生物農(nóng)藥在柞蠶病害防治中的應用現(xiàn)狀分析

趙 翀 宋 策 赫英姿 于庭洪 左玲玲 賈 姝

(遼寧省蠶業(yè)科學研究所，遼寧鳳城 118100)

化學農(nóng)藥既可有效防治病蟲害，還能增加作物產(chǎn)量，在農(nóng)業(yè)豐產(chǎn)、提高農(nóng)民生活水平中發(fā)揮了重要的作用?？墒牵殡S著我國現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)快速發(fā)展的同時，人們生活水平日益增加，人類食品安全及農(nóng)產(chǎn)品農(nóng)藥殘留問題越來越受到重視。黨的十九大報告提出“實施食品安全戰(zhàn)略，讓人民吃得放心”，食品安全戰(zhàn)略的推進是人民群眾對食品安全訴求與期盼的體現(xiàn)。因此，高效低毒、安全性高的生物農(nóng)藥品種的開發(fā)和推廣是促進農(nóng)民增收的根本保障，是維護生態(tài)安全的迫切需要，也是解決人民群眾日益增長的食品安全需要與食品安全風險凸顯之間的矛盾的有效措施。本文主要綜述生物農(nóng)藥的特點、種類及其研究現(xiàn)狀，分析生物農(nóng)藥在柞蠶病害防治中的應用前景。

1 生物農(nóng)藥的定義

生物農(nóng)藥主要由生物化學農(nóng)藥及微生物農(nóng)藥組成，生物化學農(nóng)藥包括激素、信息素、天然植物生長調節(jié)劑和昆蟲生長調節(jié)劑、酶等四大類物質；微生物農(nóng)藥包括真菌、細菌、病毒和原生動物或經(jīng)遺傳工程修飾的微生物制劑。[1-2]

2 生物農(nóng)藥的特點

生物農(nóng)藥是利用生物之間相克的原理控制有害生物的為害，因此它們只對靶標病蟲害有作用，一般對人、畜及各種有益生物比較安全，生物農(nóng)藥中所包含的主要活性成分均可在自然條件下獲得，且具有易被大氣、水體、植物、土壤中所含的微生物分解的特點。生物農(nóng)藥的使用可有效降低農(nóng)產(chǎn)品農(nóng)藥殘留，提升食品安全?？梢越档蛯r(nóng)產(chǎn)品污染，提升農(nóng)藥質量安全；大多數(shù)生物農(nóng)藥具有多種活性成分，作用機理十分復雜，使靶標生物對其抗性發(fā)展緩慢。生物農(nóng)藥主要來源于自然界動植物、微生物等，資源極其豐富。同時，由于相當一部分生物農(nóng)藥的產(chǎn)品化可依靠生物再生資源(如玉米、魚粉、豆餅、麥麩等)[2]，為產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供了資源保障。

3 生物農(nóng)藥的類型和研究現(xiàn)狀

我國生物農(nóng)藥按照其來源可分為植物源農(nóng)藥、動物源農(nóng)藥和微生物源農(nóng)藥三種[3]。目前，中國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)狀下，生物農(nóng)藥主要是指可規(guī)?；?、工業(yè)化所生產(chǎn)出的微生物源藥劑[2]。

3.1 植物源農(nóng)藥

植物源農(nóng)藥通常是指在植物中存在并被提取的次生代謝產(chǎn)物所合成的化合物所制備的藥劑，其對某些農(nóng)業(yè)害蟲具有拒食、誘殺、麻痹、抑制蟲體發(fā)育、干擾昆蟲行為等作用。部分植物源農(nóng)藥對主要農(nóng)作物致病菌及部分雜草具有一定抑制作用[4]。近些年，植物源農(nóng)藥發(fā)展速度迅速，其有效成分種類已占所有生物源農(nóng)藥總量三分之一。其中具有代表性的植物源農(nóng)藥為印楝素、苦參堿、魚藤酮、煙堿和除蟲菊素等。以上藥劑已廣泛在我國實際農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應用，并發(fā)揮了化學農(nóng)藥不可替代的作用與效果，并得到了多數(shù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者的認可與青睞。

3.2 動物源農(nóng)藥

動物源農(nóng)藥是指動物和代謝產(chǎn)物，包括昆蟲天敵、動物毒素、昆蟲激素。在生物防治方面的重大成功就是利用病蟲害發(fā)生國家或地區(qū)收集的天敵物種來控制有害昆蟲。動物源農(nóng)藥有效成分主要為在蛇、蝎、蜘蛛、沙蠶、蜜蜂、螺、水母等動物體內中提取出的毒素，目前效果最好、市場應用最多的為沙蠶毒素殺蟲劑[5]；另一種動物源農(nóng)藥是昆蟲內激素類，其主要分為保幼激素類、蛻皮激素類和羽化激素類。昆蟲外激素類農(nóng)藥主要是昆蟲性激素類農(nóng)藥。受技術、成本、使用范圍等原因，動物源農(nóng)藥發(fā)展還處于起步階段。

3.3 微生物源農(nóng)藥

微生物源農(nóng)藥是以微生物或其代謝產(chǎn)物作為主要成分而研制的生物農(nóng)藥，主要包括農(nóng)用抗生素和活體微生物農(nóng)藥。

3.3.1 農(nóng)用抗生素

農(nóng)用抗生素均提取自具有抑菌活性微生物或其次生代謝產(chǎn)物中，此類抗生素具有一定農(nóng)藥功能。這類物質對某些農(nóng)作物的有害生物具有明顯抑制效果。將其制備成可直接使用的劑型即為農(nóng)用抗生素。我國對農(nóng)用抗生素的研究及應用于上世紀60年代開展，經(jīng)過不斷的探索與研究，目前在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中對農(nóng)用抗生素的制備、提取、合成等技術了有了較大程度的改進與提高。在我國，農(nóng)用抗生素使用面積較大且防治效果好，被農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者廣泛所接受與采用，主要包括井岡霉素、阿維菌素、多氧霉素polyoxin、中生菌素、武夷菌素、農(nóng)抗120等。農(nóng)用抗生素在生物源農(nóng)藥產(chǎn)品數(shù)量中所占比例最高，達69.66%；其中阿維菌素占到72.7%，而抗生素有效成分只占生物農(nóng)藥總有效成分的14.4%。

3.3.2 活體微生物農(nóng)藥

活體微生物農(nóng)藥是將有害微生物作為靶標，開發(fā)并研制的對其具有拮抗作用的病原微生物直接作為農(nóng)藥。主要包括微生物殺蟲劑、微生物殺菌劑和微生物除草劑。

最具有代表性的殺蟲活體微生物農(nóng)藥品種是蘇云金芽孢桿菌(Bt)，它占據(jù)了幾乎全部的生物農(nóng)藥市場[6]。另外，還有青蟲菌 (B .t .VarGalleria)、乳狀芽孢桿菌(Bacilluspopilliae)、球狀芽孢桿菌(Bacillussphaerieus)、白僵菌(Beaurevia)等殺蟲劑目前均推廣并應用[7-8]。

利用靶標生物拮抗微生物(細菌、真菌、放線菌、噬菌體、病毒)所研發(fā)的殺菌劑，可有效對病原微生物進行抑制。其中拮抗細菌占有極為重要的地位。細菌抗逆性強、繁殖速度快、營養(yǎng)要求簡單等特點使其培養(yǎng)難度大大降低，在人工培養(yǎng)基中便可大量繁殖，在農(nóng)業(yè)有害生物防治中具有巨大潛力[9]。目前用作生物殺菌劑的拮抗細菌主要有枯草芽孢桿菌(Bcaillussubtilis)、蠟狀芽孢桿菌(bacilluscereus)、地衣芽孢桿菌(Bacilluslicheniformis)等。拮抗細菌及其代謝產(chǎn)物的開發(fā)利用，以及通過基因工程改造產(chǎn)生新型、高效、穩(wěn)定、適生性強的拮抗細菌是今后生防菌發(fā)展的趨勢[10]。

活體微生物除草劑主要由真菌構成，其中除草劑的研究與開發(fā)一直為該領域的熱點研究項目。美國率先研制出可有效防除水稻、大豆等作物田雜草的生物除草劑，主要成分為長孢狀刺盤孢(Colletotrichumgloeo-sporiocidef.sp.aeschynomene)；日本煙草株式會社開發(fā)的黑腐病菌，可有效防治草坪惡性雜草早熟禾及剪股穎，但目前尚無規(guī)模應用；我國對于活體微生物除草劑的研究也在同時期展開，中國水稻研究所發(fā)現(xiàn)了稗草禾長蠕孢(Helminthosporiumgramineumf.sp.echinochloae)可有效侵染稗草，利用該真菌研發(fā)的制劑對稗草的防治效果可達到80%[11]。

4 生物農(nóng)藥市場前景

伴隨著農(nóng)藥管理制度的正規(guī)化、嚴格化，有相當多的化學農(nóng)藥將被禁用。也正因如此，生物農(nóng)藥市場將被進一步擴展，并為其發(fā)展與普及提供推力。根據(jù)北美權威機構生物農(nóng)藥產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟(BIA)統(tǒng)計，生物農(nóng)藥占世界農(nóng)藥銷售份額不足5%，生物農(nóng)藥防治面積處于領先地位的是歐洲，其生物農(nóng)藥防治面積已超過防治面積的30%[12]。中國是世界農(nóng)藥生產(chǎn)及銷售大國，但就生物農(nóng)藥防治面積來說，中國較發(fā)達國家及地區(qū)還有一定差距。

截止2016，中國已有大量生物農(nóng)藥進行了登記，其中包括115個主要成分、3764個上市藥劑，占我國所有農(nóng)藥登記總量17%[13]。美國環(huán)保總署(EPA)在2017 年9 月30 日公布已注冊的生物農(nóng)藥有效成分共有390 個，涉及1400 多個產(chǎn)品[14]。相比而言，中國生物農(nóng)藥登記數(shù)量遠高于世界其它各國，但自主研發(fā)能力有限，目前還停留在阿維菌素、井岡霉素、Bt殺蟲劑等產(chǎn)品上[15]。目前，我國在生物制劑基礎研究領域具有一定水平，體系較為完善，其相關企業(yè)較為集中，其中12家企業(yè)生產(chǎn)了所有登記的36個殺菌劑品種。這些企業(yè)包括Andermatt Biocontrol、Agbitech、Agraquest、Bayer等國際生物制劑巨頭。但我國微生物農(nóng)藥企業(yè)多數(shù)為小企業(yè)，生產(chǎn)裝備和技術落后、資金短缺、創(chuàng)新能力不強，致使產(chǎn)品質量較低、劑型單一，缺乏產(chǎn)品核心競爭力，在與歐美等發(fā)達國家產(chǎn)品的競爭中處于劣勢，從而導致國內相關領域企業(yè)發(fā)展速度較慢。其次，施用生物農(nóng)藥給農(nóng)戶帶來的收益是長期的、全社會的，而大部分生產(chǎn)者在實際農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中需要衡量生產(chǎn)成本、利潤等諸多因素，這使得當前階段生物農(nóng)藥推廣過程中出現(xiàn)“叫好不叫座”的現(xiàn)象[16]，使生物農(nóng)藥的推廣存在一定的困難。

伴隨著我國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化高速發(fā)展， “農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展”已成為農(nóng)業(yè)發(fā)展的重中之重?！盎兽r(nóng)藥雙減”等國家重點研發(fā)計劃項目先后立項，國家加強了對主要農(nóng)作物病蟲害綠色防控力度，國家相關部委及各省市農(nóng)業(yè)部門也持續(xù)推進生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃及政策的支持工作，加快了我國生物農(nóng)藥的研發(fā)和推廣步伐。

5 生物農(nóng)藥在柞蠶病害防治中的應用研究

5.1 應用生物農(nóng)藥的必要性

柞蠶(Antheraeapernyi)是我國特有的昆蟲資源。我國柞蠶繭年產(chǎn)量約8.5萬噸，占世界產(chǎn)量的90%以上，我國柞蠶生產(chǎn)主要集中在北方的遼寧、吉林、黑龍江、河南、山東、內蒙古6個主產(chǎn)省區(qū)，其柞蠶繭產(chǎn)量占全國的95%以上，蠶業(yè)收入在某些重點蠶區(qū)占農(nóng)民收入的70%～80%左右，蠶業(yè)已成為我國部分山區(qū)重要經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)支柱，并為當?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)者帶來可觀收入。柞蠶繭及其副產(chǎn)品是我國特色經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)重要資源，柞蠶業(yè)在有效帶動繅絲、紡織、印染、服裝、醫(yī)藥及食品等產(chǎn)業(yè)發(fā)展的同時，柞蠶作為特色經(jīng)濟昆蟲，也為人類可攝入蛋白原提供了更為豐富的食用資源。

柞蠶雖為一種昆蟲，但在生產(chǎn)過程中同樣會受到病原微生物的侵染及危害，從而致使其產(chǎn)量降低，嚴重影響農(nóng)民的養(yǎng)蠶積極性。養(yǎng)蠶前期的卵面和蠶室、蠶具以及柞園消毒和放養(yǎng)過程中病害防治均使用化學農(nóng)藥和試劑。然而，常有蠶農(nóng)弄錯藥、濫用藥等情況發(fā)生，會引起柞蠶中毒，輕者部分蠶中毒死亡或不能結繭，重者造成絕收。另外，農(nóng)藥使用過程中的農(nóng)藥暴露使放養(yǎng)者長期接觸農(nóng)藥可能會導致蠶兒中毒[17]，從而使較難降解的某些農(nóng)藥中的化學成分不斷在蠶體中累積，導致農(nóng)藥殘留現(xiàn)象日益加劇。因此，高效、低毒及有針對性的微生物農(nóng)藥的開發(fā)研制是目前柞蠶農(nóng)藥研發(fā)的熱點之一。

5.2 利用微生物防治蠶病的研究進展

已有學者對家蠶病原物拮抗菌開展研究，劉訓理等[18]從泰山土壤中分離獲得1株對多種家蠶病原細菌和真菌具有強烈拮抗作用的多粘類芽孢桿菌(Paenibacilluspolymyxa)，該菌株對家蠶生長發(fā)育無不良影響，發(fā)酵性狀優(yōu)異，抗菌物質耐高溫，對丙酮、乙醚、氯仿等有機溶劑不敏感[19]。張楠等[20]同樣從泰山林地土壤中分離獲得一株對黑胸敗血病菌和綠僵菌具有強烈拮抗作用的放線菌，經(jīng)鑒定為吸水鏈霉菌(Streptomyceshygroscopicus)。該菌株抗菌譜廣，抗菌物質耐高溫，在酸、堿環(huán)境比較穩(wěn)定，抗菌物質粗提物在較低濃度下即可達到殺菌效果。謝潔等[21]和譚廣秀等[22]分別從桑樹內生菌中分離出對家蠶病原真菌球孢白僵菌(Beauveriabassiana)、綠僵菌和蘇云金芽孢桿菌(Bacillusthuringiensis)、白僵菌(Beauveriabassiana)具有抑菌活性的菌株，經(jīng)鑒定分別為芽孢桿菌(Bacillus)和枯草芽孢桿菌(Bacillussubtilis)。董法寶等[23]利用內生拮抗細菌洋蔥伯克霍爾德氏菌(Burkholderiacepacia)Lu10-1菌株對家蠶白僵病的防治與抑菌效果試驗表明，菌株發(fā)酵上清液對家蠶白僵病的預防及治療有效率分別達到55.88%、34.00%，且對家蠶生理及繭質無不良影響。李夢茜等[24]分離獲得1株對家蠶敗血病病原具有顯著拮抗作用的菌株，經(jīng)鑒定為多粘類芽孢桿菌。研究結果表明，拮抗菌株的發(fā)酵產(chǎn)物對敗血菌具有明顯的拮抗活性，抑菌圈直徑平均為22.60 mm，發(fā)酵液稀釋60倍后仍具有抑菌活性。

早在1982年，金寶鉉等[25]從病蠶、病蛹和蠶糞標本中，分離出8株柞蠶軟化病鏈球菌噬菌體，通過裂解試驗說明該噬菌體具有明顯的特異性，可用作柞蠶空胴病的診斷和柞蠶鏈球菌的鑒定。另外發(fā)現(xiàn)用噬菌體卵面消毒具有明顯效果，而用“鈉—噬菌體”其效果更為明顯，對蠶卵的孵化率無明顯影響[26]。然而，隨后關于柞蠶病害生物農(nóng)藥的研究國內外并未見報道。

5.3 微生物農(nóng)藥防治柞蠶病害的應用前景

微生物農(nóng)藥是利用拮抗微生物及其代謝產(chǎn)物作為活性成分，因此有效的拮抗菌是微生物農(nóng)藥研制的基礎。開展柞蠶病原物拮抗菌的篩選和抑菌機理研究，可以為生物農(nóng)藥的開發(fā)和研制奠定基礎，而且通過進一步研究可以實現(xiàn)柞蠶用藥品種的突破，形成新型柞蠶病害防治藥劑微生物蠶藥，從而減輕或杜絕化學藥劑對人類健康的威脅，克服化學藥劑對環(huán)境的污染，減少在柞蠶食品中的殘留量，提升產(chǎn)品的品質和價格。另外，利用柞蠶病原物拮抗菌和柞蠶幼蟲腸道益生菌研制成微生物制劑，能夠幫助改善柞蠶幼蟲腸道菌群環(huán)境，提高幼蟲對柞葉消化率、提高蠶體抵抗力、抑制病原物生長繁殖，達到促進柞蠶生長、綜合防治蠶病的目的[27]。