生物農(nóng)藥在植物病害防治中的開發(fā)研究進展

生物農(nóng)藥在植物病害防治中的開發(fā)研究進展

生物農(nóng)藥是利用生物生物生長發(fā)育或代謝產(chǎn)物對病蟲害進行防治的藥物。比化學農(nóng)藥更選擇性、更環(huán)境、更不易產(chǎn)生抗藥性、更廣泛的生產(chǎn)原材料等優(yōu)點。隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展,生物防治在植物病害防治工作中的作用越來越重要。國內(nèi)外科學家對植物病害生物防治進行了大量的研究,并在生防制劑的研制方面也取得了顯著成績,筆者就國內(nèi)外植物病害生防制劑開發(fā)研制進展作一概述,并對目前存在的問題和發(fā)展前景提出自己的觀點,供參考。1生物農(nóng)藥病蟲害防治工作的發(fā)展1.1微生物試劑1.1.1預防常見病害在各類防治植物病害的生物農(nóng)藥中,細菌制劑是較多的一類,國內(nèi)外已經(jīng)有數(shù)十個相關產(chǎn)品登記,已開發(fā)成功的細菌生防制劑主要為芽孢桿菌(Bacillus)、熒光假單孢桿菌(Pseudomonasradiobacter)和放射性土壤農(nóng)桿菌(Agrobacteriumradiobacaer)。如防治小麥紋枯病的麥豐寧B3,防治植物細菌性青枯病的青枯凈,防治小麥全蝕病的蝕敵、消蝕靈,防治果樹根癌病的K84、DigG(美國)和Nogall(澳大利亞)等等。除細菌性殺菌劑外,植物微生態(tài)制劑增產(chǎn)菌(芽孢桿菌制劑)曾在我國大面積推廣應用,起到了良好的防病增產(chǎn)效果。近年來,國內(nèi)外對植物根部非病原細菌(Nonpathogenicrhizobacteria)進行了深入研究,發(fā)現(xiàn)許多植物存在著一類稱作為植物根部促生細菌(plantgrowthpromotingrhizobacteria)的有益微生物,除促進植物生長外,還能抑制根部病原菌的生長,減輕植物病害,并且可作為激活劑誘導植物系統(tǒng)獲得抗性(Iinducedsystemicresistance,ISR),目前正成為細菌生防制劑的開發(fā)熱點。1.1.2長枝木霉及康氏木霉種國內(nèi)外對真菌性殺菌劑的開發(fā)一直給予了很大關注,目前已有20多個屬的真菌被用于植物病害的生防實踐。其中木霉菌(Trichoderma)是植物病害生防制劑中開發(fā)產(chǎn)品最多的。早在1981年木霉制劑已在西歐一些國家商品化生產(chǎn),包括哈茨木霉(T.harzinum)、綠色木霉(T.viride)、鉤狀木霉(T.hamatum)、長枝木霉(T.longibrachiatum)、康氏木霉(T.koningii)等種。木霉菌制劑具有作用機制復雜、生產(chǎn)工藝簡單、使用方便、防治效果好等優(yōu)點,受到用戶好評。除此之外,粘帚霉(Gliocladium)、青霉菌(Penicillium)、毛殼菌(Chaetomium)、鐮刀菌(Fusarium)、瓶霉菌(Phialophora)、盾殼霉(Coniothyrium)、葚孢霉(Sporidesmium)、擬青霉(Paecilomyces)、輪枝菌(Verticillum)、節(jié)叢孢(Arthroborys)、指隔孢(Dactylella)、伏革菌(Peniophora)等屬的真菌中也分別有1至多種被開發(fā)為病害生防制劑,如防治玉米苗枯病的球毛殼菌制劑,防治枯萎病的非致病性尖孢鐮刀菌制劑,防治作物菌核病的盾殼霉和粘帚霉制劑等。防治植物線蟲病生防制劑的開發(fā)近年來進展很快,目前已開發(fā)出淡紫擬青霉(Paecilomyces)、厚垣孢輪枝菌(Verticillum)等多個產(chǎn)品。1.2弱毒疫苗的研發(fā)病毒病是一類極難控制的植物病害,長期以來缺乏有效的防治措施。利用交叉保護(crossprotection)的原理開發(fā)的弱毒疫苗對植物病毒病的防治具有特別效果和意義。目前國內(nèi)外都已開發(fā)出一批實用性的弱毒疫苗,并在生產(chǎn)上開始推廣應用。如我國的防治TMV的弱毒疫苗N14和CMV的衛(wèi)星病毒S52已經(jīng)批量投入市場。實用性弱毒病毒株系應具備以下條件:①感染作物后,其產(chǎn)量及品質(zhì)的下降不明顯;②在全生育期內(nèi)能保持保護作用;③容易大量接種;④即使與其他病毒發(fā)生重復感染,病癥也不激化;⑤不感染專性作物以外的其他植物,或者即使感染也不產(chǎn)生實質(zhì)性危害。1.3我國農(nóng)抗開發(fā)現(xiàn)狀抗生素是生物包括微生物、植物、動物在其生命活動過程中所產(chǎn)生的次級代謝物,能在低微濃度下有選擇的抑制或影響其他生物機能。自1958年日本Setsuo等人研制成功殺稻瘟菌素-S(Bblasticidin-S),并于1961年大面積應用于稻瘟病的防治以來,日本相繼開發(fā)了春日霉素(Kasugamycin)、多氧霉素(Polyoxin)、有效霉素(Vzlidamycin)等農(nóng)用抗生素,而且把農(nóng)抗的開發(fā)研究擴展到從微生物中篩選殺蟲、除草、抗病毒和植物生長調(diào)節(jié)劑等生理活性物質(zhì)的研究。我國的農(nóng)用抗生素研究起步于20世紀50年代,經(jīng)過幾十年的研究開發(fā),取得了很大的成就,開發(fā)成功了防治水稻紋枯病的井崗霉素、防治植物白粉病的武夷霉素,防治多種真菌病害的農(nóng)抗120、多抗霉素,防治細菌病害的農(nóng)霉素、葉枯散、中生霉素、制黃桿菌素、新植霉素,防治植物病毒病的寧南霉素等10多種產(chǎn)品,而且尚有一批農(nóng)用抗生素正在開發(fā)過程中。在美國,鏈霉素(streptomycin)和土霉素(oxytetracycline)分別被用于防治仁果類火疫病和桃樹的細菌性病害。近年來,利用抗生素基因組合合成創(chuàng)造已知抗生素糖苷的類似物或新的抗生素已成為產(chǎn)生新農(nóng)抗的又一途徑。如聚酮合酶基因(PKS)是一類控制次生代謝產(chǎn)物的龐大基因類群,可用來通過DNA交叉同源性克隆相關產(chǎn)物基因族。在過去的4年中,利用基因工程技術進行此基因族中各種可能的基因組合,產(chǎn)生了30多種新產(chǎn)物。這不僅大大拓展了產(chǎn)生新產(chǎn)物的途徑,還可用來闡明多種PKS亞基在調(diào)控次生代謝產(chǎn)物中的作用。1.4植物活性成分植物是生物活性化合物的天然寶庫,其中的大多數(shù)化學物質(zhì)如萜烯類、生物堿、類黃酮、甾體、酚類、獨特的氨基酸和多糖等均具有抗菌活性。Wilkings和Board于1989年撰文報道有1389種植物有可能作為殺菌劑,其中包含了許多不同類型的化合物。因此,植物源殺菌劑的研制與開發(fā)引起了國內(nèi)外學者濃厚興趣。當前國內(nèi)的研究熱點主要集中在大蒜、烏藥、甘松、麻黃、細辛、胡敏藤、黃柏、連翹、板藍根、小檗、煙草、茶籽、艾葉、魚腥草。蒼術、藿香、山奈、香茅、苦參、莨菪、魚藤、小藜、玉簪、厚樸等植物上,它們不同程度地具有抗病毒、抗菌及植物生長調(diào)節(jié)活性。目前已經(jīng)開始應用于生產(chǎn)防治植物病害的植物活性成分有大蒜素、麻黃油、細辛油、銀泰(銀杏提取物的仿生制劑)等。甘肅省三川藥業(yè)有限公司研制生產(chǎn)出一種以天然植物為原料的無公害農(nóng)藥2.5%生物堿拌種劑,含有黃酮、糖苷、毒蛋白等多種生物堿。田間試驗結(jié)果表明,該拌種劑對瓜類蔓枯病菌、腐皮鐮刀菌等99種病菌孢子的抑制率達89.8%~100%。萊陽農(nóng)學院仿生中心以銀杏中生物活性物質(zhì)B的化學結(jié)構(gòu)為模板,成功地合成了擬銀杏殺菌劑綠蒂,它對多種病原菌有顯著的抑菌和殺菌作用。目前,該殺菌劑已經(jīng)成功商品化,商品名為“銀泰”。1985年WRGrace&Co在美國注冊登記了第1個商品化的印楝制劑Margosan-O后,世界上出現(xiàn)了許多印楝產(chǎn)品,如美國的Azatin和Neemesis、德國的Neemazal及印度的Neemark和Neemguard等等。雖然印楝制劑有一定的抗菌和殺線蟲作用,但其最主要還是做為殺蟲劑來使用的。此外,國外已有Talenttm和Milsumtm等幾個植物源殺菌劑投放市場。復方植物制劑較單一劑型效果明顯增強,是今后研究和開發(fā)的重點?，F(xiàn)在一般多采用復方中草藥。如浙江省博杰科技有限公司,從白芷、澤蘭、苦參等20多味中草藥中提取活性物質(zhì),研制開發(fā)了專利產(chǎn)品“植保101”、“植保102”、“植保103”,據(jù)報道,對植物因真菌引起的腐爛、根腐、銹病、黑星病有很好的防治效果。1.5有機改良劑的應用現(xiàn)狀國內(nèi)外對利用有機改良劑防治植物土傳病害的研究逐漸重視,發(fā)現(xiàn)它不僅能增強土壤肥力,提高農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量和品質(zhì),而且能改善土壤微生物環(huán)境,明顯減輕植物土傳病害的發(fā)生與危害,也是把農(nóng)業(yè)技術防治與生物防治相結(jié)合防治植物土傳病害的有效措施。同時在有機改良劑生產(chǎn)過程中還能變廢為寶,促進農(nóng)作物秸稈和生物廢棄物綜合利用,減少焚燒和環(huán)境污染等,促使農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。有機改良劑種類繁多,主要有殼質(zhì)粗粉、植物殘體及加工廢料、綠肥、餅肥、堆肥和糞肥等。國內(nèi)外學者多次研究報道蝦蟹殼等殼質(zhì)粗粉對植物土傳病害如鐮刀菌枯萎病、根腐病、黃萎病有較好的防效。我國臺灣學者對有機改良劑作了大量研究工作,其產(chǎn)品S-H有機改良劑在當?shù)匾呀?jīng)大面積推廣使用,用于防治植物根部病害。在有機改良劑防治根結(jié)線蟲病方面國內(nèi)外也有不少的報道,例如Singh等報道了不同植物餅肥提取物對根結(jié)線蟲卵孵化的影響,發(fā)現(xiàn)菜子餅和棉子餅的水煮提取物可降低孵化率90%以上。作者曾研究發(fā)現(xiàn)麥秸腐熟物和鋸末等對根結(jié)線蟲病有不同程度的防治效果。1.6生物活性產(chǎn)品目前國內(nèi)外研究開發(fā)的轉(zhuǎn)基因植物達120多種,已有40種轉(zhuǎn)基因植物進入田間試驗或在環(huán)境釋放。我國轉(zhuǎn)基因植物的研究也獲得了巨大發(fā)展。根據(jù)1996年統(tǒng)計,研究和開發(fā)的轉(zhuǎn)基因植物達47種,涉及各類基因103種,其中與病蟲草害防治相關的基因約62種,自行研究培育出了抗病毒病的煙草、番茄和甜椒以及抗白葉枯病的水稻等?；蚬こ炭赏ㄟ^基因分割、剪接、轉(zhuǎn)移等使動植物按人的意愿呈現(xiàn)一些特殊的優(yōu)勢性能。美國科學家將幾丁質(zhì)酶基因引入植物,獲得了抗真菌病害的轉(zhuǎn)基因植物。我國華中農(nóng)業(yè)大學培養(yǎng)出廣譜高抗白葉枯病的轉(zhuǎn)基因雜交稻。這類高抗性轉(zhuǎn)基因作物可減少傳統(tǒng)品種由于病害及其他外因侵擾造成的減產(chǎn),從而提高了作物產(chǎn)量。另一方面,由于減少了農(nóng)藥的使用量,從而減少了污染,保證了食品的安全性。雖然目前對轉(zhuǎn)基因食品的安全性仍有不同看法,基因工程目前仍然越來越受到各國的高度重視。其在農(nóng)業(yè)資源開發(fā)方面所起的巨大作用是不可忽視的。除上述6類生物農(nóng)藥外,與此相近的生化農(nóng)藥也受到廣泛重視。1999年諾華公司第1個商品化的植物活化劑“Bion”(水楊酸類似物),2001年美國Eden生物技術公司開發(fā)的比“Bion”更為先進的“Messenger(Harpin)”,被EPA批準在全美農(nóng)作物上使用。寡聚糖生物農(nóng)藥作為一類新型的植物激素及植物抗性反應激活因子,在農(nóng)作物生長發(fā)育和病蟲害防治中有著廣闊的應用開發(fā)前景。有關田間試驗結(jié)果表明:寡糖生化農(nóng)藥能有效的控制棉花黃萎病及大豆花葉病,防效分別為80%和71%。由于寡聚糖類農(nóng)藥的原料來源豐富,天然無毒,對人畜無害,不污染環(huán)境,水溶性好,使用劑量低而且價格與有機農(nóng)藥相近。有人預測對其研究開發(fā)將帶來一場農(nóng)藥發(fā)展的突破性進展。2問題和視角2.1生物病害生物防劑的開發(fā)存在幾個問題2.1.1加工生產(chǎn)研究少我國生防制劑研究開發(fā)主要由科研部門和高等學校完成,且主要偏重于菌種篩選和選育、防治效果、生防機制和發(fā)酵條件的研究,對加工生產(chǎn)研究很少;而生物農(nóng)藥的生產(chǎn)是由企業(yè)完成的,他們則缺乏足夠的研發(fā)能力,使企業(yè)很難開發(fā)出新產(chǎn)品。由于科研和生產(chǎn)分屬不同的部門管理,致使科研成果不能很好的轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力。2.1.2影響生防效果的因素因為生物制劑本身受環(huán)境條件,包括溫度、濕度、降雨、光照等氣候條件,土壤理化性質(zhì),作物栽培條件,植物生育狀況,體內(nèi)外微生物環(huán)境等影響較大,某一方面條件的改變都可能對生防效果產(chǎn)生巨大的影響。因此,如何創(chuàng)造生防微生物的適宜環(huán)境,或改進其對環(huán)境的適應能力以提高生防效果就成為生防工作者面臨的主要課題。2.1.3下降不十分明顯一般化學殺菌劑儲存2年以上是很正常的,防效下降不十分明顯。但生防菌劑往往存放1年以上防效就會明顯下降,有的甚至喪失防治效果,這也是生防菌劑目前難以大面積推廣的主要原因之一。2.1.4多數(shù)生防產(chǎn)品生產(chǎn)規(guī)模小生防菌劑的大規(guī)模生產(chǎn)問題仍然是植病生防的難點之一。盡管少數(shù)生防菌劑已大規(guī)模投入生產(chǎn),但多數(shù)生防產(chǎn)品的生產(chǎn)規(guī)模仍然較小。生產(chǎn)上存在的突出問題是生防菌劑的污染、發(fā)酵條件的嚴格控制、產(chǎn)品的劑型及產(chǎn)品的檢測技術等問題,這些問題既限制了生防菌劑的生產(chǎn)規(guī)模,也在一定程度上影響了生防菌劑的注冊登記。2.2植病生防工作者的發(fā)展使命植物病害生防制劑的開發(fā)應用目前已取得了令人矚目的成就,但其發(fā)展仍受到諸多因素的限制,植病生防工作者面臨的任務和挑戰(zhàn)是艱巨的。筆者認為,今后應在以下幾個方面進一步開展工作。2.2.1生防菌劑的應用研究植病生防工作者應立足于生產(chǎn),不僅重視理論研究工作,更應注重將生防資源進一步開發(fā)利用,研制出成本低、防效好、使用方便的生防菌劑,使其在生產(chǎn)上發(fā)揮應有的作用。要不斷改進和完善生防菌劑的生產(chǎn)工藝和應用技術,使其達到易于生產(chǎn)、成本低廉、效果穩(wěn)定、使用方便、存儲期長的要求,以利于在生產(chǎn)上大面積推廣應用。同時,在生防菌篩選時要注意防病效果和促生增產(chǎn)效果的一致性。要加強菌劑混用和復合菌劑的研究。針對一些生防菌劑作用機制單一、防效不