中國生物型種衣劑的研究進(jìn)展

楊 丹，鄭嬌莉，李 飛，黃大野，曹春霞

（湖北省生物農(nóng)藥工程研究中心，武漢 430064）

中國是一個農(nóng)業(yè)大國，種子質(zhì)量對中國農(nóng)業(yè)的發(fā)展有重要意義。在實際生產(chǎn)中，高質(zhì)量播種是提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率的重要措施之一，然而種子可能攜帶病原菌以及土壤中存在病蟲害等因素，會影響種子的萌發(fā)效率，所以種子處理技術(shù)顯得尤為重要［1，2］。種衣劑使用技術(shù)是基于傳統(tǒng)浸種和拌種技術(shù)發(fā)展起來的一項新的種子處理技術(shù)，種衣劑的使用有利于作物規(guī)范化播種、病蟲害防治和機(jī)械化管理，它是提高種子播種質(zhì)量、實現(xiàn)農(nóng)民促產(chǎn)增收的重要途徑之一［3］。

由于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中作物病蟲害的問題較為突出，為了較好地控制病蟲害，種衣劑產(chǎn)品使用了大量的化學(xué)農(nóng)藥，造成了環(huán)境污染等生態(tài)和社會問題［2，4］。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人類對生存環(huán)境、食品安全及健康越來越重視，綠色農(nóng)業(yè)得到發(fā)展，而生物防治是綠色農(nóng)業(yè)的重要組成部分之一，因此，生物型種衣劑在生態(tài)農(nóng)業(yè)建設(shè)中的重要性逐漸被認(rèn)識，成為最具發(fā)展?jié)摿Φ囊活惙N衣劑［3，5］。本研究對生物型種衣劑的概念、作用機(jī)理、應(yīng)用研究現(xiàn)狀與發(fā)展、存在的問題及發(fā)展方向等方面進(jìn)行綜述，以期為生物型種衣劑的研究提供參考。

1 生物型種衣劑概述

1.1 生物型種衣劑的概念及特點

生物型種衣劑是以活體微生物（有益或拮抗）或微生物代謝產(chǎn)物為活性成分，輔以一些助劑配方（如營養(yǎng)元素、成膜劑、防凍劑和分散劑等），通過發(fā)酵、劑型加工等制成的種衣劑。生物種衣劑能在種子表面形成具有一定強(qiáng)度和通透性的生物保護(hù)層膜，生物型種衣劑中的微生物能隨著種子的萌發(fā)在其表面和內(nèi)部定殖，并隨著植株的生長在根系和土壤中擴(kuò)展和定殖，從而達(dá)到防病殺蟲的目的［6，7］。

相比傳統(tǒng)的化學(xué)農(nóng)藥型種衣劑，生物型種衣劑具有很多優(yōu)點：①防治?；?，可以定向地防治某一種或某一類病原菌，不破壞土壤中的有益微生物。②不產(chǎn)生抗藥性，主要通過微生物間的拮抗、競爭等作用來抑制或削弱病原菌，不像化學(xué)農(nóng)藥易產(chǎn)生抗藥性。③作用持久性，生物型種衣劑中的微生物活體可以快速大量繁殖和定殖，并持續(xù)性地發(fā)揮生物防治作用，藥效長且穩(wěn)定，可影響植物的整個生長期。④產(chǎn)生抑菌型代謝物質(zhì)，生物型種衣劑中，多數(shù)微生物通過競爭、拮抗等作用對抗病原菌的同時，會產(chǎn)生有抗菌活性的代謝物質(zhì)，這些代謝產(chǎn)物會進(jìn)一步抑制病原菌。⑤較好的定殖特性，生物型種衣劑中的有益微生物可以定殖在種子表面，并隨著種子的萌發(fā)擴(kuò)展和定殖在植株根部，為植物提供有益的生長環(huán)境。⑥促生特性，生物型種衣劑中的一些有益微生物能提高作物抗逆性、促進(jìn)植物的生長和增加植物產(chǎn)量。⑦安全性，對人、畜無不利影響，且不污染環(huán)境。此外，生物種衣劑無需浸種，應(yīng)用方便、節(jié)約勞動成本［7-10］。

生物型種衣劑的使用范圍非常廣泛，適用于各種農(nóng)作物、園藝植物和中藥材等［7-10］，它能夠改善種子與土壤的相容性，架構(gòu)有益的微生物環(huán)境，促進(jìn)農(nóng)作物生長，從而增強(qiáng)作物的抗逆能力。生物型種衣劑對環(huán)境無殘留、無污染且安全性好，是目前人們研究種衣劑的熱點。

1.2 生物型種衣劑的活性成分和作用機(jī)理

生物型種衣劑的活性成分主要為活體微生物或其代謝產(chǎn)物，主要包括真菌或細(xì)菌活體微生物、抗生素、天然產(chǎn)物、植物源型、以微生物代謝產(chǎn)物為先導(dǎo)合成的劑型、遺傳工程菌株等。它的作用機(jī)制包括競爭作用（爭奪營養(yǎng)和空間）、抗生作用、促生作用、抑菌作用、誘導(dǎo)抗性或改善植物的生理代謝等［11，12］。

生物型種衣劑的作用機(jī)理：播種后，生物種衣劑隨種子進(jìn)入土壤，種衣劑只吸水不溶解，并通過種子表面成膜劑空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中的孔道，將其所攜帶的菌劑等種衣物質(zhì)向根部緩慢釋放，隨種子發(fā)芽及幼苗生長而轉(zhuǎn)運至植株的各部分，從而使生物菌劑能持續(xù)發(fā)揮作用。生物種衣劑不僅為種子和幼苗提供充足的養(yǎng)分和保護(hù)，還能提高種子發(fā)芽率，改進(jìn)種苗質(zhì)量，增強(qiáng)種苗的抗逆性，能起到殺蟲、防病和促生等作用［12，13］。

2 中國生物型種衣劑的應(yīng)用研究進(jìn)展

中國種衣劑技術(shù)研究起步較晚，始于1976 年輕工業(yè)部甜菜糖業(yè)研究所對甜菜種子進(jìn)行了包衣處理的研究［14］。在20 世紀(jì)90 年代，種衣劑在中國開始迅速發(fā)展，隨著人們對環(huán)境污染和可持續(xù)發(fā)展的重視，生物型種衣劑在綠色農(nóng)業(yè)中的重要性逐漸受到關(guān)注［15］，之后中國生物型種衣劑的研究取得了很大的進(jìn)展。

邵寶富等［16］研制出了ZSB 生物型種衣劑，該種衣劑以有益微生物為活性成分，對多種病害均有一定的防效，如棉花苗期病害、西瓜立枯病、炭疽病等，此外對多種作物（西瓜、紅麻、玉米、大豆、油菜、小麥等）都有顯著的增產(chǎn)作用。浙江省種子公司在1997年研制出了以芽孢桿菌為生物活性物質(zhì)的生物種衣劑，該生物種衣劑能防治紋枯病、立枯病、疫霉病等，此外，該生物種衣劑還具有促進(jìn)植物生長的作用。商晗武等［17］研究表明，ZSB 生物種衣劑能用于防治水稻細(xì)菌性條斑病、白葉枯病、紋枯病、稻瘟病、早稻苗期立枯、爛秧、惡苗病等，還能促進(jìn)作物的生長和增強(qiáng)其抗逆能力。趙夏初等［18］采用不同濃度的生物種衣劑處理稻麥種子，結(jié)果表明，所有處理均能提高種子發(fā)芽峰值、發(fā)芽指數(shù)和種子活力指數(shù)，且對植株有促生作用，增加了根長和苗高。梁建紅［19］用生物種衣劑處理雜交水稻種子，結(jié)果表明，該種衣劑能提高秧苗素質(zhì)、促進(jìn)植株生長、防治植物病害。

王宏燕等［20］研究表明，生物種衣劑BSCA 能夠提高大豆植株的抗逆性和抗衰老性，能促進(jìn)大豆對氮素的吸收，從而促進(jìn)大豆的生長。郭建勝［21］研究表明，水稻種子使用生物種衣劑包衣后，苗期無爛秧，生物種衣劑可以降低惡苗病、青枯病、立枯病的發(fā)病率。宋文堅等［22］研究表明，油菜種子經(jīng)生物型種衣劑包衣后，在所有貯藏條件下其劣變速度均低于未包衣的種子，而發(fā)芽率、發(fā)芽勢與發(fā)芽指數(shù)均高于未包衣的對照種子。馮斌［23］根據(jù)室內(nèi)生物活性測定和盆栽試驗結(jié)果，篩選得到了幾株枯草芽孢桿菌，這些菌株對水稻紋枯病菌和棉花立枯病菌均有較好的防治效果，經(jīng)過助劑等的篩選，制備出了以YZ 和BS-208 菌株原粉為活性物質(zhì)的生物型種衣劑。方新等［24，25］研制出以維涅蘭德固氮菌、巨大芽孢桿菌、膠質(zhì)芽孢桿菌、涇陽鏈霉菌按一定比例復(fù)合配制而成的一種生物種衣劑，田間試驗結(jié)果表明，該種衣劑應(yīng)用于小麥和番茄種子包衣后，能幫助作物對土壤養(yǎng)分進(jìn)行吸收、分解和累積，從而增加產(chǎn)量，小麥和番茄的增產(chǎn)量分別為13.8% 和28.10%。劉迎雪［26］研究不同施氮方式和生物種衣劑對玉米生長的影響，結(jié)果表明，在施氮方式相同的情況下，被生物種衣劑包衣過的玉米種子，玉米的產(chǎn)量和玉米子粒的營養(yǎng)品質(zhì)都得到了改善。杜春梅等［27］以厚垣輪枝菌HDQ18 活性產(chǎn)物制備生物種衣劑HND1，對大豆胞囊線蟲有較好的防治效果，防效高達(dá)60.5%。張琳［28］以天然高分子多糖和生物抑菌劑為主要活性成分，輔以微肥等其他活性物質(zhì)，研制出了高效低毒、質(zhì)優(yōu)價廉的新型生物型大豆種衣劑。該種衣劑對根腐病有較好的防治效果，與多·克·福大豆種衣劑相比，發(fā)病率降低了53.1%，同時還能顯著提高大豆產(chǎn)量。

朱文靜［29］將HPaGxoo 編碼基因遺傳轉(zhuǎn)化到枯草芽孢桿菌69 菌株中，構(gòu)建出基因工程菌株69HF，然后以菌株69HF 或其發(fā)酵液作為生物種衣劑主要活性物質(zhì)，輔以成膜劑（4% 聚乙烯醇和4%殼聚糖）制備成生物種衣劑，在盆栽試驗中進(jìn)行防效評估，結(jié)果表明，以菌株和發(fā)酵液制備的生物種衣劑對大豆根腐病均有較好的防治作用，其中，以菌株69HF 為活性物質(zhì)的種衣劑對大豆根腐病的防治效果高達(dá)85.6%。李旭等［30］從大豆根際中篩選出了枯草芽孢桿菌菌株KIB04-11，該菌株對立枯絲核菌及尖孢鐮刀菌表現(xiàn)出較好的抗性，以菌株KIB04-11的發(fā)酵液為活性成分制備的種衣劑，在大田試驗中對大豆根腐病表現(xiàn)出較好的防治效果，防效可達(dá)53.6%。周園園等［31］利用微生物多樣性生態(tài)平衡原理，研發(fā)出了生物種衣劑SN101，其活性成分為巨大芽孢桿菌Sneb482、簡單芽孢桿菌Sneb545 和費氏中華根瘤菌Sneb183 菌株，該種衣劑對大豆胞囊線蟲病有較好的防治效果，防效達(dá)46.51%，也對大豆有明顯的促生和增產(chǎn)作用。申瓊等［32］發(fā)明了一種西葫蘆根腐病的生物種衣劑，主要活性成分為地衣芽孢桿菌液，該生物種衣劑具有很強(qiáng)的拮抗作用，可用于早期防治西葫蘆根腐病，促進(jìn)西葫蘆植株的生長，大幅度提高了西葫蘆的品質(zhì)。王美玲等［33］研究表明，生物種衣劑菌線克處理過的大豆，出苗率和根瘤干鮮重均增加，株高、莢數(shù)、粒數(shù)等方面也都優(yōu)于對照，且病蟲害的防治效果要好于對照。楊慶鋒等［34］研究表明，生物種衣劑對玉米出苗率、病害及產(chǎn)量等性狀均有影響，使用生物種衣劑包衣的玉米出苗率比常規(guī)種衣劑提高了2.8%，對玉米病害的防效提高了5.8%，玉米產(chǎn)量也提高了3.5%。 Zeng等［35］用環(huán)境友好型種衣劑（天然多糖類多聚物）替代了有毒的傳統(tǒng)種衣劑，使田間玉米小斑病的防效提高到了93.72%，對地老虎的防效也提高到了81.29%。

綜上所述，中國對生物種衣劑的研究應(yīng)用主要集中在以下4 個方面：①生物種衣劑對種子和幼苗的影響。種子被種衣劑包被后，可促進(jìn)種子萌發(fā)，提高發(fā)芽勢、發(fā)芽率，且能促進(jìn)植物生長。②生物種衣劑對作物病蟲害防治的影響。生物種衣劑中的活性物質(zhì)對病原物有拮抗活性，能起到防治病蟲害的作用。③生物種衣劑對種子貯藏的影響。種子貯藏過程中，種子包衣后出芽率、出芽勢與出芽指數(shù)均比未包衣種子高。④生物種衣劑對作物產(chǎn)量的影響。生物種衣劑處理后的種子，種子發(fā)芽率增高，種苗生長較好，株高、根長、莖粗以及干物質(zhì)等的積累有所增加，有增產(chǎn)的效果。

3 中國生物型種衣劑發(fā)展存在的問題和發(fā)展方向

3.1 中國生物型種衣劑發(fā)展存在的問題

生物型種衣劑作為一種高效、安全、環(huán)保的種子處理新技術(shù)，越來越受到人們的重視，然而與發(fā)達(dá)國家相比，中國生物型種衣劑發(fā)展還存在一些問題。

1）生物種衣劑的研究仍需不斷完善。生物種衣劑根據(jù)活性成分的不同可以分為兩種類型，一種是以微生物菌體為活性物質(zhì)，這種生物種衣劑用于田間后，由于土壤中營養(yǎng)成分不如培養(yǎng)基中的豐富，易導(dǎo)致菌體生長緩慢，從而降低防治效果；另一種是以發(fā)酵液為活性物質(zhì)，發(fā)酵液的抑菌性是其特性，這種生物種衣劑在田間屬于一次性投放，不具有微生物菌體的擴(kuò)繁性和持久性。目前，活性物質(zhì)為芽孢桿菌和木霉的生物種衣劑占據(jù)了市場的主導(dǎo)地位，許多具有優(yōu)良生防特性的菌株并沒有被研制成產(chǎn)品，生物種衣劑的創(chuàng)制與應(yīng)用研究仍需加強(qiáng)。

2）生物種衣劑相關(guān)的機(jī)理研究較少。目前，關(guān)于生物種衣劑的研究更多關(guān)注的是促生和增產(chǎn)等方面，而對生物種衣劑如何促進(jìn)作物生長、如何影響作物的生長代謝等方面的機(jī)理研究甚少。

3）生物種衣劑產(chǎn)品缺乏品質(zhì)檢測。生物種衣劑的使用需要與種子健康檢驗相結(jié)合，目前一些中小企業(yè)缺乏種子質(zhì)量檢測儀器和設(shè)備，技術(shù)改造跟不上實際生產(chǎn)的需要，而快速、有效、靈敏的種子健康檢驗方法是合理利用生物種衣劑的前提。

4）生物種衣劑中成膜劑的性能不夠穩(wěn)定，工藝技術(shù)有待提高。種衣劑要求有較好的成膜性，而目前中國生物種衣劑產(chǎn)品的包衣技術(shù)和成膜技術(shù)等仍與國外有一定差距，有待加強(qiáng)，主要表現(xiàn)為成膜時間長，成膜不均勻，包衣質(zhì)量差且易脫落、耐磨性差。

5）生物種衣劑的種類不夠豐富。實際的生產(chǎn)中要求開發(fā)出適應(yīng)不同情況的種衣劑，如抗旱、抗寒、逸氧、調(diào)節(jié)pH、降低除草劑殘留等特異性的生物種衣劑，以及適用于高附加值蔬菜及花卉種子的生物種衣劑和緩釋型等新劑型的生物種衣劑。所以，生物種衣劑產(chǎn)品的專一性也有待加強(qiáng)。

3.2 中國生物型種衣劑今后的發(fā)展方向

生物型種衣劑由于其防效顯著且對環(huán)境友好，受到廣大農(nóng)戶的喜愛。生物種衣劑的使用大大降低了施藥次數(shù)，節(jié)約了勞動成本，為作物輕簡節(jié)約化栽培做出了重大貢獻(xiàn)，具有非常廣闊的應(yīng)用前景。然而，生物型種衣劑的使用也有其局限性，如使用效果受環(huán)境影響較大或短期內(nèi)表現(xiàn)不明顯等。為了使生物型種衣劑更高效更穩(wěn)定地推廣應(yīng)用，應(yīng)該做到以下幾點。

一是全面加強(qiáng)復(fù)合型生物種衣劑的開發(fā)。以發(fā)酵液和多種生防微生物作為活性成分，研制出一種復(fù)合型的生物種衣劑，它能彌補(bǔ)單一活性成分的不足，防效更持久和穩(wěn)定。因此，高效、無殘留、低價格、多功能的復(fù)合生物種衣劑將是中國今后生物種衣劑的發(fā)展趨勢。

二是全面加強(qiáng)專用型生物種衣劑的開發(fā)。中國各省區(qū)域的氣候條件和生態(tài)環(huán)境差異較大，干旱、寒冷、酸堿等特殊環(huán)境給某些地區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來了較大困難，研發(fā)出專用型的抗逆性種衣劑是今后生物種衣劑的一個重要方向。如：抗旱種衣劑、抗寒種衣劑、抗鹽堿種衣劑、固氮種衣劑、抗酸種衣劑、抗鼠種衣劑、除草種衣劑等。

此外，中國目前的生物種衣劑多用于水稻、棉花、小麥等大田作物，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，花卉、蔬菜、中藥材、草坪、林木以及一些雜糧等高附加值作物的經(jīng)濟(jì)價值得以體現(xiàn)，所以生物種衣劑的開發(fā)也應(yīng)向這些高附加值經(jīng)濟(jì)作物的方向發(fā)展。

三是全面加強(qiáng)生物種衣劑高效率成膜劑的開發(fā)。助劑效果會影響生物種衣劑的理化性質(zhì)及使用效率。成膜劑是目前種衣劑非常重要的助劑成分，它的好壞直接影響生物種衣劑的性能和效果，因此，開發(fā)多功能、低價格的成膜劑是推進(jìn)生物種衣劑應(yīng)用技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵因素。

四是全面加強(qiáng)生物種衣劑的質(zhì)量監(jiān)管。中國種衣劑的開發(fā)起步較晚，盡管取得了很大的進(jìn)步，也存在著很多問題。如有效成分較低、含水量髙、黏度過大，以及使用種衣劑后易結(jié)塊影響包衣機(jī)械的連續(xù)作業(yè)。因此，需要進(jìn)一步加強(qiáng)種衣劑質(zhì)量監(jiān)管力度。相關(guān)監(jiān)管部門應(yīng)制定相應(yīng)的管理措施，提高管理水平，使種衣劑的研究與應(yīng)用健康發(fā)展。

五是全面加強(qiáng)生物種衣劑配套機(jī)械的研發(fā)及配套使用技術(shù)的推廣。生物種衣劑的使用過程中，種子的精選、種衣劑的加工、種衣劑貯藏、包衣種子的干燥和貯存、配套機(jī)械的使用以及相關(guān)使用技術(shù)等，都影響生物種衣劑的使用效率和試驗結(jié)果。所以，生物種衣劑的研究既需要加強(qiáng)新型種子包衣機(jī)械的研發(fā)，提高機(jī)械的自動化程度，改善種衣劑的包衣效果，也需要完善生物種衣劑推廣體系，使生物種衣劑新的研究成果能迅速應(yīng)用于生產(chǎn)實踐。