生物杀菌剂

植物病害是农业生产的大敌,据联合国粮农组织(FAO)统计每年因植物遭受病害造成的减产平均损失为总产量的10%~15%。目前,防治植物病害的主要手段为化学杀菌剂。但由于化学农药潜在的对人类健康的危害、对环境的污染、对非靶标生物的影响及植物病原菌抗性的发展等问题,使得化学农药的发展受到了来自各方面的限制。生物农药正在引起越来越多人的关注和兴趣。按来源分类,农药分为生物源农药、矿物源农药和有机合成农药,生物源农药是指直接利用生物活体或生物代谢过程中产生的具有生物活性的物质或从生物体提取的物质作为防治病虫草害的农药。生物农药的概念较为含糊,可以认为等同于生物源农药。据统计,目前国际上生物农药产品已超过100多种,但90%以上是生物杀虫剂。专家预测第二类重要的商业化的生物农药将是生物杀菌剂。我国生物杀菌剂的研究起步较晚,始于50年代初,但发展迅速,至今己取得了很大的成绩。目前,我国已成为世界上最大的井冈霉素、赤霉素生产国。井冈霉素也已成为我国农药杀菌剂销售和使用量名列前茅的品种。从综合产业化规模与其研究深度上分析,井冈霉素、赤霉素、已成为我国生物杀菌剂产业中的拳头产品和领军品种,而农用链霉素、农抗120、多抗霉素、中生菌素等产业化品种已成为我国生物杀菌剂产业的中坚力量。这些品种现有的市场规模已占到生物杀菌剂的90%左右,它们的发展趋势代着我国未来生物农药产业市场的发展方向。 一、生物杀菌剂分类介绍 目前已经开发的生物杀菌剂基本上都是细菌、真菌及抗生素类的微生物杀菌剂,主要有农用抗生素、细菌杀菌剂、真菌杀菌剂和病毒杀菌剂等类型。微生物杀菌剂主要抑制病原菌能量产生、干扰生物合成和破坏细胞结构,内吸性强、毒性低,有的兼有刺激植物生长的作用。当前,生产上应用的微生物杀菌剂,有井冈霉素、公主岭霉素、赤霉素、春雷霉素、农抗120、农抗5102、中生菌素、武夷菌素等。我国常用生物杀菌剂及其防治对象见表1。 1.农用抗生素 农用抗生素杀菌剂是由微生物发酵过程中产生的次生代谢产物,在低浓度时可抑制或杀灭作物病原菌及调节作物生长发育。国外以日本发展最快,居世界领先。先后开发了春日霉素、灭瘟素、多氧霉素、灭孢素等。我国农用抗生素的研究起步较晚,至今也取得了很大的成绩。井冈霉素、农抗120、春雷霉素、庆丰霉素,多抗霉素、公主岭霉素、中生菌素、武夷菌素等农用抗生素品种相继开发和利用。当前,农用抗生素类杀菌剂是我国生物杀菌剂的主导力量。 1.1灭瘟素 灭瘟素是土壤放线菌有色产色链霉菌产生的抗菌素,以苄基苯磺酸盐的形式出售。它是一种具有防治作用的触杀性杀菌剂,对细菌和真菌细胞的生长表现出广泛的抑制作用。日本登记商品名为Bla-S(灭瘟素),可防治稻瘟病,但对苜蓿、茄子、三叶草、马铃薯、大豆、烟草和番茄等作物有药害,过量使用水稻叶子会产生黄色斑点。尽管灭瘟素对哺乳动物有毒,大鼠急性经口半致死剂量为50mg/kg,大鼠急性皮肤接触LD50>500mg/kg,但因其环境兼容性好而得到广泛应用。 1.2春日霉素 春日霉素又称春雷霉素,是土壤放线菌春日链霉菌产生的抗菌素。用于防治水稻稻瘟病,甜菜、芹菜叶斑病、水稻和蔬菜细菌性疾病以及苹果和梨的黑斑病,它是具有预防和治疗双重作用的内吸性杀菌剂。春日霉素在浓度低至20mg/L时就有防治稻瘟病的作用。有数据表明,春日霉素对豌豆、蚕豆、大豆、葡萄、柑橘和苹果有轻微的药害,但对水稻、马铃薯、甜菜、番茄以及其他蔬菜没有药害。日本北兴化学工业株式会社生产的春日霉素以盐酸盐的形式出售,有可湿性粉剂粉剂、超微量喷雾剂和颗粒剂等型剂,商品名为Kasugamin和Kasumin。春日霉素对哺乳动物的毒性较低,环境相容性好,对非靶标机体和环境友好。药剂应存放在阴凉处,稀释的药液应一次用完,如果搁置易污染失效,不能与碱性农药混用, 要避免长期连续使用春日霉素,否则易产生抗药性。 1.3农抗120 农抗120又称抗菌霉素120,是由中国农科院开发成功的一种广谱抗真菌的农用抗生素,兼具预防和治疗作用。通过抑制病原菌的蛋白质合成而发挥杀菌作用。农抗120主要用于瓜类、烟草、苹果、葡萄、大白菜、小麦、花卉、番茄、水稻、玉米、西瓜等作物防治白粉病、炭疽病、纹枯病等病害,并且对小麦锈病、柑橘疮痂病、苹果腐烂病也有效。而且,农抗120对作物还有明显的刺激生长作用。制剂有2%和4%水剂,其通常使用浓度为100ml/L。农抗120对人畜为中等毒性。 1.4井冈霉素 井冈霉素是我国目前用量最大的农用抗生素。它是1973年由上海市农药研究所在江西井冈山地区的土壤中发现的,产生菌为吸水链霉菌井冈变种。它与日本早期发现的有效霉素结构相似,有效霉素的产生菌为吸水链霉菌柠檬变种。井冈霉素除对水稻纹枯病有特效外,还可用于防治马铃薯、蔬菜、草莓、烟草、生姜、棉花、甜菜等作物上立枯丝核菌引起的病害。井冈酶素水剂中含有葡萄糖、氨基酸等适于微生物生长的营养物质,贮放时要注意防霉、防高温、防日晒,并要保持容器密封。 1.5灭粉霉素 灭粉霉素是土壤放线菌产生的抗菌素,对细菌防治效果较差,但对白粉病特别有效。在扬花期喷洒,可以消灭白粉病菌,并保护作物不再受白粉病菌侵袭。商品名为Miidiomycin,虽然尚未被广泛接受为商业化的杀真菌剂,但是它被推荐用于防治观赏植物的白粉病病原菌,如白粉菌、葡萄钩丝壳菌、叉丝单囊壳菌和单丝壳菌。灭粉霉素环境相容性好,对非靶标机体和环境无不利影响。 1.6土霉素 土霉素是一种很强的细菌蛋白质合成抑制剂。植物叶片尤其是气孔,可迅速吸收土霉素,然后传导到植物的其他组织。通常与链霉素复配以防止产生链霉素抗性菌。用于防治梨火疫病欧文氏菌引起的火疫、假单胞菌属和黄单胞菌属等病菌引起的坚果、球果和草坪等细菌性病害,且对防治真菌微生物引起的病害同样有效。它对哺乳动物无毒,对非靶标机体和环境无不利影响。 1.7多抗霉素 多抗霉素又称多氧霉素,是土壤放线菌可可链霉菌阿索变种产生的抗菌素,其主要成分是多抗霉素A和多抗霉素B,是一种广谱性抗生素杀菌剂,具有较好的内吸传导作用。其作用机制是干扰病菌细胞壁几丁质的生物合成,可抑制病菌产孢和病斑扩大。剂型有1.5%、2%、3%、10%可湿性粉剂和水剂。在蔬菜上应用,主要防治瓜类、番茄白粉病、灰霉病,丝核菌引起的叶菜和其他蔬菜的腐烂、猝倒病,以及黄瓜的霜霉病和番茄的晚疫病。它对哺乳动物毒性很低,对非靶标机体和环境也无不利影响。 1.8链霉素 链霉素是土壤放线菌灰色链霉菌产生的抗菌素,是具有内吸作用的杀细菌制剂。被推荐用于防治果树、蔬菜、烟草、棉花和观赏植物的细菌性穿孔病、细菌性烂根病、细菌性溃疡病、细菌性枯萎病、火疫以及其他细菌性病害,对防治革兰氏阳性菌引起的病害尤其有效。链霉素对稻白叶枯病黄单胞菌、柑橘溃疡病黄单胞菌、烟草野火病假单胞菌和黄瓜角斑病假单胞菌等病原菌特别有效。和所有的氨基糖苷类抗生素一样,链霉素对哺乳动物的毒性很低,对非靶标机体和环境友好。 2.细菌杀菌剂 早期用于生防研究的细菌多为革兰氏阴性菌,如假单胞杆菌(Pseudomonasspp)、放射形土壤杆菌(Agrobacterium)、欧文氏菌(Erwinia)等。其中荧光假单胞杆菌(Pseudomonas fluorescens) 是研究报道最多的一类生物防治细菌。它们大量存在于植物根际,也习惯于定植植物根面,繁殖迅速,能产生嗜铁素和抗生素,而成为植物位点和空间微环境的有力竞争者,从而对多种植物病原菌有抑制作用。 放射形土壤杆菌菌株K84(Agrobacterium radiobacter strain k84)在1973年就被大规模生产,用来防治由根癌病土壤(Agrobacterium tumefaciens Corm)引起的感染。欧氏杆菌对白菜、萝卜、马铃薯等的软腐病或腐烂病有防效。 近年来,人们逐渐认识到革兰氏阳性菌在生物防治中的重要作用。特别是芽孢杆菌(Bacillusspp)种类繁多,资源丰富,芽孢的形成使得它们的适应性和抗逆能力强,易于工业化生产和贮藏,应用生产潜力大。枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)制剂Kodiak已在美国商业化,对植物病原菌Fusarium和Rhizoctonia有很好的防治效果,同时兼具防病和促进作物生长的作用。蜡质芽孢杆菌UW85最初分离于苜蓿根围,对苜蓿猝倒病有防效,后经广泛的田间实验证实,其对大豆猝倒病和根腐病有可靠的防效,现已在美国环保局登记用作种子处理剂。蜡质芽孢杆菌R2和枯草芽孢杆菌B—908对水稻纹枯病有较强的抑制作用。 由于细菌的种类多、数量大、繁殖速度快,且易于人工培养和控制,因此,细菌杀菌剂的研究和开发具有较大的前景。近年来,我国在细菌杀菌剂方面的研究也在逐渐增多。目前国内注册的此类杀菌剂有: ⑴.蜡质芽孢杆菌:山东泰诺药业的“康发”登记防治生姜姜瘟病(100倍稀释后浸种+灌根);福建福农生化登记防治茄子青枯病(300倍液稀释后灌根)等。 ⑵.枯草芽孢杆菌:台湾百泰生物科技的“天赞好”登记防治番茄青枯病(600—800倍稀释灌根),昆明沃霖生物工程的“根腐消”登记防治三七的根腐病(100倍液稀释后灌根)。 ⑶.荧光假单胞杆菌:江苏常州兰陵制药的“青萎散”登记番茄和烟草青枯病(200倍液稀释后浸种+泼浇+灌根),河北秦皇岛领先科技发展的“青枯停”登记番茄青枯病(100倍液稀释后灌根)。 ⑷.多粘类芽孢杆菌:桐庐汇丰生物化工有限公司的“康地蕾得”登记烟草、茄子、辣椒和番茄等作物的青枯病(300倍液稀释后浸种+泼浇+灌根)。 ⑸.地衣芽孢杆菌:广西金燕子农药公司“爽又多”登记防治西瓜枯萎病(250—500倍液稀释后灌根)。 ⑹.芽孢杆菌:云南星耀生物制品的“百抗”登记防治辣椒枯萎病和三七根腐病等(300倍稀释后喷雾+灌根)。 ⑺.蜡状芽孢杆菌:商品名为叶扶力、叶扶力1号,是由蜡状芽孢杆菌经培养,发酵制得,是一种具特殊腥味的液体。蜡状芽孢杆菌对水稻纹枯病等真菌病害有效。与其他芽孢杆菌一样,它对人畜安全。我国生产厂家有贵州省叶扶力生物厂、浙江钱江绿环生物工程有限公司等。 3.真菌杀菌剂 真菌杀菌剂研究和应用最广泛的是木霉菌,其次是粘帚霉类。木霉菌对植物病原真菌的抑制作用早已有发现。以色列开发出一种名为Trichodex的哈茨木霉制剂,对立枯病、菌核病、腐霉病、灰霉病等多种病害有较好的防效,已在欧洲和北美的20多个国家注册,具有良好的市场前景。 链孢粘帚霉(Gliocladium catenulatum)主要用于防治土壤里的腐霉菌和丝核菌。其它真菌如绿粘帚霉、镰刀菌、浅白隐球酵母、寡雄腐霉等对一些植物病害均有较强的抑制作用,并已被许多国家的开发商进行商业化生产。Ampelomyces quisqualis和蜡蚧轮枝孢(Verticillium lecanni)主要防治葫芦的白粉病,Sporothriz flocculosa防治玫瑰和黄瓜的白粉病。WRGrace 公司开发了用于园艺的绿粘帝霉。Ecologicallabs的木隔孢伏革霉被用于森林病害的防治。我国开发研制的灭菌灵,主要用于防治各种作物的霜霉病。此外,一些食线虫真菌可用来防 治大豆孢囊线虫、根结线虫病害,如淡紫拟青霉用于防治香蕉穿孔线虫病、马铃薯金线虫病,并提高其产量。目前,我国此类制剂商品化的寥寥无几,市场有待开拓。 表1 我国常见生物杀菌剂品种及防治对象 名称 防治对象 剂型 地衣芽孢杆菌 西瓜枯萎病 水剂 蜡质芽孢杆菌 水稻纹枯病、茄子青枯病、姜瘟病 水剂、可湿性粉剂、悬浮剂 假单孢菌 水稻纹枯病 可湿性粉剂 荧光假单孢菌 烟草、番茄青枯病 可湿性粉剂、水分散粒剂 枯草芽孢杆菌 三七根腐病、番茄青枯病 可湿性粉剂、水剂、悬浮剂 木霉菌 黄瓜番茄灰霉病、小麦纹枯病 水分散粒剂、可湿性粉剂 厚孢轮枝菌 烟草根结线虫 微粒剂 春雷霉素 黄瓜枯萎病、炭疽病、细菌性角斑病、番茄叶霉病、柑橘溃疡病、水稻稻瘟病、 可湿性粉剂、水剂 多抗霉素 瓜类、番茄白粉病、灰霉病,猝倒病、霜霉病、番茄晚疫病 水剂、可湿性粉剂 井冈霉素 水稻纹枯病、蔬菜苗期立枯病、白绢病 水剂、可湿性粉剂、悬浮剂、可溶性粉剂 硫酸链霉素 白菜软腐病、柑橘溃疡病、水稻白叶枯病 可溶性粉剂、可湿性粉剂 中生菌素 白菜软腐病、水稻白叶枯病、番茄青枯病、黄瓜细菌性角斑病、西瓜枯萎病、苹果树轮纹病可湿性粉剂、水剂 宁南霉素 烟草花叶病毒病、番茄病毒病、水稻立枯病、大豆根腐病 水剂 农抗120 蔬菜、果树、花卉等作物的白粉病,瓜果的炭疽病、番茄的疫病 水剂、可湿性粉剂 武夷霉素 防治蔬菜作物的白粉病、霜霉病、叶霉病、灰霉病、细菌性角斑病等 水剂 二、生物杀菌剂的优点和面临的问题 生物杀菌剂与化学农药相比,其有效成分来源,工业化生产途径,产品防病机理和作用方式等诸多方面,有着许多本质的区别。生物杀菌剂更适合于扩大在未来植物病害综合治理策略中的应用比重。概括起来生物杀菌剂主要具有以下几方面的优点。 ⑴选择性强,对人畜安全。目前市场开发并大范围应用成功的生物杀菌剂,大部分只对病害有作用,对人、畜及各种有益生物(包括动物天敌、昆虫天敌、蜜蜂、传粉昆虫及鱼、虾等水生生物)比较安全,对非靶标生物的影响也比较小。 ⑵对生态环境影响小。生物杀菌剂主要是利用某些特殊微生物或微生物的代谢产物所具有的防病、促生功能来达到防治效果。其有效活性成分完全存在和来源于自然生态系统,它的最大特点是极易被日光、植物或各种土壤微生物分解,是一种来于自然,归于自然的物质循环方式。 ⑶可利用农副产品生产加工。目前国内生产加工生物杀菌剂,一般主要利用天然可再生资源(如农副产品的玉米、豆饼、鱼粉、麦麸或某些植物体等)。因此,生产生物杀菌剂一般不会产生与利用不可再生资源(如石油、煤、天然气等)生产化工合成产品争夺原材料的矛盾,有利于人类自然资源保护和永久利用。 ⑷产品改良的技术潜力大。对传统生物杀菌剂产品,可以利用常规技术、基因工程技术和微生物发酵工程技术改良菌株的生产性能;优化发酵;提高单位体积有效生物活性成分的发酵水平;缩短发酵生产周期;减少原材料消耗;降低生产使用成本;改进产品性能及提高防治效果的稳定性、速效性和持效性等。技术改进的途径多,发展潜力巨大。 正是由于生物杀菌剂具有诸多方面的优点,扶植生物农药工业无论从促进科学技术创新发展,还是从国家投入产出的经济利益方面考虑,都完全吻合今后产业生态革命的方向。无公害生物杀菌剂是人类实现可持续发展和保障食品安全生产的高新技术突破口之一。但是,由于生物杀菌剂本身的不足之处以及研究开发、推广应用等环节中的技术问题,加之化学农药的快速高效,而且使用简便易行,致使生物杀菌剂的普及推广在我国面临很多的问题。 ⑴技术落后。导致微生物杀菌剂不能很好地推广应用的主要原因是技术瓶颈问题尚未克服。在我国,微生物杀菌剂多为发酵制作,生产工艺停留在自然筛选上,导致成本偏高。 ⑵科研成果转化率低。虽然我国筛选出的生物杀菌剂品种很多,但大多只停留在研究或小环境范围内使用的水平,能大规模生产和广泛推广应用的主要是井冈霉索、赤霉素等几个品种,生产应用率低。 ⑶农药市场比较混乱。由于我国的农药市场比较混乱,假冒伪劣农药充斥市场,多数个体经营者最关注的是最直接的利益点,生物杀菌剂不能为他们带来很大的利润,导致这种新型的农药难以很好推广。 ⑷发展速度缓慢。生物杀菌剂本身的发展缓慢也导致了推广的困难。与发达国家相比,我国市场上的生物杀菌剂品种还太少、不齐全,推广周期长,至少要六、七年时间。 ⑸产品质量不稳定。由于我国在技术方面存在着尚未克服的问题及微生物杀菌剂制剂本身不稳定性,生物活性下降很快,产品质量保证期短,必须在制剂中加入适宜的助剂和选用合适 的剂型,以增强抵御外界环境如温度、湿度、光照等的影响,延长产品的使用寿命,保证其防治效果。 ⑹开发力度小。我国对生物杀菌剂的投资太少,导致新产品开发的后劲不足,品种不齐全。另外,还存在生产结构不合理、企业生产规模小、研究开发与生产衔接不力等问题。 三、结语 尽管我国生物杀菌剂的研究和推广应用上还有很多困难,且化学农药在相当长的历史时期还将作为主导地位存在。但是微生物杀菌剂对农作物的毒性小,降低了对人和环境的危害。我国加入WTO后,由于农产品的出口限制的提高,国家有关部门已加大高效低毒生物农药的开发力度,促进了生物杀菌剂的推广应用,为优化中国农药工业产业结构,开创中国农药行业发展新局面奠定了基础。因此,生物杀菌剂的发展前景是乐观的。尤其对于中国这样一个农业大国而言,大力开发和使用无公害生物杀菌剂,具有广阔的市场和光明的前景。