生物农药的研究进展

1、生物农药的研究进展随着化学农药广泛的使用,靶标生物的抗药性逐渐增强,对其控制越来越难,使得 近几年的化学农药毒性更强、浓度更高,导致整个农业生态系统已经日趋恶化,严重影 响了自然生态平衡和生态系统的自我调节能力。 而这些化学农药的开发难度和开发成本 也很大, 同时化学农药毒性大、 残留量高, 长期使用会对环境和人类健康造成严重威胁。 因此,生物农药得以迅速发展,并获得独立的知识产权,成为创制新农药的重要途径。 开发安全性高、残留量低、无公害、生物活性高、选择性强的生物农药成为当今农药发 展的趋势和迫切需要。在今后相当长一段时间内,生物农药将有较大发展,它将成为今 后农药发展的一个重要方向,并逐

2、渐成为研究和应用的热点。生物农药指用来防治病、 虫、 草等有害生物的生物活体及其代谢产物和转基因产物, 并制成商品的生物源制剂。 生物农药与传统化学农药的区别在于它们通常是控制而不是 消灭病虫,具有延迟的作用,更具有选择性。生物农药具备以下优点:第一,活性高, 选择性强,对非靶标生物相对安全;第二,不易产生抗药性;第三,高效,低残留,无 污染,常常能迅速分解,不破坏生态环境;第四,种类繁多,研发、利用途径多;第五, 作为病虫综合防治项目 IPMP 的一个组成部分,作用机理不同于常规农药,不影响作物 产量。因此,生物农药具有广阔的应用前景。1. 生物农药的研究进展据“发展中国家生物农药国际研讨会

3、”上的专家们介绍,目前全世界投入化学农药 的总投资平均每年 280亿美元,但生物农药的投资只有 3.8亿美元,只占总额的 4%, 在中美洲生物农药只占地区农药市场的 2-3%,亚洲和拉美的生物农药的生产能力也很 弱,但是鉴于世界各国消费者对于无害农产品的需求日益增长,生物农药的发展具有广 阔的天地。在拉美,目前在使用生物农药方面领先的国家有古巴、哥伦比亚和巴西等。 世界上生物农药使用量最多的国家有墨西哥、美国和加拿大,三国的生物农药使用量占 世界总量的 44%。 欧洲的生物农药使用量占全世界的 20%, 亚洲占 13%, 大洋洲占 11%; 拉美和加勒比占 9%,非洲占 3%。2. 生物农药的

4、分类生物农药的种类众多,按开发对象和来源可将生物农药分为:生物源农药、生物化 学农药、生物合成农药、仿生合成农药、转基因植物农药等。2.1 生物源农药直接利用生物体本身或从中提取出有效成分配制的农药。植物产生的次生代谢产物超过 40 万种, 其中的大多数化学物质如萜烯类、 生物碱、 类黄酮、甾体、酚类、独特的氨基酸和多糖等均具有杀虫或抗菌活性。全世界已报道过 1 600 多种具有控制有害生物的高等植物,除虫菊、烟草、鱼藤酮的商品化加工制剂可 能是最早的植物源农药商品制剂,国内现已成功地开发了以烟碱、苦参碱、楝素、茴蒿 素和茶皂素等为主成分的 16 种植物农药,并已登记注册。动物源农药主要是指商

5、品化的天敌昆虫和捕食螨以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,用内含昆虫血 淋巴的聚乙烯色囊作为饲养赤眼蜂的昆虫卵块的成功使得昆虫天敌的利用取得了重大 进展。 同时还可利用基因工程将抗药性基因转入天敌中使之产生抗药性或将害虫的不育 基因导入雄虫体内培养不育雄虫干扰其正常交配, 还可以采用物理辐射获得不育雄虫释 放到田间干扰其正常交配从而达到防治害虫的目的。微生物源农药是利用微生物或其代谢物作为防治农业有害物质的生物制剂, 主要包 括微生物杀菌剂、微生物杀虫剂和微生物除草剂。微生物农药有真菌农药、细菌农药、 病毒农药和抗菌素农药。目前,研究历

6、史最长应用最广泛的细菌杀虫剂是苏云金芽孢杆 菌。此外,缓驰芽孢杆菌、绿粘帝霉菌、放射性土壤杆菌也已作为产品应用。在真菌杀 虫剂中研究应用最多的是白僵菌,其次是绿僵菌、赤僵菌、虫生藻等。应用较广的病毒 制剂有核型多角体病毒、颗粒体病毒和质型多角体病毒。抗生素是微生物产生的次级代 谢产物,用于防治植物病虫害及杂草,是近年来发展最迅速的领域。2.2 生物化学农药生物化学农药是一类由天然产物提取的物质, 是动植物体内所具有的或合成的分泌 物,包括植物源农药和动物活性物质。植物源农药可以通过作用于昆虫神经系统及影响 昆虫生理生化功能发挥药效,另外还具有杀菌及治疗病毒病的作用。另外还有许多动物活性物质也具

7、有杀虫抑菌的作用。按照一般生物机制可分为 4 类:化学信息素,激素, 天然植物生长调节剂和酶制剂。该农药必须符合以下两个标准,也必须符合这类化合物 的性能要求。第一,必须显示出与对耙标生物直接毒杀不同的作用方式;第二,生物化 学农药必须是天然存在的,或者如果它是由人工合成,则在化学结构上必须与天然存在 的模式化合物的分子结构一样。 国外研究较多的有印楝、 番荔枝、 巴婆、 万寿菌等植物。 其中最成功的当属印楝。 我国在这一领域的研究涉及楝科、 卫矛科、 柏科、 豆科等植物。 动物源生化农药最常见的为昆虫性信息素类。 据统计, 全世界已合成昆虫性信息素 1000多种,商品化的有 280多种。微生

8、物产生的抗生素和毒素如井冈霉素、双丙氨磷、赤霉 素、霉岭霉素等可防治多种病虫草螨,效果很好。2.3 生物合成农药一般指通过微生物发酵工艺,以微生物代谢次生物质为有效成分的农药,其有效成 分实际上是生物合成的有机化学物质。此类农药一般具有药效高、针对性强、无药害、 与环境相容性好等优点。目前其主要品种是杀菌剂,如井冈霉素、春雷霉素、多抗霉素 等。2.4 仿生合成农药仿生合成农药是仿照生物源物质在有效成份分子结构上进行改动,目的是降低成 本,提高药效、增加稳定性或降低毒性。氨基酸甲酸酯类、拟除虫菌酯类、沙蚕毒素类 产品分别是天然存在的毒扁豆碱、除虫菌素、沙蚕毒素的仿生产品。2.5 转基因植物农药对

9、于转入外源基因的抗虫作物,如转 Bt 抗虫棉花、玉米等作物,它们不属于传统 的农业防治抗虫育种,也不是生物防治,而相当于利用作物本身生物合成有效成分,与 生物合成农药类似。在作物体内合成 Bt 内毒素与作物体外施用 Bt 制剂对害虫的作用 类似,甚至产生抗药性副作用的情况亦相似。因此,可以把这类转基因抗虫作物按农药 对待。3. 生物农药发展存在的问题目前生物农药的使用已经成为越来越重要的防治病虫害的方法, 更能够满足人类对 生活质量认识的提高的需求, 显然它已经在农业生产发展和维护环境生态平衡中占据重 要的位置,但这并不代表着生物农药就是最佳的选择,在现实生活中,较化学农药来说依然具有很大的局

10、限性,同时也不可忽视由它给生物带来的危害性。3.1生物农药研发方面由于科研投入少,基础研究不够深入,科研单位无力或不愿进行高投入的产品作用 机理、毒理学和环境行为学试验研究;还有研发单位只重视学术水平,与企业的生产脱 轨,具备商业化条件的品种不多,真正开发成产业化品种或当家品种的更少。3.2国家相关农药政策执行不力尽管我国出台了不少有利于促进生物农药发展的政策法规,但由于历史、经济以及 技术等方面原因,国家未能进行强制性推广生物农药。虽然已有相关法规规定了关停高 剧毒农药生产的时间表,但地方或部门受利益驱动,执行这些法规的阻力较大。 3.3消费意识差,缺乏必要的使用技能生物农药不仅对生产技术要

11、求高, 而且需要农民在使用过程中也要掌握一定的技术 和知识。而我国农民的整体素质不高,长期以来使用化学农药已经习惯了,对生物农药 缺乏足够的了解,而生物农药的使用不仅需要考虑防治对象的习性,还要考虑生物农药 自身的特点,两者结合得不好,防治效果就不够理想。面对药性生疏、使用麻烦的生物 农药,在那些思想保守、怕冒风险的农民心中无法产生好感,严重影响了生物农药全面 推广。3.4生物农药性价比无优势生物农药不具备化学农药用量少见效快的优点, 当遇到突发性和毁灭性病虫害时就 不能有效的进行防治;以活体微生物为有效成分的产品,在外界环境中生物活性下降很 快,受到环境因素的影响较大;农民在使用生物农药的意

12、识和技能不如一度曾经使用化 学农药熟练,并对化学农药产生的效过容易接受,因此还有待于提高他们的意识和科学 的使用技术。另外,高毒农药和生物农药在市场上并没有明显的价格差,无价格优势的 生物农药不会引起农民的购买兴趣。至于残留问题,大部分农产品都是用来直接销售, 不是用于自己消费,即使有点残留既不会伤害自己又不影响其销售价格,没有利益的驱 动和社会责任感的淡薄,也是部分农民不愿使用生物农药的一个重要原因。4. 发展生物农药的对策针对目前我国生物农药发展存在的突出困难和问题,应采取有效的方法解决。一是 从经济和社会效益双重角度考虑其发展前景,对生物农药的发展给予政策倾斜,加大研发资助, 对企业减免

13、税费等, 而对剧毒、 高毒、 高残留的化学农药应该禁止或限制使用。 二是应当推动资源优势整合,集成创新,在全国形成若干个既具有开发能力又能规模生 产的大型生物农药企业,逐步形成多品种结构的生物农药产业发展格局。三是企业和农 技部门共同努力,加强对生物农药的技术推广,使农民能够熟练掌握生物农药的使用技 术。四是加大技术研发力度。科研机构要与企业紧密结合,加大技术研发力度,在不断 推出生物农药新晶种的同时,着力完善原有老产品,提高药效,让生物农药真正做到高 效、低毒、无污染、无公害。此外,尽快研究推广快速、实用的农残检测新技术,切实 建立优质优价的农产品市场价格体系,引导生物农药消费。五是加强生物

14、农药宣传推广 力度。涉农部门、农林业类高校以及新闻媒体要针对性开展科技下乡之类的科普宣传活 动,经常对农民进行科普知识宣传教育,使广大农民熟悉农作物病虫草害的防治特点, 掌握生物农药的药理特点和使用技能,提高农民使用生物农药的积极性和主观能动性。 5. 生物农药研究的前景展望随着人们对化学农药弊端和环保重要性的进一步认识, 生物农药内涵的扩展和新技 术的不断涌现,生物农药将是 21世纪农药研究开发的重点。一是开发作用机制独特的 生物农药;二是生物与化学相结合,开发生物化学农药;三是生物技术向生物农药研究 渗透,随着细胞工程,基因工程技术的日趋成熟。转基因植物的研究越来越受到重视。 转基因植物包括具有农药作用的转基因植物与抗农药的转基因植物。此外,利用细胞工 程改造,生产生物农药也将成为热点。四是生物农药资源开发,生物农药商品化技术以 及生物农药和化学合成农药的联合使用技术的研究等,都会在 21世纪生物药研究中得 到重视。随着全球经济一体化高速发展,我国的农业经济必随之发生重大变革,传统农