生物農(nóng)藥使用的現(xiàn)狀和近來的發(fā)展

葉 萱 編譯

(上海市農(nóng)藥研究所，上海 200032)

農(nóng)藥的使用增加了農(nóng)作物的產(chǎn)量，提高了農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有一定的貢獻(xiàn)，從而增加農(nóng)業(yè)收入，特別是在發(fā)達(dá)國家。然而，農(nóng)藥使用不嚴(yán)謹(jǐn)，如不遵守安全規(guī)則和聽從建議，由于農(nóng)場工人的暴露和化學(xué)農(nóng)藥釋放到空氣和水中，以及農(nóng)產(chǎn)品中農(nóng)藥殘留給人類、其他活體生物和環(huán)境帶來嚴(yán)重的健康風(fēng)險(xiǎn)。因此，近幾十年來，對食品安全和質(zhì)量的要求不斷增長，這反映在對進(jìn)口產(chǎn)品安全和對商品中農(nóng)藥殘留量的嚴(yán)格管理上。此外，對產(chǎn)品的質(zhì)量不斷制定高標(biāo)準(zhǔn)。近年，大眾對農(nóng)藥對食品安全的負(fù)面影響的意識(shí)增加了，尋求替代廣泛使用的化學(xué)農(nóng)藥的方案，如生物農(nóng)藥，已成為當(dāng)務(wù)之急。在這方面，近幾十年來，傳統(tǒng)農(nóng)藥行業(yè)和市場發(fā)生了重大變化，在綜合害物管理(IPM)計(jì)劃框架下通過改進(jìn)害物管理技術(shù)和實(shí)踐，更有效地使用農(nóng)藥。這些發(fā)展已大大改進(jìn)了害物管理現(xiàn)狀，在某些情況下降低了農(nóng)藥的使用，也阻礙了對化學(xué)農(nóng)藥需求的增長。

1 生物農(nóng)藥市場

生物農(nóng)藥是從動(dòng)物、植物和細(xì)菌以及一些礦物衍生而來的天然物質(zhì)，用于防治害物。目前，市場上約90%微生物農(nóng)藥來自1個(gè)昆蟲病原菌，即蘇云金桿菌。當(dāng)前，生物農(nóng)藥僅占全球作物保護(hù)市場很小份額，即5%，約30億美元。在美國市場上有200多個(gè)產(chǎn)品，在歐洲市場為60個(gè)類似產(chǎn)品。雖然全球生物農(nóng)藥的使用每年以約10%的速度增長，看來，如果生物農(nóng)藥在替代化學(xué)農(nóng)藥和減少當(dāng)前對化學(xué)農(nóng)藥的過度依賴方面發(fā)揮明顯作用，則其全球市場將來必會(huì)進(jìn)一步增長。然而，應(yīng)該一提的是，在歐盟應(yīng)用相同的法規(guī)來評(píng)估生物農(nóng)藥和合成的活性物質(zhì)，在這種情況下需要在當(dāng)前立法中增加幾項(xiàng)新規(guī)定，以及制定新的指南促進(jìn)潛在生物農(nóng)藥產(chǎn)品的登記。目前，在歐盟登記的生物農(nóng)藥活性物質(zhì)要少于美國、印度、巴西和中國。在歐盟，對生物農(nóng)藥研究的水平相對低是與歐盟生物農(nóng)藥登記法規(guī)的難度較大有關(guān)。

預(yù)計(jì)生物農(nóng)藥的增長將超過化學(xué)農(nóng)藥，復(fù)合年增長率超過 15%。預(yù)計(jì)在市場規(guī)模方面，從 2040年到2050年，生物農(nóng)藥將與合成農(nóng)藥持平，但對其接受度的不確定性，特別是非洲和東南亞，是影響其市場主要原因。近年生物農(nóng)藥越來越受歡迎，被認(rèn)為比傳統(tǒng)農(nóng)藥安全。與傳統(tǒng)農(nóng)藥相比，生物農(nóng)藥在本質(zhì)上危害較小，并且對目標(biāo)害蟲的特異性更高。此外，生物農(nóng)藥少量就有效，并且迅速分解，不存在殘留問題，因此，它們可減少IPM項(xiàng)目中傳統(tǒng)農(nóng)藥的使用。然而，應(yīng)該注意的是，生物農(nóng)藥也存在一些不同于上面特性的特例。未來，生物農(nóng)藥市場的發(fā)展與對生物防治劑的研究有很大的關(guān)系。不同研究機(jī)構(gòu)的數(shù)個(gè)科學(xué)家已對此領(lǐng)域進(jìn)行了一些初步的研究，但完整而系統(tǒng)的報(bào)道很少。因此，在此方面，必須加強(qiáng)企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)的合作。看來生物農(nóng)藥尚不能完全替代化學(xué)農(nóng)藥，因此農(nóng)業(yè)部門可以而且應(yīng)該從生物農(nóng)藥與化學(xué)農(nóng)藥的共存中受益。在這方面，加速研究成果的實(shí)際應(yīng)用有望促進(jìn)生物農(nóng)藥的大規(guī)模工業(yè)化發(fā)展。

近幾十年來，隨著管理法規(guī)越來越嚴(yán)格，上市的新化學(xué)產(chǎn)品數(shù)量大大減少，一些老產(chǎn)品由于不能滿足嚴(yán)格法規(guī)要求而退出市場。用于防治一些主要作物的許多害物的化學(xué)農(nóng)藥解決方法非常有限。這些情況在農(nóng)藥市場上一直存在，而現(xiàn)在比以往任何時(shí)候都更加嚴(yán)峻。

2 新物質(zhì)

最近，文獻(xiàn)已經(jīng)報(bào)道了幾種新的物質(zhì)，有望用作生物農(nóng)藥(表1)，但是有必要進(jìn)行更深入的田間研究，以評(píng)估它們在多種耕作制度下對特定害物的有效性。

表1 最近報(bào)道的能夠防治害物的物質(zhì)

從草莓樹(Fragariaspp)主干(crown)獲得黃藍(lán)狀菌菌株，然后研究了它們對炭疽病菌(Glomerella cingulata和Colletotrichum acutatum)引起的炭疽病的抑制活性。用所有13個(gè)菌株懸浮液處理植株后，對炭疽病有很強(qiáng)的壓制作用，而SAY-Y-94-01的抑制活性最強(qiáng)，與殺菌劑丙森鋅的活性相當(dāng)。此外，評(píng)估了蝶豆(Clitoria ternatea)提取物對實(shí)夜蛾屬昆蟲的生物活性，結(jié)果為對一些實(shí)夜蛾屬昆蟲有阻止產(chǎn)卵和取食的活性和直接毒性。已開發(fā)了商業(yè)化產(chǎn)品(Sero-X)，對一些實(shí)夜蛾屬昆蟲和刺吸式害蟲有活性，此產(chǎn)品正在商業(yè)化開發(fā)中。已研究了新生物物質(zhì)對唐菖蒲(Gladiolus hybrids)鐮刀菌根腐病的防治活性，真菌哈茨木霉對鐮刀菌根腐病最有效。此外，測試了21個(gè)芽孢桿菌對葉甲(Agelastica aln)幼蟲和成蟲的殺蟲活性，其中蘇云金粉甲變種Xd3(Btt-Xd3)菌株活性最高，測試了產(chǎn)生毒素蛋白和Xd3孢子量高的適宜條件(例如培養(yǎng)基、溫度和pH)。生物堿復(fù)方氧化苦參堿能有效防治斜紋夜蛾(Spodoptera litura)、棉鈴蟲(Helicoverpa armigera)、棉蚜(Aphis gossypii)，對瓢蟲(捕食者)和赤眼蜂(寄生蜂)安全，表明生物堿對非靶標(biāo)生物安全。此外，細(xì)菌干乳酪桿菌(Lactobacillus casei) LPT-111菌株的發(fā)酵產(chǎn)物，名為 Tivano，是新的有機(jī)酸生物農(nóng)藥，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)其對草莓角斑病菌引起的角斑病有壓制作用。從葡萄藤分離得到的二苯乙烯沒有顯著的拒食作用或急性毒性，但可引起重要害蟲?；页嵋苟暧紫x種群慢性毒性死亡。橄欖磨坊廢料含有的化合物能被用于防治地中海地區(qū)的害物，但需要進(jìn)行更多的田間研究來評(píng)估在不同種植體系中對特異性害物的作用和在有機(jī)系統(tǒng)的潛在應(yīng)用。

3 納米技術(shù)

幾項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)把一些生物物質(zhì)包裹在納米粒子系統(tǒng)中，其對害物的防效增加，對人類和環(huán)境的毒性降低，減少了物理降解水平和損失(例如揮發(fā)和滲漏)。因此，納米技術(shù)可有助于開發(fā)安全性高、低毒生物農(nóng)藥，增加生物農(nóng)藥活性物質(zhì)的穩(wěn)定性和對靶標(biāo)害物的活性，更易被終端使用者接受。研究表明納米粒子的使用能有效保護(hù)印楝油不會(huì)被快速降解，對靶標(biāo)害物的作用時(shí)間增加。因?yàn)橛糜诖朔N制劑中的聚合物易于生物降解，此類制劑能夠持續(xù)地傳遞活性物質(zhì)，而且對環(huán)境的危害小。未來必須研究降低納米粒子使用相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)因素，因?yàn)槟壳吧腥狈﹃P(guān)于納米粒子釋放到環(huán)境中后對農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的進(jìn)一步毒性和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的知識(shí)。總的來說，納米生物技術(shù)在用于制備改善天然產(chǎn)物穩(wěn)定性和有效性的制劑方面似乎很有發(fā)展前景。此類制劑能夠控制活性物質(zhì)在作用位點(diǎn)的釋放，使產(chǎn)品對非靶標(biāo)生物的潛在毒性影響最小，能阻止微生物對活性物質(zhì)的降解。農(nóng)藥工業(yè)肯定會(huì)朝此方向發(fā)展，但此技術(shù)仍還需要驗(yàn)證，釋放率、儲(chǔ)存穩(wěn)定性和成本效應(yīng)等主要問題需要研究。

4 生物農(nóng)藥的管理

科學(xué)家、監(jiān)管者、市場化人員和終端用戶都參與害物防治產(chǎn)品的開發(fā)和商業(yè)化。其中一些人員在產(chǎn)品的開發(fā)早期就參與進(jìn)來，但仍有許多問題需要解決。市場化人員可能常常與管理者和科學(xué)家的觀點(diǎn)和決策不同，因此終端使用者常受到最終產(chǎn)品的弱點(diǎn)的困擾。對生物產(chǎn)品的數(shù)據(jù)要求常常是根據(jù)合成化學(xué)產(chǎn)品制定的。然而，對生物農(nóng)藥的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估應(yīng)該基于適合此類物質(zhì)的科學(xué)證據(jù)上，而不應(yīng)遵循有關(guān)合成化學(xué)農(nóng)藥的規(guī)則。因此，制定的要求要適宜于生物農(nóng)藥活性物質(zhì)的不同類別的特性。目前，正在不斷制定適宜于生物農(nóng)藥的數(shù)據(jù)要求和指導(dǎo)文件。歐盟和其成員國層面的登記過程都很長，這好像是生物防治工業(yè)發(fā)展急需解決的問題。如果新產(chǎn)品要進(jìn)入市場，那么就需更快的登記程序和更短執(zhí)行時(shí)限。此外，新制劑登記費(fèi)用高是限制新產(chǎn)品商業(yè)化的另一方面?？磥砩镛r(nóng)藥產(chǎn)品的登記過程阻礙了它們的商業(yè)化。因此，管理機(jī)構(gòu)應(yīng)努力在合法化管理基礎(chǔ)上確保快速登記生物農(nóng)藥產(chǎn)品，促進(jìn)商業(yè)化產(chǎn)品開發(fā)中采納安全技術(shù)。此外，監(jiān)管制度應(yīng)有利于從事生物農(nóng)藥的中小型企業(yè)的發(fā)展，以便它們?yōu)榉N植者提供可靠的、滿足消費(fèi)者期望的產(chǎn)品，經(jīng)濟(jì)有效防治有害生物。

5 未 來

生物農(nóng)藥對人類和安全的潛在風(fēng)險(xiǎn)低，作為比化學(xué)農(nóng)藥更安全的策略已受到全球關(guān)注很長時(shí)間。為此，需要公共部門和私營機(jī)構(gòu)合作，促進(jìn)這種環(huán)保替代品的開發(fā)、生產(chǎn)和銷售。在這種情況下，新物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)以及制劑研究將促進(jìn)生物農(nóng)藥的商業(yè)化和使用。有必要對將生物制劑應(yīng)用到常見生產(chǎn)系統(tǒng)中進(jìn)行進(jìn)一步的研究。對于一定品質(zhì)的可獲得產(chǎn)品，低使用成本對農(nóng)民也很重要，特別是在發(fā)展中國家。此外，以激勵(lì)措施促進(jìn)低風(fēng)險(xiǎn)化合物的登記管理也能促使生物農(nóng)藥的商業(yè)化和進(jìn)入市場。盡管新物質(zhì)可以用作控制有害生物的一種有前途的選擇，但仍需要進(jìn)行更多的田間研究來評(píng)估對各種作物系統(tǒng)中特定有害生物的防效?；诩{米技術(shù)的微囊化可以提高生物農(nóng)藥的作用，這可以增加其在田間的應(yīng)用。