| 生物源農(nóng)藥的現(xiàn)狀及發(fā)展前景 李玉新（國家南方農(nóng)藥創(chuàng)制中心湖南基地副研究員、現(xiàn)為荷蘭delft理工大學(xué)訪問學(xué)者） 1．生物源農(nóng)藥的概念和特點(diǎn) 生物源農(nóng)藥是從一種從動(dòng)物、植物、細(xì)菌和某些礦物中衍生而來的天然源農(nóng)藥，其發(fā)展進(jìn)程如下： 1834年Aogostino Bassi發(fā)現(xiàn)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(jì)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(fā)現(xiàn)一種襲擊家蠶的Bacillus spp 1915年Berliner在德國發(fā)現(xiàn)同一種病菌感染粉蛾并將起命名為Bacillus thuringiensis (Bt) 1940年第一個(gè)基于Bacillus popillae的生物源農(nóng)藥在美國上市用于防治日本金龜子。 1950年第一個(gè)Bt產(chǎn)品在美國上市用于控制作物及森林的各類毛蟲。 根據(jù)USEPA分類，生物源農(nóng)藥分為三大類： （1）微生物源農(nóng)藥（Microbial pesticides）：以微生物（如：細(xì)菌、菌類、病毒或原生動(dòng)物）為活性成分的農(nóng)藥，這類農(nóng)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(xì)菌可以控制植物疾病。目前應(yīng)用最廣泛的微生物源農(nóng)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(nóng)藥（Plant-pesticides）或轉(zhuǎn)基因植物農(nóng)藥：是將基因植入植物體內(nèi)的農(nóng)藥。如：科學(xué)家從Bt殺蟲蛋白中提取基因，再植入植物體內(nèi)使植物具有殺死害蟲的活性。 （3）生物化學(xué)農(nóng)藥：是以非毒性機(jī)理控制害蟲的天然源物質(zhì)，包括：信息素、荷爾蒙、植物生長調(diào)節(jié)劑、排斥劑及酶。 但是，習(xí)慣上將生物源農(nóng)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(nóng)藥較之化學(xué)農(nóng)藥的優(yōu)點(diǎn)在于： （1）比傳統(tǒng)農(nóng)藥具有更低的哺乳毒性。 （2）僅對靶標(biāo)害蟲有效，而傳統(tǒng)殺蟲劑具有廣譜活性，會(huì)影響有機(jī)體如鳥類和昆蟲以及哺乳動(dòng)物。 （3）用量小，分解快從而避免了環(huán)境污染。 （4）作為IPM的組成部分，生物源農(nóng)藥的使用將會(huì)使傳統(tǒng)農(nóng)藥的用量減少，而作物的產(chǎn)率卻仍然保持很高。 由于使用生物源農(nóng)藥所帶來的風(fēng)險(xiǎn)較傳統(tǒng)農(nóng)藥低，所以生物源農(nóng)藥日益受到重視，EPA在進(jìn)行農(nóng)藥登記時(shí)對生物源農(nóng)藥必須提交的數(shù)據(jù)要求較傳統(tǒng)農(nóng)藥要少一些。事實(shí)上，一個(gè)傳統(tǒng)農(nóng)藥的登記要花費(fèi)3年時(shí)間，而一個(gè)生物源農(nóng)藥的登記只需一年的時(shí)間。EPA農(nóng)藥管理局生物源農(nóng)藥及污染防治辦公室（BPPD）負(fù)責(zé)管理所有的生物源農(nóng)藥，BPPD在1995年至1996年間允許登記的生物源農(nóng)藥為14-15個(gè)，為該年度所有新農(nóng)藥登記注冊數(shù)量的1/3，1998年初到1999年末登記注冊的生物源農(nóng)藥為25個(gè)，到1999年末為止，美國已有187種生物源農(nóng)藥的活性成分約700個(gè)產(chǎn)品登記注冊（表1）。 與此同時(shí)南韓已登記注冊的568個(gè)農(nóng)藥產(chǎn)品中有15個(gè)為生物源農(nóng)藥，約占總數(shù)的3%， 1995年世界農(nóng)藥市場份額為290億美元，其中生物源農(nóng)藥為3.8億美元，據(jù)估計(jì)在今后的10年內(nèi)生物源農(nóng)藥將以每年10-15%的速度增長，而化學(xué)農(nóng)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(nóng)藥的主要組成部分，其中又以B.t.制劑（DNA重組體技術(shù)）為代表，產(chǎn)品進(jìn)入市場后對一系列經(jīng)濟(jì)作物害蟲有很好的防效。 九十年代初期全球B.t.產(chǎn)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(chǎn)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(gè)殺蟲劑市場的4%提高到1995年的9%。 迄今為止已發(fā)現(xiàn)100多種B.t.蛋白產(chǎn)生多種毒素，其中的兩種：δ內(nèi)毒素和β外毒素普遍用在農(nóng)業(yè)上， 20多種商品化產(chǎn)品中都含有δ內(nèi)毒素。有兩種常規(guī)方法提高產(chǎn)品的特性及作用效果，第一是使用基因修飾菌株（轉(zhuǎn)接合B.t.菌株）的農(nóng)藥，另外一種是使用B.t.菌株重組體的農(nóng)藥。大多數(shù)生物源殺蟲劑都采用了這兩種技術(shù)。1991年，EPA允許登記注冊的兩個(gè)基因工程的微生物源農(nóng)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(shù)開發(fā)了一個(gè)新的生物源殺蟲劑 CryMax. Bt subspp kurstaki (Btk)是應(yīng)用最為廣泛Bt產(chǎn)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(rèn)為是一個(gè)非常有效的生物源殺蟲劑，用來防治森林地帶較為嚴(yán)重的鱗翅目害蟲和nun moth (Lymantria monacha) 、gypsy moth (Lymantria dispar)，防治效果達(dá)95%以上。 Btk應(yīng)用在森林地帶上注冊的產(chǎn)品為Foray?48B和Dipel?6AF（表2）。Foray?48B由Novo Nordisk生產(chǎn)，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(chǎn)品有：Vectobac? (Abbott), Bactimas? (Solvay/Duphar), Teknar? (Thermo Triology) , and Skeetail (Abbott)。 Bt生物源殺蟲劑的另一項(xiàng)技術(shù)是將Bt基因引入作物細(xì)胞，使作物顯示對昆蟲的抗性。 第一個(gè)具有昆蟲抗性的轉(zhuǎn)基因作物是Bt玉米，由Mycogen 和 Ciba (諾華)生產(chǎn)，1996年小批量的商業(yè)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(dá)一千六百萬英畝，而1999年估計(jì)將達(dá)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(qū)都達(dá)到提高產(chǎn)率和降低化學(xué)殺蟲劑的使用，從而達(dá)到降低費(fèi)用。 近年來，盡管越來越多的使用生物技術(shù)改性的玉米在美國出現(xiàn)，但歐盟允許基因改性玉米進(jìn)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(xì)菌和病毒不同，不會(huì)被攝入體內(nèi)引起感染，但能滲透昆蟲的表皮，使昆蟲停止進(jìn)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(chǎn)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(shù)baculoviruses具有特定的活性，反應(yīng)速度較慢，且?guī)缀鯖]有殘留活性。 所以盡管Baculoviruses只有一小部分商業(yè)化，但它作為昆蟲控制劑而受到越來越多的關(guān)注。Baculovirus作為農(nóng)藥開發(fā)和登記所花費(fèi)的費(fèi)用遠(yuǎn)比化學(xué)農(nóng)藥的費(fèi)用要低，如：一個(gè)baculovirus,的費(fèi)用為50萬美元，而一個(gè)化學(xué)農(nóng)藥則需幾百萬美元。 阿維菌素（Avermectins）,由Streptomyces avermitilis 發(fā)酵獲得大環(huán)內(nèi)酯的結(jié)構(gòu)混合生成，是另一種很好的經(jīng)濟(jì)作物害蟲的控制劑，其主要成分為： avermectin B1 (abamectin). 該產(chǎn)品由Merck公司開發(fā)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(tuán)上加氫反應(yīng)生成 ivermectin, 是一種半合成的驅(qū)蟲劑，1995年的銷售額達(dá)6.65億美元,而1991年只有 5.65 億美元 . 現(xiàn)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(diào)節(jié)劑，而且用作行為改變物質(zhì)來阻止昆蟲進(jìn)食和/或產(chǎn)卵，第一個(gè)楝類產(chǎn)品Margosan-O?由Vikwood Botanicals 的Robert Larson開發(fā)，在美國用作控制潛葉蛾和gypsy moth。該產(chǎn)品是一種0.3%的乳油，含20%楝油，隨后還有一些無油楝產(chǎn)品問世，如Azatin?用于溫室作物，Align?用于糧食作物，這兩個(gè)產(chǎn)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(jīng)濟(jì)作物的秧苗經(jīng)常被土壤病菌感染，如Pythium, Fusarium, Rhizoctonia, Phytopthora等，引起種子腐爛或種子發(fā)芽后使秧苗腐爛，導(dǎo)致數(shù)以億計(jì)的損失。雖然近幾年市場上只有為數(shù)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(guān)注。這主要是由于分離新型微生物源菌株的技術(shù)發(fā)展迅速，可以很好的實(shí)現(xiàn)生物源殺菌劑的功能。 評價(jià)一個(gè)成功的生物源殺菌劑的標(biāo)準(zhǔn)是： 1）有效的抑制病菌 2）在常規(guī)環(huán)境下具有穩(wěn)定的效果 3）價(jià)格具有競爭力 4）可以與其它化學(xué)或生物制劑兼容 5）具有良好的環(huán)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(yè)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(dāng)，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(qū)， 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(fā)生物源殺菌劑的步驟有： 篩選天然微生物 選擇最有效的發(fā)酵過程 進(jìn)行生測 開發(fā)對用戶友好的制劑 確立大范圍的田間試驗(yàn)計(jì)劃 準(zhǔn)備登記注冊材料 確立示范程序 設(shè)計(jì)用戶友好協(xié)議 4．生物源除草劑 有許多病菌有機(jī)體如：昆蟲、真菌、細(xì)菌、線蟲和細(xì)菌可以殺死雜草。 迄今為止報(bào)道的雜草病菌有100多種，但是只有少數(shù)幾種生物源除草劑商業(yè)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(gè)大宗產(chǎn)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(dá)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 |
