5中国昆虫病毒类生物农药发展概况
5.1研发历史
我国昆虫病毒研究始于二十世纪50年代中期,高尚荫、曹诒荪等人对家蚕核型多角体病毒病的研究。近五十年来,在昆虫病毒—昆虫细胞离体培养系统、昆虫病毒资源的识别鉴定、昆虫病毒分子生物学、昆虫病毒生物防治技术等研究领域得到很大的发展,并在国际上产生重要影响。
我国早期的昆虫病毒研究始于“三蚕”(即家蚕、柞蚕和蓖麻蚕)脓病病毒。60年代,谢天恩、蔡秀玉和张立人等对粘虫核型多角体病毒研究已涉及到病毒组织病理学、病毒生物学性质和病毒形态结构。
20世纪70年代和80年代,是我国昆虫病毒研究发展最快的时期,昆虫病毒研究队伍迅速壮大。蒲蛰龙等在广东首次发现马尾松毛虫CPV,并以其防治松毛虫取得明显成效。武汉病毒所在国内首次分离出单核衣壳核多角体病毒,年,棉铃虫核多角体病毒杀虫剂获得登记,是我国第一个病毒杀虫剂。彭银辉、秦启联、尹宜农、张忠信、孙修炼等学者,及武汉大学、中山大学、浙江大学、中科院动物所等在昆虫病毒新种发现、产品研制、中试及工厂化生产等方面的成果推动了昆虫病毒杀虫剂产业发展。
5.2产业化发展及现状
棉铃虫核多角体病毒杀虫剂是我国第一个被登记的昆虫病毒类产品,先后有11个厂家生产,年产量约~吨,江西新龙、武大绿洲、河南济源和江西宜春等占据主体地位。迄今为止,我国已开发出超过32种病毒杀虫剂。目前处于登记状态的产品有:棉铃虫核型多角体病毒、苜蓿银纹夜蛾核型多角体病毒、斜纹夜蛾核型多角体病毒、黏虫颗粒体病毒、小菜蛾颗粒体病毒、松毛虫质型多角体病毒、茶尺蠖核型多角体病毒、甘蓝夜蛾核型多角体病毒、蟑螂病毒、菜青虫颗粒体病毒、甜菜夜蛾核型多角体病毒。年产制剂约吨,占全国杀虫剂总产量的0.2%。
6中国真菌类生物农药发展概况
6.1研发历史
我国利用真菌防治病虫害的研究从20世纪50年代开始。林伯欣、徐庆丰、李运帷、吕昌仁、林伯欣、曾省和邓庄等相继开展了白僵菌、淡紫拟青霉和玫烟色拟青霉的早期研究。20世纪70年代杀虫真菌的研究主要集中在真菌培养、大量生产和防治害虫等方面。随后二十年,真菌类生物农药的基础研究明显加强,研究内容包括分类和鉴定、侵染致病机制等内容。
进入21世纪后,我国在该领域的基础和应用研究进入分子时代。王成树、夏玉先、冯明光、李增智和陈捷等团队对白僵菌、绿僵菌和木霉菌的资源挖掘、毒力基因鉴定、分子相互作用、遗传改造、应用技术等方面取得了显著的成果,极大的促进了我国真菌农药产业的发展。
经过几十年的发展,在上海交通大学、安徽农业大学、重庆大学、中科院上海植生所、浙江大学、西南大学等团队的努力下,我国在真菌生物农药领域的研究水平处于世界前列。
6.2产业化发展及现状
年,农林部组织南方各省在广东省新会县召开了利用白僵菌防治松毛虫现场交流会,大力推广新会县“土法生产”白僵菌大面积防治松毛虫的经验。会后,在政府的支持下规模不一的白僵菌厂在各省不断涌现,通过固体发酵大量生产白僵菌粉剂,产品主要是自产自用而无需登记。本次会议大力推动了我国真菌杀虫剂产业的发展,使得我国利用白僵菌防治松毛虫和亚洲玉米螟的应用面积达到了世界第一。
随后二十年,白僵菌、绿僵菌、木霉菌等真菌类生物农药在工业化生产工艺、安全性评价、剂型及企业标准等方面均取得了一定的进展,但始终未能实现工业化生产。年5月8日国务院颁发的《农药管理条例》,促进了微生物农药产业的规范化发展。自年重庆大学夏玉先、王中康等研制的“杀蝗绿僵菌母粉”及“杀蝗绿僵菌油悬浮剂”是我国第一个获得杀虫真菌类新农药登记的原药和制剂。陈捷团队研发的哈茨木霉等产品相继被山东泰诺、上海大井等企业转化。目前,真菌类生物农药登记的品种有:假丝酵母、淡紫拟青霉、木霉菌、厚孢轮枝菌、嗜硫小红卵菌HNI-1、球孢白僵菌、金龟子绿僵菌、大孢绿僵菌等,其中白僵菌、绿僵菌和木霉菌是优势产品。
在生产和应用方面,重庆重大生物技术公司、重庆聚立信生物工程有限公司等均为我国代表性的真菌生物农药生产企业,年产能达到万吨级。山东泰诺也在木霉菌的生产应用中取得了显著的经济和社会效益。
7中国植物源农药发展概况
7.1研发历史
植物源农药的起源历史悠久。建国初期,我国进行了较为广泛的农用植物普查,并编著了《中国土农药志》,该书较为详细地记载了大量具有农药活性的植物。
赵善欢院士自20世纪30年代起就对我国西南各省的杀虫植物种类及分布及应用状况作了广泛的调查。50年代,他又以鱼藤根粉对蔬菜、茶树害虫进行防治试验及大面积推广应用。之后,对楝科等40余种植物的杀虫作用开展了系统研究,并从非洲成功引种印楝至广东和海南。他主持的“植物性杀虫剂的开发利用研究”在国内处于领先地位,并得到了国际上有关专家的重视。一手创建的华南农业大学杀虫植物标本园是国内唯一一个杀虫植物展示平台。
上世纪80年代起,国际上印楝素的成功开发,带动了我国植物源农药研发的再次兴起。研发涉及到资源的筛选、活性成分的分离、作用方式与机理探讨、产品开发与应用等。国内多位学者对我国0多种植物进行了农药活性的筛选,发现了豆科、茄科、菊科等40余科植物及植物精油的农药活性值得深入研究;对川楝、苦参、雷公藤、沙地柏、苦皮藤、银杏、蛇床子、大黄、黄连等一批植物的农用活性进行了系统研究;开发出了苦参碱、烟碱、除虫菊素、鱼藤酮、蛇床子素、大黄素甲醚、丁子香酚等20多个植物源农药新产品;还在苦皮藤素、川楝素等植物源农药作用机理研究方面取得了突破性进展。
7.2产业化发展及现状
秉承赵善欢院士的事业,华南农业大学长期致力于植物性杀虫剂的研究和推广应用,研制出鱼藤酮乳油、印楝素乳油、烟碱?苦参碱乳油(跳甲净乳油)等10余个商品化植物性农药产品。西北农林科技大学自年起先后开发出川楝素、苦皮藤素、油酸烟碱、苦豆子生物碱、甾烯醇等20多个植物源农药新产品,取得了较好的经济、社会和生态效益。其中,张兴教授基于对川楝素的研究及产品创制,于年建立了我国第一个“无公害农药厂”。
近20年来,我国植物源农药产业化取得了长足进展。截止年4月我国植物源农药产品有种,有效成分36种,主要有:烟碱、苦参碱、小檗碱、印楝素、鱼藤酮、藜芦碱、柠檬烯、芸苔素内酯、2,4-表芸苔素内酯、樟脑、除虫菊素、蛇床子素、苦皮藤素、桉油精、八角茴香油、大黄素甲醚、狼毒素、雷公藤甲素、香芹酚、大蒜素、右旋樟脑、莪术醇、补骨脂种子提取物、银杏果提取物、博落回提取物、甾烯醇、萜烯醇等。有多家植物农药生产企业,其中北京清源保、杨凌馥稷、山西德威、成都新朝阳、成都绿金等为行业龙头企业。在上述产品中,产量较大的产品有鱼藤酮、苦参碱、印楝素、除虫菊素等。有89家企业登记苦参碱产品厂次,16家企业登记鱼藤酮产品23厂次,17家企业登记印楝素产品23厂次,17家企业登记樟脑产品24厂次,13家企业登记除虫菊素产品26厂次,13家企业登记蛇床子素产品17厂次。年产量最高的为苦参碱,约为吨;其次为印楝素,年产量约为吨。
需要说明的是,部分品种如羊角扭苷、辣椒碱、楝素、苦豆子生物碱、百部碱、莨菪碱、乌头碱、马钱子碱等,在先前已有登记,但后期未能续展。另外,孜然(主要活性成分为枯茗酸、枯茗醛等)、雷公藤(有效成分为雷公藤生物碱)、大花金挖耳(有效成分为天明精内酯酮)等几种植物源农药已完成了基础和相关的应用基础研究,具备开发价值和产业化前景,有望在3~5年内陆续获得登记。
8中国生物化学农药发展概况
对于生物化学农药,主要阐述昆虫信息素及天然诱抗剂的发展概况。
8.1昆虫信息素类产品研发及应用
对于昆虫信息素的研究,国内始于年,北京动物所开始研究马尾松毛虫性信息素,到70年代研究工作全面展开。多年来,我国昆虫信息素的研究在生物学、生理学、行为学、生态学、分子机理、化学、产品开发及应用技术等方面都取得了丰硕成果。杜家纬、杜永均等在昆虫信息素鉴定、合成与使用新技术上取得突破性进展。到目前为止,先后鉴定了多种我国农林主要害虫的信息素化学结构,合成了50多种信息素和引诱剂,研究出一批适于测报的诱捕器和各种剂型。中科院上海昆虫所、中科院动物所、广东省昆虫所、长春应化所、中国林科院、中山大学、华南农业大学、南京林业大学、浙江大学、山东省农药科学研究院、中国农业大学、吉林省林科院、西北农林科技大学等单位均在该领域取得了骄人的成绩。
昆虫性信息素类产品主要用于害虫预测预报、大量诱捕、交配干扰、配合治虫(如用性信息素加病毒制成的诱芯)等。早在80年代,我国就广泛开展了利用性信息素进行虫情监测与防治工作,效果十分显著。随后,该类产品开发较快,如陕西省生物工程技术研究中心对苹果蠹蛾、大豆食心虫等昆虫的性信息素合成、诱芯研发、诱捕器设计等均取得明显突破,开发出性诱剂产品近10个,且在田间应用中取得了良好的监测及防治效果;中捷四方主营余种昆虫信息素产品及20余种配套诱捕器。
我国首个昆虫信息素原药—诱虫烯的登记是中国昆虫信息素产业化的成功标志。目前我国登记的昆虫性诱剂产品有:诱虫烯、梨小食心虫性信息素、地中海实蝇引诱剂、二化螟性诱剂、绿盲蝽性信息素等。实际生产应用的昆虫性诱剂产品近个,在小菜蛾、苹果蠹蛾、柑桔小实蝇、大豆食心虫等30余种农林害虫防治中大面积推广应用。
8.2天然源诱抗剂产品研发及应用
天然源诱抗剂是近年兴起的新型生物农药品种,相对成熟的诱抗剂产品有糖类和蛋白类。目前国内登记的产品主要有:极细链格孢激活蛋白、菇类蛋白多糖、香菇多糖、氨基寡糖素、几丁聚糖、葡聚烯糖、低聚糖素、超敏蛋白等。
我国对寡糖类植物免疫诱抗剂的研究始于上世纪90年代,主要由中科院大连化物所及成都生物所进行。年登记了第一个氨基寡糖素生物农药。随着研究的深入和应用技术的完善,8年之后糖类生物农药的登记和应用进入了迅速发展时期。截止年4月,我国已登记糖类农药有效成分5个,产品个。海南正业、山东凯利、山东圣鹏等企业是糖类农药主要生产企业。
中国农科院植保所率先围绕蛋白类诱抗剂的活性筛选、蛋白分离与鉴定、生产工艺、制剂加工等方面开展了研究,先后研发出“3%极细链格孢激活蛋白可湿性粉剂”和“6%寡糖链蛋白”。其中“3%极细链格孢激活蛋白可湿性粉剂”9年获得临时登记,标志着我国蛋白类植物免疫诱抗剂的研发和应用取得了阶段性的突破;“6%寡糖链蛋白”年获得临时登记,年获得正式登记。目前,该产品在全国28个省市的蔬菜、水稻等作物上推广应用面积达0多万亩次,发展潜力巨大,产业化成果整体处于国际同类研究先进水平。北京中保绿农生物科技有限公司是蛋白类农药诱抗剂主要生产企业。
9中国天敌类生物农药发展概况
9.1研发历史
我国早在20世纪30~40年代就开始了赤眼蜂的利用研究。新中国成立以来应用优势天敌控制农业害虫的工作一直都在开展。20世纪50年代,广东发明了用蓖麻蚕卵大量繁蜂的技术,并应用赤眼蜂防治甘蔗螟虫。20世纪60年代,我国学者研究出以柞蚕的剖腹卵为中间寄主繁殖松毛虫赤眼蜂获得成功。年,蒲蛰龙院士创建了中山大学昆虫学研究所,该所是我国害虫生物防治的重要研究基地之一。年,邱式邦院士创建了中国农业科学院生物防治研究室(后发展为生物防治研究所,6年并入植物保护研究所),成为我国第一个国家级的天敌研究机构。年在中国农业科学院生物防治研究所成立了我国第一个天敌引种检疫实验室,年农业部又在该所建立了我国唯一的天敌资源研究与利用重点开放实验室。与此同时,中科院动物所和武汉病毒所、广东昆虫研究所、广东省农业科学院都组织起颇具实力的科研团队开展害虫生物防治的研究。
赤眼蜂人工卵及人工卵制卵机研制成功是我国生防工作者对赤眼蜂应用的一大贡献,此发明获得国际同行的一致赞誉。从20世纪80年代起,广东省昆虫研究所、武汉大学、广东省农业科学院等单位先后开展了赤眼蜂人工卵研究,突破了人工卵的卵浆、卵壳、人工卵的污染控制、人工卵卵卡机等技术难题。年广东研制出国内外第一台用微电脑控制的GD?5型自动控制人工卵卡机,该人工卵卡机在“九?五”期间,共生产出人造卵赤眼蜂卡25万多张,在全国多地、多种害虫释放控害效果与昆虫卵相当。
除赤眼蜂外,对我国一些重要的天敌昆虫开展了基本生物学、生态学、行为学,繁育技术等的研究,如中红测沟茧蜂、丽蚜小蜂、周氏啮小蜂、肿腿蜂、大草蛉、异色瓢虫、智利小植绥螨、胡瓜钝绥螨、捕食性甲虫等。这些工作对于我国天敌类生物农药产品的开发奠定了扎实的基础。
9.2产业化发展及现状
早在20世纪80年代,我国对赤眼蜂的释放应用非常广泛,用于水稻、玉米、棉花、甘蔗、果树、蔬菜、森林等害虫的防治。自年以来已放赤眼峰亿头,防治面积近.33万hm2。
进入21世纪,国家对具备了大量繁殖技术的优势天敌的商品化予以了扶持,如在吉林省农科院建设了具有生产防治害虫.3万hm2赤眼蜂能力的机械化繁蜂工厂,推动了我国寄生蜂的商品化;在河北省农林科学院旱作农业研究所建立了天敌繁殖基地,年生产赤眼蜂、丽蚜小蜂、食蚜瘿蚊等多种各类天敌能力约达亿头。
目前我国已登记的天敌类生物农药品种主要有:松毛虫赤眼蜂、平腹小蜂和异色瓢虫。从事赤眼蜂生产约15个企业左右,捕食螨的生产公司约10家,规模较大的企业包括:福建艳璇生物防治技术有限公司、吉林省绿丰生物开发有限公司、吉林省农院生物制剂实验厂等。
10前景与展望
建国以来,尽管生物农药发展极为迅速,然而在其研发、应用及管理中均存在一些问题:新材料、低成本材料严重不足,导致生物农药新产品种类少,且成本高;活性测定、效果评判及产品质量标准尚不够严谨,限制了新产品研发速度;在产业化及应用中,工艺较为复杂或产率低、生产周期长、剂型不够丰富、施药技术落后、成本较高等问题限制了生物农药新产品的产量及推广应用;相关法律的缺失、政策保障缺乏以及知识产权的侵权等是生物农药管理中存在的严重问题。
针对上述问题,笔者认为生物农药重点研发方向有如下几个方面:
(1)活性生物资源的筛选。活性生物资源的筛选是生物农药新品种创制的重要源头,也是活性化合物新结构类型变化的重要来源,坚持从不同的环境中筛选活性微生物菌株和植物资源将为生物农药新产品的持续开发奠定坚实的基础。
(2)生物农药新品种的创制与产业化。根据我国的资源优势,有针对性的开展生物农药新产品创制与转化,并通过工程化配套,生产出具有市场竞争力的生物农药新产品,为粮食安全生产和食品安全保驾护航。
(3)高毒力、高产、高稳定性工程菌株选育与构建及毒力(素)基因挖掘。高产活性生物菌株稳定的遗传性是微生物农药产业化的重要基石,开展高毒力、高产、高稳定性工程菌株选育、毒力(素)基因鉴定为微生物农药提供产业化保证。
(4)生物农药活性物质生物合成途径及生物反应器研究。由于植物源农药资源的有限性极大的限制了其应用与发展,生物合成技术在解决植物资源大规模生产上有广阔的应用前景。细胞培养、发状根培养及基因工程技术的发展,必将在植物源农药的研究开发和应用中发挥决定性的作用,与此相匹配的生物反应器研究为其产业化和规模化生产提供有效途径。合成生物学在理论上的突破,也为微生物发酵代谢产物的效价大幅度提高提供技术手段。
(5)天然产物挥发物的研发与利用。利用精油类化合物易挥发、易降解、毒性低、环境相容性好、害虫不易产生抗性等优点,研制和开发符合人们对无公害化的纯天然源产品。植物源卫生害虫防控剂新产品、新剂型和新工艺在公共卫生安全方面具有重要的研究价值,而植物源保鲜剂的研究与开发为保障鲜食性果蔬、经济农副产品品质具有广阔的应用前景。
(6)微生物组技术研究与应用。微生物组技术(土壤改良剂、种衣剂、杀线剂等)在种植业中可以降解农药、种子包衣、土壤酸化、盐碱化修复、土壤病虫害防治与保护农作物免受有害生物为害,将逐渐凸显其不可替代的作用。
(7)以生物农药为主的作物有害生物全程防控技术集成与应用。针对特定作物上可能发生的病、虫、草等制定出系统的防治方案,建立与应用以作物为主的全程病虫害生物农药防控技术体系,有效减少化学农药和化肥等投入品的使用,进而提升特色经济作物品质。
(8)生物农药新剂型及专用植保器械装备的应用研究。生物农药新剂型的研发应当遵循生物农药的特点,以安全、水基、控缓释、精准等为主,且应满足无人机施药的技术要求。植保无人机载液量较小,多采用低量喷洒技术,用水量少甚至可不用水,航空施药高度相对较低,飘移少,可空中悬停,与GPS系统配合,因此生物农药新剂型的研发应与上述特点相一致。此外,生物农药专用器械装备研究能大幅度提高杀虫、抑菌和除草的应用效率,但是施用剂量、浓度、时间和场地等方面值得深入研究。
(9)生物农药残渣综合利用及药肥水一体化研究。采用堆肥等方法处理生物农药残渣,并添加合适的微生物菌株,堆制出可防治多种植物病害的多功效有机药肥,以解决资源的循环利用。同时,将废物综合利用、农业措施与生物防治有机地结合起来,形成防治地下病虫害的一个新途径。在应用上,还应考虑药肥水一体化应用技术,以达到高效、节能、精准、智能化等目标。
随着我国“农产品安全和环境安全”战略需求的稳步推进,IPP理论(综合性农业生产与保护)也将日益受到重视,而作为农业生产的重要投入品生物农药在IPP理论的实践中占有举足轻重的地位,在解决上述生物农药产业发展关键瓶颈和重大发展难题的基础上,生物农药产业必将迎来新的发展契机,更应有其广阔的存在和发展的空间。
作者:张兴马志卿冯俊涛吴华闫合韩立荣
单位:西北农林科技大学无公害农药研究服务中心、陕西省生物农药工程技术研究中心
来源:《中国农药》第十期,献礼建国70周年
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