生物農(nóng)藥的研究進展

1、生物農(nóng)藥的研究進展隨著化學農(nóng)藥廣泛的使用,靶標生物的抗藥性逐漸增強,對其控制越來越難,使得 近幾年的化學農(nóng)藥毒性更強、濃度更高,導致整個農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)已經(jīng)日趨惡化,嚴重影 響了自然生態(tài)平衡和生態(tài)系統(tǒng)的自我調(diào)節(jié)能力。 而這些化學農(nóng)藥的開發(fā)難度和開發(fā)成本 也很大, 同時化學農(nóng)藥毒性大、 殘留量高, 長期使用會對環(huán)境和人類健康造成嚴重威脅。 因此,生物農(nóng)藥得以迅速發(fā)展,并獲得獨立的知識產(chǎn)權(quán),成為創(chuàng)制新農(nóng)藥的重要途徑。 開發(fā)安全性高、殘留量低、無公害、生物活性高、選擇性強的生物農(nóng)藥成為當今農(nóng)藥發(fā) 展的趨勢和迫切需要。在今后相當長一段時間內(nèi),生物農(nóng)藥將有較大發(fā)展,它將成為今 后農(nóng)藥發(fā)展的一個重要方向,并逐

2、漸成為研究和應用的熱點。生物農(nóng)藥指用來防治病、 蟲、 草等有害生物的生物活體及其代謝產(chǎn)物和轉(zhuǎn)基因產(chǎn)物, 并制成商品的生物源制劑。 生物農(nóng)藥與傳統(tǒng)化學農(nóng)藥的區(qū)別在于它們通常是控制而不是 消滅病蟲,具有延遲的作用,更具有選擇性。生物農(nóng)藥具備以下優(yōu)點:第一,活性高, 選擇性強,對非靶標生物相對安全;第二,不易產(chǎn)生抗藥性;第三,高效,低殘留,無 污染,常常能迅速分解,不破壞生態(tài)環(huán)境;第四,種類繁多,研發(fā)、利用途徑多;第五, 作為病蟲綜合防治項目 IPMP 的一個組成部分,作用機理不同于常規(guī)農(nóng)藥,不影響作物 產(chǎn)量。因此,生物農(nóng)藥具有廣闊的應用前景。1. 生物農(nóng)藥的研究進展據(jù)“發(fā)展中國家生物農(nóng)藥國際研討會

3、”上的專家們介紹,目前全世界投入化學農(nóng)藥 的總投資平均每年 280億美元,但生物農(nóng)藥的投資只有 3.8億美元,只占總額的 4%, 在中美洲生物農(nóng)藥只占地區(qū)農(nóng)藥市場的 2-3%,亞洲和拉美的生物農(nóng)藥的生產(chǎn)能力也很 弱,但是鑒于世界各國消費者對于無害農(nóng)產(chǎn)品的需求日益增長,生物農(nóng)藥的發(fā)展具有廣 闊的天地。在拉美,目前在使用生物農(nóng)藥方面領先的國家有古巴、哥倫比亞和巴西等。 世界上生物農(nóng)藥使用量最多的國家有墨西哥、美國和加拿大,三國的生物農(nóng)藥使用量占 世界總量的 44%。 歐洲的生物農(nóng)藥使用量占全世界的 20%, 亞洲占 13%, 大洋洲占 11%; 拉美和加勒比占 9%,非洲占 3%。2. 生物農(nóng)藥的

4、分類生物農(nóng)藥的種類眾多,按開發(fā)對象和來源可將生物農(nóng)藥分為:生物源農(nóng)藥、生物化 學農(nóng)藥、生物合成農(nóng)藥、仿生合成農(nóng)藥、轉(zhuǎn)基因植物農(nóng)藥等。2.1 生物源農(nóng)藥直接利用生物體本身或從中提取出有效成分配制的農(nóng)藥。植物產(chǎn)生的次生代謝產(chǎn)物超過 40 萬種, 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殺蟲或抗菌活性。全世界已報道過 1 600 多種具有控制有害生物的高等植物,除蟲菊、煙草、魚藤酮的商品化加工制劑可 能是最早的植物源農(nóng)藥商品制劑,國內(nèi)現(xiàn)已成功地開發(fā)了以煙堿、苦參堿、楝素、茴蒿 素和茶皂素等為主成分的 16 種植物農(nóng)藥,并已登記注冊。動物源農(nóng)藥主要是指商

5、品化的天敵昆蟲和捕食螨以及采用物理或生物技術改造的 昆蟲等,在早期的生物防治中最重要的措施就是利用天敵昆蟲和捕食螨,用內(nèi)含昆蟲血 淋巴的聚乙烯色囊作為飼養(yǎng)赤眼蜂的昆蟲卵塊的成功使得昆蟲天敵的利用取得了重大 進展。 同時還可利用基因工程將抗藥性基因轉(zhuǎn)入天敵中使之產(chǎn)生抗藥性或?qū)⒑οx的不育 基因?qū)胄巯x體內(nèi)培養(yǎng)不育雄蟲干擾其正常交配, 還可以采用物理輻射獲得不育雄蟲釋 放到田間干擾其正常交配從而達到防治害蟲的目的。微生物源農(nóng)藥是利用微生物或其代謝物作為防治農(nóng)業(yè)有害物質(zhì)的生物制劑, 主要包 括微生物殺菌劑、微生物殺蟲劑和微生物除草劑。微生物農(nóng)藥有真菌農(nóng)藥、細菌農(nóng)藥、 病毒農(nóng)藥和抗菌素農(nóng)藥。目前,研究歷

6、史最長應用最廣泛的細菌殺蟲劑是蘇云金芽孢桿 菌。此外,緩馳芽孢桿菌、綠粘帝霉菌、放射性土壤桿菌也已作為產(chǎn)品應用。在真菌殺 蟲劑中研究應用最多的是白僵菌,其次是綠僵菌、赤僵菌、蟲生藻等。應用較廣的病毒 制劑有核型多角體病毒、顆粒體病毒和質(zhì)型多角體病毒?？股厥俏⑸锂a(chǎn)生的次級代 謝產(chǎn)物,用于防治植物病蟲害及雜草,是近年來發(fā)展最迅速的領域。2.2 生物化學農(nóng)藥生物化學農(nóng)藥是一類由天然產(chǎn)物提取的物質(zhì), 是動植物體內(nèi)所具有的或合成的分泌 物,包括植物源農(nóng)藥和動物活性物質(zhì)。植物源農(nóng)藥可以通過作用于昆蟲神經(jīng)系統(tǒng)及影響 昆蟲生理生化功能發(fā)揮藥效,另外還具有殺菌及治療病毒病的作用。另外還有許多動物活性物質(zhì)也具

7、有殺蟲抑菌的作用。按照一般生物機制可分為 4 類:化學信息素,激素, 天然植物生長調(diào)節(jié)劑和酶制劑。該農(nóng)藥必須符合以下兩個標準,也必須符合這類化合物 的性能要求。第一,必須顯示出與對耙標生物直接毒殺不同的作用方式;第二,生物化 學農(nóng)藥必須是天然存在的,或者如果它是由人工合成,則在化學結(jié)構(gòu)上必須與天然存在 的模式化合物的分子結(jié)構(gòu)一樣。 國外研究較多的有印楝、 番荔枝、 巴婆、 萬壽菌等植物。 其中最成功的當屬印楝。 我國在這一領域的研究涉及楝科、 衛(wèi)矛科、 柏科、 豆科等植物。 動物源生化農(nóng)藥最常見的為昆蟲性信息素類。 據(jù)統(tǒng)計, 全世界已合成昆蟲性信息素 1000多種,商品化的有 280多種。微生

8、物產(chǎn)生的抗生素和毒素如井岡霉素、雙丙氨磷、赤霉 素、霉嶺霉素等可防治多種病蟲草螨,效果很好。2.3 生物合成農(nóng)藥一般指通過微生物發(fā)酵工藝,以微生物代謝次生物質(zhì)為有效成分的農(nóng)藥,其有效成 分實際上是生物合成的有機化學物質(zhì)。此類農(nóng)藥一般具有藥效高、針對性強、無藥害、 與環(huán)境相容性好等優(yōu)點。目前其主要品種是殺菌劑,如井岡霉素、春雷霉素、多抗霉素 等。2.4 仿生合成農(nóng)藥仿生合成農(nóng)藥是仿照生物源物質(zhì)在有效成份分子結(jié)構(gòu)上進行改動,目的是降低成 本,提高藥效、增加穩(wěn)定性或降低毒性。氨基酸甲酸酯類、擬除蟲菌酯類、沙蠶毒素類 產(chǎn)品分別是天然存在的毒扁豆堿、除蟲菌素、沙蠶毒素的仿生產(chǎn)品。2.5 轉(zhuǎn)基因植物農(nóng)藥對

9、于轉(zhuǎn)入外源基因的抗蟲作物,如轉(zhuǎn) Bt 抗蟲棉花、玉米等作物,它們不屬于傳統(tǒng) 的農(nóng)業(yè)防治抗蟲育種,也不是生物防治,而相當于利用作物本身生物合成有效成分,與 生物合成農(nóng)藥類似。在作物體內(nèi)合成 Bt 內(nèi)毒素與作物體外施用 Bt 制劑對害蟲的作用 類似,甚至產(chǎn)生抗藥性副作用的情況亦相似。因此,可以把這類轉(zhuǎn)基因抗蟲作物按農(nóng)藥 對待。3. 生物農(nóng)藥發(fā)展存在的問題目前生物農(nóng)藥的使用已經(jīng)成為越來越重要的防治病蟲害的方法, 更能夠滿足人類對 生活質(zhì)量認識的提高的需求, 顯然它已經(jīng)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展和維護環(huán)境生態(tài)平衡中占據(jù)重 要的位置,但這并不代表著生物農(nóng)藥就是最佳的選擇,在現(xiàn)實生活中,較化學農(nóng)藥來說依然具有很大的局

10、限性,同時也不可忽視由它給生物帶來的危害性。3.1生物農(nóng)藥研發(fā)方面由于科研投入少,基礎研究不夠深入,科研單位無力或不愿進行高投入的產(chǎn)品作用 機理、毒理學和環(huán)境行為學試驗研究;還有研發(fā)單位只重視學術水平,與企業(yè)的生產(chǎn)脫 軌,具備商業(yè)化條件的品種不多,真正開發(fā)成產(chǎn)業(yè)化品種或當家品種的更少。3.2國家相關農(nóng)藥政策執(zhí)行不力盡管我國出臺了不少有利于促進生物農(nóng)藥發(fā)展的政策法規(guī),但由于歷史、經(jīng)濟以及 技術等方面原因,國家未能進行強制性推廣生物農(nóng)藥。雖然已有相關法規(guī)規(guī)定了關停高 劇毒農(nóng)藥生產(chǎn)的時間表,但地方或部門受利益驅(qū)動,執(zhí)行這些法規(guī)的阻力較大。 3.3消費意識差,缺乏必要的使用技能生物農(nóng)藥不僅對生產(chǎn)技術要

11、求高, 而且需要農(nóng)民在使用過程中也要掌握一定的技術 和知識。而我國農(nóng)民的整體素質(zhì)不高,長期以來使用化學農(nóng)藥已經(jīng)習慣了,對生物農(nóng)藥 缺乏足夠的了解,而生物農(nóng)藥的使用不僅需要考慮防治對象的習性,還要考慮生物農(nóng)藥 自身的特點,兩者結(jié)合得不好,防治效果就不夠理想。面對藥性生疏、使用麻煩的生物 農(nóng)藥,在那些思想保守、怕冒風險的農(nóng)民心中無法產(chǎn)生好感,嚴重影響了生物農(nóng)藥全面 推廣。3.4生物農(nóng)藥性價比無優(yōu)勢生物農(nóng)藥不具備化學農(nóng)藥用量少見效快的優(yōu)點, 當遇到突發(fā)性和毀滅性病蟲害時就 不能有效的進行防治;以活體微生物為有效成分的產(chǎn)品,在外界環(huán)境中生物活性下降很 快,受到環(huán)境因素的影響較大;農(nóng)民在使用生物農(nóng)藥的意

12、識和技能不如一度曾經(jīng)使用化 學農(nóng)藥熟練,并對化學農(nóng)藥產(chǎn)生的效過容易接受,因此還有待于提高他們的意識和科學 的使用技術。另外,高毒農(nóng)藥和生物農(nóng)藥在市場上并沒有明顯的價格差,無價格優(yōu)勢的 生物農(nóng)藥不會引起農(nóng)民的購買興趣。至于殘留問題,大部分農(nóng)產(chǎn)品都是用來直接銷售, 不是用于自己消費,即使有點殘留既不會傷害自己又不影響其銷售價格,沒有利益的驅(qū) 動和社會責任感的淡薄,也是部分農(nóng)民不愿使用生物農(nóng)藥的一個重要原因。4. 發(fā)展生物農(nóng)藥的對策針對目前我國生物農(nóng)藥發(fā)展存在的突出困難和問題,應采取有效的方法解決。一是 從經(jīng)濟和社會效益雙重角度考慮其發(fā)展前景,對生物農(nóng)藥的發(fā)展給予政策傾斜,加大研發(fā)資助, 對企業(yè)減免

13、稅費等, 而對劇毒、 高毒、 高殘留的化學農(nóng)藥應該禁止或限制使用。 二是應當推動資源優(yōu)勢整合,集成創(chuàng)新,在全國形成若干個既具有開發(fā)能力又能規(guī)模生 產(chǎn)的大型生物農(nóng)藥企業(yè),逐步形成多品種結(jié)構(gòu)的生物農(nóng)藥產(chǎn)業(yè)發(fā)展格局。三是企業(yè)和農(nóng) 技部門共同努力,加強對生物農(nóng)藥的技術推廣,使農(nóng)民能夠熟練掌握生物農(nóng)藥的使用技 術。四是加大技術研發(fā)力度?？蒲袡C構(gòu)要與企業(yè)緊密結(jié)合,加大技術研發(fā)力度,在不斷 推出生物農(nóng)藥新晶種的同時,著力完善原有老產(chǎn)品,提高藥效,讓生物農(nóng)藥真正做到高 效、低毒、無污染、無公害。此外,盡快研究推廣快速、實用的農(nóng)殘檢測新技術,切實 建立優(yōu)質(zhì)優(yōu)價的農(nóng)產(chǎn)品市場價格體系,引導生物農(nóng)藥消費。五是加強生物

14、農(nóng)藥宣傳推廣 力度。涉農(nóng)部門、農(nóng)林業(yè)類高校以及新聞媒體要針對性開展科技下鄉(xiāng)之類的科普宣傳活 動,經(jīng)常對農(nóng)民進行科普知識宣傳教育,使廣大農(nóng)民熟悉農(nóng)作物病蟲草害的防治特點, 掌握生物農(nóng)藥的藥理特點和使用技能,提高農(nóng)民使用生物農(nóng)藥的積極性和主觀能動性。 5. 生物農(nóng)藥研究的前景展望隨著人們對化學農(nóng)藥弊端和環(huán)保重要性的進一步認識, 生物農(nóng)藥內(nèi)涵的擴展和新技 術的不斷涌現(xiàn),生物農(nóng)藥將是 21世紀農(nóng)藥研究開發(fā)的重點。一是開發(fā)作用機制獨特的 生物農(nóng)藥;二是生物與化學相結(jié)合,開發(fā)生物化學農(nóng)藥;三是生物技術向生物農(nóng)藥研究 滲透,隨著細胞工程,基因工程技術的日趨成熟。轉(zhuǎn)基因植物的研究越來越受到重視。 轉(zhuǎn)基因植物包括具有農(nóng)藥作用的轉(zhuǎn)基因植物與抗農(nóng)藥的轉(zhuǎn)基因植物。此外,利用細胞工 程改造,生產(chǎn)生物農(nóng)藥也將成為熱點。四是生物農(nóng)藥資源開發(fā),生物農(nóng)藥商品化技術以 及生物農(nóng)藥和化學合成農(nóng)藥的聯(lián)合使用技術的研究等,都會在 21世紀生物藥研究中得 到重視。隨著全球經(jīng)濟一體化高速發(fā)展,我國的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟必隨之發(fā)生重大變革,傳統(tǒng)農(nóng)