生物農(nóng)藥的國內(nèi)外發(fā)展動態(tài)

何樹文 達世彩

（甘肅省張掖市農(nóng)業(yè)局 734000）

生物農(nóng)藥是指利用生物活體（真菌，細菌，昆蟲病毒，轉基因生物，天敵等）或其代謝產(chǎn)物（信息素，生長素，萘乙酸，2，4-D等）針對農(nóng)業(yè)有害生物進行殺滅或抑制的制劑。生物農(nóng)藥具有生產(chǎn)原料來源廣泛，對非靶標生物安全、毒副作用小、對環(huán)境兼容性好等特點，已成為全球農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新趨勢。近幾年，在高毒農(nóng)藥日益成為社會公眾關注的焦點、各方面要求禁用和淘汰高毒農(nóng)藥的環(huán)境下，隨著分子生物學技術、基因工程、細胞工程、蛋白質(zhì)工程、發(fā)酵工程、酶工程等高新技術的飛速發(fā)展，并逐步滲入到生物農(nóng)藥生產(chǎn)中，使得生物農(nóng)藥展現(xiàn)出良好的應用前景和巨大的社會經(jīng)濟效益，其優(yōu)越特性（節(jié)能、環(huán)保、保護資源）比以往任何時候都受到世界各國政府的重視，成為各國生物技術研究機構和公司研究的熱點。

1 國內(nèi)外全球發(fā)展現(xiàn)況

1.1 產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)況

植物、動物、微生物皆為生物農(nóng)藥的開發(fā)素材。微生物因為種類繁多，且其產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物更是多樣化，可具有抗蟲、抗病、除草、拮抗、誘導植物抗性、生長調(diào)節(jié)，甚至增加產(chǎn)量等各種功效，微生物資源便成為各界開發(fā)探索的目標，目前微生物農(nóng)藥占生物農(nóng)藥總量的 90%。微生物種類中應用最廣泛的為蘇力菌，2008年蘇力菌產(chǎn)品占全球微生物農(nóng)藥市場的53%，此外，已有多項細菌類、真菌類及病毒類產(chǎn)品上市。根據(jù)國際生物防治組織（International organization for Biological control，IOBC）于 2010年發(fā)表的報告，在美國及歐盟登記的微生物農(nóng)藥中用于抗病及殺蟲的產(chǎn)品種類較多，而具除草功能的產(chǎn)品較少。而唯一登記為殺細菌及真菌產(chǎn)品的枯草桿菌QST713（QST713）是 Agra Quest的產(chǎn)品的Serenade，可適用于葡萄、蔬菜、瓜類等作物，以防治白粉病、早疫病、細菌性斑點病等。Serenade有農(nóng)藥殘留檢測免除資格，并被列入美國有機資料審核協(xié)會清單中，可適用于有機農(nóng)業(yè)，且枯草桿菌QST713已列入歐盟農(nóng)化注冊指令附錄Ⅰ（AnnexⅠ），將于歐盟各國推行產(chǎn)品注冊。國際上細菌劑產(chǎn)品有來自農(nóng)桿菌、泛菌及嗜菌等；真菌劑方面真菌產(chǎn)品包含多項菌種，其中數(shù)量較多為木霉菌；殺蟲劑方面細菌類殺蟲劑有各種蘇力菌產(chǎn)品及其他芽孢桿菌，真菌類殺蟲劑有白僵菌、黑僵菌、酵母菌等；除草劑產(chǎn)品則有仙人掌桿菌、炭疽病菌、銹病菌等微生物菌種。

我國為化學農(nóng)藥的制造出口大國，而目前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中生物農(nóng)藥的使用比列相當?shù)?。雖然我國生物農(nóng)藥市場應用處于起步階段，但卻是亞洲重要的蘇力菌產(chǎn)品生產(chǎn)國家。在農(nóng)業(yè)部登記的產(chǎn)品有效成分中發(fā)現(xiàn)，除了將蘇力菌開發(fā)為生物農(nóng)藥外，已自行開發(fā)了阿維菌素、三落松、苜蓿銀紋夜蛾核型多角軀病毒等，其中井岡霉素、阿維菌素、赤霉素、蘇云金桿菌（簡稱Bt）4個品種已成為我國生物農(nóng)藥產(chǎn)業(yè)中的拳頭產(chǎn)品和領軍品種，農(nóng)用鏈霉素、農(nóng)抗120、苦參堿、多抗霉素和中生菌素等產(chǎn)業(yè)化品種已成為我國生物農(nóng)藥產(chǎn)業(yè)的中堅力量，春雷霉素、滅瘟素、公主嶺霉素已成為實用化商品。

1.2 市場發(fā)展現(xiàn)況

美國市調(diào)公司BCCR esearch（2010）估計，全球農(nóng)藥市場2009年約428億美元，于2009年～2014年間將以年復合成長率 3.6%的速度擴大至 511億美元。雖然目前整個市場仍以化學農(nóng)藥為主，但因為抗病性，農(nóng)藥殘留、人類與環(huán)境毒性等問題的出現(xiàn)，生物農(nóng)藥帶來的好處受到重視，生物農(nóng)藥異軍突起于農(nóng)藥市場。生物農(nóng)藥占整個農(nóng)藥市場的比重由2000年的0.2%提高至2009年的3.7%，據(jù)BCCResearch(2010)估計，到 2014年生物農(nóng)藥占整個農(nóng)藥市場的比重將達到6.5%，而生物農(nóng)藥市場規(guī)模將由 2009年的 16億美元增加為2014年的的33億美元，年復合成長率為15.6%，大幅高于化學農(nóng)藥的3%。在市場分析方面，該美國市調(diào)公司推測估算了2010年各地區(qū)生物農(nóng)藥市場比重，約為北美40%、歐洲25%、亞洲11%、拉丁美洲8%，大洋洲及非洲等地區(qū)約20%。整體來說，歐美仍為市場的中心，其中又以美國為首。

1.3 推廣應用現(xiàn)況

生物農(nóng)藥有乳油、水分散粒劑、可濕性粉劑和懸浮劑4種制劑，其中乳油為最常用的制劑類型，約占生物農(nóng)藥比重的60%，其次為水分散粒劑和可濕性粉劑。果樹作為生物農(nóng)藥的主要使用對象，年使用量占總生物農(nóng)藥量的55%，旱地和牧地年使用量占總生物量的29%，大田作物占16%。北美在大豆和玉米等大田作物種植過程中生物農(nóng)藥的使用空間已趨飽和，并在種植這些作物的土地上開始使用基因改良的種子。

按生物農(nóng)藥類型分析各類型所占市場比重，細菌類占74%、真菌類10%、病毒類占5%，其他類型生物農(nóng)藥占13%。細菌類中雖然蘇云金芽孢桿菌在生物農(nóng)藥市場中仍占主導地位，但在北美所占市場比重由1990年的90%下降至2007年的56.8%，主要由于是由于大量新的生物農(nóng)藥產(chǎn)品的出現(xiàn)占據(jù)了一部分市場份額。真菌類農(nóng)藥己經(jīng)開始被用作細菌類生物農(nóng)藥的補充。白僵屬真菌占總真菌類生物農(nóng)藥市場的60%，病毒類生物農(nóng)藥中核多角體病毒占60%，為病毒類生物農(nóng)藥的主導品種。

2 國內(nèi)外研究熱點及趨勢

2.1 細菌、病毒殺蟲劑

國內(nèi)外主要以蘇云金桿菌（Bt）為主。Bt殺蟲劑的研究在我國始于50年代，年產(chǎn)量約4萬噸，但與發(fā)達國家相比，我國產(chǎn)品的發(fā)酵和制劑水平仍存在相當大的差距。國外生產(chǎn)已廣泛采用高效廣譜的工程菌株，發(fā)酵水平較高，發(fā)酵產(chǎn)品回收率高；劑型多樣，有粉劑、可濕性粉劑、懸浮劑、濃水劑、油乳劑、乳油、顆粒劑、片劑、ES（Emulsifiable suspension）、緩釋劑、生物包被劑等。而國內(nèi)大部分生產(chǎn)菌株為Bt蘇云金桿菌（Bt）k類型，產(chǎn)品劑型僅有可濕性粉劑、懸浮劑2種；液體發(fā)酵工藝主要采用批式發(fā)酵技術，后提取技術采用離心濃縮工藝，導致發(fā)酵液中增效因子等有效成分大量損失。此外，我國目前的噴霧干燥設備也制約了產(chǎn)品回收率的提高。采用基因工程技術構建藥效穩(wěn)定，防治面較廣的Bt工程菌劑，是當前Bt生物農(nóng)藥發(fā)展的新趨勢。

對目標害蟲有持續(xù)控制效果的昆蟲病毒殺蟲劑的研究始于 70年代。上世紀棉鈴蟲的暴發(fā)，促進了棉鈴蟲核型多角體病毒殺蟲劑的發(fā)展。我國登記注冊的 15個病毒殺蟲劑中有 12個是棉鈴蟲核型多角體病毒，可見目前我國昆蟲病毒殺蟲劑品種單一。

新型殺蟲微生物制劑：以葉甲類鞘翅目害蟲、甜菜夜蛾等鱗翅目害蟲為主要防治對象，進行高效廣譜Bt制劑的研制和應用研究。充分利用我國極其豐富的微生物資源，分離有自主知識產(chǎn)權和重要應用價值的新的抗蟲和抗病蛋白基因。通過殺蟲蛋白基因組合，分子進化、不同結構域中氨基酸定點誘變、融合、互換等分子設計手段進一步提高殺蟲毒力，擴大殺蟲譜。

2.2 抗生素農(nóng)藥

我國農(nóng)用抗生素占生物農(nóng)藥總產(chǎn)量的90%，但具有自主知識產(chǎn)權實用化的新農(nóng)抗品種較少。20世紀90年代以來，國內(nèi)先后篩選報道了一些具有自主知識產(chǎn)權的新農(nóng)抗品種，其中殺蟲抗生素有戒臺霉素，殺菌抗生素有寧南霉素等，但目前已實用化的品種僅寧南霉素一種。我國目前殺蟲、殺菌抗生素類農(nóng)藥29種，120個產(chǎn)品，生產(chǎn)廠家約100個，年產(chǎn)制劑8萬多噸，是生產(chǎn)農(nóng)用抗生素的大國,但至今尚未創(chuàng)制出有影響力的新農(nóng)抗品種。從世界范圍看，20世紀80年代發(fā)現(xiàn)最有影響力的新的殺蟲抗生素Avermectin和除草抗生素Phthoxazollin，90年代發(fā)現(xiàn)最有影響力的新的殺蟲抗生素Spinosad和殺菌抗生素Strobilurin。其中Avermectin被美國默克等公司開發(fā)成目前世界上最好的產(chǎn)品，Phthoxazollin被作為先導化合物合成出目前最好的除草劑-草甘膦系列；Spinocad和Strobilurin正在開發(fā)中，有望成為世界上最好的生物殺蟲劑和殺菌劑。

近幾年來對海洋微生物、昆蟲病原細菌腸道微生物的研究獲得了一定進展，這兩類特異生境的微生物能產(chǎn)生特異殺蟲或抑菌代謝物。結果表明，嗜線蟲致病桿菌北京變種產(chǎn)生的異香豆素衍生物對馬鈴薯晚疫病、番茄晚疫病、白粉病等有較好的控制作用。

2.3 新型植物激活蛋白

有關激發(fā)植物免疫抗病和增產(chǎn)作用的蛋白激活劑的研究，已引起國內(nèi)外的廣泛關注和重視。2000年由美國EDEN公司從細菌源過敏蛋白中開發(fā)出的康壯素（Messenger）農(nóng)藥產(chǎn)品，在美國獲得登記，被EPA列為免檢殘留的農(nóng)藥產(chǎn)品，準許在所有作物上使用?，F(xiàn)已在美國、墨西哥等國的煙草、蔬菜和水果上廣泛應用。2004年經(jīng)我國農(nóng)業(yè)部農(nóng)藥檢定所（ICAMA）審定通過，康壯素取得了農(nóng)藥臨時登記證，首批推薦在番茄、辣椒、煙草和油菜上使用。目前國內(nèi)正在研發(fā)的有Activator和HarpinXo，目前我國已成功分離和獲得了多個植物激活蛋白基因工程菌株。田間試驗表明，激活蛋白農(nóng)藥對多種植物病毒病害防效可達70%，增產(chǎn)10%以上，2004年該成果已通過了農(nóng)業(yè)部成果鑒定，達到同類研究的國際先進水平。

2.4 生物化學及新型激發(fā)子類農(nóng)藥

上個世紀80年代，學者們發(fā)現(xiàn)來源于真菌及植物細胞壁的甲殼素等物質(zhì)能開啟植物中多種信號傳導途徑，作為一類全新的生物激發(fā)子生物化學農(nóng)藥的研發(fā)、生產(chǎn)及應用已引起國外科技界及國際跨國大公司的高度關注。中國具有豐富的寡糖等生物激發(fā)子的資源及研發(fā)優(yōu)勢，應高度重視，寡聚糖生物農(nóng)藥不但能十分有效地控制煙草花葉?。ǚ佬?2%）等多種農(nóng)作物及經(jīng)濟作物病害，同時可明顯提高產(chǎn)量10%～30%。最新昆蟲生化（消化）酶抑制劑研究表明：小分子蛋白和有機脂肪酸（透明質(zhì)酸）對昆蟲生化（消化）酶具有強烈的抑制作用導致昆蟲死亡，還具有兼抗線蟲、真菌、細菌和病毒的作用。

3 未來生物農(nóng)藥發(fā)展的展望

生物農(nóng)藥經(jīng)過幾十年的發(fā)展，逐步解決了自身存在的技術上的缺陷和應用上的問題，已經(jīng)逐漸形成規(guī)模，呈加速發(fā)展趨勢。利用生物農(nóng)藥不僅可以較好的對有害生物進行生態(tài)治理，將其危害控制在經(jīng)濟許可的范圍內(nèi)，而且可以有效的保護有益生物的存在，維持良好的生態(tài)平衡以便更好的控制有害生物的危害，有效抑制有害生物抗性的增長，保護生態(tài)環(huán)境，這已成為人們的共識。更為重要的是自覺有效的使用生物農(nóng)藥可以更好的保障人類食物的安全，實現(xiàn)社會、經(jīng)濟、環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。

生物技術尤其是分子生物學和遺傳基因技術的飛速發(fā)展更好的為生物農(nóng)藥的研究開發(fā)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了強有力的技術支撐。未來生物農(nóng)藥的發(fā)展，以基因重組為核心的戰(zhàn)略高技術競爭日趨激烈，關鍵技術創(chuàng)新顯著加快，最新分子生物學手段越來越多地被應用到生物農(nóng)藥研發(fā)中去，轉基因生物農(nóng)藥新品種不斷涌現(xiàn)；其研發(fā)和應用向更安全和更環(huán)保方向發(fā)展；產(chǎn)品更新?lián)Q代速度加快，生物農(nóng)藥產(chǎn)業(yè)已成為涉農(nóng)工業(yè)最具前景的發(fā)展領域。