pp13 6. T.M.Butt
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  生物源农药的现状及成长前景 李玉新(国度南方农药创制核心湖南基地副研究员、现为荷兰delft理工大学拜候学者) 1.生物源农药的概念和特点 生物源农药是从一种从动物、动物、细菌和某些矿物中衍生而来的天然源农药,其成长历程如下: 1834年Aogostino Bassi发觉一种Beauveria bassiana,能够惹起家蚕传染病毒。 1875年 Metchnikoff (俄国) 初次用 Metarhizium anisopliae 节制小麦上的甲虫。 19世纪末 一种节制臭虫的微生物病菌在美国大面积利用。 1901年Ishiwata发觉一种袭击家蚕的Bacillus spp 1915年Berliner在德国发觉统一种病菌传染粉蛾并将起定名为Bacillus thuringiensis (Bt) 1940年第一个基于Bacillus popillae的生物源农药在美国上市用于防治日本金龟子。 1950年第一个Bt产物在美国上市用于节制造物及丛林的各类毛虫。 按照USEPA分类,生物源农药分为三大类: (1)微生物源农药(Microbial pesticides):以微生物(如:细菌、菌类、病毒或原活泼物)为活性成分的农药,这类农药能够杀死多种害虫。例如:有些真菌能够节制杂草,别的一些真菌能够节制甲由,一些细菌能够节制动物疾病。目前使用最普遍的微生物源农药是Bacillus thuringiensis (Bt),能够节制卷心菜、马铃薯及其他作物等的害虫。 (2)动物农药(Plant-pesticides)或转基因动物农药:是将基因植入动物体内的农药。如:科学家从Bt杀虫卵白中提取基因,再植入动物体内使动物具有杀死害虫的活性。 (3)生物化学农药:是以非毒性机理节制害虫的天然源物质,包罗:消息素、荷尔蒙、动物发展调理剂、排斥剂及酶。 可是,习惯大将生物源农药分为生物源杀虫剂、生物源杀菌剂、生物源除草剂。 生物源农药较之化学农药的长处在于: (1)比保守农药具有更低的哺乳毒性。 (2)仅对靶标害虫无效,而保守杀虫剂具有广谱活性,会影响无机体如鸟类和虫豸以及哺乳动物。 (3)用量小,分化快从而避免了情况污染。 (4)作为IPM的构成部门,生物源农药的利用将会使保守农药的用量削减,而作物的产率却仍然连结很高。 因为利用生物源农药所带来的风险较保守农药低,所以生物源农药日益遭到注重,EPA在进行农药登记时对生物源农药必需提交的数据要求较保守农药要少一些。现实上,一个保守农药的登记要破费3年时间,而一个生物源农药的登记只需一年的时间。EPA农药办理局生物源农药及污染防治办公室(BPPD)担任办理所有的生物源农药,BPPD在1995年至1996年间答应登记的生物源农药为14-15个,为该年度所有新农药登记注册数量的1/3,1998岁首年月到1999岁暮登记注册的生物源农药为25个,到1999岁暮为止,美国已有187种生物源农药的活性成分约700个产物登记注册(表1)。 与此同时南韩已登记注册的568个农药产物中有15个为生物源农药,约占总数的3%, 1995年世界农药市场份额为290亿美元,此中生物源农药为3.8亿美元,据估量在此后的10年内生物源农药将以每年10-15%的速度增加,而化学农药的年增加速度为2%。 2.生物源杀虫剂 生物源杀虫剂是生物源农药的次要构成部门,此中又以B.t.制剂(DNA重组体手艺)为代表,产物进入市场后对一系列经济作物害虫有很好的防效。 九十年代初期全球B.t.产物的发卖额为1亿美元,占全球杀虫剂发卖额的1-2%,此中60%的B.t.产物用于防治蔬菜及园艺作物的鳞翅目害虫。(图1) 在菲律宾,B.t.杀虫剂由1992年占整个杀虫剂市场的4%提高到1995年的9%。 迄今为止已发觉100多种B.t.卵白发生多种毒素,此中的两种:δ内毒素和β外毒素遍及用在农业上, 20多种商品化产物中都含有δ内毒素。有两种常规方式提高产物的特征及感化结果,第一是利用基因润色菌株(转接合B.t.菌株)的农药,别的一种是利用B.t.菌株重组体的农药。大大都生物源杀虫剂都采用了这两种手艺。1991年,EPA答应登记注册的两个基因工程的微生物源农药是MVP和M-Trak(加拿大圣地亚哥). 而Ecogen 在九十年代中期采用B.t.重组手艺开辟了一个新的生物源杀虫剂 CryMax. Bt subspp kurstaki (Btk)是使用最为普遍Bt产物,用于节制蔬菜、西红柿、葡萄树、橄榄树和丛林的鳞翅目害虫。在欧洲,Btk被认为是一个很是无效的生物源杀虫剂,用来防治丛林地带较为严峻的鳞翅目害虫和nun moth (Lymantria monacha) 、gypsy moth (Lymantria dispar),防治结果达95%以上。 Btk使用在丛林地带上注册的产物为Foray?48B和Dipel?6AF(表2)。Foray?48B由Novo Nordisk出产,占丛林地带杀虫剂市场的25%。菲律宾利用Btk节制卷心菜的小菜蛾,美国和加拿大利用Btk节制gypsy moth和spruce budworm (Choristoneura fumiferana)。 Bt subspp israelensis (Bti)是别的一种微生物源杀虫剂,对双翅目幼龄害虫防效好,特别是对蚊子幼虫和黑蝇有特效。Bti登记的产物有:Vectobac? (Abbott), Bactimas? (Solvay/Duphar), Teknar? (Thermo Triology) , and Skeetail (Abbott)。 Bt生物源杀虫剂的另一项手艺是将Bt基因引入作物细胞,使作物显示对虫豸的抗性。 第一个具有虫豸抗性的转基因作物是Bt玉米,由Mycogen 和 Ciba (诺华)出产,1996年小批量的贸易化。而Bt棉花和马铃薯同样在1996岁首年月次由Delta 和 Pineland 和 Monsanto发卖。美国1997年Bt玉米种植面积为5百万英亩,1998年Bt玉米种植面积达一千六百万英亩,而1999年估量将达到二千五百万英亩或更多。 ERS察看家透露利用Bt棉花和Bt玉米在良多地域都达到提高产率和降低化学杀虫剂的利用,从而达到降低费用。 近年来,虽然越来越多的利用生物手艺改性的玉米在美国呈现,但欧盟答应基因改性玉米进入欧洲市场的程序仍然很慢,因而,1997/98年美国出口欧洲的玉米出口量大幅度削减,仅为135000吨,而前一年的出口量为170万吨。 真菌与细菌和病毒分歧,不会被摄入体内惹起传染,但能渗入虫豸的表皮,使虫豸遏制进食而致死。用作生物源杀虫剂的真菌有:Metarhizium anisopliae, Beauveria bassiana, Paeci lomyces fumosoroseus, and Verticillium lecanii.(见表3) V. lecanii 菌株是Mycotol? and Vertalec?的活性成分 。用于防除温室的蚜虫、牧草虫、棉红蜘蛛。 B. bassiana 和 B. brongniartii 发生出一种叫 beauvericin能够毒死害虫。 Boverin? 用于节制马铃薯上的 codling moth和colorado beetle 。 因为大大都baculoviruses具有特定的活性,反映速度较慢,且几乎没有残留活性。 所以虽然Baculoviruses只要一小部门贸易化,但它作为虫豸节制剂而遭到越来越多的关心。Baculovirus作为农药开辟和登记所破费的费用远比化学农药的费用要低,如:一个baculovirus,的费用为50万美元,而一个化学农药则需几百万美元。 阿维菌素(Avermectins),由Streptomyces avermitilis 发酵获得大环内酯的布局夹杂生成,是另一种很好的经济作物害虫的节制剂,其次要成分为: avermectin B1 (abamectin). 该产物由Merck公司开辟用作杀虫杀螨剂。无效成分用量为 0.005- 0.025 lbs /亩. Abamectin 已登记注册用在多种作物上。 Abamectin在特定的基团上加氢反映生成 ivermectin, 是一种半合成的驱虫剂,1995年的发卖额达6.65亿美元,而1991年只要 5.65 亿美元 . 此刻对楝这一种动物性的杀虫剂的研究也越来越多,楝基杀虫剂含有印苦楝子素(azadirachtin),对300多种虫豸无效,包罗:黏虫、潜叶蛾、蚜虫、木虱以及其它虫豸。 楝不只用作虫豸发展调理剂,并且用作行为改变物质来阻遏虫豸进食和/或产卵,第一个楝类产物Margosan-O?由Vikwood Botanicals 的Robert Larson开辟,在美国用作节制潜叶蛾和gypsy moth。该产物是一种0.3%的乳油,含20%楝油,随后还有一些无油楝产物问世,如Azatin?用于温室作物,Align?用于粮食作物,这两个产物都含有azadirachtin作为活性成分,1994年ThermoTrilogy(哥伦比亚)的市场出售一种楝杀虫剂Neemix4.5?含有4.5% azadirachtin作为活性成分。 3.生物源杀菌剂 经济作物的秧苗经常被土壤病菌传染,如Pythium, Fusarium, Rhizoctonia, Phytopthora等,惹起种子腐臭或种子抽芽后使秧苗腐臭,导致数以亿计的丧失。虽然近几年市场上只要为数不多的几种生物源杀菌剂,但它作为秧苗疾病的节制剂倍受关心。此次要是因为分手新型微生物源菌株的手艺成长敏捷,能够很好的实现生物源杀菌剂的功能。 评价一个成功的生物源杀菌剂的尺度是: 1)无效的抑止病菌 2)在常规情况下具有不变的结果 3)价钱具有合作力 4)能够与其它化学或生物制剂兼容 5)具有优良的情况及利用相容性 一些商品化的生物源杀菌剂见表4 AQ10?是新近贸易化的生物源杀菌剂, 由Ecogen公司登记注册,它的利用能够降低硫磺和DMI杀菌剂如Rally? (myclobutanil) 和 Rubigan? (fenarimol)的用量。AQ10? 能够节制生果特别是葡萄的粉霉病,若是施用得当,能够无效节制几季的病菌传染。 研究表白只需树叶和森林的疾病传染率不跨越3%,那麽就能够利用AQ10? 。在高压地域, AQ10? 必需和硫磺或其它杀菌剂轮流利用,以确保无效节制病菌。 开辟生物源杀菌剂的步调有: 筛选天然微生物 选择最无效的发酵过程 进行生测 开辟对用户敌对的制剂 确立大范畴的田间试验打算 预备登记注册材料 确立示范法式 设想用户敌对和谈 4.生物源除草剂 有很多病菌无机体如:虫豸、真菌、细菌、线虫和细菌能够杀死杂草。 迄今为止报道的杂草病菌有100多种,可是只要少数几种生物源除草剂贸易化,成功率很是低。1991年生物源除草剂的发卖额还不到一百万美元。两个大宗产物Devine? (Abbott) 和Collego? (Ecogen) 采用Colletotrichum sp作为活性成分。Devine?, 作物病菌 Phytophtora palmivora制剂是1981年登记注册的,用于节制弗罗里达柑橘林的 strangler vine。 Collego? 登记用于节制谷物和大豆的Northern Jointvetch (Aeshcynomene virginica) 。其它含有 Colletotrichum sp. 的商品化的生物源除草剂有 : C.gloeosporioides f. sp. malvae (Biomal?) 节制round leaved mallow (Malva pussila)、codes (Velgo?) 节制velvetleaf (Abutilon thoephrasti)、 C.orbiculare 节制 bathurst burr (Xanthium theophrasti)、 C.gloeosporiodes f.sp. cuscutae (Luboa2?) 节制中国大豆的dodder (Cuscuta chinensis and Cuscuta australis) 、Puccinia canalicularta (Dr.Biosedge?) 节制yellow nutsedge.。 九十年代中期,别的两种生物源除草剂Camperico? (Xanthomonas capestris)( 节制一年生的 blue grass )和Biochon? (Chondrostereum purpureum) (抑止 黑樱桃的 Stump sprouting )各由日本烟草公司和荷兰Koppert生物系统登记注册在本国上市。 一种节制冬小麦downy brome (cheat)的土壤病菌也在开辟中,估量将在此后两年内会商品化。别的能够节制几种作物杂草的基因改性剂也在研究开辟中。包罗从土壤细菌中提取具有除草活性的基因将其植入能够传染杂草的作物的病源细菌中。节制乳草、velvetleaf、hemp sesbania、sicklepod、nutsedges和一年生bluegrass的制剂仍处于开辟阶段。 在开辟从微生物代谢产品和动物中提取的天然产品的过程中取得了较大的进展。如:glufosinate是产物Liberty?或Ignite? 的活性成分,是雷同于日本发觉的土壤放线菌的合成生物源除草剂。从土壤微生物中获得的其它一些化合物,具有广谱或特定的活性,无机农药在商品化之前期待进一步的筛选。 5.用于虫豸防治的消息素 天然界中具有着化学消息素。化学消息素是生物体之间进行交换的化学动静。此中推进同类虫豸的个别进行交配的性外激素倍受关心。 早在30年前,虫豸性外激素就被用于节制害虫,第一个粉碎虫豸交配的商品是1978年在美国登记注册的pink bollworm Pectinophora gassypiella的消息素。此刻,已发觉的消息素有1600多种。USEPA登记注册的粉碎虫豸交配的产物约有30多个,用于节制12种害虫。1999岁尾之前在EPA登记的用作生物源杀虫剂的消息素见表5。 例如,Pink bollworm (PBW)是影响全球棉花作物最为严峻的害虫,美国西南部,这种害虫粉碎的棉田达200000公顷,1978年第一个粉碎交配以节制PBW的产物在EPA登记注册。 Codling moth (CM) 是北美、南美、南非、澳大利亚和欧洲都具有的害虫,它导致生果减产80%。以前这种害虫是用无机磷杀虫剂防治,此刻利用性外激从来防除CM,全球利用消息素产物节制梨果CM的利用面积由1991年的1500公顷增至1997年的24000公顷。 参考文献n, eds. 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