生物农药在植物病害防治中的开发研究进展

生物农药在植物病害防治中的开发研究进展

生物农药是利用生物生物生长发育或代谢产物对病虫害进行防治的药物。比化学农药更选择性、更环境、更不易产生抗药性、更广泛的生产原材料等优点。随着农业生产的发展,生物防治在植物病害防治工作中的作用越来越重要。国内外科学家对植物病害生物防治进行了大量的研究,并在生防制剂的研制方面也取得了显著成绩,笔者就国内外植物病害生防制剂开发研制进展作一概述,并对目前存在的问题和发展前景提出自己的观点,供参考。1生物农药病虫害防治工作的发展1.1微生物试剂1.1.1预防常见病害在各类防治植物病害的生物农药中,细菌制剂是较多的一类,国内外已经有数十个相关产品登记,已开发成功的细菌生防制剂主要为芽孢杆菌(Bacillus)、荧光假单孢杆菌(Pseudomonasradiobacter)和放射性土壤农杆菌(Agrobacteriumradiobacaer)。如防治小麦纹枯病的麦丰宁B3,防治植物细菌性青枯病的青枯净,防治小麦全蚀病的蚀敌、消蚀灵,防治果树根癌病的K84、DigG(美国)和Nogall(澳大利亚)等等。除细菌性杀菌剂外,植物微生态制剂增产菌(芽孢杆菌制剂)曾在我国大面积推广应用,起到了良好的防病增产效果。近年来,国内外对植物根部非病原细菌(Nonpathogenicrhizobacteria)进行了深入研究,发现许多植物存在着一类称作为植物根部促生细菌(plantgrowthpromotingrhizobacteria)的有益微生物,除促进植物生长外,还能抑制根部病原菌的生长,减轻植物病害,并且可作为激活剂诱导植物系统获得抗性(Iinducedsystemicresistance,ISR),目前正成为细菌生防制剂的开发热点。1.1.2长枝木霉及康氏木霉种国内外对真菌性杀菌剂的开发一直给予了很大关注,目前已有20多个属的真菌被用于植物病害的生防实践。其中木霉菌(Trichoderma)是植物病害生防制剂中开发产品最多的。早在1981年木霉制剂已在西欧一些国家商品化生产,包括哈茨木霉(T.harzinum)、绿色木霉(T.viride)、钩状木霉(T.hamatum)、长枝木霉(T.longibrachiatum)、康氏木霉(T.koningii)等种。木霉菌制剂具有作用机制复杂、生产工艺简单、使用方便、防治效果好等优点,受到用户好评。除此之外,粘帚霉(Gliocladium)、青霉菌(Penicillium)、毛壳菌(Chaetomium)、镰刀菌(Fusarium)、瓶霉菌(Phialophora)、盾壳霉(Coniothyrium)、葚孢霉(Sporidesmium)、拟青霉(Paecilomyces)、轮枝菌(Verticillum)、节丛孢(Arthroborys)、指隔孢(Dactylella)、伏革菌(Peniophora)等属的真菌中也分别有1至多种被开发为病害生防制剂,如防治玉米苗枯病的球毛壳菌制剂,防治枯萎病的非致病性尖孢镰刀菌制剂,防治作物菌核病的盾壳霉和粘帚霉制剂等。防治植物线虫病生防制剂的开发近年来进展很快,目前已开发出淡紫拟青霉(Paecilomyces)、厚垣孢轮枝菌(Verticillum)等多个产品。1.2弱毒疫苗的研发病毒病是一类极难控制的植物病害,长期以来缺乏有效的防治措施。利用交叉保护(crossprotection)的原理开发的弱毒疫苗对植物病毒病的防治具有特别效果和意义。目前国内外都已开发出一批实用性的弱毒疫苗,并在生产上开始推广应用。如我国的防治TMV的弱毒疫苗N14和CMV的卫星病毒S52已经批量投入市场。实用性弱毒病毒株系应具备以下条件:①感染作物后,其产量及品质的下降不明显;②在全生育期内能保持保护作用;③容易大量接种;④即使与其他病毒发生重复感染,病症也不激化;⑤不感染专性作物以外的其他植物,或者即使感染也不产生实质性危害。1.3我国农抗开发现状抗生素是生物包括微生物、植物、动物在其生命活动过程中所产生的次级代谢物,能在低微浓度下有选择的抑制或影响其他生物机能。自1958年日本Setsuo等人研制成功杀稻瘟菌素-S(Bblasticidin-S),并于1961年大面积应用于稻瘟病的防治以来,日本相继开发了春日霉素(Kasugamycin)、多氧霉素(Polyoxin)、有效霉素(Vzlidamycin)等农用抗生素,而且把农抗的开发研究扩展到从微生物中筛选杀虫、除草、抗病毒和植物生长调节剂等生理活性物质的研究。我国的农用抗生素研究起步于20世纪50年代,经过几十年的研究开发,取得了很大的成就,开发成功了防治水稻纹枯病的井岗霉素、防治植物白粉病的武夷霉素,防治多种真菌病害的农抗120、多抗霉素,防治细菌病害的农霉素、叶枯散、中生霉素、制黄杆菌素、新植霉素,防治植物病毒病的宁南霉素等10多种产品,而且尚有一批农用抗生素正在开发过程中。在美国,链霉素(streptomycin)和土霉素(oxytetracycline)分别被用于防治仁果类火疫病和桃树的细菌性病害。近年来,利用抗生素基因组合合成创造已知抗生素糖苷的类似物或新的抗生素已成为产生新农抗的又一途径。如聚酮合酶基因(PKS)是一类控制次生代谢产物的庞大基因类群,可用来通过DNA交叉同源性克隆相关产物基因族。在过去的4年中,利用基因工程技术进行此基因族中各种可能的基因组合,产生了30多种新产物。这不仅大大拓展了产生新产物的途径,还可用来阐明多种PKS亚基在调控次生代谢产物中的作用。1.4植物活性成分植物是生物活性化合物的天然宝库,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抗菌活性。Wilkings和Board于1989年撰文报道有1389种植物有可能作为杀菌剂,其中包含了许多不同类型的化合物。因此,植物源杀菌剂的研制与开发引起了国内外学者浓厚兴趣。当前国内的研究热点主要集中在大蒜、乌药、甘松、麻黄、细辛、胡敏藤、黄柏、连翘、板蓝根、小檗、烟草、茶籽、艾叶、鱼腥草。苍术、藿香、山奈、香茅、苦参、莨菪、鱼藤、小藜、玉簪、厚朴等植物上,它们不同程度地具有抗病毒、抗菌及植物生长调节活性。目前已经开始应用于生产防治植物病害的植物活性成分有大蒜素、麻黄油、细辛油、银泰(银杏提取物的仿生制剂)等。甘肃省三川药业有限公司研制生产出一种以天然植物为原料的无公害农药2.5%生物碱拌种剂,含有黄酮、糖苷、毒蛋白等多种生物碱。田间试验结果表明,该拌种剂对瓜类蔓枯病菌、腐皮镰刀菌等99种病菌孢子的抑制率达89.8%~100%。莱阳农学院仿生中心以银杏中生物活性物质B的化学结构为模板,成功地合成了拟银杏杀菌剂绿蒂,它对多种病原菌有显著的抑菌和杀菌作用。目前,该杀菌剂已经成功商品化,商品名为“银泰”。1985年WRGrace&Co在美国注册登记了第1个商品化的印楝制剂Margosan-O后,世界上出现了许多印楝产品,如美国的Azatin和Neemesis、德国的Neemazal及印度的Neemark和Neemguard等等。虽然印楝制剂有一定的抗菌和杀线虫作用,但其最主要还是做为杀虫剂来使用的。此外,国外已有Talenttm和Milsumtm等几个植物源杀菌剂投放市场。复方植物制剂较单一剂型效果明显增强,是今后研究和开发的重点。现在一般多采用复方中草药。如浙江省博杰科技有限公司,从白芷、泽兰、苦参等20多味中草药中提取活性物质,研制开发了专利产品“植保101”、“植保102”、“植保103”,据报道,对植物因真菌引起的腐烂、根腐、锈病、黑星病有很好的防治效果。1.5有机改良剂的应用现状国内外对利用有机改良剂防治植物土传病害的研究逐渐重视,发现它不仅能增强土壤肥力,提高农产品产量和品质,而且能改善土壤微生物环境,明显减轻植物土传病害的发生与危害,也是把农业技术防治与生物防治相结合防治植物土传病害的有效措施。同时在有机改良剂生产过程中还能变废为宝,促进农作物秸秆和生物废弃物综合利用,减少焚烧和环境污染等,促使农业可持续发展。有机改良剂种类繁多,主要有壳质粗粉、植物残体及加工废料、绿肥、饼肥、堆肥和粪肥等。国内外学者多次研究报道虾蟹壳等壳质粗粉对植物土传病害如镰刀菌枯萎病、根腐病、黄萎病有较好的防效。我国台湾学者对有机改良剂作了大量研究工作,其产品S-H有机改良剂在当地已经大面积推广使用,用于防治植物根部病害。在有机改良剂防治根结线虫病方面国内外也有不少的报道,例如Singh等报道了不同植物饼肥提取物对根结线虫卵孵化的影响,发现菜子饼和棉子饼的水煮提取物可降低孵化率90%以上。作者曾研究发现麦秸腐熟物和锯末等对根结线虫病有不同程度的防治效果。1.6生物活性产品目前国内外研究开发的转基因植物达120多种,已有40种转基因植物进入田间试验或在环境释放。我国转基因植物的研究也获得了巨大发展。根据1996年统计,研究和开发的转基因植物达47种,涉及各类基因103种,其中与病虫草害防治相关的基因约62种,自行研究培育出了抗病毒病的烟草、番茄和甜椒以及抗白叶枯病的水稻等。基因工程可通过基因分割、剪接、转移等使动植物按人的意愿呈现一些特殊的优势性能。美国科学家将几丁质酶基因引入植物,获得了抗真菌病害的转基因植物。我国华中农业大学培养出广谱高抗白叶枯病的转基因杂交稻。这类高抗性转基因作物可减少传统品种由于病害及其他外因侵扰造成的减产,从而提高了作物产量。另一方面,由于减少了农药的使用量,从而减少了污染,保证了食品的安全性。虽然目前对转基因食品的安全性仍有不同看法,基因工程目前仍然越来越受到各国的高度重视。其在农业资源开发方面所起的巨大作用是不可忽视的。除上述6类生物农药外,与此相近的生化农药也受到广泛重视。1999年诺华公司第1个商品化的植物活化剂“Bion”(水杨酸类似物),2001年美国Eden生物技术公司开发的比“Bion”更为先进的“Messenger(Harpin)”,被EPA批准在全美农作物上使用。寡聚糖生物农药作为一类新型的植物激素及植物抗性反应激活因子,在农作物生长发育和病虫害防治中有着广阔的应用开发前景。有关田间试验结果表明:寡糖生化农药能有效的控制棉花黄萎病及大豆花叶病,防效分别为80%和71%。由于寡聚糖类农药的原料来源丰富,天然无毒,对人畜无害,不污染环境,水溶性好,使用剂量低而且价格与有机农药相近。有人预测对其研究开发将带来一场农药发展的突破性进展。2问题和视角2.1生物病害生物防剂的开发存在几个问题2.1.1加工生产研究少我国生防制剂研究开发主要由科研部门和高等学校完成,且主要偏重于菌种筛选和选育、防治效果、生防机制和发酵条件的研究,对加工生产研究很少;而生物农药的生产是由企业完成的,他们则缺乏足够的研发能力,使企业很难开发出新产品。由于科研和生产分属不同的部门管理,致使科研成果不能很好的转化为生产力。2.1.2影响生防效果的因素因为生物制剂本身受环境条件,包括温度、湿度、降雨、光照等气候条件,土壤理化性质,作物栽培条件,植物生育状况,体内外微生物环境等影响较大,某一方面条件的改变都可能对生防效果产生巨大的影响。因此,如何创造生防微生物的适宜环境,或改进其对环境的适应能力以提高生防效果就成为生防工作者面临的主要课题。2.1.3下降不十分明显一般化学杀菌剂储存2年以上是很正常的,防效下降不十分明显。但生防菌剂往往存放1年以上防效就会明显下降,有的甚至丧失防治效果,这也是生防菌剂目前难以大面积推广的主要原因之一。2.1.4多数生防产品生产规模小生防菌剂的大规模生产问题仍然是植病生防的难点之一。尽管少数生防菌剂已大规模投入生产,但多数生防产品的生产规模仍然较小。生产上存在的突出问题是生防菌剂的污染、发酵条件的严格控制、产品的剂型及产品的检测技术等问题,这些问题既限制了生防菌剂的生产规模,也在一定程度上影响了生防菌剂的注册登记。2.2植病生防工作者的发展使命植物病害生防制剂的开发应用目前已取得了令人瞩目的成就,但其发展仍受到诸多因素的限制,植病生防工作者面临的任务和挑战是艰巨的。笔者认为,今后应在以下几个方面进一步开展工作。2.2.1生防菌剂的应用研究植病生防工作者应立足于生产,不仅重视理论研究工作,更应注重将生防资源进一步开发利用,研制出成本低、防效好、使用方便的生防菌剂,使其在生产上发挥应有的作用。要不断改进和完善生防菌剂的生产工艺和应用技术,使其达到易于生产、成本低廉、效果稳定、使用方便、存储期长的要求,以利于在生产上大面积推广应用。同时,在生防菌筛选时要注意防病效果和促生增产效果的一致性。要加强菌剂混用和复合菌剂的研究。针对一些生防菌剂作用机制单一、防效不