是應用最為廣泛Bt產品，用于控制蔬菜、西紅柿、葡萄樹、橄欖樹和森林的鱗翅目害蟲。在歐洲，Btk被認為是一個非常有效的生物源殺蟲劑，用來防治森林地帶較為嚴重的鱗翅目害蟲和nun moth (Lymantria monacha) 、gypsy moth (Lymantria dispar)，防治效果達95%以上。 Btk應用在森林地帶上注冊的產品為Foray?48B和Dipel?6AF（表2）。Foray?48B由Novo Nordisk生產，占森林地帶殺蟲劑市場的25%。菲律賓使用Btk控制卷心菜的小菜蛾，美國和加拿大使用Btk控制gypsy moth和spruce budworm (Choristoneura fumiferana)。 Bt subspp israelensis (Bti)是另外一種微生物源殺蟲劑，對雙翅目幼齡害蟲防效好，尤其是對蚊子幼蟲和黑蠅有特效。Bti登記的產品有：Vectobac? (Abbott), Bactimas? (Solvay/Duphar), Teknar? (Thermo Triology) , and Skeetail (Abbott)。 Bt生物源殺蟲劑的另一項技術是將Bt基因引入作物細胞，使作物顯示對昆蟲的抗性。 第一個具有昆蟲抗性的轉基因作物是Bt玉米，由Mycogen 和 Ciba (諾華)生產，1996年小批量的商業化。而Bt棉花和馬鈴薯同樣在1996年初次由Delta 和 Pineland 和 Monsanto銷售。美國1997年Bt玉米種植面積為5百萬英畝，1998年Bt玉米種植面積達一千六百萬英畝，而1999年估計將達到二千五百萬英畝或更多。 ERS觀察家透露使用Bt棉花和Bt玉米在很多地區都達到提高產率和降低化學殺蟲劑的使用，從而達到降低費用。 近年來，盡管越來越多的使用生物技術改性的玉米在美國出現，但歐盟允許基因改性玉米進入歐洲市場的步伐仍然很慢，因此，1997/98年美國出口歐洲的玉米出口量大幅度減少，僅為135000噸，而前一年的出口量為170萬噸。 真菌與細菌和病毒不同，不會被攝入體內引起感染，但能滲透昆蟲的表皮，使昆蟲停止進食而致死。用作生物源殺蟲劑的真菌有：Metarhizium anisopliae, Beauveria bassiana, Paeci lomyces fumosoroseus, and Verticillium lecanii.（見表3） V. lecanii 菌株是Mycotol? and Vertalec?的活性成分 。用于防除溫室的蚜蟲、牧草蟲、棉紅蜘蛛。 B. bassiana 和 B. brongniartii 產生出一種叫 beauvericin可以毒死害蟲。 Boverin? 用于控制馬鈴薯上的 codling moth和colorado beetle 。 由于大多數baculoviruses具有特定的活性，反應速度較慢，且幾乎沒有殘留活性。 所以盡管Baculoviruses只有一小部分商業化，但它作為昆蟲控制劑而受到越來越多的關注。Baculovirus作為農藥開發和登記所花費的費用遠比化學農藥的費用要低，如：一個baculovirus,的費用為50萬美元，而一個化學農藥則需幾百萬美元。 阿維菌素（Avermectins）,由Streptomyces avermitilis 發酵獲得大環內酯的結構混合生成，是另一種很好的經濟作物害蟲的控制劑，其主要成分為： avermectin B1 (abamectin). 該產品由Merck公司開發用作殺蟲殺螨劑。有效成分用量為 0.005- 0.025 lbs /畝. Abamectin 已登記注冊用在多種作物上。 Abamectin在特定的基團上加氫反應生成 ivermectin, 是一種半合成的驅蟲劑，1995年的銷售額達6.65億美元,而1991年只有 5.65 億美元 . 現在對楝這一種植物性的殺蟲劑的研究也越來越多,楝基殺蟲劑含有印苦楝子素(azadirachtin)，對300多種昆蟲有效，包括：黏蟲、潛葉蛾、蚜蟲、木虱以及其它昆蟲。 楝不僅用作昆蟲生長調節劑，而且用作行為改變物質來阻止昆蟲進食和/或產卵，第一個楝類產品Margosan-O?由Vikwood Botanicals 的Robert Larson開發，在美國用作控制潛葉蛾和gypsy moth。該產品是一種0.3%的乳油，含20%楝油，隨后還有一些無油楝產品問世，如Azatin?用于溫室作物，Align?用于糧食作物，這兩個產品都含有azadirachtin作為活性成分，1994年ThermoTrilogy（哥倫比亞）的市場出售一種楝殺蟲劑Neemix4.5?含有4.5% azadirachtin作為活性成分。 3．生物源殺菌劑 經濟作物的秧苗經常被土壤病菌感染，如Pythium, Fusarium, Rhizoctonia, Phytopthora等，引起種子腐爛或種子發芽后使秧苗腐爛，導致數以億計的損失。雖然近幾年市場上只有為數不多的幾種生物源殺菌劑，但它作為秧苗疾病的控制劑倍受關注。這主要是由于分離新型微生物源菌株的技術發展迅速，可以很好的實現生物源殺菌劑的功能。 評價一個成功的生物源殺菌劑的標準是： 1）有效的抑制病菌 2）在常規環境下具有穩定的效果 3）價格具有競爭力 4）可以與其它化學或生物制劑兼容 5）具有良好的環境及使用相容性 一些商品化的生物源殺菌劑見表4 AQ10?是新近商業化的生物源殺菌劑， 由Ecogen公司登記注冊，它的使用可以降低硫磺和DMI殺菌劑如Rally? (myclobutanil) 和 Rubigan? (fenarimol)的用量。AQ10? 可以控制水果尤其是葡萄的粉霉病，如果施用恰當，可以有效控制幾季的病菌感染。 研究表明只要樹葉和叢林的疾病感染率不超過3%，那麼就可以使用AQ10? 。在高壓地區， AQ10? 必須和硫磺或其它殺菌劑輪番使用，以確保有效控制病菌。 開發生物源殺菌劑的步驟有： 篩選天然微生物 選擇最有效的發酵過程 進行生測 開發對用戶友好的制劑 確立大范圍的田間試驗計劃 準備登記注冊材料 確立示范程序 設計用戶友好協議 4．生物源除草劑 有許多病菌有機體如：昆蟲、真菌、細菌、線蟲和細菌可以殺死雜草。 迄今為止報道的雜草病菌有100多種，但是只有少數幾種生物源除草劑商業化，成功率非常低。1991年生物源除草劑的銷售額還不到一百萬美元。兩個大宗產品Devine? (Abbott) 和Collego? (Ecogen) 采用Colletotrichum sp作為活性成分。Devine?, 作物病菌 Phytophtora palmivora制劑是1981年登記注冊的，用于控制弗羅里達柑橘林的 strangler vine。 Collego? 登記用于控制谷物和大豆的Northern Jointvetch (Aeshcynomene virginica) 。其它含有 Colletotrichum sp. 的商品化的生物源除草劑有 ： C.gloeosporioides f. sp. malvae (Biomal?) 控制round leaved mallow (Malva pussila)、C.coccodes (Velgo?) 控制velvetleaf (Abutilon thoephrasti)、 C.orbiculare 控制 bathurst burr (Xanthium theophr |
